Потери тепла зданий. Основы аэродинамики здания.

В зданиях потери тепла складываются из следующих теплопотерь:

· через наружные ограждения;

· на нагрев инфильтрирующегося воздуха;

· на нагрев воздуха, врывающегося через открываемые проемы, ворота, двери и другие отверстия;

· на нагрев ввозимого снаружи материала, сырья и т.п.;

· на нагрев въезжающего снаружи транспорта;

· на испарение влаги с открытых поверхностей в помещении при t_п < t_в;

· при технологических процессах (например при химических реакциях с поглощением тепла);

· охлаждение воздуха от технологического оборудования, трубопроводов и т.п.

Теплопотери через наружные ограждения определяются по формуле:

Потери определяются через все имеющиеся в здании ограждающие конструкции: полы, покрытия, наружные стены, окна и т.д.

На создание благоприятного микроклимата в помещениях большое влияние оказывает движение воздуха через ограждающие конструкции. Если воздух входит в здание, этот процесс называется инфильтрацией, если выходит – эксфильтрацией.

Движение воздуха через ограждающие конструкции происходит из-за разности давлений внутри и снаружи здания, возникающей за счет гравитационных сил, действия ветра и действия систем вентиляции, имеющихся в здании.

Гравитационное давление определяется по формуле:

,

Если принять за точку отсчета верхнюю отметку здания, то эпюра давления будет выглядеть следующим образом.

Р₀ – условно постоянное избыточное давление в здании, зависящее от количества и расположения приточных и вытяжных отверстий.

Избыточное гравитационное давление будет определяться по формуле:

где Δ Н – разность высот от точки, в которой определяется давление, и высоты здания до верха карниза или вытяжной шахты.

Обтекание тел потоками жидкости или газа является сложным физическим процессом. Исследования по аэродинамике здания проводятся в аэродинамической трубе.

При этом для расчетов принимается здание простейшей формы (параллелепипед) и отдельно стоящее, скорость и сила ветра постоянные.

Исследования показывают, что при обтекании здания ветровым потоком на наветренной стороне возникает положительное давление, а на заветренной отрицательное. Эта застойная зона называется аэродинамической тенью или зоной аэродинамического следа.

Величину, возникающих давлений определяют по динамическому ветровому давлению.

.

При расчете избыточного ветрового давления учитываются аэродинамические коэффициенты: на наветренной стороне К₁, на заветренной К₂.

Величина этих коэффициентов изменяется в зависимости от архитектурных особенностей и типа здания, окружающего рельефа, воздухопроницаемости и т.п. Избыточное ветровое давление определяется по формуле:

Избыточное давление снаружи здания при воздействии гравитационных сил и ветра в i-той точке:

Учитывая избыточное давление, воздухопроницаемость и тип строительных конструкций определяются расходы воздуха, поступающего в помещение в результате инфильтрации Σ G.

Теплопотери на нагрев инфильтрирующегося воздуха определяются по формуле:

,

где k – коэффициент учитывающий влияние встречного ветрового потока в конструкциях, принимается в зависимости от вида конструкции.

Подробный расчет теплопотерь через наружные ограждения и с инфильтрирующимся воздухом изучается курсом «Строительная теплофизика».

Теплопотери при открывании ворот, открывающихся не более чем на 15 минут в смену определяются по формуле:

,

где ω – скорость врывания воздуха, принимается от 2- до 4 м/с.

Расход тепла на нагрев ввозимого материала или въезжающего транспорта:

,

где В – коэффициент, учитывающий интенсивность поглощения тепла, зависит от вида материала и времени нахождения его в помещении.

Остальные теплопотери определяются в зависимости от технологических характеристик оборудования.

Итогом расчета тепловых потерь является определение суммарных потерь тепла для каждого помещения и здания в целом.