ПОСТУПЛЕНИЕ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛА ЧЕРЕЗ ОКНА
В «Справочнике по основным вопросам» (1972) Американского общества инженеров по отоплению, холодильной технике и кондиционированию воздуха показано, что теплопередача через стекло зависит от нескольких факторов. Среди них:
1. Плотность потока солнечного излучения It и угол падения 0. (Для определения угла падения см. разделы «Солнечная радиация» и «Углы падения солнечных лучей и затенение».) На рис. 6.21 показано, как изменяются пропускательная, поглощательная и отражательная способности в зависимости от угла падения.
2. Разность между наружной и внутренней температурами. При отсутствии солнца тепловой поток согласно обычным законам теплопроводности будет
H=U(tt-t0).
Это явление рассматривается в части II и в разделе «Тепловые явления» На рис. 6 22 приводятся величины U для разных типов стекла.
3. Скорость и направление воздушного потока (ветра) относительно наружных оконных поверхностей. Роль ветра учитывается при составлении приведенных выше уравнений теплопередачи.
4. Низкотемпературный радиационный теплообмен между поверхностью окон и окружающей средой. Это явление трудно предсказать — предполагается, что оно учитывается коэффици-
|
Угол падения, в |
Рис 6,21. Оптические свойства листового прозрачного и теплопоглощающего толстолистового стекла двойной прочности при различных углах прохождения солнечных лучей (перепечатывается с разрешения из «Справочника по основным вопросам» Американского общества инженеров по отоплению, холодильной технике и кондиционированию воздуха, 1974 г)
А — прозрачное листовое стекло двойной прочности, В — прозрачное толстолистовое стекло толщиной 6,35 мм, С — теплопоглощающее толстолистовое стекло с серым, бронзовым или зеленым оттенком (на изломе) 6,35 мм ентами внешней и внутренней поверхности (воздушных пленок) fo и [г. При облучении солнцем стекло становится горячим. Тепло от наружной поверхности путем радиации и конвекции поступает во внешнюю окружающую среду, а от внутренней поверхности — в помещение. Плотность теплового потока Я, передаваемого внутрь помещения за счет радиации и конвекции от незатененного одинарного стекла, равна:
плотность теплового = поглощенный приток приток тепла, вследс - потока через стерло, И солнечного тепла твие теплопроводности
где поглощенный приток солнечного тепла равен АгХпоглощенную радиацию. Поскольку поглощенная радиация равна alt, то поглощенный приток солнечного тепла равен Ni(alt), N, — поступающая внутрь часть поглощенной радиации Для иезатененного одинарного остекления N, = U/f0 и поглощенный приток солнечного тепла равен.
U (ah) fo '
Приток тепла вследствие теплопроводности равен просто величине U, умноженной на разность между наружной и внутренней температурами (to—f,). Плотность теплового потока Н через одинарное стекло будет
И = поглощенный приток солнечного тепла -(- приток тепла вследствие теплопровод =
ности
_ П(а/;) J ) = и (a-U) + fo(to — U)
fo fo
где Н — суммарный тепловой поток, Вт/м2; U — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2-град); а — поглощательная способность поверхности, %. Она представляет собой отношение способности материала поглощать солнечную радиацию к той же способностми абсолютно черного тела (а = 1) (величины для некоторых обычных материалов см в приложении «Степень черноты и поглощательная способность материалов»), It — плотность потока солнечного излучения, Вт/м2; /о — теплопроводность наружной воздушной пленки, Вт/(м2Х Хград), обычно принимается равной 34 Вт/(м2 град) для поверхности, открытой воздействию атмосферы; l/fo=0,17; t0 — температура наружного воздуха, °С; t, — температура внутреннего воздуха,0 С, обычно принимается равной 18° С.
Поскольку а, її и fo в значительной степени меняются, главным образом из-за постоянно меняющихся углов падения солнечных лучей на стекло, Справочник (1972) дает «Таблицы притока сол-
|
Таблица 24 Общие коэффициенты теплопередачи (величины U) для окон в летних условиях (скорость ветра снаружи 12 км/ч, неподвижный воздух внутри) (перепечатывается с разрешения из «Справочника по основным вопросам» 1974 г. Американского общества инженеров по отоплению, холодильной технике и кондиционированию воздуха)
Без дополнительного затенения |
Двойное остекление с воздушным промежутком и затеняющим противосол - нечпым жалюзийным экраном между стеклами
Закрытые жалюзи в воздушном промежутке
Панели из стеклоблоковй: типы I и II типы II, III и ША
а Величины относятся к плотно закрытым жалюзи, занавесям и шторам, наматываемым па ролик
Величины относятся ко вторым рамам с узким воздушным промежутком. Присос воздуха, существующий практически во всех вторых рамах, в действительности увели» чит это значение
с Величины U можно существенно уменьшить при помощи нанесения на стекло покрытий с малой излучательной способностью, которые наносятся на внутреннюю поверхность одинарного или двойного остекления и на поверхность изолирующего стекла. а Приведенные величины относятся к стеклоблоку размером 200X200X100 мм Для стеклоблоков размером 300X300X100 мм уменьшите приведенное значение на 0,04, а для стеклоблоков размером 150X150X100 увеличьте приведенное значение на 0,04.
Рис
(или потери) на 1 остекления, заменяющего рав ную площадь обращенной на юг стены с противосолнечным свесом крыши (считается, что светонепроницаемая поверхность стены неспособна эффективно использовать сезонное поступление солнечной энергии) [3]
согтїн о» ?е’ оторая ичеет общин коэффициент теплопередачи 0,94 Вт/(м2 • град) Температура наружного р р, пР Н„ „ ??нце свегит 65% максимально возможных часов между 1 октября и і мая Широта 40° путным аЧр^,м с низа верхнего левого квадранта у жирной вертикальной линии, которая относится к стеклу в 3 2 мм с воз-
гплнрцппгп л! цУ" о З14 на шк90те 40 Поднимемся по этой линии до пересечения с линией, обозначающей 65% продолжительности
|
/—доля максимально возможного использования солнечного сияния за сезон* 2— экономия тепла кДж/м2 (отопительный сезон) (на 1 м2 окна), 3 — температура наружного воздуха U = =—6,5° С А — широта 35е; стекло 3 2 мм воздушный промежуток 12,5 мм: В — широта 40°, стекло 3.2 мм. воздушный промежуток 12 5 мм, С — широта 40°. стекло 6,3 мм воздушный промежуток 6,3 мм D — шнрота 40°, стекло 3 2 мм, воздушный промежуток 6 3 мм, Е — широта 35° стекло 3,2 мм; воздушный промежуток 6,3 мм: F — широта 40°, стекло 6,3 мм, воздушный промежуток 6,3 мм; G — широта 35°, стекло 6,3 мм, воздушный промежуток 12 7 мм; Я — широта 35°, стекло 6,3 мм, воздуш ный промежуток 6,3 мм, / — стекло 6,3 мм воздушный промежуток 12,7 мм, / — стекло 3 2 мм, воздушный промежуток 12,7 мм, К — стекло 6,3 мм воздушный промежуток 6,3 мм, L — сте кто 3 2 мм, воздушный промежуток 6 3 мм Пример. Окно, застекленное двумя листовыми теклами толщиной 3,2 мм с воздушным промежутком 6 3 мм, устроено в обращен воздуха для данного пункта |
пянт т2попиИ«НИЯ Затем будем двигаться по горизонтали вправо (см пунктирную линию примера), чтобы войти в верхний правый Кваллс ттлгт0™г,?,„«новь 0ТЛ0Жим величину Uw = 0,165 на шкале справа нижнего правого квадранта Следем по директриссе от точки входа во тоРпепрорчоииаВЄт'РТИКіаЛЬ''Ю’ обоаначаЮ1Дей стекло 3,2 мм, воздушный промежуток 6 3 мм широту 40°, затем двигаемся по горизонтали вле - йРпГииг,» т> ™НИЯ С криВоИ дт, я —2 ' а от этои точки двигаемся во вертикали вверх до пересечения с горизонтальной линией, уже про - илгпг«ПоВа верхнем правом квадранте Точка пересечения этих двух линии дает ответ 1 213 000 кДж/м’ сэкономленных за 7 мес отопитель - uui о сезона на і м окна
нечного тепла» 388—392). Помощь этих таблиц или аналогичного материала весьма существенна при расчете потока солнечного тепла.
Одним из наиболее полезных инструментов проектирования при определении полного поступления солнечного тепла через окна является диаграмма (рис. 6.22), составленная Ф. У. Хатчинсоном из университета Пурдью. В примере, который сопровождает диаграмму, объясняется ее употребление. Величины, относящиеся к разным городам и которые можно приметіть вместе с этой диаграммой, приводятся в части II (см. таблицу). Там же указаны температура наружного воздуха и возможная продолжительность солнечного сияния.
