3. Определение затрат теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха
Задание 3. Определить затраты теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха через окна для помещений № 101, 201, 301 трехэтажного жилого здания. Район проектирования принять по варианту ранее выполненной курсовой работы по «Строительной теплофизике». Параметры наружного воздуха принять по таблице 1.2, температуру внутреннего воздуха для жилой комнаты принять по ГОСТ 30494.
Земля расположена ниже уровня пола первого этажа на один метр, окна над полом каждого этажа выше на 0,85 м, высота этажа hэт = 3,3 м. Площадь окна в комнате равна 4,5 м2. Окно выполнено из двухкамерного стеклопакета в спаренном переплете.
Расходы теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха, Qинф.,Вт, определяют по формуле
(1)
где с – удельная
теплоемкость воздуха,
(с = 1,006
)
;
tв tн - соответственно расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха, ºС;
А – площадь ограждений, м2;
К - коэффициент, учитывающий нагревание инфильтрующегося воздуха встречным тепловым потоком в ограждении:
К1= 0,7 - для окон и балконных дверей с тройным переплётом;
К1= 0,8 - для окон и балконных дверей с раздельным двойным переплётом;
К1= 0,9 - для окон и балконных дверей с двойным спаренным переплётом;
К1= 1 - для окон и балконных дверей с одинарным переплётом;
Фактический расход инфильтрующегося воздуха через окна и балконные двери G0 , кг/(м2·ч), определяют по формуле
(2)
где
– фактическое приведенное сопротивление
воздухопроницанию окна и балконной
двери, принимается по сертификату
качества, м2
· ч / кг.
Фактическое
приведенное сопротивление воздухопроницанию
окна и балконной двери должно быть
равно или больше требуемого (
≥
).
Требуемое
сопротивление воздухопроницанию
светопрозрачных конструкций окон и
балконных дверей,
,
м2
· ч / кг,
определяют по формуле
(3)
где P0 = 10 Па — разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций, при которой определяется сопротивление воздухопроницанию [5];
-
нормируемая воздухопроницаемость,
светопрозрачных конструкций, кг/(м2·ч),
принимаемая по таблице 3.1.
Таблица 3.1 - Нормируемая воздухопроницаемость светопрозрачных
конструкций
|
Ограждающие конструкции |
Воздухопроницаемость Gн, кг/(м2×ч), не более |
|
1 Окна и балконные двери жилых, общественных и бытовых зданий и помещений в деревянных переплетах; окна и фонари производственных зданий с кондиционированием воздуха |
6,0 |
|
2 Окна и балконные двери жилых, общественных и бытовых зданий и помещений в пластмассовых или алюминиевых переплетах |
5,0 |
|
3 Окна, двери и ворота производственных зданий |
8,0 |
|
4 Фонари производственных зданий |
10,0 |
-
разность давлений воздуха, Па, при
расчете требуемого сопротивления
воздухопроницанию для формулы (3)
следует определять по формуле
(4)
где Н – высота здания от земли до верха вытяжной шахты, м, (рис.1);
γн , γв – удельный вес, соответственно наружного воздуха и воздуха в помещении Н/м3.
Удельный вес следует определять по эмпирической формуле
(5)
где t
– температура, ºС, при которой
рассчитывается удельный вес
;
- расчетная скорость
ветра за январь, м /с.
Для расчета
фактического расхода инфильтрующегося
воздуха G0
по формуле (2) расчетную разность давлений
воздуха у внутренней и наружной
поверхности воздухопроницаемого
элемента
,
Па, определяют по формуле
(6)
где Н – тоже, что в формуле (4);
-
плотность соответственно наружного
воздуха и воздуха в помещении кг/м3.
Плотность следует определять по эмпирической формуле
(7)
где t – температура, ºС, при которой рассчитывается плотность воздуха;
h – расстояние от земли до центра рассматриваемого воздухопроницаемого элемента в здании (окна, балконной, входной наружной двери лестничной клетки), м, (рис. 1);
g
– ускорение свободного падения, 9,81
;
- расчетная скорость
ветра за январь, м /с;
-
динамический коэффициент учета изменения
ветрового давления, зависящий от типа
местности и высоты Н, следует определять
по таблице 3.2.
Таблица 3.2 - Динамический коэффициент учета изменения ветрового давления
-
Высота Н, м
Коэффициент
по
типам местности*А
В
С
0,75
0,50
0,40
10
1,00
0,65
0,40
20
1,25
0,85
0,55
40
1,50
1,10
0,80
60
1,70
1,30
1,00
80
1,85
1,45
1,15
*) Выделяются следующие типы местности:
А - открытые побережья морей, озер, пустыни, степи, лесостепи, тундра;
В - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м;
С - городские районы с застройкой зданиями более 25 м.
-
аэродинамические коэффициенты: на
наветренной стороне Сн=
0,8, а на подветренной Сз
= - 0,6.
Пример 3. Определить затраты теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха через окна для помещений № 101, 201, 301 трехэтажного жилого здания.
В указанных помещениях поддерживается tв = 22 ºC. Здание расположено в г. Владимир с расчетной температурой воздуха (параметр Б) tн = -28 ºC и с расчетной скоростью ветра за январь ν = 4,5 м/с.
Земля расположена ниже уровня пола первого этажа на один метр, окна над полом каждого этажа выше на 0,85 м, высота этажа hэт = 3,3 м. Площадь окон в комнате равна 4,5 м2. Окна выполнены из двухкамерного стеклопакета в спаренном переплете.
Решение:
1. Вычисляем высоту здания от земли до верха вентиляционной шахты
H = 1,0+3,3·2+3,4+2,5+0,5 = 14м.
2. Определяем расчетную разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях окна на уровне первого этажа по формуле (4)
∆P = = 0,55·14·(14,13 – 11,74) + 0,03·14,13·4,52 = 26,98 Па.
где γн определяем по формуле (5) при температуре -28 ºС
γв определяем при температуре 22 ºС
3. Определяем требуемое сопротивление воздухопроницанию окна в пластиковом переплете с нормируемой воздухопроницаемостью Gн = 5 кг / (м2 · ч) при ∆P0 = 10 Па по формуле (3)
В
данном примере принимаем фактическое
сопротивление воздухопроницанию окна
равным требуемому значению
=
=
0,388 м2·ч/кг.
4. Определяем разность давления воздуха у внутренней и наружной поверхностях окна расчетного помещения ∆Pi, Па, по формуле (6):
- на первом этаже
- на втором этаже
- на третьем этаже
где
определяются по формуле (7):
;
;
h – расстояние от земли до центра окна, м:
- первого этажа h′ = 1 + 0,85 + 1,5/2 = 2,6м;
- второго этажа h′′ = 2,6 + 3.3 = 5,9 м;
- третьего этажа h′′′ = 2,6 +3,3·2 = 9,2 м.
Kдин – определяют по таблице 3.2 для типа местности B, соответствующем городской застройке с высотой зданий 10 м и выше; Kдин = 0,73 по таблице 3.2 при высоте здания 14м.
Сн, Сз – аэродинамические коэффициенты, принимают Сн = 0,8 ; Сз = - 0,6.
5. Определяем расход инфильтрующегося воздуха через 1 м2 окна G0, кг/(м2·ч), по формуле (2): - для первого этажа
- для второго этажа
- для третьего этажа
6. Определяем расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха Qинф, Вт, по формуле (1)
- для первого этажа (помещение 101)
- для второго этажа (помещение 201)
- для третьего этажа (помещение 301)
В заключение расчёта следует сделать вывод о закономерности изменения затрат теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха.