Cтроительная теплофизика (часть 2) - Потребность в теплоте на нагревание инфильтрационного воздуха

3.5.7. Потребность в теплоте на нагревание инфильтрационного воздуха

Расход наружного воздуха, поступающего в помещения в результате инфильтрации в расчетных условиях, зависит от объемно-планировочного решения здания, плотности окон, балконных дверей, витражей. Задача инженерного расчета для каждого помещения сводится к определению расхода инфильтрационного воздуха G, кг/ч, через отдельные ограждения помещения. Так как проникновение воздуха в помещения через стены и покрытия невелики, ими обычно пренебрегают и рассчитывают только инфильтрацию через заполнения световых проемов, а также через закрытые двери и ворота, которые в обычном эксплуатационном режиме не открываются. В расчетах энергопотребления за отопительный период теплозатраты на нагревание инфильтрационного воздуха выполняется через все имеющиеся в здании входные двери и ворота в закрытом состоянии. Затраты теплоты на врывание воздуха через открывающиеся двери и ворота в расчетном режиме учитываются добавками к основным теплопотерям через входные двери и ворота.

Расчет должен выявить максимально возможную в расчетных условиях инфильтрацию, поэтому считается, что каждое окно или дверь находится на наветренной стороне здания.

Расчетная разность давлений ∆P, Па, для окна или двери каждого этажа рассчитывается по формуле (3.19) при расчетных температурах наружного и внутреннего воздуха (определяющих плотность наружного и внутреннего воздуха ρ_н и ρ_в) и скорости ветра.

Внутреннее давление Р_в в таких расчетах обычно приближенно принимается по (3.17). Тогда разность давлений по разные стороны воздухопроницаемого элемента здания принимает вид:

∆P=(Н-h)^.(ρ_н -ρ_в)^.g +(ρ_н ^.v²/2)^.К_дин^.(с_н-с_з)- P_в≈

=(Н-h)^.( ρ_н -ρ_в)^.g +(ρ_ext ^.v²/2)^.К_дин^.(с_н-с_з)-0,5 ^. H^. (ρ_н -ρ_в)^.g–0,5^.(ρ_н ^.v²/2)^.К_дин^.(с_н-с_з)=

=0,5H^.(ρ_н -ρ_в)^.g – h^. (ρ_н -ρ_в)^.g + 0,25(ρ_н^.v²/2)^.К_дин^.(с_н-с_з), (3.25)

где

Н – высота здания от земли до верха вытяжной шахты, м;

h – расстояние от земли до центра рассматриваемого воздухопроницаемого элемента в здании (окна, балконной двери, входной двери в здание, ворот, витража), м;

ρ_ext, ρ_в – плотности, кг/м³, наружного и внутреннего воздуха, определяемые по формуле (3.16);

g – ускорение свободного падения g = 9,81 м/с²;

К_дин – коэффициент, с помощью которого учитывают изменение динамических свойств ветра в застройке в зависимости от высоты h, принимается по [16].;

с_н, с_з – аэродинамические коэффициенты на наветренном и подветренном фасадах, принимаемые в соответствии с п. 3.5.2.

Из формулы (3.25) видно, что при определенных соотношениях значений слагаемых формулы на верхних этажах может сформироваться отрицательная разность давлений ∆P=Р_н - P_в, что означает возможность инфильтрации.

Расход инфильтрационного воздуха G_инф, кг/(ч^.м²), при этой разности давлений составит:

- через окна

G_инф=(1/R_инф,ок^тр) ^.( ∆P/∆P_o)^2/3, (3.26)

- через двери и ворота

G_инф=(1/R_инф,дв^тр) ^.( ∆P/∆P_o)^1/2, (3.27)

где

R_инф,ок^тр – фактическое сопротивление воздухопроницанию окна, м^2.ч/кг, при ∆P= 10 Па;

R_инф,дв^тр – фактическое сопротивление воздухопроницанию двери и ли ворот, м^2.ч/кг, при ∆P= 10 Па.

∆P_o- разность давлений, принятая для определения требуемого сопротивления воздухопроницанию, ∆P_o=10 Па.

Расход теплоты на нагревание инфильтрационного воздуха Q_инф, Вт, определяется по формуле:

Q_инф=0,28^.G_инф^.c^.A^.( t_в - t_н)^.k, (3.28)

где

с – теплоемкость воздуха, с=1,006 кДж/(кг^.оС);

k – коэффициент учета влияния встречного теплового потока в воздухопроницаемых конструкциях, равный 0,7 – для окон и балконных дверей с тройными раздельными переплетами, 0,8 – для окон и балконных дверей с двойными раздельными переплетами, 0,9 – для окон и балконных дверей со спаренными переплетами, и 1 – для окон и балконных дверей с одинарными переплетами.

Расчеты показали, что через плотные окна в многоэтажных зданиях существует инфильтрация, которая доходит до 20% от трансмиссионных теплопотерь и должна быть учтена в тепловой нагрузке на отопление здания.