Тепловой и влажностный режимы зданий, теплофизика ограждающих конструкций

,

где h_i – расчетная высота, м, от уровня земли до верха окон, балконных дверей или других проемов;

      р_int – избыточное (условно-постоянное) внутреннее давление воздуха в здании определяющееся по балансу притока и вытяжки, Па;

     c_е.п и c_е.р ‒ аэродинамические коэффициенты с наветренной и подветренной стороны здания (для вертикальных поверхностей  c_е.п = 0,8; c_е.р = – 0,6 согласно СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» с изм. 1993 г. );

      k₁ – коэффициент изменения скоростного давления ветра по высоте здания, принимаемый по табл. 3.4.

Таблица 3.4

Значения коэффициента k₁  в зависимости от высоты зданий

по данным СНиП 2.01.07-85 с изм. 1993 г.

Тип местности	Значения k1 при Н, м, равной
	£ 5	10	20	40
Открытая, не защищенная от ветра (А)	0,75	1,0	1,25	1,5
В пределах городской черты (В)	0,5	0,65	0,85	1,1

6. Определяется фактическое значение удельного воздушного потока,  

    G , кг/м²×ч, инфильтрирующегося через единицу площади ограждений:

               - для стен, покрытий, перекрытий

G

= ,

               - для заполнений световых проемов

G

= .                    

       7. Определяется общий расход воздуха, G_inf, кг/ч, инфильтрирующегося в помещение через все имеющиеся в нем ограждающие конструкции, как

                                                  G_inf = .                                   

Рассчитаем  требуемый и фактический эксплуатационные режимы воздухопроницаемости заполнения оконного проема при использовании  двойного остекления из обычного стекла в спаренных переплетах для рассматриваемого жилого здания высотой H = 15 м, расположенного в пределах городской черты, при тех же исходных данных и скорости ветра υ = 4,9 м/с.

1. Плотности внутреннего и наружного воздуха рассчитаем по формуле

;

кг/м³;        

кг/м³;

2. Среднее значение расчетной разности давлений внутреннего и наружного воздуха определим по формуле

=                                              

где g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с²;

      H – высота здания от поверхности земли до карниза, м;

      r_в ; r_н – плотности внутреннего и наружного воздуха, кг/м³;

      υ – расчетная скорость ветра, м/с.

3.  Нормативное сопротивление  воздухопроницанию окон и балконных дверей в ПХВ переплетах для жилых зданий G^н = 5,0 кг/м²ч   (табл. 11 СНиПа [4])

4.   Требуемое сопротивление воздухопроницанию окон по формуле

 м²×ч×Па/кг.

где DР_о – стандартный перепад давлений, при котором производятся испытания окон на воздухопроницаемость, равный 10 Па.

4. Согласно пункту 8.6 СНиПа [4] оконные блоки в жилых и общественных зданиях следует выбирать согласно классификации воздухопроницаемости притворов по ГОСТ 26602.2-99 «Блоки оконные и дверные. Методы определения воздухо- и водопроницаемости»: для 3‒этажных зданий и выше – не ниже класса Б; для 2-этажных зданий и ниже – в пределах классов В-Д.     

Нормативные кривые, определяющие согласно ГОСТ 26602.2-99 границы классов оконных блоков по объемной воздухопроницаемости  Q₁, м³/(ч×м²), в зависимости от перепада давлений Dр, Па рис. 1.4.

 

Рис. 1.4.

 Границы классов окон по  воздухопроницаемости

 

На  этом же графике в качестве примера нанесены точки фактической воздухопроницаемости оконных блоков с двойным остеклением в деревянных раздельных переплетах и двойным уплотнением притворов, полученные в результате сертификационных испытаний. Так как точки, характеризующие действительную воздухопроницаемость данного типа окон выходят за пределы класса Б, такая конструкция не годится для зданий с числом этажей большим двух. Поэтому при расчете пяти- или девятиэтажных зданий в качестве проектного (фактического) принимаем предельно допустимое значение объемной воздухопроницаемости окон класса Б, которая, согласно графику рис. 2.1 составляет: Q₁ = 1,9 м³/(ч×м²).

При этом проектная массовая воздухопроницаемость составит:   

G_у = r_н·Q₁ = 1,453·1,9 = 2,76 кг/(ч×м²).

        При отсутствии сертификата значение показателя режима фильтрации также можно принимать равным нормативной величине: n = 2/3.

5. Предельно допустимое проектное (фактическое) значение сопротивления воздухопроницанию оконного блока, соответствующего классу Б, при этом составит:

 м²×ч×Па/кг.

     Таким образом,  = 0,762 м²×ч×Па/кг  >  = 0,435 м²×ч×Па/кг, а это значит, что любые сертифицированные оконные блоки с массовой воздухопроницаемостью G_у ≤ 2,76 кг/(ч×м²) будут удовлетворять требованиям СНиПа по воздухопроницаемости и могут быть принятыми к установке в условиях данной задачи.

   7. Расчетные значения разности давлений внутреннего и наружного воздуха для окон первого и последующего этажей определим формуле

 - для окон первого этажа ( при h_i = 2,8 м; k₁ = 0,75;  р_int = 0 )

        =

.

- для окон второго  этажа ( при h_i = 5,8 м; k₁ = 0,75;  р_int = 0 )

     

.

- для окон третьего  этажа ( при h_i = 8,8 м; k₁ = 0,75;  р_int = 0 )

      .

- для окон четвертого  этажа ( при h_i = 11,8 м; k₁ = 0,75;  р_int = 0 )

      .

- для окон пятого  этажа ( при h_i = 14,8 м; k₁ = 0,75;  р_int = 0 )

     .

    8. Удельный воздушный поток, инфильтрирующийся через 1м² поверхности заполнения оконных проемов, определим как

         - для окон первого этажа

кг/(м²×ч);

         - для окон второго этажа

кг/(м²×ч).

          - для окон третьего этажа

кг/(м²×ч).

          - для окон четвертого этажа

кг/(м²×ч).

           - для окон пятого этажа

кг/(м²×ч) .

 

       Полученные значения удельных  расходов инфильтрирующегося воздуха  необходимы для расчета инфильтрационной  составляющей тепловых потерь.

 

    9. Дополнительная величина удельных теплопотерь на нагрев воздуха, инфильтрирующегося через 1 м² заполнения оконных проемов

        -  для окон  первого этажа

       q_inf,1 = 0,28 G_inf,1 с (t_в – t_н) k = 0,28×3,732×1,005×(20+30)×0,8 = 42,007 Вт/м²;

       -  для окон  второго этажа

        q_inf,2 = 0,28 G_inf,2 с (t_в – t_н) k =0,28×3,344×1,005×(20+30)×0,8 = 37,64 Вт/м²;

       -  для окон третьего этажа

        q_inf,3 = 0,28 G_inf,2 с (t_в – t_н) k =0,28×2,928×1,005×(20+30)×0,8 = 32,958 Вт/м²;

       -  для окон четвертого этажа

        q_inf,4 = 0,28 G_inf,2 с (t_в – t_н) k =0,28×2,487×1,005×(20+30)×0,8 = 27,994 Вт/м²;

       -  для окон пятого этажа

        q_inf,5 = 0,28 G_inf,5 с (t_в – t_н) k =0,28×1,998×1,005×(20+30)×0,8 = 22,489 Вт/м²;

где   с  – удельная теплоемкость воздуха, равная 1,005 кДж/кг×°C;

         k –  коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7 - для тройного; 0,8 - для двойного; 1,0 – для одинарного остекления.

 

    10. Суммарная величина удельных теплопотерь через 1 м² заполнения оконных проемов

           -  для окон  первого этажа

                     q_ок,1 = q_ок + q_inf,1 = 81,03 + 42,007 = 123,037 Вт/м²;

           -  для окон  второго этажа

                     q_ок,2 = q_ок + q_inf,2 = 81,03 + 37,64 = 118,67 Вт/м².

            -  для окон  третьего этажа

                     q_ок,3 = q_ок + q_inf,2 = 81,03 + 32,958 = 113,958 Вт/м².

           -  для окон  четвертого этажа

                     q_ок,4 = q_ок + q_inf,2 = 81,03 + 27,994 = 109,024 Вт/м².

           -  для окон  пятого этажа

                     q_ок,5 = q_ок + q_inf,2 = 81,03 + 22,489 = 103,519 Вт/м².

 

    11. Результирующий приведенный коэффициент теплопередаче окон с учетом трансмиссионной и инфильтрационной составляющих:

           -  для окон  первого этажа

К_ок,1 = q_ок,1 / (t_int – t_ext) = 123,037 / (20 –(-30)) = 2,46 Вт/м² °C;

           -  для окон  второго этажа

К_ок,2 = q_ок,2 / (t_int – t_ext) = 118,67 / (20 –(-30)) = 2,37 Вт/м² °C.

           -  для окон  третьего этажа

К_ок,3 = q_ок,2 / (t_int – t_ext) = 113,958 / (20 –(-30)) = 2,28 Вт/м² °C.

           -  для окон  четвертого этажа

К_ок,4 = q_ок,2 / (t_int – t_ext) = 109,024 / (20 –(-30)) = 2,18 Вт/м² °C.

           -  для окон  пятого этажа

К_ок,5 = q_ок,5 / (t_int – t_ext) = 103,519 / (20 –(-30)) = 2,07 Вт/м² °C.

1.5. Расчет удельной тепловой характеристики, оценка тепловых потерь и определение расчетной тепловой нагрузки на отопление жилого дома

 

Определим расчетную тепловую нагрузку на отопление  пятиэтажного жилого дома с шириной корпуса b=12 м, длиной фасада а=54 м, высотой H=15 м, коэффициентом остекленности фасада p=0,2, расположенного в г. Иваново.

Значения коэффициентов теплопередачи  ограждающих конструкций примем по результатам предыдущих расчетов:

- коэффициент теплопередаче стены K_ст = 0,299 Вт/м²·^оС (п. 1.2.1);

 

- коэффициент теплопередаче подвального перекрытия                              

   K_п..п = 0,226 Вт/м²·^оС (п. 1.2.2);

- коэффициент теплопередаче чердачного перекрытия                              

   K_ч..п = 0,185 Вт/м²·^оС (п. 1.2.3);

- среднеарифметический коэффициент теплопередаче окон:

2,27 Вт/м²·^оС

1. Определим  геометрические параметры здания:

- периметр: П = 2(а+b) = 2(54+12) = 132 м;

- площадь застройки: S = a·b = 54·12 =648 м²;

- строительный объем: V = S·H =648·15 =9720 м³.

2. Удельная тепловая характеристика здания по формуле Н.С. Ермолаева:

0,16 Вт/м³·^оС,     

3. Расчетную температуру внутреннего воздуха и климатологические данные по г. Иваново выбираем в соответствии с данными раздела 3.1:

- расчетная температура внутреннего воздуха в здании = 20 ^оC;

- расчетная температура наружного  воздуха для отопления t_ext = -30 ^оC.

4. Расчетные теплопотери здания

77760 Вт = 77,8 кВт.

    Вывод: расчетная тепловая нагрузка на отопление здания, принимается равной тепловым потерям и составляет в данном примере 77,8 кВт

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении контрольной работы данные материалы и примеры расчетов раскрывают физические основы и помогли глубже понять суть сложных тепломассообменных процессов, происходящих в процессе эксплуатации зданий внутри ограждающих конструкций и элементов их наружной оболочки. Рассмотренные процессы теплопередачи, паро- и воздухопроницаемости определяют не только параметры внутреннего микроклимата помещений с точки зрения создания комфортных условий для жизнедеятельности человека, но и могут существенным образом влиять на эксплуатационные характеристики зданий, определяя уровень теплопотребления и условия, способствующие стабильной долговечной работе всех силовых конструктивных элементов. Поэтому изучение основных законов строительной теплофизики, а также норм проектирования и эксплуатации ограждающих конструкций зданий должно помочь специалистам в области экспертизы и управления недвижимостью в их профессиональной деятельности.