Главная » Книги и журналы

1 ... 12 13 14 15 16 17 18 ... 25

в результате показатель запаздывания сквозного затухания колебаний е, ч, для произвольного ограждения определим приближенной формулой

8 СПЗГО -0,017Г. (III.44)

При периоде 7=24 эта формула примет вид

8 = 2,7D -0,4. (III.45)

Процесс затухания тепловых воздействий в многослойном ограждении, как это следует из аналитического решения [6], исключительно сложный. В то же время формулы инженерного метода расчета (П1.39) и (П1.44) простые, но область их применения ограничена. Этим методом следует пользоваться для приближенного расчета теплоустойчивости многослойных ограждений, имеющих Z)>>1,5-2,5 (первая цифра для ограждений с Ro около 0,5, вторая - с Ro около 5).

В диапазоне значений D< 1,5-2,5 величину v можно считать равной минимально возможной для нетеплоинер-ционного ограждения Vmhh:

(III.46)

Теплоинерционное ограждение - своеобразный гармонический фильтр . Неправильные периодические колебания температуры, пройдя через толщу ограждения, становятся на его внутренней поверхности практически правильными гармоническими. Можно найти замену неправильного периодического колебания правильной гармоникой, эквивалентной по результирующему изменению температуры на внутренней поверхности ограждения. Эквивалентное гармоническое колебание определяется по равенству площадей в градусочасах (°С-ч), очерченных фактической и эквивалентной кривыми изменения температуры во времени. Использование этого приближенного приема позволяет воспользоваться инженерной методикой для расчета затухания пери-колебаний про-вида при зна-ограждения боль-

одических извольного чениях D ше трех.

Рис. III. 19. Схема сложения амплитуд гармонических колебаний по правилу векторов

10-12

1,8 2,2 2,S

21 23 25/J/42

Рис. III.20. Графики для определения вспомогательных коэффициентов \) и а при сложении гармонических колебаний

а - цифры на графике значения tj); б - то же, значения 24(7/7

Наложение температурных полей и сложение гармонических колебаний. Во многих задачах отопительно-вентиляционной техники необходимо анализировать общие случаи теплопередачи, когда наряду с колебаниями /н изменяется температура помещения, интенсивность солнечной радиации и др. Анализ математической постановки задачи показывает, что в этих случаях можно использовать принцип суперпозиции (см. п. III.1) и решать общую задачу путем сложения частных результатов от каждого теплового воздействия в отдельности. Такая возможность связана со свойством наложения частных решений линейного уравнения Фурье [24].

Наложение температурных полей удобно выполнять способом аналитического сложения гармонических колебаний. Сложение нескольких гармоник производят попарно с последующим попарным же сложением полученных результатов.

Два гармонических колебания ti и 2 дают суммарную гармонику ts (период колебаний одинаковый):

tsts.o + Ascos- (z-83). (III.47)

Среднее за период значение суммарной гармоники равно

/з.о = 1.в+2.в, (1П.48)

где 1.0 и 2.0 -средние значения складываемых гармоник.

Для получения амплитуды изменения ts воспользуемся векторным изображением гармонических колебаний (рис. 111,19). Амплитуду Лз (модуль) определим из уравнения

А^{Аг + А^)ур, (III. 49)

а величину 83 (аргумент), ч -по формуле

8з = 81±а, (III.50)

где первое слагаемое ei соответствует сдвигу по фазе гармоники с большей амплитудой; величина о- соответствует углу, ч, между Лз и большей из складываемых амплитуд Л1; знак перед а следует выбирать так, чтобы значение 83 находилось между 81 и 82.

На рис. III.20 приведены кривые значений г^) и 24 а/Г в зависимости от отношения складываемых амплитуд А1/Л2 {Ai>A2) и относительного угла между ними 24Ае/Г (Ae=ei-82I).

ГЛАВА IV ВЛИЯНИЕ ВОЗДУШНОГО РЕЖИМА ЗДАНИЯ НА ЕГО ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ

1У.1. ВОЗДУШНЫЙ РЕЖИМ ЗДАНИЯ

Воздушным режимом здания называют обилий процесс обмена воздухом между помещениями и наружным воздухом, который происходит под действием естественных сил и работы искусственных побудителей движения воздуха. Наружный воздух поступает в помещения через проницаемые ограждения и по каналам приточных вентиляционных систем. Внутри здания воздух может обмениваться между помещениями через двери и неплотности во внутренних конструкциях. Он удаляется на помещения за пределы здания через наружные ограждения и по вентиляционным каналам вытяжных систем (рис. IV.1).

Естественными силами, вызывающими движение воздуха в здании, являются гравитационное и ветровое давления. Воздухообмен под влиянием естественных сил можно уменьшить лучшей герметизацией ограждения частичное же его регулирование возможно дросселированием каналов вентиляции открыванием окон, фрамуг и вентиляционных фонарей.

Воздушный режим здания связан с его тепловым режимом. Инфильтрация наружного воздуха приводит к дополнительным затратам тепла на его подогрев. Экс-фильтрация внутреннего воздуха увлажняет ограждения и снижает их теплозащитные качества. Положение зон инфильтрации и эксфильтрации в здании зависит от геометрии, конструктивных особенностей, режима вентилирования здания, а также от времени года и климата.. Между фильтрующим воздухом и ограждением происходит теплообмен, который специфичен для кал<дого вида конструкций (массив ограждения, стык панелей, окна воздушные прослойки и т.д.).

Для выявления влияния на тепловой режим здания движения воздуха необходимо определить интенсивность и направление потоков воздуха и рассчитать передачу тепла через отдельные виды ограждения в условиях воздухопроницания.

Рис. IV. 1. Воздухообмен в здании и направления движения воздушных потоков в помещениях

Воздухопроницаемость конструкций

Воздушный режим здания зависит от воздухопроницаемости наружных и внутренних ограждений. В большинстве случаев по техническим причинам полная герметичность ограждений невозможна. Интенсивность фильтрации воздуха зависит от разности давлений с двух сторон конструкции и ее свойств проницаемости для воздуха. В технических расчетах используют различные характеристики воздухопроницаемости, в частности понятие коэффициента воздухопроницания Ки, кг/м^-Па [кг/(м2.мм рт. ст.)], и обратную величину - сопротивление воздухопроницанию Ru* Эти понятия содержат линейную зависимость между расходом воздуха j и разностью давлений АР. Для большинства конструктивных элементов здания зависимость воздухопроницания от разности давлений имеет вид:

(IV.1)

где п может быть от 1 до 2. 150

в диапазоне возможных для здания перепадов давления фактические зависимости / от АР могут быть достаточно точно аппроксимированы единой зависимостью:

/=:6 АР/2, (IV.2>

где Ьи - коэффициент проводимости воздуха для конструкций. кг/(м2.ч.Па/2) или кг/(м2.ч-мм вод. ст.1/2 ).

Между сопротивлением воздухопроницанию Ru й сопротивлением проводимости воздуха l/bu существует зависимость

: АР 2 , (IV.3>

ИЗ которой следует, что они численно равны между собой при одинаковых расходах воздуха и при перепаде давлений равном единице. Поэтому при небольших перепадах давления можно обычно нормируемые величины Ru принимать (при расчете воздушного режима) численно равными обратной величине проводимости воздуха 1/6.

Воздушный режим помещений

В помещениях нижних этажей (см. рис. IV. 1) за счет разности гравитационных давлений через ограждения проникает наружный воздух. С наветренной стороны действие ветра усиливает инфильтрацию, с заветренной- уменьшает. Внутренний воздух с первых этажей стремится проникнуть в верхние помещения. В основном он перетекает через внутренние двери в коридоры, которые соединены с лестничной клеткой. Из помещений верхних этажей воздух уходит через вентиляционные каналы и неплотности наружных ограждений за пределы здания. Помещения средних этажей находятся в условиях переменного режима перетекания воздуха.

На процесс естественного воздухообмена в здании налагается действие приточной и вытяжной вентиляции помещений.

Для определения расходов воздуха через элементы ограждений и вентиляционных систем необходимо знать, распределение давлений внутри и снаружи здания. Для расчета воздушного режима здания должны быть известны его геометрические размеры и внутренняя планировка, температуры наружного и внутреннего воздуха скорость и направление ветра, а также аэродинамичес-

кие коэффициенты и показатели проводимости воздуха конструкций. Формирование давления внутри здания и на его внешней поверхности при однородной проницаемости ограждений под влиянием гравитационных сил и ветра можно представить в виде эпюр (рис. IV.2).

При отсутствии ветра на поверхностях наружных стен действуют гравитационные давления разного значения. По закону сохранения энергии средние давления по

t§>t V,-0

Рис. IV.2. Эпюры избыточных давлений

л - под влиянием разности температур снаружи и внутри здания; б -ветра; в - совместного действия разности температур и ветра; г - при отсчете избыточных давлений от условного нуля

высоте внутри и снаружи здания будут равны. Эпюра из-быточного гравитационного давления относительно этого среднего уровня показана на рис. IV.2, а. Избыточное гравитационное давление на произвольном уровне h (относительно нейтральной плоскости) равно:

Я^ = /г(Рн-Рв), (IV.4)

где рн и рв - плотности наружного и внутреннего воздуха.

Если здание обдувается ветром, а температуры внут-j)H здания и вне его равны, то на поверхностях ограждений создается повышенное статическое давление и разрежение. По закону сохранения энергии давление внутри здания (при одинаковой проницаемости ограждений) сбудет равно среднему между повышенным с наветренной стороны и пониженным с заветренной стороны. Эпюры

избыточного (относительно давления внутри здания) ветрового давления приведены на рис. IV.2, б. Ординаты этих эпюр по высоте одинаковые, так как предполагаются средние скорость и условия аэродинамического режима обтекания здания. Абсолютное значение избыточного ветрового давления равно:

ki - k2

(IV.5)

где ki и 2 - аэродинамические коэффициенты соответственно с на-

ветренной и заветренной сторон здания; Рн - динамическое

давление набегающего на здание со скоростью th потока воздуха.

К рассматриваемому явлению применим принцип независимости действия сил. Тогда при совместном действии гравитационных сил и ветра избыточные давления можно определить сложением частных результатов (рис. IV.2, в). Ординаты эпюр Р избыточного естественного давления равны:

(IV.6)

2 2g

Для расчетов удобно, чтобы эпюры избыточных давлений на внешнем контуре здания имели один знак. За ноль отсчета давления для этого нужно принять наибольшее отрицательное избыточное давление. Этому давлению (см. рис. IV.2, в) соответствует верхняя точка на заветренной стороне здания высотой Я. Давление внутри здания, избыточное относительно этой точки, равно:

Н

- (Рн-Рв) +

ki - h

(IV.7)

2 2g

Эпюры избыточного давления Рх на внешнем контуре имеют в этом случае вид, представленный на рис. IV.2,2.

Действие вентиляции может изменить давление внутри здания Ро на значение избыточного вентиляционного давления Рвен- В многоэтажных зданиях определение давлений в некоторых помещениях осложняется тем, что внутренние ограждения частично проницаемы для воздуха и каналы вентиляционных систем разные. Задача состоит в решении системы уравнений воздушного баланса отдельных помещений. Полное решение этой задачи удается получить численными методами с помощью ЭВМ

;{50], аналоговых счетно-решающих устройств [18] или же графоаналитическим методом [33].

Для оценки влияния воздушного режима здания на тепловой можно воспользоваться упрощенными расчетными схемами. Рассмотрим три общих случая, для которых возможно приближенное решение.

Случай А. В многоэтажном здании во всех помещениях приток и вытяжка воздуха полностью компенсируются и величина Рвент в помещениях равна нулю. К этому случаю относятся здания без вентиляции или с механической приточно-вытяжной вентиляцией всех помещений с равными расходами по притоку и вытяжке. Решение в этом случае соответствует рассмотренному построению эпюр давлений на рис. IV.2,a. Здесь Ро соответствует давлению в лестничной клетке. Давление внутри отдельных помещений Рп,х находится мел<ду Ро и избыточным давлением на внешней поверхности наружного ограждения этого помещения Рх, Учитывая, что вследствие разности давлений (Р^-Ро) воздух проходит последовательно через окна и внутренние двери, выходящие в коридоры и на лестничную клетку (или в обратном направлении), исходные значения расходов воздуха (давление) внутри помещений можно рассчитать по уравнениям вида

-L JL

-oni\P.-Pn..\f -B A\Po-Pnjf =0. (IV.8)

где Bjsq и Видз -характеристики проводимости воздуха всей площади соответственно окон и дверей из помещения на лестничную клетку.

Случай Б. Все помещения многоэтажного здания имеют естественную вытяжку. Каждое помещение снабжено самостоятельным вытяжным вентиляционным каналом с заданной характеристикой его проводимости Ви,в,х' В этом случае построение эпюры избыточных давлений по внешнему контуру здания аналогично рис. IV.2, г. Неизвестными будут давления в лестничной клетке Ро и в отдельных помещениях Рп,х (с учетом давления, создаваемого вентиляцией Рвен). Давление Ро будет равно средневзвешенному из давлений внутри всех помещений, выходящих на лестничную клетку, но меньше Ро, определенного для случая А. Расчет можно выполнить последовательным приближением, задавая давление Ро

1 ... 12 13 14 15 16 17 18 ... 25