Лекция 3 Потери тепла зданий. Основы аэродинамики здания.
В зданиях потери тепла складываются из следующих теплопотерь:
через наружные ограждения;
на нагрев инфильтрирующегося воздуха;
на нагрев воздуха, врывающегося через открываемые проемы, ворота, двери и другие отверстия;
на нагрев ввозимого снаружи материала, сырья и т.п.;
на нагрев въезжающего снаружи транспорта;
на испарение влаги с открытых поверхностей в помещении при tп < tв;
при технологических процессах (например при химических реакциях с поглощением тепла);
охлаждение воздуха от технологического оборудования, трубопроводов и т.п.
Теплопотери через наружные ограждения определяются по формуле:
Потери определяются через все имеющиеся в здании ограждающие конструкции: полы, покрытия, наружные стены, окна и т.д.
На создание благоприятного микроклимата в помещениях большое влияние оказывает движение воздуха через ограждающие конструкции. Если воздух входит в здание, этот процесс называется инфильтрацией, если выходит – эксфильтрацией.
Движение воздуха через ограждающие конструкции происходит из-за разности давлений внутри и снаружи здания, возникающей за счет гравитационных сил, действия ветра и действия систем вентиляции, имеющихся в здании.
Гравитационное давление определяется по формуле:
,
Если принять за точку отсчета верхнюю отметку здания, то эпюра давления будет выглядеть следующим образом.
Р0 – условно постоянное избыточное давление в здании, зависящее от количества и расположения приточных и вытяжных отверстий.
Избыточное гравитационное давление будет определяться по формуле:
где ΔН – разность высот от точки, в которой определяется давление, и высоты здания до верха карниза или вытяжной шахты.
Обтекание тел потоками жидкости или газа является сложным физическим процессом. Исследования по аэродинамике здания проводятся в аэродинамической трубе.
При этом для расчетов принимается здание простейшей формы (параллелепипед) и отдельно стоящее, скорость и сила ветра постоянные.
Исследования показывают, что при обтекании здания ветровым потоком на наветренной стороне возникает положительное давление, а на заветренной отрицательное. Эта застойная зона называется аэродинамической тенью или зоной аэродинамического следа.
Величину, возникающих давлений определяют по динамическому ветровому давлению.
.
При расчете избыточного ветрового давления учитываются аэродинамические коэффициенты: на наветренной стороне К1, на заветренной К2.
Величина этих коэффициентов изменяется в зависимости от архитектурных особенностей и типа здания, окружающего рельефа, воздухопроницаемости и т.п. Избыточное ветровое давление определяется по формуле:
Избыточное давление снаружи здания при воздействии гравитационных сил и ветра в i-той точке:
Учитывая избыточное давление, воздухопроницаемость и тип строительных конструкций определяются расходы воздуха, поступающего в помещение в результате инфильтрации ΣG.
Теплопотери на нагрев инфильтрирующегося воздуха определяются по формуле:
,
где k – коэффициент учитывающий влияние встречного ветрового потока в конструкциях, принимается в зависимости от вида конструкции.
Подробный расчет теплопотерь через наружные ограждения и с инфильтрирующимся воздухом изучается курсом «Строительная теплофизика».
Теплопотери при открывании ворот, открывающихся не более чем на 15 минут в смену определяются по формуле:
,
где ω – скорость врывания воздуха, принимается от 2- до 4 м/с.
Расход тепла на нагрев ввозимого материала или въезжающего транспорта:
,
где В – коэффициент, учитывающий интенсивность поглощения тепла, зависит от вида материала и времени нахождения его в помещении.
Остальные теплопотери определяются в зависимости от технологических характеристик оборудования.
Итогом расчета тепловых потерь является определение суммарных потерь тепла для каждого помещения и здания в целом.