Тепловой режим здания
Общая схема теплообмена в помещении
Тепловая обстановка в помещении определяется совместным действием ряда факторов: температуры, подвижности и влажности воздуха помещения, наличием струйных течений, распределением параметров воздуха в плане и по высоте помещения, а также радиационным излучением окружающих поверхностей, зависящим от их температуры, геометрии и радиационных свойств.
Для изучения формирования микроклимата, его динамики и способов воздействия на него нужно знать законы теплообмена в помещении.
Виды теплообмена в помещении: конвективный - возникает между воздухом и поверхностями ограждений и приборов системы отопления – охлаждения, лучистый - между отдельными поверхностями. В результате турбулентного перемешивания неизотермических струй воздуха с воздухом основного объема помещения происходит «струйный» теплообмен. Внутренние поверхности наружных ограждений в основном теплопроводностью через толщину конструкций передают теплоту наружному воздуху.
Тепловой баланс любой поверхности i в помещении может быть представлен на основе закона сохранения энергии уравнением:
где Лучистая Лi, конвективная Кi, Тi кондуктивная, составляющие теплообмена на поверхности.
Влага воздуха помещения
При расчете влагопередачи через ограждения необходимо знать влажностное состояние воздуха в помещении, определяемое выделением влаги и воздухообменом. Источниками влаги в жилых помещениях являются бытовые процессы (приготовление пищи, мытье полов и пр.), в общественных зданиях - находящиеся в них люди, в промышленных зданиях - технологические процессы.
Количество влаги в воздухе определяется eгo влагосодержание d, г влаги на 1 кг сухой части влажного воздуха. Кроме тoгo, eгo влажностное состояние характеризуется упругостью или парциальным давлением водяных паров е, Па, или относительной влажностью водяных паров φ, %,
Е- максимальная упругость при данной температуре.
Воздух обладает определенной влагоудерживающей способностью.
Чем суше воздух, тем с большей силой удерживается в нём водяной пар. Упругость водяного пара е отражает свободную энергию влаги в воздухе и возрастает от 0 (сухой воздух) до максимальной упругости Е , соответствующей полному насыщению воздуха.
Диффузия влаги происходит в воздухе от мест с большей упругостью водяных паров к местам с меньшей упругостью.
η возд = ∆d /∆е.
Упругость полного насыщения воздуха Е, Па, зависит от температуры t нас и с ее возрастанием увеличивается. Величина Е определяется:
Если необходимо знать температуру t нас, которой соответствует то или иное значение Е, можно определить:
Воздушный режим здания
Воздушным режимом здания называют совокупность факторов и явлений, определяющих общий процесс обмена воздуха между всеми eгo помещениями и наружным воздухом, включающий перемещение воздуха внутри помещений, движение воздуха через ограждения, проемы, каналы и воздуховоды и обтекание здания потоком воздуха.
Воздухообмен в здании происходит под действием естественных сил и работы искусственных побудителей движения воздуха. Наружный воздух поступает в помещения через неплотности ограждений или по каналам приточных вентиляционных систем. Внутри здания воздух может перетекать между помещениями через двери и неплотности во внутренних конструкциях. Внутренний воздух удаляется из помещений за пределы здания через неплотности наружных ограждений и по вентиляционным каналам вытяжных систем.
Естественными силами, вызывающими движение воздуха в здании, являются гравитационное и ветровое давления.
Расчётная разность давлений:
1-ая часть-гравитационное давление, 2-ая-часть ветровое давление.
где Н-высота здания от поверхности земли до верха карниза.
Max из средних скоростей по румбам за январь.
С н,С п -аэродинамические коэффициенты с подветренной и наветренной поверхностей ограждения здания.
К i -коэф. учёта изменения скоростного давления ветра.
Температура и плотность воздуха внутри и снаружи здания обычно неодинаковы, в результате чего гравитационное давление по сторонам ограждений оказывается разным. За счет действия ветра на наветренной стороне здания создается подпор, а на поверхностях ограждений возникает избыточное статическое давление. На заветренной стороне образуется разрежение и статическое давление оказывается пониженным. Таким образом, при ветре давление с внешней стороны здания отличается от давления внутри помещений. Воздушный режим связан с тепловым режимом здания. Инфильтрация наружного воздуха приводит к дополнительным затратам теплоты на его подогрев. Эксфильтрация влажного внутреннего воздуха увлажняет и снижает теплозащитные свойства ограждений. Положение и размеры зоны инфильтрации и эксфильтрации в здании зависят от геометрии, конструктивных особенностей, режима вентилирования здания, а также от района строительства, времени года и параметров климата.
Между фильтрующимся воздухом и ограждением происходит теплообмен, интенсивность которого зависит от места фильтрации в конструкции (массив, стык панелей, окна, воздушные прослойки). Так, возникает необходимость в расчетах воздушного режима здания: определении интенсивности инфильтрации и эксфильтрации воздуха и решении задачи теплопередачи отдельных частей ограждения при наличии воздухопроницания.
Инфильтрация-проникновение воздуха в помещение.
Эксфильтрация-уход воздуха из помещения.
Предмет строительной теплофизики
Строительная теплофизика – наука, изучающая проблемы теплового, воздушного и влажностного состояний внутренней среды и ограждающих конструкций зданий любого назначения и занимающаяся вопросами создания микроклимата в помещениях, применяя системы кондиционирования (отопления –охлаждения и вентиляции) с учетом влияния наружного климата через ограждения.
Для понимания формирования микроклимата и определения возможных способов воздействия на него необходимо знать законы лучистого, конвективного и струйного теплообмена в помещении, уравнения общего теплообмена поверхностей помещения и уравнение теплообмена воздуха. На основе закономерностей теплообмена человека с окружающей средой формируются условия теплового комфорта в помещении.
Основное сопротивление потере теплоты из помещения оказывают теплозащитные свойства материалов ограждения, поэтому закономерности процесса теплопередачи через ограждения являются важнейшими при расчете системы отопления помещений. Влажностный режим ограждения является одним из основных при расчете теплопередачи, поскольку переувлажнение приводит к заметному снижению теплозащитных свойств и долговечности конструкции.
С тепловым режимом здания тесно связан и воздушный режим ограждений, поскольку инфильтрация наружного воздуха требует затрат теплоты на его подогрев, а эксфильтрация влажного внутреннего воздуха увлажняет материал ограждений.
Изучение выше рассмотренных вопросов позволят решать задачи создания микроклимата в зданиях в условиях эффективного и экономного расходования топливно-энергетических ресурсов.
Тепловой режим здания
Тепловым режимом здания называется совокупность всех факторов и процессов, определяющих тепловую обстановку в его помещениях.
Совокупность всех инженерных средств и устройств, обеспечивающих заданные условия микроклимата в помещениях здания, называют системой кондиционирования микроклимата (СКМ).
Под действием разности наружной и внутренней температур, солнечной радиации и ветра помещение теряет теплоту через ограждения зимой и нагревается летом. Гравитационные силы, действие ветра и вентиляция создают перепады давлений, приводящие к перетеканию воздуха между сообщающимися помещениями и к его фильтрации через поры материала и неплотности ограждений.
Атмосферные осадки, влаговыделения в помещениях, разность влажности внутреннего и наружного воздуха приводят к влагообмену в помещении, через ограждения, под влиянием которого возможно увлажнение материалов и ухудшение защитных свойств и долговечности наружных стен и покрытий.
Процессы, формирующие тепловую обстановку помещения, необходимо рассматривать в неразрывной связи между собой, так как их взаимное влияние может оказаться весьма существенным.
Процессы перемещения воздуха внутри помещений, движения его через ограждения и отверстия в ограждениях, по каналам и воздухово дам, обтекания здания потоком воздуха и взаимодействия здания с ок ружающей воздушной средой объединяются общим понятием воздуш ный режим здания. В отоплении рассматривается тепловой режим зда ния. Эти два режима, а также влажностный режим тесно связаны меж ду собой. Аналогично тепловому режиму при рассмотрении воздушного режима здания различают три задачи: внутреннюю, краевую и внешнюю.
К внутренней задаче воздушного режима относятся следующие вопросы:
а) расчет требуемого воздухообмена в помещении (определение количества поступающих в помещения вредных выделений, выбор про изводительности систем местной и общеобменной вентиляции);
б) определение параметров внутреннего воздуха (температуры, влажности, скорости движения и содержания вредных веществ) и рас пределения их по объему помещений при различных вариантах подачи и удаления воздуха. Выбор оптимальных вариантов подачи и удаления воздуха;
в) определение параметров воздуха (температуры и скорости дви жения) в струйных течениях, создаваемых приточной вентиляцией;
г) расчет количества вредных выделений, выбивающихся из-под укрытий местных отсосов (диффузия вредных выделений в потоке воз духа и в помещениях);
д) создание нормальных условий на рабочих местах (душирование) или в отдельных частях помещений (оазисы) путем подбора параметров подаваемого приточного воздуха.
Краевая задача воздушного режима объединяет следующие вопросы:
а) определение количества воздуха, проходящего через наружные (инфильтрация и эксфильтрация) и внутренние (перетекание) ограж дения. Инфильтрация приводит к увеличению теплопотерь помещений. Наибольшая инфильтрация наблюдается в нижних этажах многоэтаж ных зданий и в высоких производственных помещениях. Неорганизо ванное перетекание воздуха между помещениями приводит к загрязне нию чистых помещений и распространению по зданию неприятных запахов;
б) расчет площадей отверстий для аэрации;
в) расчет размеров каналов, воздуховодов, шахт и других элемен тов систем вентиляции;
г) выбор способа обработки воздуха - придание ему определен ных «кондиций»: для притока - это нагрев (охлаждение), увлажнение (осушка), очистка от пыли, озонирование; для вытяжки - это очистка от пыли и вредных газов;
д) разработка мероприятий по защите помещений от врывания холодного наружного воздуха через открытые проемы (наружные две ри, ворота, технологические отверстия). Для защиты обычно применяют воздушные и воздушно-тепловые завесы.
Внешняя задача воздушного режима включает следующие вопросы:
а) определение давления, создаваемого ветром, на здание и от дельные его элементы (например, дефлектор, фонарь, фасады и т. д.);
б) расчет максимально возможного количества выбросов, не при водящего к загрязнению территории промышленных предприятий; определение проветриваемости пространства вблизи здания и между отдельными зданиями на промышленной площадке;
в) выбор мест расположения воздухозаборов и вытяжных шахт вентиляционных систем;
г) расчет и прогнозирование загрязнения атмосферы вредными вы бросами; проверка достаточности степени очистки выбрасываемого за грязненного воздуха.
Принципиальные решения вентиляции пром. здания.
42. Звук и шум, их природа, физические характеристики. Источники возникновения шума в вентиляционных системах.
Шум - беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры.
Первоначально слово шум относилось исключительно к звуковым колебаниям, однако в современной науке оно было распространено и на другие виды колебаний (радио-, электричество).
Шум - совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты. С физиологической точки зрения шум - это всякий неблагоприятный воспринимаемый звук.
Классификация шума. Шумы, состоящие из беспорядочного сочетания звуков, носят название статистических. Шумы с преобладанием какого-либо тона, улавливаемого на слух, называются тональными.
В зависимости от среды, в которой распространяется звук, условно различают структурные или корпусные и воздушные шумы. Структурные шумы возникают при непосредственном контакте колеблющегося тела с частями машины, трубопроводами, строительными конструкциями и т. д. и распространяются по ним в виде волн (продольных, поперечных или тех и других одновременно). Колеблющиеся поверхности сообщают колебания прилегающим к ним частицам воздуха, образуя звуковые волны. В тех случаях, когда источник шума не связан с какими-либо конструкциями, излучаемый им в воздух шум носит название воздушного.
По характеру возникновения шум условно делят на механический, аэродинамический и магнитный.
По характеру изменения общей интенсивности во времени шумы подразделяются на импульсные и стабильные. У импульсного шума происходит быстрое нарастание звуковой энергии и быстрый спад, после чего следует длительный перерыв. У стабильного шума энергия во времени изменяется мало.
По продолжительности действия шумы подразделяют на продолжительные (суммарная длительность непрерывно или с паузами не менее 4 ч в смену) и кратковременные (длительность менее 4 ч в смену).
Звук, в широком смысле - упругие волны, продольно распространяющиеся в среде и создающие в ней механические колебания; в узком смысле - субъективное восприятие этих колебаний специальными органами чувств животных или человека.
Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и спектром частот. Обычно человек слышит звуки, передаваемые по воздуху, в диапазоне частот от 16-20 Гц до 15-20 кГц. Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 1 ГГц, - ультразвуком, от 1 ГГц - гиперзвуком. Среди слышимых звуков следует также особо выделить фонетические, речевые звуки и фонемы (из которых состоит устная речь) и музыкальные звуки (из которых состоит музыка).
Источником шума и вибрации в вентиляционных системах является вентилятор, в котором имеют место нестационарные процессы течения воздуха через рабочее колесо и в самом кожухе. К их числу относятся пульсации скорости, образование и срыв вихрей с элементов вентилятора. Указанные факторы являются причиной возникновения аэродинамического шума.
Е.Я. Юдин, исследовавший шум вентиляционных установок, указывает на три основные составляющие аэродинамического шума, создаваемого вентилятором:
1) вихревой шум - следствие образования вихрей и периодического срыва их при обтекании элементов вентилятора потоком воздуха;
2) шум от местных неоднородностей потока, образующихся на входе и выходе из колеса и приводящих к нестационарному обтеканию лопаток и неподвижных элементов вентилятора, расположенных около колеса;
3) шум вращения - каждая движущаяся лопатка колеса вентилятора является источником возмущения воздушной среды и образования вихрей. Доля шума вращения в общем шуме вентилятора обычно незначительна.
Колебания элементов конструкции вентиляционной установки, часто вследствие неудовлетворительной балансировки колеса, являются причиной механического шума. Механический шума вентилятора обычно имеет ударный характер, пример тому - стуки в зазорах изношенных подшипников.
Зависимость шума от окружной скорости рабочего колеса при различных характеристиках сети для центробежного вентилятора с загнутыми вперед лопатками представлена на рисунке. Из рисунка следует, что при окружной скорости более 13 м/с механический шум шарикоподшипников «маскируется» аэродинамическим шумом; при меньшей скорости шум подшипников преобладает. При окружной скорости более 13 м/с уровень аэродинамического шума растет быстрее уровня механического шума. У центробежных вентиляторов с гнутыми назад лопатками уровень аэродинамического шума несколько меньше, чем у вентиляторов с лопатками, загнутыми вперед.
В системах вентиляции кроме вентилятора источниками шума могут быть вихри, образующиеся в элементах воздуховодов и в вентиляционных решетках, а также колебания недостаточно жестких стенок воздуховодов. Кроме того, возможно проникновение через стенки воздуховодов и вентиляционные решетки посторонних шумов из соседних помещений, через которые проходит воздуховод.
Методика расчета сопротивления воздухопроницаемости ограждающей конструкции стены
1. Определяют удельный вес наружного и внутреннего воздуха, Н/м 2
. (6.2)
2. Определяют разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающей конструкции, Па
3. Вычисляют требуемое сопротивление воздухопроницанию, м 2 ×ч×Па/кг
4. Находят общее фактическое сопротивление воздухопроницанию наружного ограждения, м 2 ×ч×Па/кг
Если выполняется условие , то ограждающая конструкция отвечает требованиям воздухопроницаемости, если условие не выполняется, то необходимо принять меры по увеличению воздухопроницаемости.
Расчет сопротивления воздухопроницаемости
ограждающей конструкции стены
Исходные данные
Значения величин, необходимых для расчета: высота ограждающей конструкции Н= 15,3 м; t н = –27 °С; t в = 20 °С; V хол = 4,4 м/с; G н = 0,5 кг/(м 2 ×ч) ; R и1 = 3136 м 2 ×ч×Па/кг ; R и2 = 6 м 2 ×ч×Па/кг ; R и3 = 946,7 м 2 ×ч×Па/кг .
Порядок расчета
Определяют удельный вес наружного и внутреннего воздуха по уравнениям (6.1) и (6.2)
Н/м 2 ;
Н/м 2 .
Определяют разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающей конструкции, Па
Δр= 0,55×15,3×(14,1 – 11,8)+0,03×14,1×4,4 2 = 27,54 Па.
Вычисляют требуемое сопротивление воздухопроницанию по уравнению (6.4), м 2 ×ч×Па/кг
27,54/0,5 = 55,09 м 2 ×ч×Па/кг.
Находят общее фактическое сопротивление воздухопроницанию наружного ограждения по уравнению (6.5), м 2 ×ч×Па/кг
м 2 ×ч×Па/кг;
м 2 ×ч×Па/кг;
м 2 ×ч×Па/кг;
М 2 ×ч×Па/кг.
Таким образом, ограждающая конструкция отвечает требованиям воздухопроницаемости, так как выполняется условие (4088,7>55,09).
Методика расчета сопротивления воздухопроницанию наружных ограждений (окон и балконных дверей)
Определяют требуемое сопротивление воздухопроницаемости окон и балконных дверей, м 2 ×ч×Па/кг
, (6.6)
В зависимости от значения выбирают тип конструкции окон и балконных дверей.
Расчет сопротивления воздухопроницанию наружных ограждений, окон и балконных дверей
Исходные данные
p = 27,54 Па; Δp 0 = 10 Па; G н = 6 кг/(м 2 ×ч) .
Порядок расчета
Определяют требуемое сопротивление воздухопроницаемости окон и балконных дверей, по уравнению (6.6), м 2 ×ч×Па/кг
м 2 ×ч×Па/кг.
Таким образом, следует принять R 0 = 0,4 м 2 ×ч×Па/кг для двойного остекления в спаренных переплетах.
6.3. Методика расчета влияния инфильтрации
на температуру внутренней поверхности
и коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции
1. Вычисляют количество воздуха, проникающего через наружное ограждение, кг/(м 2 ×ч)
2. Вычисляют температуру внутренней поверхности ограждения при инфильтрации, °С
, (6.8)
. (6.9)
3. Рассчитывают температуру внутренней поверхности ограждения при отсутствии конденсации, °С
. (6.10)
4. Определяют коэффициент теплопередачи ограждения с учетом инфильтрации, Вт/(м 2 ×°С)
. (6.11)
5. Вычисляют коэффициент теплопередачи ограждения при отсутствии инфильтрации по уравнению (2.6), Вт/(м 2 ×°С)
Расчет влияния инфильтрации на температуру внутренней поверхности
и коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции
Исходные данные
Значения величин, необходимых для расчета: Δp
= 27,54 Па;
t
н = –27 °С; t
в = 20 °С; V хол
= 4,4 м/с; = 3,28 м 2 ×°С/Вт; е
= 2,718; = 4088,7 м 2 ×ч×Па/кг; R
в = 0,115 м 2 ×°С/Вт; С
В = 1,01 кДж/(кг×°С).
Порядок расчета
Вычисляют количество воздуха, проникающего через наружное ограждение, по уравнению (6.7), кг/(м 2 ×ч)
G и = 27,54/4088,7 = 0,007 г/(м 2 ×ч).
Вычисляют температуру внутренней поверхности ограждения при инфильтрации, °С, и термическое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, начиная от наружного воздуха до данного сечения в толще ограждения по уравнениям (6.8) и (6.9).
м 2 ×°С /Вт;
Рассчитывают температуру внутренней поверхности ограждения при отсутствии конденсации, °С
°С .
Из расчетов следует, что температура внутренней поверхности при фильтрации ниже, чем без инфильтрации () на 0,1 °С.
Определяют коэффициент теплопередачи ограждения с учетом инфильтрации по уравнению (6.11), Вт/(м 2 ×°С)
Вт/(м 2 ×°С).
Вычисляют коэффициент теплопередачи ограждения при отсутствии инфильтрации по уравнению (2.6), Вт/(м 2 С)
Вт/(м 2 ×°С).
Таким образом, установлено, что коэффициент теплопередачи с учетом инфильтрации k и больше соответствующего коэффициента без инфильтрации k (0,308 > 0,305).
Контрольные вопросы к разделу 6:
1. Какова основная цель расчета воздушного режима наружного ограждения?
2. Как влияет инфильтрация на температуру внутренней поверхности
и коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции?
7. Требования к расходу зданий
7.1 Методика расчета удельной характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания
Показателем расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилого или общественного здания на стадии разработки проектной документации, является удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания численно равная расходу тепловой энергии на 1 м 3 отапливаемого объема здания в единицу времени при перепаде температуры в 1°С, , Вт/(м 3 · 0 С). Расчетное значение удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания, , Вт/(м 3 · 0 С), определяется по методике с учетом климатических условий района строительства, выбранных объемно-планировочных решений, ориентации здания, теплозащитных свойств ограждающих конструкций, принятой системы вентиляции здания, а также применения энергосберегающих технологий. Расчетное значение удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания должно быть меньше или равно нормируемого значения, согласно , , Вт/(м 3 · 0 С):
где - нормируемая удельная характеристика расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий, Вт/(м 3 · 0 С), определяемая для различных типов жилых и общественных зданий по таблице 7.1 или 7.2.
Таблица 7.1
тепловой энергии на отопление и вентиляцию
Примечания:
При промежуточных значениях отапливаемой площади здания в интервале 50-1000м 2 значения должны определяться линейной интерполяцией.
Таблица 7.2
Нормируемая (базовая) удельная характеристика расхода
тепловой энергии на отопление и вентиляцию
малоэтажных жилых одноквартирных зданий, , Вт/(м 3 · 0 С)
| Тип здания | Этажность здания | |||||||
| 4,5 | 6,7 | 8,9 | 10, 11 | 12 и выше | ||||
| 1 Жилые многоквартирные, гостиницы, общежития | 0,455 | 0,414 | 0,372 | 0,359 | 0,336 | 0,319 | 0,301 | 0,290 |
| 2 Общественные, кроме перечисленных в строках 3-6 | 0,487 | 0,440 | 0,417 | 0,371 | 0,359 | 0,342 | 0,324 | 0,311 |
| 3 Поликлиники и лечебные учреждения, дома- интернаты | 0,394 | 0,382 | 0,371 | 0,359 | 0,348 | 0,336 | 0,324 | 0,311 |
| 4 Дошкольные учреждения, хосписы | 0,521 | 0,521 | 0,521 | - | - | - | - | - |
| 5 Сервисного обслуживания, культурно-досуговой деятельности, технопарки, склады | 0,266 | 0,255 | 0,243 | 0,232 | 0,232 | |||
| 6 Административного назначения (офисы) | 0,417 | 0,394 | 0,382 | 0,313 | 0,278 | 0,255 | 0,232 | 0,232 |
Примечания:
Для регионов, имеющих значение ГСОП=8000 0 С·сут и более, нормируемые следует снизить на 5%.
Для оценки достигнутой в проекте здания или в эксплуатируемом здании потребности энергии на отопление и вентиляцию, установлены следующие классы энергосбережения (таблица 7.3) в % отклонения расчетной удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания от нормируемой (базовой) величины.
Проектирование зданий с классом энергосбережения «D, Е» не допускается. Классы «А, В, С» устанавливают для вновь возводимых и реконструируемых зданий на стадии разработки проектной документации. Впоследствии, при эксплуатации класс энергосбережения здания должен быть уточнен в ходе энергетического обследования. С целью увеличения доли зданий с классами «А, В» субъекты Российской Федерации должны применять меры по экономическому стимулированию, как к участникам строительного процесса, так и к эксплуатирующим организациям.
Таблица 7.3
Классы энергосбережения жилых и общественных зданий
| Обозначение класса | Наименование класса | Величина отклонения расчетного (фактического) значения удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания от нормируемого, % | Рекомендуемые мероприятия, разрабатываемые субъектами РФ |
| При проектировании и эксплуатации новых и реконструируемых зданий | |||
| А++ | Очень высокий | Ниже -60 | |
| А+ | От - 50 до - 60 включительно | ||
| А | От - 40 до - 50 включительно | ||
| В+ | Высокий | От - 30 до - 40 включительно | Экономическое стимулирование |
| В | От - 15 до - 30 включительно | ||
| С+ | Нормальный | От - 5 до - 15 включительно | Мероприятия не разрабатываются |
| С | От + 5 до - 5 включительно | ||
| с- | От + 15 до + 5 включительно | ||
| D | Пониженный | От + 15,1 до + 50 включительно | Реконструкция при соответствующем экономическом обосновании |
| Е | Низкий | Более +50 | Реконструкция при соответствующем экономическом обосновании, или снос |
Расчетную удельную характеристику расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания, , Вт/(м 3 · 0 С), следует определять по формуле
k об - удельная теплозащитная характеристика здания, Вт/(м 3 · 0 С), определяется следующим образом
, (7.3)
где - фактическое общее сопротивление теплопередаче для всех слоев ограждения (м 2 ×°С)/Вт;
Площадь соответствующего фрагмента теплозащитной оболочки здания, м 2 ;
V от - отапливаемый объем здания, равный объему, ограниченному внутренними поверхностями наружных ограждений зданий, м 3 ;
Коэффициент, учитывающий отличие внутренней или наружной температуры у конструкции от принятых в расчете ГСОП, =1.
k вент - удельная вентиляционная характеристика здания, Вт/(м 3 ·С);
k быт - удельная характеристика бытовых тепловыделений здания, Вт/(м 3 ·С);
k рад - удельная характеристика теплопоступлений в здание от солнечной радиации, Вт/(м 3 · 0 С);
ξ - коэффициент, учитывающий снижение теплопотребления жилых зданий, ξ =0,1;
β - коэффициент, учитывающий дополнительное теплопотребление системы отопления, β h = 1,05;
ν - коэффициент снижения теплопоступлений за счет тепловой инерции ограждающих конструкций; рекомендуемые значения определяются по формуле ν = 0,7+0,000025*(ГСОП-1000);
Удельную вентиляционную характеристику здания, k вент, Вт/(м 3 · 0 С), следует определять по формуле
где с - удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг·°С);
β v - коэффициент снижения объема воздуха в здании, β v = 0,85;
Средняя плотность приточного воздуха за отопительный период, кг/м 3
353/, (7.5)
t
от - средняя температура отопительного периода, °С, по
, (см. прил. 6).
n в - средняя кратность воздухообмена общественного здания за отопительный период, ч -1 , для общественных зданий, согласно , принимается усредненная величина n в =2;
k э ф - коэффициент эффективности рекуператора, k э ф =0,6.
Удельную характеристику бытовых тепловыделений здания, k быт, Вт/(м 3 ·С), следует определять по формуле
, (7.6)
где q быт - величина бытовых тепловыделений на 1 м 2 площади жилых помещений (А ж) или расчетной площади общественного здания (А р),Вт/м 2 , принимаемая для:
а) жилых зданий с расчетной заселенностью квартир менее 20 м 2 общей площади на человека q быт = 17 Вт/м 2 ;
б) жилых зданий с расчетной заселенностью квартир 45 м 2 общей площади и более на человека q быт = 10 Вт/м 2 ;
в) других жилых зданий - в зависимости от расчетной заселенности квартир по интерполяции величины q быт между 17 и 10 Вт/м 2 ;
г) для общественных и административных зданий бытовые тепловыделения учитываются по расчетному числу людей (90 Вт/чел), находящихся в здании, освещения (по установочной мощности) и оргтехники (10 Вт/м 2) с учетом рабочих часов в неделю;
t в, t от - то же, что и в формулах (2.1, 2.2);
А ж - для жилых зданий - площадь жилых помещений (А ж), к которым относятся спальни, детские, гостиные, кабинеты, библиотеки, столовые, кухни-столовые; для общественных и административных зданий - расчетная площадь (А р), определяемая согласно СП 117.13330 как сумма площадей всех помещений, за исключением коридоров, тамбуров, переходов, лестничных клеток, лифтовых шахт, внутренних открытых лестниц и пандусов, а также помещений, предназначенных для размещения инженерного оборудования и сетей, м 2 .
Удельную характеристику теплопоступлений в здание от солнечной радиации, k р ад, Вт/(м 3 ·°С), следует определять по формуле
, (7.7)
где - теплопоступления через окна и фонари от солнечной радиации в течение отопительного периода, МДж/год, для четырех фасадов зданий, ориентированных по четырем направлениям, определяемые по формуле
Коэффициенты относительного проникания солнечной радиации для светопропускающих заполнений соответственно окон и зенитных фонарей, принимаемые по паспортным данным соответствующих светопропускающих изделий; при отсутствии данных следует принимать следует принимать по таблице (2.8); мансардные окна с углом наклона заполнений к горизонту 45° и более следует считать как вертикальные окна, с углом наклона менее 45° - как зенитные фонари;
Коэффициенты, учитывающие затенение светового проема соответственно окон и зенитных фонарей непрозрачными элементами заполнения, принимаемые по проектным данным; при отсутствии данных следует принимать по таблице (2.8).
- площадь светопроемов фасадов здания (глухая часть балконных дверей исключается), соответственно ориентированных по четырем направлениям, м 2 ;
Площадь светопроемов зенитных фонарей здания, м;
Средняя за отопительный период величина суммарной солнечной радиации (прямая плюс рассеянная) на вертикальные поверхности при действительных условиях облачности, соответственно ориентированная по четырем фасадам здания, МДж/м 2 , определяется по прил. 8;
Средняя за отопительный период величина суммарной солнечной радиации (прямая плюс рассеянная) на горизонтальную поверхность при действительных условиях облачности, МДж/м 2 , определяется по прил. 8.
V от - то же, что и в формуле (7.3).
ГСОП – то же, что и в формуле (2.2).
Расчет удельной характеристики расхода тепловой энергии
на отопление и вентиляцию здания
Исходные данные
Расчет удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания проведем на примере двухэтажного индивидуального жилого дома общей площадью 248,5 м 2 .Значения величин, необходимых для расчета: t
в = 20 °С; t
оп = -4,1°С; = 3,28 (м 2 ×°С)/Вт; = 4,73 (м 2 ×°С)/Вт; = 4,84 (м 2 ×°С)/Вт; = 0,74 (м 2 ×°С)/Вт; = 0,55(м 2 ×°С)/Вт; м 2 ; м 2 ; 
м 2 ; м 2 ; м 2 ; м 2 ; м 3 ; Вт/м 2 ; 0,7; 0; 0,5; 0; 7,425 м 2 ; 4,8 м 2 ; 6,6 м 2 ; 12,375 м 2 ; м 2 ; 695 МДж/(м 2 ·год); 1032 МДж/(м 2 ·год); 1032 МДж/(м 2 ·год); =1671 МДж/(м 2 ·год); = =1331 МДж/(м 2 ·год).
Порядок расчета
1. Вычисляют удельную теплозащитную характеристику здания, Вт/(м 3 · 0 С), по формуле (7.3) определяется следующим образом
Вт/(м 3 · 0 С),
2. По формуле (2.2) рассчитывают градусо-сутки отопительного периода
D = (20 + 4,1)×200 = 4820 °С×сут.
3. Находят коэффициент снижения теплопоступлений за счет тепловой инерции ограждающих конструкций; рекомендуемые значения определяются по формуле
ν = 0,7+0,000025*(4820-1000)=0,7955.
4. Находят среднюю плотность приточного воздуха за отопительный период, кг/м 3 , по формуле (7.5)
353/=1,313 кг/м 3 .
5. Вычисляюм удельную вентиляционную характеристику здания по формуле (7.4), Вт/(м 3 · 0 С)
Вт/(м 3 · 0 С)
6. Определяю удельную характеристику бытовых тепловыделений здания, Вт/(м 3 ·С), по формуле (7.6)
Вт/(м 3 ·С),
7. По формуле (7.8) вычисляют теплопоступления через окна и фонари от солнечной радиации в течение отопительного периода, МДж/год, для четырех фасадов зданий, ориентированных по четырем направлениям
8. По формуле (7.7) определяют удельную характеристику теплопоступлений в здание от солнечной радиации, Вт/(м 3 ·°С)
Вт/(м 3 ·°С),
9. Определяют расчетную удельную характеристику расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания, Вт/(м 3 · 0 С), по формуле (7.2)
Вт/(м 3 · 0 С)
10. Сравнивают полученное значение расчетной удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания с нормируемой (базовой), , Вт/(м 3 · 0 С), по таблицам 7.1 и 7.2.
0,4 Вт/(м 3 · 0 С) =0,435 Вт/(м 3 · 0 С)
Расчетное значение удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания должно быть меньше нормируемого значения.
Для оценки достигнутой в проекте здания или в эксплуатируемом здании потребности энергии на отопление и вентиляцию, определяют класс энергосбережения проектируемого жилого здания по процентному отклонению расчетной удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания от нормируемой (базовой) величины.
Вывод: проектируемое здание относится к «С+ Нормальному» классу энергосбережения, который устанавливают для вновь возводимых и реконструируемых зданий на стадии разработки проектной документации. Разработка дополнительных мероприятий по повышению класса энергосбережения здания не требуется. Впоследствии, при эксплуатации класс энергосбережения здания должен быть уточнен в ходе энергетического обследования.
Контрольные вопросы к разделу 7:
1. Какая величина являет основным показателем расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию жилого или общественного здания на стадии разработки проектной документации? От чего она зависит?
2. Какие классы энергосбережения жилых и общественных зданий существуют?
3. Какие классы энергосбережения устанавливают для вновь возводимых и реконструируемых зданий на стадии разработки проектной документации?
4. Проектирование зданий с каким классом энергосбережения не допускается?
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проблемы экономии энергоресурсов являются особо важными в текущий период развития нашей страны. Стоимость топлива и тепловой энергии растёт, и эта тенденция прогнозируется на будущее; вместе с тем непрерывно и быстро возрастает объем потребления энергии. Энергоёмкость национального дохода в нашей стране в несколько раз выше, чем в развитых странах.
В связи с этим очевидна важность выявления резервов снижения энергозатрат. Одним из направлений экономии энергоресурсов является реализация энергосберегающих мероприятий при работе систем теплоснабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ТГВ). Одним из решений этой проблемы является снижение теплопотерь зданий через ограждающие конструкции, т.е. снижение тепловых нагрузок на системы ТГВ.
Значение решения данной задачи особенно велико в городском инженерном хозяйстве, где только на теплоснабжение жилых и общественных зданий расходуется около 35% всего добываемого твердого и газообразного топлива.
В последние годы в городах резко обозначилась несбалансированность развития подотраслей городского строительства: техническое отставание инженерной инфраструктуры, неравномерность развития отдельных систем и их элементов, ведомственный подход к использованию природных и вырабатываемых ресурсов, что приводит к нерациональному их использованию и иногда к необходимости привлечения соответствующих ресурсов из других регионов.
Потребность городов в топливно-энергетических ресурсах и предоставлении инженерных услуг растет, что напрямую влияет на увеличение заболеваемости населения, приводит к уничтожению лесного пояса городов.
Применение современных теплоизоляционных материалов с высоким значением сопротивления теплопередаче приведет к значительному снижению энергозатрат, результатом будет существенный экономический эффект при эксплуатации систем ТГВ через уменьшение затрат на топливо и соответственно улучшение экологической ситуации региона, что снизит затраты на медицинское обслуживание населения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Богословский, В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха) [Текст] / В.Н. Богословский. – Изд. 3-е. – СПб.: АВОК «Северо-Запад», 2006.
2. Тихомиров, К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция [Текст] / К.В. Тихомиров, Е.С. Сергиенко. – М.: ООО «БАСТЕТ», 2009.
3. Фокин, К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий [Текст] / К.Ф. Фокин; под ред. Ю.А. Табунщикова, В.Г. Гагарина. – М.: АВОК-ПРЕСС, 2006.
4. Еремкин, А.И. Тепловой режим зданий [Текст]: учеб. пособие / А.И. Еремкин, Т.И. Королева. – Ростов-н/Д.: Феникс, 2008.
5. СП 60.13330.2012 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003 [Текст]. – М.: Минрегион России, 2012.
6. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная версия СНиП 23-01-99 [Текст]. – М.: Минрегион России, 2012.
7. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003 [Текст]. – М.: Минрегион России, 2012.
8. СП 54.13330.2011 Здания жилые многоквартирные. Актуализированная редакция СНиП 31-01-2003 [Текст]. – М.: Минрегион России, 2012.
9. Кувшинов, Ю.Я. Теоретические основы обеспечения микроклимата помещения [Текст] / Ю.Я. Кувшинов. – М.: Изд-во АСВ, 2007.
10. СП 118.13330.2012 Общественные здания и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 31-05-2003 [Текст]. – Минрегион России, 2012.
11. Куприянов, В.Н. Строительная климатология и физика среды [Текст] / В.Н. Куприянов. – Казань, КГАСУ, 2007.
12. Монастырев, П.В. Технология устройства дополнительной теплозащиты стен жилых зданий [Текст] / П.В. Монастырев. – М.: Изд-во АСВ, 2002.
13. Бодров В.И., Бодров М.В. и др. Микроклимат зданий и сооружений [Текст] / В.И. Бодров [и др.]. – Нижний Новгород, Издательство «Арабеск», 2001.
15. ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях [Текст]. – М.: Госстрой России, 1999.
16. ГОСТ 21.602-2003. Правила выполнения рабочей документации отопления, вентиляции и кондиционирования [Текст]. – М.: Госстрой России, 2003.
17. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика [Текст]. – М.: Госстрой СССР, 1982.
18. СНиП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование [Текст]. – М.: Госстрой СССР, 1991.
19. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий [Текст]. – М.: ООО «МЦК», 2007.
20. ТСН 23-332-2002. Пензенской области. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий [Текст]. – М.: Госстрой России, 2002.
21. ТСН 23-319-2000. Краснодарского края. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий [Текст]. – М.: Госстрой России, 2000.
22. ТСН 23-310-2000. Белгородской области. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий [Текст]. – М.: Госстрой России, 2000.
23. ТСН 23-327-2001. Брянской области. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий [Текст]. – М.: Госстрой России, 2001.
24. ТСН 23-340-2003. Санкт-Петербург. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий [Текст]. – М.: Госстрой России, 2003.
25. ТСН 23-349-2003. Самарская область. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий [Текст]. – М.: Госстрой России, 2003.
26. ТСН 23-339-2002. Ростовская область. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий [Текст]. – М.: Госстрой России, 2002.
27. ТСН 23-336-2002. Кемеровская область. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2002.
28. ТСН 23-320-2000. Челябинская область. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2002.
29. ТСН 23-301-2002. Свердловская область. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2002.
30. ТСН 23-307-00. Ивановская область. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2002.
31. ТСН 23-312-2000. Владимирская область. Тепловая защита жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2000.
32. ТСН 23-306-99. Сахалинская область. Теплозащита и энергопотребление жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 1999.
33. ТСН 23-316-2000. Томская область. Тепловая защита жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2000.
34. ТСН 23-317-2000. Новосибирская область. Энергосбережение в жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2002.
35. ТСН 23-318-2000. Республика Башкортостан. Тепловая защита зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2000.
36. ТСН 23-321-2000. Астраханская область. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2000.
37. ТСН 23-322-2001. Костромская область. Энергоэффективность жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2001.
38. ТСН 23-324-2001. Республика Коми. Энергосберегающая теплозащита жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2001.
39. ТСН 23-329-2002. Орловская область. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2002.
40. ТСН 23-333-2002. Ненецкий автономный округ. Энергопотребление и теплозащита жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2002.
41. ТСН 23-338-2002. Омская область. Энергосбережение в гражданских зданиях. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2002.
42. ТСН 23-341-2002. Рязанская область. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2002.
43. ТСН 23-343-2002. Республика Саха. Теплозащита и энергопотребление жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2002.
44. ТСН 23-345-2003. Удмуртская Республика. Энергосбережение в зданиях. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2003.
45. ТСН 23-348-2003. Псковская область. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2003.
46. ТСН 23-305-99. Саратовская область. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 1999.
47. ТСН 23-355-2004. Кировская область. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. [Текст]. – М.: Госстрой России, 2004.
Воздушным режимом здания называют совокупность факторов и явлений, определяющих общий процесс обмена воздуха между всеми его помещениями и наружным воздухом, включающий перемещение воздуха внутри помещений, движение воздуха через ограждения, проемы, каналы и воздуховоды и обтекание здания потоком воздуха. Традиционно при рассмотрении отдельных вопросов воздушного режима здания их объединяют в три задачи: внутреннюю, краевую и внешнюю.
Общая физико-математическая постановка задачи о воздушном режиме здания возможна лишь в самом обобщенном виде. Отдельные процессы весьма сложны. Описание их базируется на классических уравнениях переноса массы, энергии, импульса в турбулентном потоке.
С позиций специальности «Теплоснабжение и вентиляция» наиболее актуальны следующие явления: инфильтрация и эксфильтрация воздуха через наружные ограждения и проемы (неорганизованный естественный воздухообмен, увеличивающий теплопотери помещения и снижающий теплозащитные свойства наружных ограждений); аэрация (организованный естественный воздухообмен для вентиляции теплонапряженных помещений); перетекание воздуха между смежными помещениями (неорганизованное и организованное).
Естественными силами, вызывающими движение воздуха в здании, являются гравитационное и ветровое давления. Температура и плотность воздуха внутри и снаружи здания обычно неодинаковы, в результате чего гравитационное давление по сторонам ограждений оказывается разным. За счет действия ветра на наветренной стороне здания создается подпор, а на поверхностях ограждений возникает избыточное статическое давление. На заветренной стороне образуется разрежение и статическое давление оказывается пониженным. Таким образом, при ветре давление с внешней стороны здания отличается от давления внутри помещений.
Гравитационное и ветровое давления обычно действуют совместно. Воздухообмен под влиянием этих естественных сил трудно рассчитывать и прогнозировать. Его можно уменьшить, уплотняя ограждения, а также частично регулировать с помощью дросселирования каналов вентиляции, открыванием окон, фрамуr и вентиляционных фонарей.
Воздушный режим связан с тепловым режимом здания. Инфильтрация наружного воздуха приводит к дополнительным затратам тепла на его подогрев. Эксфильтрация влажного внутреннего воздуха увлажняет и снижает теплозащитные свойства ограждений.
Положение и размеры зоны инфильтрации и эксфильтрации в здании зависят от геометрии, конструктивных особенностей, режима вентилирования здания, а также от района строительства, времени года и параметров климата.
Между фильтрующимся воздухом и ограждением происходит теплообмен, интенсивность которого зависит от места фильтрации в конструкции ограждения (массив, стык панелей, окна, воздушные прослойки и т. д.). Таким образом, возникает необходимость в расчетах воздушного режима здания: определении интенсивности инфильтрации и эксфильтрации воздуха и решении задачи теплопередачи отдельных частей ограждения при наличии воздухопроницания.