МИКРОКЛИМАТ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

Тр ансмиссионные теплопоступления

Трансмиссионные теплопоступления в помещение через на­ружные неостекленные ограждения для каждого часа склады­ваются из теплопоступленпй через стены и покрытия.

Огр = - А„гр • /Согр (^н. сум — F) - к’ вт, (20)

где F„rр —поверхность данного непрозрачного наружного ог­раждения, .и2;

/Согр —коэффициент теплопередачи ограждения, вт,!м2 ■ град; ^н. сум —суммарная летняя расчетная температура по часам дня, град С;

К'—коэффициент, учитывающий, насколько количество подаваемого в помещение холода должно быть мень­ше количества поступающего через неостекленные поверхности тепла, из-за теплоустойчивости ограж­дения.

Поступление тепла через внутренние петеплоемкне огражде­ния учитывается, если температура /„ в соседнем помещении выше температуры рассматриваемого помещения пе менее чем на 5°С. Тогда формула (20} примет вид

Q? p°rp = F ■ /Согр (й — tH ) вт, (21)

Трансмиссионные теплопоступления через остекленные по­верхности определяются по формуле

Qtp — Fист ' жв (~в ) ДГ,

где Fост —площадь остекленного проема (по наименьшим раз­мерам проема в свету), м2;

ХвСТ—коэффициент внутреннего теплоприхода остекле­ния, вт/м2 • град

—температура внутренней поверхности стекла.

Для практических расчетов можно пренебречь нагреванием остекления при поглощении солнечной радиации. Тогда

Qrj) — Fnст * 7гпСТ ■ (/н F ) вт.

где /и—температура наружного воздуха по часам дня, град С.

В течение летних месяцев почва под домом не успевает силь­но прогреться и поэтому можно считать, что через пол на лагах и пол над прохладным подвалом теплопоступление равно нулю, при более точном учете необходимо учитывать, что подполье дома служит резервуаром, систематически поглощающим тепло.

При подсчете теплопритока через наружные стены верхнего этажа необходимо учитывать затенение стены кровлей. При из­менении выноса кровли от 0,3 до 1,0 .и поправочный коэффици­ент, учитывающий затенение, колеблется в пределах от 0.9 до 0,7.

Выбор расчетных параметров для определения теплопритока

За основные исходные данные для определения тепловых на­грузок кондиционируемых помещении желательно принимать термогпдродннамнку микрорайона застройки с учетом оптико - геометрических характеристик лучистого теплообмена ограж­дающих конструкций.

Под влиянием солнечной радиации температура наружной поверхности ограждения повышается, вследствие чего происхо­дит отдача тепла с поверхности. Эти тепловые воздействия на ограждение могут быть представлены условной температурой tэк» . Суммарная расчетная температура (н. с1М [7] для летнего режима складывается из среднечасовой температуры наружного воздуха, соответствующей по времени периоду облучения ограж­дения солнечными лучами t„, и температуры, полученной в ре­зультате солнечной радиации /ЭКв,

(24)

Эквивалентная температура солнечного облучения

(25)

где ^экв —эквивалентная температура, полученная от полной солнечной радиации, град С; р—коэффициент поглощения солнечных лучей, который зависит от цвета ограждения (для световых лучей) и от состояния поверхности (для тепловых лучей); /—интенсивность солнечного облучения поверхности, втім2 • град;

ап—коэффициент наружного теплообмена, вт/м2 • град.

Для основных стеновых материалов значения коэффициента поглощения солнечных лучей р колеблются от 0,65 до 0.73 и в среднем могут быть приняты 0,7, а для покрытий — от 0,65 до 0,9 м и в среднем могут быть приняты 0,8.

Значения интенсивностей полного (суммарного) солнечного облучения / ограждения в безоблачный день (в качестве нан - худших расчетных условий), зависящие от географической ши­роты местности и ориентации поверхности по часам дня, прини­маются по данным Б. Ф. Васильева [7].

Выбор наружных расчетных температур является чрезвычай­но сложной комплексной задачей. При ее решении необходимо учитывать целый ряд разнообразных факторов, в том числе са­нитарно-гигиенические требования к параметрам внутреннего температурного режима кондиционируемых помещений, мете­орологические условия данного района, т. е. вероятность насту­пления наиболее низких и высоких температур наружного воз­духа и их возможную продолжительность, экономические требо­вания, кратность воздухообмена и распределение воздуха в по­мещении, тепловую характеристику наружных ограждений, в том числе их тепловую инерцию, соотношение остекленных и не - остекленных поверхностей и др.

При выборе расчетной температуры нужно учитывать, что повышение tH приводит к излишним капиталовложениям и уменьшению годового использования расчетной тепловой мощно­сти системы кондиционирования. Однако обратное явление мо­жет привести к снижению надежности системы. Небольшие, кратковременные отклонения температуры внутреннего воздуха от норм для гражданских зданий с гигиенической точки зрения вполне допустимы.

Кроме того, комфортные температурные условия внутри по­мещений при наружных температурах, превышающих расчетные, могут поддерживаться за счет некоторого сокращения в эти ча­сы вентиляционного воздухообмена.

Наиболее рациональной методикой выбора расчетных темпе­ратур является методика, основанная на учете вероятности на­ступления наиболее высоких температур наружного воздуха. Под вероятностью явления понимается статистическая повторяе­мость явлений за ряд лет, выраженная в проц. от всего числа наблюдений.

Таблица 5

Таблица 44-х максимальных значений среднечасовых температур наружного воздуха для отдельных часов суток летнего периода за 10 лет (1951 — 1900 гг.) для Киева

Часы суток

Отношение числа часов с температурой наружного воздуха выше расчетной к общей продолжительности периода охлажде* ния будет величиной нарушения расчетных условий.

Величина нарушения расчетных условии =

число часов с температурой выше расчетной период охлаждения (т)

Обратным величине нарушения расчетных условий является показатель обеспеченности расчетного климата.

Изменяя показатель обеспеченности, можно осуществить вы­бор температур наружного воздуха для заданных условии с учетом ряда необходимых требований. При заданной обеспечен­

ности для любой мест­ности можно определить расчетную температуру наружного воздуха.

Ниже приведен пример выбора расчетных темпе­ратур при показателе обеспеченности 95 и 93%- В табл. 5 последова­тельно сопоставляются 44 значения максимальных среднечасовых темпера­тур для каждого часа су­ток мюля и августа меся­ца (когда наблюдаются наиболее высокие темпе­ратуры) по Киеву с тем,

о? ь s 8 ю >2 № ;б is 20 22 2і*чтобы можно оыло произ-

сутм весТ1[ опенку температур,

Рнс. 3. Суточные изменения наружных которые получаются, ИС-

температур для Киева при _ показателе ключая 5 и 7% значений.

обеспеченности 93'У. т е 3] и 43 значения от

продолжительности пе­риода охлаждения для Киева—620 ч [8]. Температуры отбира­

лись в соответствии со всеми температурными значениями дан­ных месяцев за 10 лет с 1951 по 1960 г. В первой горизонталь­ной строке приводятся абсолютные максимальные среднечасо­вые значения температуры воздуха. Остальные значення идут но ниспадающей от максимальных температур.

Температуры в горизонтальных строках 32, 44 соответствуют условиям, при которых допускаемое число часов с температурой выше расчет ной составляет соответственно 5 и 7% от периода охлаждения.

Ломаными линиями в таблице отделены значения среднеча­совых температур со значениями /н >32°С. Число часов с темпе­ратурой > 32°С в Киеве в. июле и августе месяце за десятилет­ний период было 126. Указанная температура наблюдалась меж­ду 11 и 18 ч.

В 1953 и 1959 гг. указанные температуры наблюдались толь­ко по одному разу. А в 1956 и 1958 гг. указанные температуры вообще не наблюдались.

Из анализа температур наружного воздуха можно прийти к выводу, что расчетные или приближенные к расчетным условия не наблюдаются в ежегодных данных. Поэтому нельзя пользо­ваться средними значениями, полученными от деления темпера­турных данных на определенное количество лет. Например, оши­бочно и не соответствовало бы действительности такое правиль­ное с арифметической точки зрения утверждение, что темпера­тура tH>32°С в среднем повторится в июле месяце 126:10= = 12,6 раз в год. В действительности, как уже указывалось, і н> 32°С в Киеве за 10-летннй период не наблюдалась в тече­ние 2 лет, хотя в 1951 г. было 28 ч с такой температурой. -

Принимая во внимание нестационарность характера тепло­обмена через наружные ограждения, значения наружных темпе­ратур. представленные в табл. 5, округлены таким образом, что­бы кривая изменения температур на протяжении суток была бы синусоидой. Эта корректировка представлена в табл. 6 и на рис. 3. Расхождения между расчетными и фактическими данными для отдельных часов суток не превышают 0,3°С.

В табл. 7 вычислены значения (н. суы для Киева при показа­теле обеспеченности 93%; р = 0,7 для стен и р=0,8 для покры­тий, а„ = 11,6 вт/м2 • град.

Инженер М. Малицкий, приславший нам свою рабо­ту [9] по определению среднечасовых расчетных температур для определения теплопритока для 6 городов Польши, из 310 значе­нии температур для каждого часа суток июля месяца за 10 лет (31 день июля месяцах 10 лет = 310 значений) отбрасывает 5% (310X0,05= 16 значений), а 17-е значение для каждого часа счи­тает расчетным.

Аналогично определяются расчетные значения для августа месяца. Здесь не учитывается период работы системы кондицио­нирования.

По методу, предложенному ассоциацией американских ин­женеров по отоплению и вентиляции, для выбора расчетной тем­пературы составляется последовательный ряд по возрастающим почасовым усредненным температурам за четыре летних месяца (июнь, июль, август, сентябрь) в течение пяти лет и в качестве расчетной температуры принимается значение („ после исклю­чения 2,5% со средними максимальными температурами, пре­вышающими это значение [10].

* Для остальных часов суток вместо /„.CVM принимаются ta по табл. 6.

Расчетную температуру по влажному термометру при выб­ранных расчетных температурах по сухому термометру можно определить по характерному для данной местности графику су­точного колебания усредненных значений климатических ком­понентов в наиболее жарком месяце.

Таким образом, метод определения расчетных параметров, основанный на показателе обеспеченности (или величине нару­шения расчетных условий), является наиболее обоснованным. Расчетные параметры должны выбираться на основании техни­ко-экономических расчетов.

Необходимо отметить, что в самом понятии расчетной темпе­ратуры заключена известная условность, так как на величину теплоперехода определенное влияние оказывают и другие фак­торы, в первую очередь, скорость ветра. Летняя расчетная ско­рость ветра должна соответствовать принятым расчетным темпе­ратурам. Но так как эти величины не могут быть получены, при­ходится принимать усредненные величины. Согласно СНиП II-A.7—62 расчетную летнюю скорость ветра v, необходимую для определения коэффициента теплоотдачи а„, следует прини­мать по СНиП II-A. 6—62, равной наименьшей средней скоро­сти из восьми румбов за июль месяц. Анализируя повторяемость в проц. наименьших средних скоростей из восьми румбов и пов­торяемости штилей (в проц.) в июле для населенных мест юж­ных районов СССР мы пришли к выводу, что в подавляющем большинстве повторяемость штилей больше повторяемости наи­меньших средних скоростей. В противоположность воздействию коэффициента теплоотдачи а„ при определении теплопотерь (в зимнее время), когда увеличение ведет к получению более на­дежных результатов, при определении теплопритока (в летнее время) наиболее надежные результаты получаются при низких коэффициентах теплоотдачи и наибольший теплоприток будет в безветренную погоду.

Минимальные скорости ветра для большинства городов юж­ной и средней полосы лежат в пределах 0,8—3,3 'м/сек. Прини­мая усредненно минимальную скорость ветра v = 2 м/сек опре­делим а„ для этих условий и при безветрии.

Коэффициент наружного теплообмена ан определяется по эмпирическим формулам, в которые в качестве аргумента вхо­дит температурный напор между поверхностью ограждения и наружным воздухом при естественной конвекции (при отсутст­вии ветра) или скорость движения воздуха (скорость ветра) при вынужденной конвекции. Некоторые специалисты считают, что а„ зависит также от типа отделки поверхности ограждения, а по А. В. Лыкову [11] еще от влагосодержания воздуха и соотноше­ния размеров ограждения.

Величина а„ определяется из выражения

«н = «к т «л вт/м2 • град, (26)

где Як —коэффициент теплоотдачи конвекцией, вт/м2 • град;

ая—коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием, втім2 • град.

В случае естественной конвекции, т. е. при отсутствии ветра, величина як определяется Из обобщенной критериальной зави­симости [Щ.

Л7я = 0,135 (Gr-Pr)02i, если Gr • Рг> 2-Ю7, (27)

где Nu, Gr, Pr—критерии подобия.

В качестве определяющих величин принята средняя темпера­тура между температурами поверхности и воздуха, и высота плиты. Определим значения критериев Gr и Рг для наружных стен и окон.

Gr = 3 а /н. где /5—коэффициент температурного расширения 1

•рад

■>—кинематическая вязкость, м2/сек; g—ускорение силы тяжести, м/сск2-,

I—определяющий линейный размер, в качестве которого принимаем длину отдельных участков стен зданий от 10 до 30 м.

Значения температурного напора между поверхностью огражде­ния и наружным воздухом А /„ примем для летних условии: для стен A tH=5-^-20°С и окон A tH = 2-г5°С.

При температуре наружного воздуха 30“С для наружных стен Рг = 0,699 и окон Рг=0,7.

Таким образом величины комплексов (Gr ■ Рг) для стен и окон будут равны.

TOC o "1-5" h z (Gr • Рг)к с = ----- 1— щам10 : 30)- ■ 10^ 9 =

273 + 40 10,96-

= (0.37 -=-41,2) • 10‘2>2 • 107.

ІП п, 1 9,81 (10 30)'' - 10:- ._ __

(Gr ■ Рг <ж — ---------------------- '■ (2 о) - 0.7 =

4 ' 273 + 33 16,3- ;

= (0,17 V - 11,4) • 1013 > 2 • 107.

Подставив в уравнение (27) выражение комплексов, полу­чим:

ан. ст _ дiu. _Л_ — 0,135 (Gr • Pr)°-33 ~ =

= 0,135 і і0,37 н-11.2) • 101-]0-33 -°’-02-6 - =

1 (10 .30)

= 2,39 - г - 3,89 вт/м2 • град ; (28)

ЗО

of = 0,135(Gr • Рг)°-33- ~ =0,135[(0,17-=11,4) • Ю1*]0-33 =

= 1,85-г-2,48 вт/м2 ■ град. (29)

При наличии ветра, т. е. при вынужденном обтекании воз­духом плоской поверхности, М. А. Михеевым [12] выведена сле­дующая функциональная зависимость между критериями:

Nu = 0,032 Re°-S. (ЗО)

Здесь Re—критерий Рейнальдса.

Отсюда

ак — 0,032 • X ■ и0-8 • V-®-8 ■ /-°-2, (311

где Я—коэффициент теплопроводности воздуха, вт/м • град v—скорость движения воздуха (скорость ветра), м/сек. Приняв в среднем для воздуха Я = 0,027 вт/м ■ град, — = 16,5- 10_6 м'2/сек п длину отдельных участков стен зданий от 10 до 30 м,

ак = (3,7 = 3,0) • о0-8 вт/м2 ■ град.

При строгом решении задач лучистого теплообмена необхо­димо учитывать оптико-геометрические характеристики: коэф­фициент облученности, степень черноты И т. Д.

Коэффициент теплоотдачи излучением

( А + 273 _ V _ ( Ар +._2!3 V

ал = С' —— --------- -- —---- ri,2 = C'0'f1,2 вт м-• град, (32)

"н. с ^окр

где С'—приведенный коэффициент излучения. По Нуссель-

с с,

ту приближенно С'= - 1 ~-; для обычных строитель­но

ных материалов С' = 5>35—=5,0 вт/м2 • град. К':

5,7

тнс и ^окр—температуры наружной поверхности стены и на­ружного окружения, град С;

<7>i.2 —угловой коэффициент облучения.

Так как —усредненная температура всего окружения.

то можно считать <рЛ =1. Ввиду того, что тЦ. с 11 ^окр величины переменные, то и ая — величина переменная.

Принимая в среднем для летних условий температурный мно­житель в, равный 1,10, получим с известным приближением

ая = 5,0 - 1,10 • 1,0 = 5,5 вт/м2 ■ град.

По данным исследований НИИСФ [13] при перпендикуляр­ном обтекании воздухом плоских поверхностей коэффициент теп­лоотдачи от наружной поверхности ограждения к воздуху а„ не зависит от температуры поверхности и окружающего воздуха и определяется по формуле

ан = 11,6 V v втім2 ■ град.

Значения коэффициентов наружного теплообмена, вычислен­ные по различным данным, приведены в табл. 8.

Таблица 8

аив тім2-град при «л —5,5 вт/м2-град

Рекомендуемое автором расчетное значение

Проблема выбора параметров внутреннего воздуха в легнее время находится еще в стадия изучения.

Большое значение имеет вопрос о допустимой разности меж­ду температурами снаружи и внутри помещения п о понятии так называемого «температурного шока». До последнего времени считалось, что во избежание возможности возникновения темпе­ратурного шока и простудных заболеваний в летнее время тем­пература внутри помещения не должна быть ниже наружной температуры более чем на 8—10°С.

Однако при испытаниях в августе 1956 г. в районе Ашхаба­да пассажирских железнодорожных вагонов с установками ис­кусственного климата гигиенисты отмечали, что при температуре наружного воздуха около - Ю°С, а в вагоне 25°С люди при входе и выходе из вагона не испытывали неприятных ощущений. Про­студных заболевании также не наблюдалось. Повышение темпе­ратуры в вагоне до 28°С вызывало жалобы на неблагоприятное самочувствие.

Все изложенное дает основание полагать, что в летнее время значения температуры воздуха внутри помещения выше, чем
24—25°С не могут быть обоснованы с гигиенической точки зре­ния и не могут быть рекомендованы. Существует мнение, что че­ловеческий организм хорошо приспособлен к терморегуляции при температуре окружающей среды в пределах 14—25°С. Та­ким образом, температура воздуха в кондиционируемых поме­щениях должна приниматься не выше 25°С.