2.1.Расчет теплопотерь здания.

Теплопотери здания прямо пропорциональны важнейшему теплоэнергетическому показателю — удельной отопительной характеристике q, то есть

q = k / R, Вт/м3 × C°,

здесь R — интегральное термическое сопротивление ограждений,

, а k — коэффициент компактности здания;

k = F/V; [1/м],

где F — общая площадь внешних ограждающих конструкций, [м²];

V — объем здания, [м³].

Таким образом, чем больше площадь ограждающих конструкций, стен, тем более значительны потери. Из этой формулы также следует, что уменьшение зданий до размеров менее 2,5–3 тысяч кубометров неэффективно.

3. Конвективный теплообмен в помещении

Конвективный теплообмен - процесс теплообмена воздуха с поверхностью, обусловленный турбулентным перемешиванием неизотермических масс воздуха и его теплопроводностью.

Теплообмен в помещении обусловлен поступлением в него тепловых потоков, которые принято условно разделять по их природе на лучистые и конвективные. Конвективный теплообмен протекает между поверхностями ограждений и оборудования и воздухом помещения. Помимо этого, в помещение поступают конвективные тепловые потоки с нагретым (охлажденным) воздухом в основном от систем вентиляции и кондиционирования воздуха. В лучистом теплообмене участвуют поверхности, обращенные в помещение.

Движение воздуха у нагретых или охлажденных поверхностей происходит под действием гравитационных сил, возникающих вследствие разности плотности различно нагретого воздуха у поверхности и в объеме помещения.

Нагреваемый воздух, вытесняемый снизу более холодным воздухом, поднимается вверх. Подача и удаление воздуха системами вентиляции усиливают этот процесс.

Вентиляционные и тепловые струи взаимодействуют между собой, формируют определенные температурные и скоростные поля по высоте помещения.

Обычно движение воздуха от различных источников рассматривается изолированно, а взаимодействие между потоками учитывается дополнительно на основании упрощенных гипотез. Теплообмен воздуха с относительно небольшими нагретыми или охлажденными поверхностями осуществляется, как правило, в режиме конвекции свободной. На поверхностях ограждений и других больших неизотермических поверхностях наблюдается естественный конвективный теплообмен, который в отличие от свободной конвекции происходит в стесненном ограниченном объеме помещения (конвекция естественная).

В условиях принудительного движения воздуха вдоль поверхности теплообмен определяется закономерностями конвекции вынужденной. Особый случай представляет конвективный теплообмен плоских неизотермических струй, настилающихся на поверхность ограждения (потолок, световые проемы и др.). Такой характер воздухораспределения обычно используется при воздушном отоплении. Безотрывное развитие настилающейся струи обеспечивает наиболее полное омывание помещения обратным потоком воздуха. Температуpa омываемых поверхностей при этом повышается и улучшаются комфортные условия.

Рис. 2. Перемещение потоков в помещении

Источниками тепла в помещении, как правило, являются тепловыделения от технологического оборудования, людей, искусственного освещения, отопительных приборов и теплопоступления от солнечной радиации через окна. Реже тепловые потоки, направленные внутрь помещения, проходят через непрозрачные наружные ограждения в основном через бесчердачные покрытия, нагреваемые солнечной радиацией.

Стоки тепла (тепловые потоки, направленные из помещения), как правило - теплопотери через наружные ограждения и тепловые потоки с охлажденным воздухом. Источники и стоки могут быть чисто конвективными и смешанными - лучисто-конвективными. Следует иметь в виду, что потоки разной природы по-разному формируют температурные условия в помещении. Так, лучистые потоки поглощаются поверхностями ограждений и мебели и приводят к их нагреву. Распределение лучистых потоков в помещении носит, как правило, неравномерный или асимметричный характер, что приводит к неравномерному нагреву отдельных поверхностей. Нагретые поверхности передают за счет естественного конвективного теплообмена тепло воздуху помещения. Если температура воздуха выше температуры поверхности, конвективный теплообмен имеет другое направление.

Так как поверхности ограждений обладают тепловой инерцией, теплообмен протекает в нестационарном режиме. Подвижность воздуха несколько интенсифицирует естественный теплообмен на поверхностях.

Конвективное тепло поступает непосредственно в воздух, который не обладает тепловой инерцией, что приводит к быстрому изменению температуры воздуха.

В помещениях большого объема происходит медленное перемешивание воздуха, что приводит к неравномерному распределению температуры воздуха.