7.7. Периодическая теплопередача

Для определения количества тепла, необходимого для поддержания требуемого температурного режима внутри здания в течение продол­жительного зимнего периода, обычно используют метод стационарного режима. Условия становятся нестационарными в тех случаях, когда здание периодически получает тепло от таких источников, как сол­нечное излучение, искусственное освещение, электрические нагрева­тельные приборы, или когда изменяется температура внешней среды. Все эти причины вызывают колебания температуры внутри помеще­ния около среднесуточного значения. Наинизшие и наивысшие значе­ния температур могут быть использованы как исходные для определе­ния количества тепла при нагреве и охлаждении здания. Если эти зна­чения становятся чрезмерными, как, например, в случае летней жары, то предпринимаются меры для обеспечения необходимого уровня есте­ственной вентиляции или при определенных обстоятельствах — кон­диционирования воздуха.

Основной метод расчета, предложенный Лоундоном и Дантером [7.14, 7.15], позволяет определять температуру внутри естественно вен­тилируемого здания с учетом притока тепла за счет солнечной энер­гии и тепловой инерционности здания.

Из всех разнообразных причин, вызывающих изменение теплово­го режима здания, излучение Солнца играет наиболее важную роль. Поэтому наличие окон становится превалирующим фактором. Когда солнечное излучение попадает на оконное стекло или на жалюзи окон­ного проема, тепло частично отражается, частично передается и частич­но поглощается. Поглощенное тепло затем частично отдается внутрь помещения и частично наружу. Полное количество тепла, подводимого к зданию, — это соответственно усредненная часть солнечной энер­гии, проникающей в здание за определенный период времени (напри­мер, за 24 ч). Вводимый коэффициент солнечной нагрузки позволяет рассчитывать поглощающие, передающие и ретрансляционные харак­теристики окон, так что количество тепла, эквивалентное подводимой солнечной энергии, легко может быть получено из соотношения

& = 37Р_Ш. (7.13)

Доля солнечного тепла, падающего на стены и проникающего затем в помещение, обычно незначительна по сравнению с теплом, попадаю­

159

щим через окна. Для получения суммарного количества подводимого тепла <З_г кроме солнечной составляющей необходимо учесть тепло от

других случайных источников. Степень влияния <З_г на температуру внутри помещения зависит от значения параметра теплопередачи си­стемы Ж — ЪКР и параметра теплопередачи за счет вентиляции Ж_вет..

Изменения интенсивности солнечного излучения и других истоп­ников тепла могут стать причинами колебания температуры внутри помещения около ее среднего значения. Приток тепла во времени мо­жет быть представлен синусоидой за период времени 24 ч с амплитудой

<э-0" вт, _ (7.14)

где <3 — максимальный приток тепла, а <3 — среднее значение. Пе­ременные составляющие притока тепла <3 определяются отдельно для различных источников тепла и затем складываются для получения суммарного колебания тепловой нагрузки <2₄.

Под воздействием циклических изменений поступления тепловой энергии происходят колебания температуры внутри помещения, при­чем тепло поступает в здание или отдается им в окружающую среду с некоторым запаздыванием. Колебания температуры внутри помеще­ния более плавные для здания, сооруженного из массивных конструк­ций, обладающих большей теплоемкостью по сравнению с легкими кострукциями. Реакция строительного сооружения на изменение при­тока тепла характеризуется тепловой инерционностью У [7.15], кото­рая без учета времени запаздывания может быть использована в рас­четах по аналогии с полным коэффициентом теплопередачи К.. Это обстоятельство дает возможность получить простое уравнение, свя­зывающее колебания температуры внутри помещения (_е_1 с цикличе­скими изменениями подводимого тепла т. е.

$_г=(2РУ+ Ж_БеНт)Г_еЛ Вт. (7.15)

Из этого уравнения видно, что вентиляционная составляющая входит в него в качестве самостоятельного слагаемого, характеризующего переменную часть теплоподвода.

В табл. 7.6 приведены уравнения для определения значений и коле­баний температуры внутри помещения под воздействием циклических изменений подводимого тепла. Установлено, что изменение темпера­туры массивных конструкций здания при переменном теплоподводе происходит спустя час после изменения температурных условий. Чтобы учесть это обстоятельство, необходимо, как предлагается в ра­боте [7.1], учитывать начало воздействия лучистой энергии со сдвигом на час раньше.

Таблица 7.6

Уравнения для определения температуры среды

внутри помещения при изменении количества подводимого тепла

и периодичности его подвода

Обозначения:

Р] — площадь поверхности конструкции, м²; Рщ — застекленная площадь поверхности окна, м²;

159

П р о д о л ж е п и с т а б л. 7.6 2Р — полная площадь поверхности помещения, м²; ^"вент ⁼ 1/(3/^ V + 1/а_а2Р) — составляющая параметра теплопередачи за счет вентиляции, Вт/^сО, { — коэффициент затухания, зависящий от толщины стены; / = 0,32 0,15 для толщины от 20 до 30 см соответственно (более детально см. [7.1]); 1 — плотность потока солнечного излучения, Вт/м²; •е I — температура среды внутри помещения, °С; 1_е_ о — солнечно-воздушная температура, °С; г_а> о — температура воздуха вне помещения, °С; 5 — коэффициент солнечной нагрузки; 5₀ — переменная составляющая коэффициента солнечной нагрузки; У — тепловая инерционность, Вт/(м² • °С);

2РУ — суммарная площадь всех поверхностей помещения, умноженных на соответствующие значения У, Вт/°С.

Индексы:

а—изменение температуры воздуха;

с—нерегулярная составляющая подводимого тепла;

/—здание:

з—Солнце:

I— полный.

Символами—, ~, Л обозначены средние, переменные и максимальные зна­чения, соответственно.

Подводимое к зданию тепло:

эквивалентное солнечному излучению,

подаваемому в помещение через осве- _ _

щенные окна <2₈ — $>ЗРц)

от осветительных приборов, оборудова­ния и т. п. (нерегулярное поступле- _ ние) <2_С

от солнечного излучения и других ис­точников (полное эквивалентное коли- _ _ чество тепла) <2* = <2«-|-<2с

Средняя температура среды _{гКш Ри, + Х_ва1т) (1_в, _г- 7_а,₀) + внутри помещения

Циклический режим подво­да тепла:

энергии солнечного излучения через 0₈=5 Р (7_/)

окна ^{а ш}

к конструкции здания (2_/= ^ щ (?_е_ ₀_/~₀)

за счет нерегулярной составляющей фс = Фс_~0.а

за счет изменения температуры возду- Ъ_а=(ЪКш Рш + Ж_ве11Т)7_а о ха внутри помещения

полное эквивалентное количество теп- §[ = 0з + 0/ + 0с+$а

ла, Подводимого к зданию

колебания (среднего значения по отно- (2/У + <?Г_веНт)7_е| ; — &

шению к максимальному) температуры среды внутри помещения

Продолжение табл. 7.6

В условиях нестационарного подвода тепла за счет лучистой энер­гии панели здания обладают определенным полным термическим со-

С

за сутки

Рис. 7.4. Максимальная интенсивность Солнца в полдень на вер­тикальных поверхностях при ясной погоде на территории Велико­британии.

(Кривые на рисунке построены с разрешения по результатам, приведенным в 1НУЕ-А Справочнике, 1970)

противлением, в то время как в условиях стационарного режима ра­диационного теплоподвода это сопротивление становится неопределен­ным. Чтобы связать обе составляющие лучистого теплоподвода, вводит­ся коэффициент 5_а, учитывающий непостоянство солнечной нагрузки. Принимаются во внимание также различия элементов панелей по­средством классификации зданий на тяжелые и легкие. Некоторые типичные значения 5, 5_а и У, взятые из работы [7.14], приведены в табл. 7.7. Максимальная интенсивность Солнца на территории Вели­кобритании в полдень на поверхности вертикальных стен (в августе и январе) при ясной погоде приведена на рис. 7.4.

161

Максимальное значение тем- ^ _{_7_е <-\-Т_е {

пературы среды внутри поме- ^е' ^е' ^е'

щ е н н я

Таблица 7.7

Некоторые типичные значения 5, З_а н У

Система	5	5а (лег-кие конст­рукции)	Элементы здания	У, Вт/(м".°С)
Одинарное стекло	0,77	0,54	Окно с одним стеклом	5,6
Двойное стекло	0,67	0,49	Окно с двумя стеклами	3,2
Жалюзи:			7,5 см стены
			с р= 1750 кг/м3	5,0
за одним стеклом	0,46	0,46	Деревянные полы	2,0
между двумя стеклами	0,28	0,25	Оштукатуренный пото-
			лок	3,0

Примечание. Значения взяты нз работы [7.14].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

7.1. ШУЕ Ош'ае Воок А. 1п$иЧииоп о! НеаЯпр; апа УепШаНоп Еп^теегз, 1970.

7.2. А5НКАЕ НапаЪоок о! РипйатепЫз. Атепсап 5оае!у о{ НеаНпо; КеГп^ега-Ип% апа А^-сопаШопт^ Еп^теегз, 1967.

7.3. а) ОШ 4701, Не^еЫ 1йг сНе ВегесЬпип^ Йез Шагте-ЬейагГз уоп ОеЬаигкп, Сегтап 31апс1агаз; Ь) АззоааНоп йез 1по;етегз еп СпаиГГа^е е! УепШаЯоп йе Ргапсе; с) NЕN 1068, ТЬегта1 1п5и1аКоп о1 ВыеШп^в, №1пег!апс1; й) Эапзк Рогепт^ 1ог Уагте-УепШаМоп-о^ ЗапИеЫектк.

7.4. Ншпрпгеуз М. А. ЕпукоптепЫ Тетрега{иге апа Тпегта! Сотюг!. — «Вш!а. ЗегУкез Еп^пеегз», 1974, V. 2, р. 77—81.

7.5. 5|тш Е. Ьоеап{:Ьгтс РгоП!е апа¹ Оез1о;п ДУта¹ Зреейз. — Епгп§ Мссп. 01"у.», 1973, Оск>Ьег.

7.6. Оауепрог! А. О. ТЬе Оерспйепсс оГ \Утс1 Ьоаг1з оп Ме1сого1о§1са1 Рагатс-{егз, Ргос. Зутр. ДУша Р.{Гес!з оп ВшЫтгз апа 51гис1игез. V. 1. 011о\уа, 1967.