Показателей наружного климата с учетом заданной обеспеченности. – 1 час

Климатологическое обеспечение проектирования СКМ. Модели климата. Обеспеченность расчетных внутренних условий. Коэффициент обеспеченности. Параметры, характеристики и расчетные сочетания

Влага воздуха помещения. Источники и стоки влаги в помещении. Влияние влаги на качество воздуха и организм человека. Влажностный баланс ограждения. Внешние влажностные воздействия на здания. Термодинамика влажного материала. – 1 час

Влага воздуха помещения

Воздух помещения обычно более влажный, чем наружный. Вслед­ствие разности влажностей и температур внутреннего и наружного воздуха и воздухопроницаемости конструкций происходит перенос влаги через ограждение. В процессе влагопередачи отдельные слои ограждения могут переувлажняться. Это приводит к заметному сни­жению теплозащитных качеств ограждения. Таким образом, при рас­чете передачи тепла через наружные ограждения вопрос о влажностном состоянии материалов в конструкциях является одним из основ­ных.

При расчете влагопередачи через ограждения необходимо знать влажностное состояние воздуха в помещении, определяемое выделе­нием влаги и воздухообменом. Источниками влаги в жилых помеще­ниях являются бытовые процессы (приготовление пищи, мытье полов и пр.), в общественных зданиях — находящиеся в них люди, в про­мышленных зданиях — технологические процессы Воздух может асси­милировать избыточную влагу и при вентиляции помещения уда­лять ее.

Количество влаги в воздухе определяется его влагосодержанием d, г влаги на 1 кг сухой части влажного воздуха. Кроме того, его влаж­ностное состояние характеризуют упругостью или парциальным давлением водяных паров е, Па (мм рт. ст), или относительной влаж­ностью φ, %.

Воздух обладает определенной влагоудерживающей способностью.

При низкой температуре способность воздуха удерживать влагу становится совершенно незна­чительной (1,5 г при —12 С), с повышением температуры она возраста­ет (50 г при 40°С). Чем суше воздух, тем с большей силой удерживается в нем водя­ной пар, тем больше энергия связи влаги с воздухом.

При высокой относительной влажности влага удерживается воздухом слабо, а при его перенасыщении она на­чинает выпадать, образуя мик­рокапли воды, которые находят­ся в воздухе во взвешенном со­стоянии в виде тумана. При уве­личении влажности микрокапли сливаются, образуя крупные капли, осаждающиеся из возду­ха. Упругость водяного пара е качественно отражает свободную энергию влаги в воздухе. Вели­чина е возрастает от нуля до максимальной упругости Е, со­ответствующей полному насыще­нию воздуха и максимальной ве­личине свободной энергии вла­ги. Упругость е в этой связи можно рассматривать как изме­ритель энергетического потен­циала водяных паров в воздухе. Диффузия влаги происходит в воздухе от мест с большей уп­ругостью водяных паров к мес­там с меньшей упругостью, т. е. от среды с более высоким потен­циалом к среде с низким потенциалом.

Влагосодержание d возрастает с увеличением упругости водяного пара е воздуха. Изменение d от е определяет (по аналогии с теплоем­костью) влагоемкость воздуха. Влагоемкость воздуха η _возд г /(кг•Па) [г/(кг • мм рт. ст.)], показывает, насколько возрастает влагосодержание воздуха ∆d, г/кг, при увеличении упругости ∆е на 1 Па (1 мм рт. ст.):

η _возд =∆d/∆е (72)

Упругость полного насыщения воздуха E, Па (мм рт. ст.), зависит от температуры t_нас. С возрастанием температуры насыщения величи­на E увеличивается. Приближенную зависимость Е, Па (мм рт. ст.) от t_нас (при t_нас> 0) можно найти из выражения:

Е = 476+(11,5 + 1,6 t_нас) ² (73)

В расчетах часто необходимо знать температуру t_нас, которой соот­ветствует то или иное значение Е. Эту зависимость можно определить в виде:

t_нас = 37,2 — (7 — 0,0015E)² (74)

Уравнение баланса влаги в воздухе помещения имеет вид:

G_{пр, i} d _{пр, i} + W_i - G_{ух, i} d _{ух, i} = 0 (75)

где G — массовый расход отдельных составляющих (по притоку «пр» и вытяжке «ух») воздухообмена, кг/ч; d_пр и d_yx — влагосодержание приточного и уходящего воздуха; W — интенсивность отдельных влаговыделений, кг/ч.

Принимая d_yx d_B и G_np = G_yx= G, получим формулу для определения влагосодержания d_B г/кг, воздуха в помещении:

d_B = ( G_np + W) / G (76)

В результате конвективного перемешивания воздух имеет прибли­зительно одинаковую влажность в объеме помещения.

Величина d_B изменяется в течение суток и года. Поверхности строи­тельных конструкций, обращенные в помещение, обладают способ­ностью воспринимать и отдавать влагу соответственно при повышении и понижении влажности воздуха. При суточных и сезонных измене­ниях влажности воздуха поглощение и выделение влаги поверхностя­ми ограждений можно учесть в уравнении (75) в форме дополнитель­ных источников и стоков влаги. Водяной пар передается во влажном неподвижном воздухе к поверхностям посредством диффузии. Если поверхность сорбирует водяной пар, то в слое воздуха около поверх­ности концентрация водяного пара уменьшается. За счет разности концентраций происходит диффузия водяного пара. Коэффициент диффузии водяного пара в воздухе D, м²/ч, равен:

(77)

.

где D_о = 0,08 — коэффициент диффузии при Т = 273°С и Р = 0,101 МПа (760 мм рт. ст.).

Диффузию водяных паров в воздухе удобнее определять в зависи­мости от градиента упругости водяных паров. Миграцию влаги под влиянием перепада упругостей называют паропроницаемостью. Коэф­фициент паропроницаемости μ, г/(м • ч • МПа) [г (м • ч • мм рт. ст.)], аналогичен коэффициенту теплопроводности и равен массе влаги, проникающей через м² сечения воздуха в час при перепаде упругости водяных паров в воздухе в 1 МПа на 1 м (или в 1 мм рт. ст. на 1 м). Величина μ связана с D следующей зависимостью:

μ= 231 D / T (78)

Поток пара, проходящий через пограничный слой воздуха около поверхности, соответствует интенсивности i, г/(м²•ч), влагообмена по-верхности с воздухом, которую в инженерных расчетах принято опре­делять в виде:

i=β_e (e_в – е_п) (79)

где β_е — коэффициент влагообмена на поверхности, г/(м²•ч • МПа) [г /(м² • ч • мм рт. ст.)]; е_в и е_п —упругость водяных паров в воздухе объема помещения и на поверхности, МПа (мм рт. ст.).

Величина β_е зависит от температуры, влажности, подвижности воз­духа в помещении и температуры поверхности. В условиях естественной конвекции β_е может быть рассчитан по формуле:

β_е = 42,9∆t^1/3∆ е^2/5 80)

где ∆t и ∆е — разности температур и упругостей водяных паров в возду­хе и на поверхности.

Рассмотренные свойства влажного воздуха связаны с ассимиля­цией и перемещением влаги.

Влагопроводность

В теории влагопроводности в качестве потенциала влажности принимают влагосодержание материала. В общем случае в изотерми­ческих условиях считают, что поток влаги i, кг/(м2 • ч), при любом соотношении между парообразным и жидкостным перемещениями пропорционален градиенту влагосодержания u, кг влаги на 1 кг сухого материала, т. е.

i_u= - kρ u, (81)

где k — коэффициент проводимости влаги в материале, м2/ч; ρ — объ­емная масса абсолютно сухого материала, кг/м3.

В неизотермических условиях во влажном материале предпола­гают поток влаги i_t, вызванный градиентом температуры. Это явление называют термовлагопроводностью. Поток влаги i_t пропорционален градиенту температуры и равен:

i_t= - kρ₀δ u (82)

Из уравнений (81) и (82) следует, что в сечении, где поток i_u равен и противоположен по знаку потоку i_t, коэффициент термовлагопроводности δ определится зависимостью:

δ = u/ t (83)

Дифференциальное уравнение термовлагопроводности имеет вид:

(84)

Область применения уравнения (84) ограничена однородными однослойными конструкциями и потому уравнение (84) сравнитель­но редко используется для расчета влажностного режима строительных конструкций. Им пользуются только для расчета перемещения жидкой влаги при сверхгигроскопической влажности. Температурный градиент в конструкциях обычно небольшой, поэтому уравнение влаж­ностного поля при сверхгигроскопической влажности принимают в виде:

(85)

Влияние температуры на интенсивность перемещения влаги учиты­вают, принимая численные значения коэффициента k в зависимости не только от влажности материала, но и от температуры.

Лекция 10

Стационарное распределение потенциала влажности и влагосодержания материала в многослойных конструкциях. Сопротивление влагопередаче. Конденсация на поверхности и в толще ограждения. Влажностный режим отдельных видов ограждений. – 1 час

Расчет влагопередачи через ограждение на основе потенциала влажности

В настоящее время имеется ряд методов расчета влагопередачи через ограждение, основанных на теории диффузии пара и влагопроводности. Использование потенциала влажности позволяет производить расчет влажностного режима ограждений во всех случаях как в стацио­нарных, так и в нестационарных условиях влагопередачи.

Стационарная влагопередача. Сложность расчета влагопередачи состоит в нелинейности основных уравнений. Так, в условиях стацио­нарной влагопередачи расчет затруднен существенной зависимостью влагопроводности материала χ от потенциала влажности. В силу этого при проведении расчета удобно воспользоваться способом последова­тельного приближения.

Сечение ограждения делится на элементарные слои δ_i. В многослой­ных ограждениях границы элементарных слоев должны совпадать с границами материальных слоев в ограждении.

Задаются приближенным, например линейным, распределением потенциала влажности по сечению ограждения. В пределах каждого слоя значение влагопроводности χ_i принимается постоянным, соот­ветствующим потенциалу влажности слоя θ_t. Исходя из принятых значений χ_i определяются общее сопротивление влагопередаче ог­раждения:

R_θ,o= δ_i/χ_i (86)

(сопротивления влагообмена на поверхностях ограждения обычно пренебрежимо малы) и соответствующая ему величина потока влаги

i = (θ_в - θ_н)/ R_θ,o (87)

После этого расчет ведут «змейкой» от слоя к слою, начиная с пер­вого слоя, граничащего с внутренней поверхностью. Приняв χ_i это­го слоя по потенциалу влажности внутренней поверхности ограж­дения (в общем случае по θ и t поверхности, когда χ является функ­цией θ и t), вычисляют значение θ ₂ на противоположной границе слоя, на границе со вторым слоем:

(88)

Полученное значение θ₂ на границе между первым и вторым бло­ками является исходным для определения χ₂ в пределах второго слоя. Расчет продолжают до последнего элементарного слоя k на границе с наружной поверхностью ограждения. Полученное для наружной поверхности значение θ_k может отличаться от заданного в расчете зна­чения θ_Н. В этом случае в предварительно принятую величину пото­ка влаги i вводится поправка и расчет повторяется до тех пор, пока вычисленное значение θ_k не будет достаточно близко к θ_н. Необходи­мой точности расчета этим способом удается достичь с одной - двух попыток.

Нестационарная влагопередача. Для наружных ограждений зда­ний характерными являются два режима нестационарной влагопередачи. Один — переходный влажностный процесс от одного стационар­ного состояния к другому при изменении потенциала влажности на одной поверхности. Он типичен при переходе от теплого к холодному периоду года и наоборот. Это связано со стабильностью потенциала наружного климата в теплый и холодный периоды и их большой продолжительностью. Второй — также переходный процесс вхождения ограждения с высокой начальной влаж­ностью в равновесное влажностное состояние с окружающими внут­ренней и наружной средами в условиях регулярной эксплуатации здания.

Переходный влажностный процесс при изменении потенциала влаж­ности на одной поверхности. Потенциал влажности на внутренней поверхности ограждения считаем неизменным и равным среднегодо­вому значению для условий в помещении θ_в. Потенциал влажности на наружной поверхности изменяется от среднего значения потенциа­ла наружного климата θ_Н,_Л для теплого периода года до среднего значения θ_н,з для холодного периода. Таким образом, расчет сводим к рассмотрению переходного процесса от одного стационарного состоя­ния к другому под влиянием изменения условий на одной из поверх­ностей. Особен­ность влагопередачи по сравнению с теплопередачей состоит в сущест­венной изменчивости свойств влагопроводности и влагоемкости ма­териалов с изменением потенциала влажности.

Переходный влажностный процесс при двусторонней сушке. Ограж­дения устанавливают при монтаже здания обычно с высокой началь­ной влажностью φ ₀, θ₀. Потенциалы влажности на поверхностях после начала эксплуатации здания соответствуют среднегодовым значениям θ_В и θ_н. В результате возникает необходимость рассчитать переход­ный процесс высушивания ограждения под влиянием заданных, посто­янных во времени условий на его обеих поверхностях.

В данном случае можно применить метод суперпозиции (наложе­ния частных решений). Для этого расчет производят в такой последовательно­сти. Рассматривают две частные задачи. В первой частной задаче при­нимают потенциал влажности на наружной поверхности ограждения неизменным и равным начальному θ'_н= θ₀ и рассчитывают переменное поле потенциала влажности под влиянием изменения условий толь­ко на внутренней поверхности θ_В Во второй частной задаче, наоборот, считают, что условия неизменны на внутренней поверхности θ'_н= θ₀ и изменение поля потенциала влажности происходит только под влиянием изменившихся условий на наружной поверхности θ_н. Ме­тодика решения первой и второй частной задач соответствует рас­смотренной в предыдущем разделе. Определенные двумя частными решениями поля складывают и получают искомое поле потенциала влажности в сечении ограждения.

Учет влажностного режима при расчете теплопередачи через ограждения

Влажностное состояние ограждения может быть условно разделе­но на эксплуатационное, соответствующее основному периоду про­должительной и регулярной эксплуа­тации зданий, и начальное, соответ­ствующее первым годам после заселе­ния здания. Эксплуатационное влажностное состояние ограждения наступает, ког­да влагосодержание материалов при­ближается к некоторому стабильному состоянию, равновесному относитель­но воздействующих на ограждение внутренней и наружной сред. Влаго­содержание в этот период циклически изменяется в течение года, возрастая к концу зимы и снижаясь к концу ле­та. В середине зимы (декабрь — ян­варь) значения влажности близки к средним за год. Теплотехнический расчет ограждений и подсчет теплопотерь помещениями производится для этого периода, поэтому вы­бор теплофизических характеристик материалов конструкций должен проводиться, исходя из данных о среднегодовой влажности материалов в ограждении.

Наиболее полно влажностное состояние может быть описано с помощью потенциала влажности θ и относительного потенциала φ_θ. Пользуясь θ и φ_θ, можно оценить влажностное состояние внутрен­ней среды помещения, материалов в конструкции ограждения и комплексное влажностное воздействие на ограждение наружной среды. Материал, подвергаясь тепловлажностному воздействию окружаю­щей среды, приобретает некоторую равновесную этой среде влажность; она соответствует определенным значениям θ, t и φ_θ.

Следовательно, влажностное воздействие среды любой сложности может быть определено по равновесной влажности, которую приобре­таете этих условиях материал, и измерено с помощью θ и φ_θ. В усло­виях стационарной влагопередачи ограждение имеет некоторое равно­весное совместному действию внутренней и наружной сред влажност­ное состояние. В однослойном ограждении, если принять коэффициент влагопроводности материала неизменным и коэффициенты влагообмена на поверхностях одинаковыми, то среднее значение потенциала влажности толщи ограждения θ_t равно:

θ_t= (θ_в+θ_н)/2 (89)

где θ_в и θ_н — потенциалы влажности соответственно внутренней и наружной сред.

Для расчета средних за годовой период условий достаточно рас­смотрение стационарной влагопередачи. Эксплуатационная влаж­ность материалов ограждений, необходимая для расчета, равна средне­годовому значению в условиях установившихся периодических изме­нений воздействий окружающих сред. Зависимость (89) можно ис­пользовать для определения наиболее сложной характеристики — среднегодовой значения потенциала θ_Н наружной среды:

θ_н = 2θ_т— θ_В. (90)

Комплексное тепловлажностное воздействие наружного климата на ограждение, которое названо и определено как потенциал влажно­сти наружного климата θ_н определяется следующими параметрами климата: температурой t_н и влажностью воздуха φ_н, интенсивностью и продолжительностью осадков i_н, направлением и скоростью ветра v_н, интенсивностью и продолжительностью солнечной радиации q.

Имея значения θ_В и θ_Н, можно определить среднегодовое, эксплу­атационное влажностное состояние произвольного слоя материа­ла многослойного ограждения. Потенциал влажности θ_сл слоя ог­раждения, соответствующий этому состоянию, равен:

θ_сл = θ_В – Н_в-сл (θ_в - θ_н) (91)

где Н_в-сл — отношение сопротивления передаче влаги от внутрен­ней среды помещения до середины рассматриваемого слоя к общему сопротивлению влагопередаче ограждения.

Эксплуатационная влажность слоя зависит не только от θ_сл, но и от средней за год температуры t_сл, которая определяется по за­висимости, аналогичной (91), поэтому влажностное состояние ма­териала в ограждении также определяют относительным потенциалом влажности φ_{θ, сл .}

Между φ_{θ, сл} и влажностью материала (при известной температу­ре) имеется прямая зависимость, которая позволяет установить связь между рассмотренной методикой расчета влажностного состояния ма­териальных слоев в ограждении и рекомендациями норм по выбору теплофизических характеристик. В нормах даны три градации значе­ний этих характеристик, которые соответствуют различной степени увлажнения материалов. Выбор характеристики производят в зави­симости от влажностного режима помещения и зоны строительства. В нормативном методе не учитывается расположение материального слоя в конструкции, поэтому его можно применять только для одно­слойных ограждений.

Влагопередача через ограждение с вентилируемой прослойкой

Воздух, проходя через прослойку, способен ассимилировать вла­гу, поступающую из помещения через внутреннюю часть ограждения. Удельная влагоемкость воздуха (способность 1 кг воздуха ассимили­ровать определенное количество водяного пара в г при изменении его упругости на 1 Па) определяется формулой:

η = 8,27 • 10⁴ /(Р – 0,387 е) (92)

где Р — полное барометрическое давление, Па; е — парциальное давление водяного пара, Па.

Процесс влагопередачи через ограждение с вентилируемой про­слойкой полностью аналогичен теплопередаче. В этих процессах имеет место следующее соответствие величин: упругость водяных паров воздуха в прослойке е соответствует его температуре t, влагоемкость потока воздуха ηj соответствует его теплоемкости с_вj, по­казатели проводимости пара внутренней и наружной частей В_в и В_н ограждения соответствуют К_в и К_н. Учитывая это и соответствие ус­ловий, решение задачи о влагопередаче через ограждение с венти­лируемой прослойкой оказывается полностью одинаковым с рас­сматриваемым решением о теплопередаче.

Вентилирование прослойки предупреждает отсыревание конст­рукций. Увлажнения внутренней части ограждения не будет, если воздух способен ассимилировать влагу на всем протяжении прослой­ки, т. е. если его упругость остается по всей длине меньше максимальной (е< Е). В конце прослойки температура равна t_l и упругость насыщенного воздуха, соответствующая этой температуре, будет Е_l. Условие отсутствия конденсации в прослойке может быть запи­сано в вице неравенства е_l < Е _tl.

Учитывая, что обычно в достаточно протяженных прослойках t_в = t_в.п. как это уже было сказано раньше, последнее условие удоб­нее записать в виде е_l < Е _tв,п,.

Предупреждение конденсации водяных паров может быть достиг­нуто увеличением пароизоляции внутренней части конструкции, уменьшением протяженности вентилируемой прослойки. Без изме­нения конструкции предупреждение конденсации обеспечивается достаточным проветриванием прослойки.

Увлажнение внешней части ог­раждения, которая обычно имеет небольшую толщину, связано с кон­денсацией водяных паров на наружной поверхности воздушной про­слойки. Конденсации на поверхности не будет, если на всем протяжении температура на наружной поверхности воздушной прослойки τ будет выше температуры точки росы воздуха в прослойке.

Процессы тепло- и влагообмена и движения воздуха в прослойке связаны между собой, поэтому необходимо рассматривать их сов­местно. В реальных условиях влияние влагообмена на теплообмен и на движение воздуха в прослойке оказывается незначительным и его можно учитывать приближенно. Такое положение позволяет сначала рассматривать только тепловой и воздушный режимы, а затем рас­считывать влагопередачу через ограждение с воздушной прослой­кой, принимая условия теплопередачи и воздухообмена заданными.

Лекция 11

Обеспеченность расчетных условий

Расчетные тепловые условия в помещении принимают в зависимости от функционального назначения и санитарно-гигиенических требований. Для большинства жилых и общественных зданий эти условия выбираются приблизительно на одном уровне. В промышленных производ­ствах можно выделить несколько групп помещений, условия в которых назначаются приблизительно одинаковыми.

Однако, кроме санитарно-гигиенических и технологических требова­ний, определяющих диапазон внутренних условий, который обычно дол­жен быть выдержан в течение отопительного сезона, во всех случаях важной является степень обеспеченности поддержания заданных внут­ренних условий. Обеспеченность определяет, как часто или насколько продолжительными могут быть отклонения внутренних условий от за­данных расчетных.

Такие здания, как больницы, родильные дома, детские ясли, а также некоторые цехи со строгими технологическими режимами требуют высо­кой степени обеспеченности расчетных условий. Заданные параметры в них должны выдерживаться при любых погодных условиях, какие только могут быть в районе строительства. В зданиях общего назначе­ния (жилые дома, общежития, залы музеев, книгохранилища и т. д.) возможны разовые кратковременные отклонения от расчетных условий. В зданиях, периодически функционирующих, с кратковременным пре­быванием людей (торговые и выставочные залы, залы ожидания для пассажиров и др.) степень обеспеченности расчетных внутренних условий может быть еще более низкой.

Таким образом, для помещений различного назначения должны быть заданы не только расчетные внутренние условия, но и показатели степе­ни их обеспеченности.

Для того чтобы выполнить определенные требования обеспеченности заданных внутренних условий, необходимо правильно выбрать теплоза­щитные свойства ограждений, тепловую мощность системы отопления и др. Такой выбор должен быть основан на расчете, в котором опреде­ляющими результат являются расчетные наружные условия. Таким образом, требование обеспеченности заданных внутренних условий нуж­но учитывать при выборе параметров наружного климата.

Наиболее холодные периоды каждой зимы принимают за «случаи» при выборе расчетных зимних наружных параметров, отвечающих оп­ределенной степени обеспеченности их появления. В качестве показателя обеспеченности заданных внутренних условий принимают показатель обеспеченности расчетных параметров наружного климата. Обеспеченность условий характеризуется коэффициентом обеспеченности К_{об .} Ве­личина коэффициента обеспеченности по числу и случаев К_{об n} показыва­ет в долях единицы или процентах число случаев, когда недопустимо отк­лонение от расчетных условий. Например, если К_{об n} = 0.7, это означает, что только в течение трех зим из десяти (или 15 зим из 50) в периоды наибольших зимних похолоданий могут быть отклонения условий в по­мещении от расчетных.

Принятые к рассмотрению случаи связаны с определенной продолжи­тельностью во времени, так как они характеризуются параметрами срочных наблюдений, осредненными за сутки или за период другой про­должительности. Поэтому коэффициент обеспеченности характеризует и продолжительность возможных отклонений. Сопоставление наружных расчетных условий, определенных при некотором значении К_об., с пара­метрами климата наиболее сурового периода позволяет установить ве­личину и продолжительность наибольшего разового отклонения условий от расчетных.

Обработав результаты метеорологических наблюдений с учетом за­данного коэффициента обеспеченности, можно получить все данные о возможных, вызываемых внешними воздействиями отклонениях усло­вий в помещении от расчетных (число отклонений, их общую продолжи­тельность, продолжительность и величину наиболее невыгодного разового отклонения).

Влияние наружного климата на тепловой режим ограждений и поме­щений является комплексным. Оно определяется совместным действием нескольких метеорологических параметров, которые раздельно наблю­даются метеорологами. При расчете передачи тепла через ограждения их действие необходимо учитывать совместно. Для зимы определяющими параметрами климата являются температура наружного воздуха t_н и скорость ветра v_н. В некоторых расчетах дополнительно должны учиты­ваться относительная влажность φ_н и энтальпия I_н наружного воздуха, а также солнечная радиация, направление ветра, осадки и пр.

Некоторые из этих параметров связаны между собой, и изменение од­ного из них сопровождается определенным изменением другого. Напри­мер, похолодание для большинства континентальных районов связано обычно с понижением скорости ветра.

Для зимнего периода задача определения расчетных наружных ус­ловий в основном сводится к установлению расчетного сочетания зави­симых событий t_н и v_н с учетом заданного коэффициента обеспеченности.

Характеристики наружного климата холодного периода года

При выборе расчетных наружных характеристик для холодного пе­риода года необходимо исходить из следующих предпосылок.

Расчетные параметры климата должны быть общими для расчета всех составляющих теплового режима (теплозащиты ограждений, потерь тепла и пр.), так как они отражают единый процесс обмена тепла в по­мещении. Они должны определяться с учетом коэффициента обеспечен­ности и быть достаточными для расчета нестационарной теплопередачи через ограждения, характерной для расчетных условий.

Основным показателем холодного

периода года является изменение t_н. Как известно, зимы заметно отлича­ются в разных районах и в отдель­ные годы. Но в видимой хаотичности есть довольно устойчивая закономер­ность в постоянном понижении тем­пературы номере приближения к наи­более холодному периоду. В это вре­мя четко обозначается (на фоне устой­чивых зимних температур) период резкого похолодания. Для ряда кли­матических пунктов с учетом различ­ных коэффициентов обеспеченности построены расчетные кривые измене­ния температуры наружного воздуха в период резкого похолодания. Эти кривые для разных районов имеют характерную и близкую по очерта­нию форму (рис 12): сравнительно медленное равномерное пониже­ние температуры до начала периода резкого похолодания, затем резкой понижение температуры с последующим повышением. При медленном понижении температуры, как это наблюдается на начальном участке кривой, распределение температуры в сечении ограждения в каждый момент времени практически соответствует стационарному. При быст­ром похолодании процесс теплопередачи через ограждение становится нестационарным и для его расчета нужно иметь полную характеристику изменения температуры. В период резкого похолодания расчетные кри­вые для разных географических пунктов и при разных коэффициентах обеспеченности могут быть определены тремя параметрами: температу­рой начала периода резкого похолодания t_но, амплитудой А_tн; измене­ния температуры в этот период от t_но до минимальной температуры t_{н мин}:

А_tн = t_но− t_{н мин} (93)

и продолжительностью периода резкого похоло­дания ∆Z_р.п (время понижения температуры от t_но до t_{н мин}).

Для получения расчетных скоростей ветра необходимо иметь наибо­лее невыгодные сочетания t_н и v_н, так как эта зависимость определяет

наибольшие скорости, которые наблюдались при различных темпера­турах.

Рис 12. Расчетная кривая изменения температуры наружного воздуха в пе­риод резкого похолодания

1— период резкого похолодания, 2 — период устойчивых зимних температур

В СНиП приняты два значения расчетной наружной температуры для каждого географического пункта: средняя температура наиболее хо­лодных суток t_н1 и средняя температура наиболее холодной пятидневки t_н5. Эти температуры определены по восьми суровым зимам за последние пятьдесят лет, т. е. в нормативной методике с учетом принятого ряда метеорологических данных заложен коэффициент обеспеченности 0,92. Выбор расчетной температуры для теплотехнического расчета огражде­ний по нормам зависит от степени тепловой массивности ограждения. В качестве показателя тепловой массивности ограждения принята вели­чина D, рассчитанная для колебаний с периодом Т = 24 ч. Рас­четная наружная температура принимается в зависимости от D:

D <4 4—7 >7)

t_н t_н1 (t_н1+ t_н5)/2 t_н5

Теплопотери помещений для определения тепловой мощности систе­мы отопления рассчитывают независимо от массивности ограждений при t_н5.

Расчетная скорость ветра по СНиП принимается равной максималь­ной скорости из средних скоростей ветра по румбам (по разным направ­лениям) за январь, повторяемость которых составляет 16% и более, с корректировкой на высоту здания.

Отопление в течение всего холодного периода года должно обеспечи­вать расчетные внутренние условия. Продолжительность отопительного сезона зависит от географического месторасположения и от соотношения составляющих теплового баланса здания. Начало и конец работы си­стемы отопления связаны с дефицитом (недостатком) тепла в тепловом балансе помещений. Годовые затраты тепла на отопление зависят от продолжительности ∆Z_о.с. и средней температуры t_{о.с .} отопительного се­зона, т. е. определяются градусосутками периода, когда наружная темпе­ратура устойчиво становится ниже температуры начала и конца отопи­тельного сезона. На рис. 13 приведена схема определения парамет­ров отопительного сезона.

Рис. 13. Схема определения параметров отопительного сезона

1 - теплопотери через ограждения, 2 - техноло­гические и вентиляционные теплопоступления; 3-дефицит тепла; 4 -затраты тепла на отопле­ние

Продолжительность стояния дней с определенной температурой не­одинакова. Особенно устойчивыми оказываются погодные условия, когда наружная температура поднимается к нулю. Дней с низ­кой температурой, близкой к расчетной, сравнительно мало.

На тепловой баланс помещений, а, следовательно, на режим работы системы отопления, существенное влияние оказывает солнечная радиа­ция, что необходимо учитывать при выборе схем и режима регулирова­ния отопления. Особенно важно учитывать влияние солнечной радиации в весенний период в средних и южных районах страны, а также при ре­жиме пофасадного регулирования систем.

Наружный воздух в результате инфильтрации через проемы и неплот­ности ограждений попадает в здание, поэтому изменение его энтальпии и влажности следует принимать во внимание при проектировании систем обеспечения заданного теплового режима здания.

В то же время для многих зданий, особенно жилых и общественных, составляющие теплового баланса оказываются близкими, поэтому в нормах начало отопительного сезона для всех зданий принято одинако­вым, соответствующим +8° С. Значения t_о.с. и ∆Z_{о. с} для разных ге­ографических пунктов приведены в таблицах расчетных характеристик наружного климата СНиП.

Лекция 12

Дата добавления: 2014-12-16