5. Определение поступлений теплоты за счет солнечной радиации

Расчет производится в соответствии с [2] и [5].

При проектировании системы вентиляции составляется воздушно-тепловой баланс помещения для различных периодов года. В теплый период года учитываются поступление теплоты в помещение через световые проемы и покрытия за счет солнечной радиации. Учет поступления теплоты производится для наиболее жаркого месяца года и расчетного времени суток.

Количество теплоты, поступающее в помещение за счет солнечной радиации, состоит из двух составляющих:

5.1 Расчет поступления теплоты через покрытие

Количество теплоты, поступающей в помещение через покрытие q_покр., Вт, определяется зависимостью:

, (12)

где q_1ср - среднее за сутки количество поступающей теплоты, Вт/м²;

q_1ср - часть теплопоступлений, Вт/м², изменяющаяся в течение суток.

Среднее за сутки количество теплопоступлений через покрытие определяется по формуле:

, (13)

где К_покр - коэффициент теплопередачи покрытия, Вт/(м²С);

К_покр= ;

t_ext.ср - средняя расчетная температура наружного воздуха наиболее жаркого месяца для вентиляции (обеспеченностью 0,5) и наиболее жарких суток для кондиционирования воздуха (обеспеченностью 0,9 - 0,95), принимаемые по СНиП 23-01, табл. 2, соответственно графа 3 и графа 4;

t_int ^покр - температура воздуха под покрытием помещения, С;

, (14)

где - температурный градиент;

_покр - коэффициент поглощения солнечной радиации поверхностью покрытия (СП 23-101-2004);

q_г.ср - среднее суточное количество теплоты суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации, Вт/м², поступающей на поверхность покрытия; Принимается по справочнику проектировщика 1992 г.;

_г - коэффициент теплоотдачи наружной горизонтальной поверхности ограждения, Вт/м²С, определяемый по зависимости:

, (15)

где V - минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль, повторяемость которых составляет 16% и более, м/с, но не менее 1 м/с; принимается по СНиП 23-01;

Количество теплопоступлений q_1ср, Вт/м², изменяющихся в течение суток, определяется по формуле:

, (16)

где - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности, Вт/(м^{2 0}С); принимается по СНиП 23-02;

_п - коэффициент, учитывающий наличие в конструкции воздушной прослойки; при отсутствии прослойки _п=1;

₂ - коэффициент, учитывающий гармоническое изменение температуры наружного воздуха в зависимости от периода запаздывания , ч, теплопоступлений; принимается по справочнику проектировщика;

А_{t ext} - суточная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха, принимаемая равной средней для вентиляции (обеспеченностью 0,5) и максимальной для кондиционирования (обеспеченностью около 1) в июле, ⁰С; принимается по СНиП 23-01;

А_q.г. - количество теплоты, равное суммарной солнечной радиации в каждый час (с учетом запаздывания температурных колебаний) и средней за сутки суммарной солнечной радиации, Вт/м², определяемое по выражению:

, (17)

где S_г и D_г - количество теплоты соответственно прямой и рассеянной солнечной радиации, поступающей в каждый час расчетных суток на горизонтальную плоскость, Вт/м², принимается по справочнику проектировщика, 1992 г.;

_покр - коэффициент поглощения солнечной радиации поверхностью покрытия;

- величина затухания расчетной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в ограждающей конструкции.

Коэффициент затухания амплитуды колебания температуры наружного воздуха внутри ограждения определяется по формуле:

, (18)

где е = 2, 718 основание натуральных логарифмов;

D - значение суммарной тепловой инерции ограждений, определяемой по формуле:

, (19)

где  - толщина слоя ограждения, м;

 - коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(мС); принимается по СП 23-101-2004);

S - коэффициент теплоусвоения материала слоя, Вт/(м²С); принимается по СП 23-101-2004);

Y - коэффициент теплоусвоения наружной поверхности слоя, Вт/(м²С), который для слоя с D1 принимается равным S.

Если тепловая инерция слоя, D1, то коэффициент теплоусвоения определяется расчетом, начиная с первого слоя, по формуле:

, (20)

а для i-го слоя - по формуле

(21)

Результаты вычислений тепловой инерции и коэффициентов теплоусвоения сведены в таблицу 5.1.1.

Таблица 5.1.1-Результаты вычислений тепловой инерции и коэффициентов теплоусвоения

Конструкция покрытия
№ п.п	Материал	ρ, кг/м3	δ, м	λ, Вт/(м·°C)	R, м2·°C/Вт	S, Вт/(м2·°C)	D		У, Вт/(м2·°C)
1	Известково-песчаная штукатурка	1600	0,02	0,81	0,025	9,76	0,24		9,1
2	Железо-бетонная плита	2500	0,3	2,04	0,15	18,95	2,84		18,95
3	Плиты минераловатные	75	0,1	0,045	2,22	0,59	1,31		0,59
4	Цементно-песчаная стяжка	1800	0,02	0,93	0,02	11,09	0,22		3,01
5	Рубероид	600	0,01	0,17	0,06	3,53	0,21		3,18
Σ								4,82

Результаты расчета поступления теплоты за счет солнечной радиации через покрытие сведены в таблицу 5.1.2.

Таблица 5.1.2-Поступление теплоты через покрытие

Параметр	Численные значения параметров в часы расчетных суток
	8-9	9-10		10-11		11-12		12-13		13-14		14-15		15-16		16-17
β2	-0,13	0,13		0,38		0,60		0,79		0,92		0,98		0,99		0,97
Sг, Вт/м2	499	593		685		733		733		685		593		499		356
Dг, Вт/м2	112	126		129		133		133		129		126		112		99
Aq.г, Вт/м2	283	391		486		538		538		486		391		283		127
Δq1	0,520	0,770		1,000		1,140		1,170		1,100		0,920		0,720		0,420
q1ср+Δq1	12,920	13,170		13,400		13,540		13,570		13,500		13,320		13,120		12,820
qпокр	6370,00	6493,00		6606,00		6675,00		6690,00		6656,00		6567,00		6468,00		6320,00
Суммарная радиация	10551	12829		16455		16290		16551		15695		14001		12096		10949

.2 Расчет поступления теплоты через остекление

Поступление тепла в помещение за счет солнечной радиации через световые проемы Q, Вт, определяются по формуле:

Q=(q_пр+q_тп)·F_п, (22)

где q_пр - теплопоступление от солнечной радиации через заполнение светового проема, Вт/м²;

q_тп-теплопоступление через заполнение светового проема обусловленные теплопередачей, Вт/м²;

F_п - площадь светового проема, м².

Теплопоступление от солнечной радиации q_пр, Вт/м², через вертикальное заполнение световых проемов:

q_пр=(q_п·К _инс+q_р·К _обл)·К_отн·К_зат, (23)

где q_п - количество теплоты прямой солнечной радиации, поступающей в помещение в каждый час расчетных суток через одинарное остекление светового проема, Вт/м²; принимается по справочнику проектировщика, 1992;

q_р - количество теплоты рассеянной солнечной радиации, поступающей в помещение в каждый час расчетных суток через одинарное остекление светового проема, Вт/м²; принимается по Справочнику проектировщика, 1992;

К_инс - коэффициент инсоляции, определяемый для вертикального ограждения по формуле:

(1 - (24)

где L_Г - размер горизонтальных выступающих элементов затенения, м;

L_B - размер вертикальных выступающих элементов затенения, м;

а - расстояние от горизонтального элемента затенения до откоса светопроема, м;

c - расстояние от вертикального элемента затенения до откоса светопроема, м;

А_с.о.-солнечный азимут остекления, т.е. угол между горизонтальной проекцией солнечного луча и нормалью к рассмотренной плоскостью остекления; принимается по справочнику проектировщика 1992;

Н - высота светового проема, м;

В-ширина светового проема, м;

β - угол, град., между вертикальной плоскостью остекления и проекцией солнечного луча на вертикальную плоскость, перпендикулярную рассматриваемой плоскости остекления:

β = arctg*(ctgh·cosА_со), (25)

где h - высота стояния солнца, град.;

К_обл - коэффициент облучения, определяемый как произведение коэффициентов облучения К_обл.г и К_обл.в соответственно для горизонтальной и вертикальной солнцезащитной конструкции, т.е.

К_обл = К_обл.г · К_обл.в (26)

К_обл.г и К_обл.в определяются по рис. 2.6 справочника проектировщика1992.

Эти коэффициенты зависят от углов γ₁ и β₁, которые определяются по формулам

γ₁ = arctg(α_в/B+C), (27)

β₁ = arctg(α_г/H+a), (28)

α_{в -} коэффициент теплоотдачи вертикальной наружной поверхности, Вт/(м^{2 0}С); определяется по формуле:

α_в=5,8+11,6 , (29)

α_г - коэффициент теплоотдачи горизонтальной наружной поверхности, Вт/(м^{2 0}С), определяется по формуле:

α_г=8,7+2,6 , (30)

К_отн - коэффициент относительного проникания солнечной радиации через заполнение светового проема, отличающегося от обычного одинарного остекления;

К_зат-коэффициент, учитывающий затенение светового проема переплетами.

Теплопоступления, обусловленные теплопередачей через остекление светового проема q_тп, Вт/м², определяются по формуле:

_, (31)

где t_{ext.усл -} условная температура наружной среды, °С;

t_int - расчетная температура воздуха в помещении, °С;

R_п - сопротивление теплопередаче заполнения светового проема,

м^{2 0}С / Вт определяется по справочнику проектировщика, 1992;

Условная температура наружной среды t_ext.усл,°С, при вертикальном заполнении световых проемов

(32)

где А_{t ext} - суточная амплитуда колебаний температуры наружного воздуха, принимаемая равной средней для вентиляции (обеспеченностью 0,5) и максимальной для кондиционирования воздуха (обеспеченность около 1); принимается по СНиП 23-01;

t_ext.ср - средняя расчетная температура наружного воздуха наиболее жаркого месяца для вентиляции (обеспеченностью 0,5) и наиболее жарких суток для кондиционирования воздуха (обеспеченностью 0,9 - 0,95), принимаемая по СНиП 23-01;

β₂ - коэффициент, учитывающий гармоническое изменение температуры наружного воздуха в зависимости от периода запаздывания , ч, теплопоступлений; принимается по справочнику проектировщика;

S_в, D_в - количество теплоты соответственно прямой и рассеянной солнечной радиации, поступающей в каждый час расчетных суток на вертикальную поверхность, Вт/м²; принимается по справочнику проектировщика, 1992;

ρ_п - приведенный коэффициент поглощения солнечной радиации заполнением световых проемов, принимается по справочнику проектировщика, 1992;

_ext - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения. Для вертикальной плоскости он равен:

_ext =5,8+11,6 , (33)

где V - расчетная скорость ветра в июле, V=1 м/с.

Результаты расчета поступления теплоты за счет солнечной радиации через остекление сведены в таблицу 5.2.

Таблица 5.2 - Поступление теплоты через световые проемы

Север	Численные значения параметров в часы суток
	8-9	9-10	10-11	11-12	12-13	13-14	14-15	15-16	16-17
qп, Вт/м2
qр, Вт/м2	70	64	60	59	59	60	64	70	74
h, град	40	49	56	61	61	56	49	40	30
Ac., град	76	60	40	16	16	40	60	76	87
Ac.o., град	104	120	140	164	164	140	120	104	93
ctgh	1,19	0,87	0,67	0,55	0,55	0,67	0,87	1,19	1,73
cosAс.о.	-0,24	-0,50	-0,77	-0,96	-0,96	-0,77	-0,50	-0,24	-0,05
tgAс.о.	-4,01	-1,73	-0,84	-0,29	-0,29	-0,84	-1,73	-4,01	-19,08
β	-16	-23	-27	-28	-28	-27	-23	-16	-5
сtgβ	-3,47	-2,30	-1,94	-1,88	-1,88	-1,94	-2,30	-3,47	-11,03
Kинс.	2,24	1,61	1,40	1,30	1,30	1,40	1,61	2,24	8,76
qпр., Вт/м2	34	31	29	28	28	29	31	34	36
β2	-0,13	0,13	0,38	0,60	0,79	0,92	0,98	0,99	0,97
Sв, Вт/м2
Dв, Вт/м2	94	86	81	80	80	81	86	94	101
text усл., град	29,12	30,64	32,12	33,45	34,61	35,41	35,82	35,95	35,89
qтп, Вт/м2	9,17	13,63	17,99	21,91	25,32	27,68	28,88	29,27	29,08
qпр+qтп,	42,77	44,35	46,79	50,23	53,64	56,48	59,60	62,87	64,60
Q, Вт	1155	1198	1263	1356	1448	1525	1609	1697	1744

Полная солнечная радиация равна:

ΣQ = Q_c + Q_ю + Q_покр = 1750 + 8590 + 16550 = 26890, Вт.