6.3 Дополнительные потери теплоты через ограждающие конструкции

Основные теплопотери через наружные ограждения, обусловленные разностью температуры внутреннего и наружного воздуха, оказываются меньше фактических теплопотерь, так как в уравнении (62) не учитывается целый ряд факторов, вызывающих дополнительные потери теплоты, исчисляемые в долях от основных теплопотерь.

Графа 12. Добавочные потери теплоты, определяемые ориентацией ограждений по сторонам света, рассчитываются как

, (64)

где β_ор – коэффициент добавки на ориентацию (рисунок11), принимаемый в соответствии с [3, приложение 9, п.2,а];

Q_о – основные теплопотери через данное ограждение, Вт.

Их следует принимать в долях от основных потерь, в помещениях любого назначения через наружные вертикальные и наклонные (вертикальная проекция) стены, двери и окна, обращенные на север, восток, северо-восток и северо-запад в размере 0,1; на юго-восток и запад − в размере 0,05; в угловых помещениях дополнительно − по 0,05 на каждую стену, дверь и окно, если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток и северо-запад и 0,1 − в других случаях (рисунок 13).

В помещениях, разрабатываемых для типового проектирования, через стены, двери и окна, обращенные на любую из сторон света, коэффициент принимаются в размере β_ор = 0,08 при одной наружной стене и β_ор= 0,13 для угловых помещений (кроме жилых), [3, приложение 9, п.2,б].

Рисунок 13. Значения коэффициента добавок на ориентацию

Графа 13

Расход наружного воздуха, поступающего в помещения в результате инфильтрации в расчетных условиях, зависит от объемно–планировочного решения здания, а также плотности окон, балконных дверей, витражей. Задача инженерного расчета сводится к определению расхода инфильтрационного воздуха G_инф, кг/ч, через отдельные ограждения каждого помещения. Инфильтрация через стены и покрытия невелика, поэтому ею обычно пренебрегают и рассчитывают только через заполнение световых проемов, а также через закрытые двери и ворота, в том числе и те, которые при обычном эксплуатационном режиме не открываются. Затраты теплоты на врывание воздуха через открывающиеся двери и ворота в расчетном режиме учитываются добавками к основным теплопотерям через входные двери и ворота.

Расчет выявляет максимально возможную инфильтрацию, поэтому считается, что каждое окно или дверь находится на наветренной стороне здания.

Расчетная разность наружного и внутреннего давлений ∆p, Па, для окна или двери каждого этажа определяется по формуле:

, (65)

где р_н - р_в – разность наружного и внутреннего давлений, по разные стороны ограждения на наветренном фасаде на любой высоте, h, м.

ν – скорость ветра, м/с;

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

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

,– плотность соответственно наружного и внутреннего воздуха, кг/м³, может определяться по эмпирической формуле в зависимости от температуры t или по таблице 21:

. (66)

Таблица 21− Плотность воздуха в зависимости от температуры

t, C	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
ρ, кг/м3	1,248	1,243	1,239	1,235	1,230	1,226	1,222	1,217	1,213	1,209	1,205
t, °C	21	22	23	24	25	26	27	-10	-11	-12	-13
ρ, кг/м3	1,201	1,197	1,193	1,189	1,185	1,181	1,177	1,242	1,348	1,358	1,363
t, °C	-14	-15	-15	-17	-18	-19	-20	-21	-22	-23	-24
ρ, кг/м3	1,363	1,368	1,374	1,379	1,385	1,181	1,177	1,242	1,348	1,358	1,363
t, °C	-25	-26	-27	-28	-29	-30	-31	-32	-33	-34	-35
ρ, кг/м3	1,423	1,429	1,435	1,441	1,447	1,453	1,459	1,465	1,471	1,477	1,483
t, °C	-36	-37	-38	-39	-40	-41	-42	-43	-44	-45
ρ, кг/м3	1,489	1,496	1,502	1,509	1,515	1,523	1528	1,535	1,542	1,549

Скорость ветра измеряется на метеостанциях на высоте 10 м от земли на открытой местности. В застройке скорость ветра изменяется. Для учета изменения скорости ветра в различных типах местности и на разной высоте применяется коэффициент (таблица 22), значения которого регламентированы СНиП 2.01.07–85* [11]. Выделяются следующие типы местности:

А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, 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 свыше 25 м.

Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии 30H – при высоте сооружения H до 60 м и 2 км – при большей высоте.

Аэродинамические коэффициенты с_н и с_з показывают, какую долю от динамического давления ветра составляет формируемое им статическое давление на каком–либо фасаде здания. В соответствии со СНиП 2.01.07–85* [11] для большинства зданий величина аэродинамического коэффициента на наветренной стороне c_н = 0,8, а на подветренной c_з = 0,6.

Из данного выражения видно, что при определенных соотношениях значений каждого слагаемого на верхних этажах может сформироваться отрицательная разность давлений , что означает невозможность инфильтрации.

Таблица 22 − Коэффициент учета изменения скоростного давления ветра по высоте

Высота здания над поверхностью земли Z, м	Коэффициент kv для разных типов местности
	побережье морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундры	городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытие препятствиями высотой до 10м	городские районы с застройкой зданиями до 25м
<<5	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
100	2,00	1,60	1,25
150	2,25	1,90	1,55
200	2,45	2,10	1,80
250	2,65	2,30	2,00
300	2,75	2,50	2,20
350	2,75	2,75	2,35
>>480	2,75	2,75	2,75

Расход инфильтрационного воздуха G₀, кг/(м²∙ч), при этом составит:

• через окна

; (67)

• через двери и ворота

, (68)

где ,– фактическое сопротивление воздухопроницанию соответственно окна и двери (ворот) (при ∆P₀=10 Па), м² ч/кг.

Рисунок 14 – Формирование избыточных давлений и воздушных потоков вокруг и внутри здания

По показателям воздухопроницаемости ГОСТ 23166-99 [12] подразделяет оконные и балконные дверные блоки в деревянных, пластиковых и металлических переплетах на 5 классов. Основным признаком классификации является объемная воздухопроницаемость при ∆р = 100 Па. Максимально допустимые параметры для выделенных классов, согласно ГОСТ 23166-99 [12], пересчитаны в массовые при ∆р₀ = 10 Па по СНиП 23-02-2003 [13], а также в соответствующие им сопротивления воздухопроницанию при ∆р₀ = 10 Па (таблица 23).

Обычно считается, что для входных дверей в здание R_инф = 0,14÷0,16 м²∙ч/кг (при ∆р₀ = 10 Па), а для одинарных балконных дверей–переходов в незадымляемых лестничных клетках и холлах лестнично–лифтовых узлов R_инф = 0,47 м²∙ч/кг (при ∆р₀ = 10 Па).

Таблица 23 – Тепловой поток на отопление жилых зданий

Класс	Объемная воздухопроницаемость (при ∆р = 100 Па) L, м3/(ч∙м2), для построения нормативных границ классов	Воздухопроницаемость (при ∆р0= 10 Па)G, кг/(м2∙ч)	Сопротивление воздухопроницанию (при ∆р0= 10 Па) Rинф, м2∙ч/кг
А	3	0,77	1,299
Б	9	2,31	0,433
В	17	4,36	0,229
Г	27	6,93	0,144
Д	50	12,83	0,078

В соответствии с [13] требуемое сопротивление воздухопроницанию светопрозрачных конструкций окон, балконных дверей, витражей и световых фонарей в жилых, общественных и производственных зданиях должно быть не менее нормируемого значения сопротивления воздухопроницанию при разности давлений ∆р₀ = 10 Па , м²∙ч/кг:

, (69)

где G^н – нормируемая воздухопроницаемость ограждающей конструкции, кг/(м² ∙ ч), это максимальная разрешенная воздухопроницаемость конструкции при любых погодных условиях, принимаемая в соответствии с [13];

∆р₀ – разность давлений воздуха с наружной и внутренней сторон светопрозрачных ограждений, при которой определяется сопротивление воздухопроницанию, по [13] ∆р₀ = 10 Па;

Δр – разность давлений, находится по формуле (52).

Требуемое сопротивление воздухопроницанию окна R_инф,req не содержит размер­ности потенциала переноса воздуха – давления.

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

,

где с – теплоемкость воздуха, кДж(кг ∙ °С); с = 1,006 кДж/(кг ∙ °С);

k – коэффициент учета влияния встречного теплового потока в воздухопроницаемых конструкциях:

– для окон и балконных дверей с

тройными раздельными переплетами k = 0,7

– для окон и балконных дверей с

двойными раздельными переплетами k = 0,8;

– для окон и балконных дверей со

спаренными переплетами k = 0,9;

– для окон и балконных дверей с

одинарными переплетами k=1;

А – площадь окон, дверей в определенном помещении, м².

Графа 14.

А. Дополнительные теплопотери через полы над проветриваемыми холодными подпольями

Дополнительные теплопотери через необогреваемые полы Q_д.нп., Вт, первого этажа над холодными проветриваемыми подпольями в местностях с расчетной температурой наружного воздуха (холодной пятидневки) минус 40 ^оC и ниже применяются согласно [3, п. 2, в] (для β_нп = 0,05 в долях от основных теплопотерь через полы Q₀, Вт):

. (70)

Б. Добавочные потери тепла на открывание наружных дверей

Данные потери принимаются [3, приложение 9 п. 2^*]. Через наружные двери, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами, при высоте зданий Н, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза.

0,2 Н – для тройных дверей с двумя тамбурами между ними;

0,27 Н – для двойных дверей с тамбурами между ними;

0,34Н – для двойных дверей без тамбура;

0,22Н – для одинарных дверей.

В жилых зданиях эти теплопотери О_д.нд. следует учитывать только для дверей лестничных клеток.

В производственных зданиях для наружных ворот при отсутствии тамбура и воздушно-тепловых завес коэффициент добавки  β_нд  = 3, при наличии тамбура β_нд = 1 [3, с.93; 2, приложение 9, п.2, д].

В общественных зданиях при частом открывании дверей также рекомендуется введение дополнительной добавки β_нд = 4 – 5 [3, с.93].

В. Дополнительные теплопотери при наличии в помещении двух и более наружных стен

Дополнительные потери теплоты через ограждения общественных, административно-бытовых и производственных зданий (кроме жилых зданий) при наличии двух и более наружных стен в одном помещении принимаются в соответствии с [3]. В угловых помещениях жилых зданий повышают расчетную температуру внутреннего воздуха на 2°С [2]. Для остальных видов зданий принимают β_дс = 0,05 в долях от основных теплопотерь Q_о, Вт, на каждую стену, дверь и окно, если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток и северо-запад и β_дс = 0,1 − в других случаях:

, (71)

где β_дс − коэффициент добавки, учитывающий наличие двух и более наружных стен.

Графа 15 – множитель добавок.

Графа 16. Общее количество теплопотерь определяется произведением основных теплопотерь на коэффициент добавок.

Графа 17. При расчете тепловой мощности систем отопления необходимо учитывать регулярные бытовые теплопоступления в помещение от электрических приборов, освещения, технологического оборудования, коммуникаций, материалов, тела человека и других источников. При этом значения бытовых тепловыделений, поступающих в комнаты и кухни жилых домов, следует принимать в количестве 10 Вт на 1 м² площади пола [2, п. 3. 1, г] и определять по уравнению, Вт:

, (72)

где F_п – площадь пола отапливаемого помещения, м²

Графа 18. За расчетные (для определения поверхности нагрева отопительных приборов) теплопотери принимаются общие потери тепла помещениями, уменьшенные на величину бытовых тепловыделений.

Теплопотери всех помещений суммируются и результатом расчета является сумма потерь тепла зданием ΣQ_зд, Вт.