Добавки к основным теплопотерям на врывание воздуха через наружные двери и ворота здания приближенно учи­тывают затраты теплоты на инфильтрацию, и учет только их в промышленных и многоэтажных зданиях оказывается недостаточным.

В подобных зданиях расход теплоты на нагревание холодного воздуха, поступающего через притворы окон, фонарей, дверей, ворот, составляет 30—40% и более от ос­новных теплопотерь. Учитывая столь большую величину этих потерь, при расчете теплопотерь многоэтажных зданий делают специальные расчеты затрат теплоты на нагревание поступающего в помещение холодного наружного воз­духа.

Количество наружного воздуха, поступающего в поме­щение в результате инфильтрации, зависит от конструктив­но-планировочного решения здания, направления и скоро­сти ветра, температуры воздуха, герметичности конструкций и особенно длины и вида притворов открывающихся окон, фонарей, дверей и ворот.

Общий процесс обмена воздухом между помещениями и с наружным воздухом, который происходит под действием естественных сил и работы искусственных побудителей движения воздуха, называют воздушным режимом здания. Воздухообмен происходит через все воздухопроницаемые элементы (притворы, стыки, вентиляционные каналы и т. д.) под действием разности давления, поэтому расчет воздуш­ного режима сводится к рассмотрению аэродинамической системы с определенным образом заданными на границах условиями. Решение этой задачи рассматривается в учеб­нике «Вентиляция».

При определении теплозатрат на нагревание наружного воздуха при инфильтрации расчет воздушного режима зда­ния может быть упрощен.

Для промышленных зданий типичным является одно­этажное помещение. В многоэтажных промышленных зда­ниях этажи чаще всего достаточно изолированы друг от друга (при большой площади остекления сообщение через одну — две лестничные клетки не оказывает заметного влияния), и их воздушный режим можно рассматривать независимо.

Простейшим является случай, когда помещение не имеет перегородок, отсутствует ветер и инфильтрация про­исходит под влиянием только гравитационных сил. Пере­текание воздуха происходит в основном через щели прит­воров, но инфильтрацию условно относят к площади окон, и ее интенсивность /, кг/(м2-ч), за счет разности давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях огражде­ния Аръ, Па, определяют по формуле

/WAp1/s, (3.7)

Где I — коэффициент проводимости воздуха конструкцией, кг/(м2Х X ч - Па'/г).

Для помещения с двусторонним равномерно распреде­ленным остеклением по всей площади наружного огражде­ния при безветрии среднее количество воздуха, проходяще­го снаружи через 1 м2 окна, равно

/о = 0,47гокп(^Др)1/г, (3.8)

Где Iov — коэффициент проводимости окна; г] — доля остекления поверхности наружного ограждения; Я — полная высота ограж­дения здания.

Разность плотностей наружного рн и внутреннего рв воздуха может быть приближенно заменена разностью температур

Лр= Рн-Рв^ 0,005 (/„-/,), (3.9)

А (3.8) преобразовано к виду

/о = 0,036(окг,(ЯЛ01/г - (ЗЛО)

В производственных зданиях часто окна одинарные и не герметизированы, их проводимость tOK=27; >огда

/о — 0,9т) (ЯД/)1/2. (3.11)

Числовой коэффициент в формуле (3.11) должен быть заменен при уплотненном одинарном остеклении на 0,2, при двойном на 0,6, при двойном уплотнении на 0,14.

Величина }0 по (3.10) используется как единица расхода при расчете сложных случаев (действие ветра, вентиляции, другие схемы здания). Влияние всех перечисленных факто­ров учитывается коэффициентом р и. Для помещений с од­носторонним остеклением, например, коэффициент Р„

А В

J

1

В~г 0J 1 3 F 7 3 и 13

Рис. 3.4. Зависимость коэффициента Ри от относительного давлении ветра для помещения с двусторонним остеклением I — влияние ветра незначительно сравнительно с действием гравитационных сил; II — влияние ветра значительно и должно учитываться совместно с гравитаци­онными силами; 111 — определяющее влияние ветра сравнительно с гравита­ционными силами

4

I

5

Равен 0,5, так как в этом случае инфльтрация происходит только со стороны одного ограждения. Степень влияния ветра также учитывается с помощью коэффициента ри. На графике (рис. 3.4), составленном на основе решения на ЭВМ воздушного режима помещения с двусторонним остек­лением, приведена зависимость ри от относительного дав­ления ветра Pv. При определении относительной величины перепада давления, создаваемого ветром, за единицу дав­ления принято GNAp, поэтому

Pv- , (3.U)

Где он — скорость ветра,

0,06~(еи-с3)1; (3.13)

Сн и сз — аэродинамические коэффициенты, равные с наветренной стороны здания сн= + 0,8, с заветренной с3=—0,6.

Более сложные случаи при дебалансе вентиляции, мно­гопролетных зданиях и т. д. решаются аналогичным обра­
зом с помощью специально рассчитанных функций коэффи­циента ри.

Общее количество наружного воздуха G„, поступающее в помещение в результате инфильтрации через наружные ограждения, равно

! Си=/оМм, (3.14)

Где /о — по формуле (ЗЛО); А„,0 — суммарная площадь всей поверхности наружных ограждений.

Не менее сложным и необходимым оказывается опреде­ление расходов воздуха при инфильтрации в многоэтажных жилых и общественных зданиях. При числе этажей в зда­нии более пяти — восьми требуется расчет воздушного режима здания, аэродинамическая схема которого оказы­вается особенно сложной.

При многообразии решений в условиях множества ва­риантов исходных данных можно все же наметить опреде­ленные закономерности, которые позволяют обобщить полу­ченное решение. Принимаются здания с типичными кон­структивно-планировочными решениями. Учитывая изоли­рованность и в основном пофасадную ориентацию поме­щений, при расчете инфильтрации определяются для всех помещений расходы воздуха с наветренной стороны при расчетных для зимнего режима температуре наружного воздуха ta и скорости ветра vn. Анализ данных показывает, что изменение расходов воздуха по высоте здания при из­вестных Ta и ун имеет практически линейную зависимость, поэтому достаточно определить расходы для нижнего и верхнего этажей.

Количество воздуха /вер, кг/(м2-ч), инфильтрующегося через 1 м2 окна в верхнем этаже наветренной стороны N- Этажного здания, при определенных Ta и va равно:

/вер = (4+0,15^) Ю-2(ин+5-0,05/<н)2. (3.15)

Для нижнего (первого) этажа

/ниж = 6,3- 10~2Ун — (6+ 1,3/V) 10~2/H-j-0,3/V-j-3,3. (3.16)

Для промежуточного этажа п с учетом принятой линей­ной зависимости

/ниж /вер.„

/п = /ниж--------------------------------------------------------- jy------- 1- (ЗЛ7>

Следует иметь в виду приближенность предлагаемой методики, точность которой (ошибка 10—15%) достаточна для расчета потерь теплоты на инфильтрацию.

При инфильтрации холодного воздуха через наружное ' ограждение в помещение дополнительно затрачивается 1 теплоты AQH на нагревание воздуха AQj и вследствие сни­жения температуры внутренней поверхности ограждения ; AQx, через которое происходит фильтрация воздуха

AQH=AQ7 + AQt. (3.18)

Воздух, проходя через конструкцию, нагревается и попадает в помещение с температурой более высокой, чем его начальная температура Ta. Поэтому

AQy = GHc, ([6]■-/„) Р/, (3-19)

Где GH — расход воздуха; св — массовая теплоемкость воздуха; Ру — коэффициент, учитывающий нагревание воздуха в ограж - j дении.

Аналогично можно определить

AQt = GHcB (TB — Ta) рт, (3.20)

Где px— коэффициент, учитывающий долю увеличения потерь теп­лоты за счет понижения температуры поверхности при инфильт­рации.

Дополнительные потери теплоты при инфильтрации через ограждение равны

AQh = GHCB(<b-'H)PO, (3.21)

Где р0=р,+ рх (табл. 3.2).

Общие дополнительные потери теплоты в помещении на нагревание наружного воздуха, поступающего в результате инфильтрации через наружные ограждения, составят

Зи = (2ро/свЛ + 2р0/св/) (*,-*„), (3.22)

Где А — площадь окон, стен и т. д., м2; I — протяженности стыков, щелей, м; / — удельные, отнесенные соответственно к 1 м2 или 1 м, расходы проникающего воздуха

В главе СНиП 2.04.05-86 расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха * рекомендуется определять по

Таблица 3.2. Значения коэффициентов ро, Р/ и рт при инфильтрации наружного воздуха через различные элементы конструкции наружных ограждений Элементы конструкций <ч Ро Массив ограждений 0,15 0,45 0,6 Стыковые соединения 0,3 0,4 0,7 Окна: Одинарные 1,0 — 1,0 Двойные 0,7 0,1 0,8 Тройные 0,6 0,1 0,7 Двери, ворота, фрамуги, проемы в 1,0 — 1,0 Ограждении

Формуле

Q, = 0,282в, с (/,-/„) р, (3.23)

Где 2Gt — расход инфильтрующегося воздуха через отдельные ограждающие конструкции помещения; с — массовая теплоем­кость наружного воздуха, принимаемая равной 1 кДж/(кг-°С); Tn, Tn — расчетная температура соответственно внутреннего и на­ружного воздуха (параметры Б); Р — коэффициент, учитывающий нагревание инфильтрующегося воздуха в ограждении встречным тепловым потоком (коэффициент экономайзерного эффекта), рав­ный: 0,7 —для стыков панелей стен и окон с тройными перепле­тами; 0,8 — для окон и дверей балконных с раздельными перепле­тами и 1,0 — для окон с одинарными и спаренными переплетами; 0,2б — числовой коэффициент, приводящий в соответствие принятые размерности расходов воздуха, кг/ч, н теплового потока, Вт (0,28= = 1005/3600).

Суммарный расход инфильтрующегося воздуха 2G, зависит от вида и характера неплотностей в наружных ограждениях и определяется по формуле

0,21Z(Api'4) J Z(ATZ(Apal3)T (3_ Rb. I R«. T RИ. S

Где обозначения с индексом 1 относятся к окнам, балконным дверям п фонарям; с индексом 2 — к наружным дверям, воротам и открытым проемам; с индексом 3 — к стыкам стеновых панелей (эта состав­ляющая учитывается только для жилых зданий); Аа, RK — площадь и сопротивление воздухопроницаемости ограждений; 0,21 — чис­ловой коэффициент, учитывающий перепад давления ДР0= 10 Па, при котором определены расчетные значения RH.I, (0,21= 1/102/3); Ар — перепад давления на поверхности соответствующих ограж­дений в зоне расположения воздухопроницаемого элемента; 1, 1/2, 2/3 — показатели степени, характеризующие разный аэродинами­ческий режим фильтрации воздуха, соответственно ламинарный — через стыки панелей, турбулентный — через двери и открытые проемы, смешанный — через неплотности окон.

Расчетная разность давления Ар,- в общем случае опре­деляется величиной гравитационно-ветрового давления и работой вентиляции

BPl = (H—H,)G(P„—Рв)+0,51>нрн(Сн—'CB)K — Ра, (3.25)

Где Н — высота здания от поверхности земли до верха карниза или вытяжных отверстий шахт и фонаря; hi — расстояние от по­верхности земли до верха окон, дверей и проемов или до середины стыков панелей; K — коэффициент, учитывающий изменение ско­ростного давления ветра по высоте здания, принимаемый так же, как и аэродинамические коэффициенты сн и с3, по СНиП 2.01.07-85; Ро — условное давление в помещении, от уровня которого отсчи­таны первое и второе слагаемые формулы (3.25).

Для помещений (зданий) со сбалансированной вентиля­цией (вентиляционная вытяжка полностью компенсируется подогретым притоком) или при отсутствии организованной вентиляции условное давление рй принимается равным наибольшему избыточному давлению в верхней точке за­ветренной стороны здания, обусловленному действием гра­витационного и ветрового давлений, т. е.

P0 = 0,5Hg (p„-pB) + 0,25t>,?p„ (сн—с3) K. (3.26)

Вычисленное значение рй принимается постоянным для всего здания, в лестничной клетке, в непосредственно соеди­ненных с ней коридорах, а также в отдельных помещениях при свободном перетекании воздуха из помещения в кори­доры. В случае герметизации внутренних дверей условное давление в отдельных помещениях определяется из уравне­ния воздушного баланса помещения.

В жилых и общественных зданиях только с вытяжной вентиляцией (без компенсации подогретым притоком) рас­ход теплоты на инфильтрацию QH определяется двумя путями и за расчетное принимается большее из получен­ных значений.

Сначала определяют по расчетному расходу удаляе­мого вытяжного воздуха Ln, м3/ч, из помещения в виде

Q I, = 0,28Lncp„ (/в - T„). (3.27)

Для жилых зданий удельный расход воздуха нормиру­ется в размере 3 м3/ч на 1 м2 площади жилых помещений и кухни. В общественных зданиях он должен определяться расчетом воздухообмена в помещениях.

Затем рассчитывается расход теплоты Qa по (3.23) из условия нагревания инфильтрующегося через наружные ограждения воздуха при отсутствии вентиляции.

Для всех других зданий (кроме жилых и общественных с естественной вытяжной вентиляцией) Q„ определяется только одним путем — расчетом по формуле (3.23).

Пример 3.2. Рассчитаем расход теплоты на инфильтрацию в по> мещениях общежития, рассмотренного в примере 3.1. Жилые поме« щення оборудованы естественной вытяжной вентиляцией с норма» тивным воздухообменом 3 м3/ч на 1 м2 пола.

Определяем расход теплоты на нагревание вентиляционного воздуха по формуле (3.27):

Для угловых помещений (№ 101, 201)

Qh = 0,28-3-3,7-3,9-1,429 (20+26) = 798 Вт;

Для рядовых помещений (№ 102, 202)

QH = 0,28-3.2,9-3,7-1,429 (20+26) = 593 Вт.

Инфильтрационные теплопотери для жилых комнат в резуль« Тате действия только гравитационного н ветрового давлений рас» считываем в такой последовательности.

1. Определяем условное давление в лестничной клетке и в при» мыкающих к ней коридорах по формуле (3.26)

Р0=0,5-7-9,81 (1,429—1,213)+0,25.4М,429х X (0,8 + 0,6) 0,65 = 7,42+5,2 = 12,62 Па.

2. Вычисляем условное давление на внешней поверхности на« ружных ограждений р, равное двум первым слагаемым формулы (3.25):

Для помещений первого этажа р1 = (7 — 3,3) 9,81 (1,429— 1,213)+0,5-42-1,429 (0,8 + 0,6) 0,65 = = 7,84+10,4=18,25 Па;

Для помещений второго этажа рп = (7 — 6,5) 9,81 (1,429 —1,213) + 0,5-42-1,429 (0,8 + 0,6) 0,65 = = 10,46 Па.

3. Учитывая незначительную величину действующих давле­ний, принимаем однорядное уплотнение оконных заполнений — прокладки из полушерстяного шнура с сопротивлением воздухопро - ннцанию RH i=0,13 м2-ч-Па/кг (СНиП II-3-79 **). Для внутрен­них дверей i? H. 2=0,3 м2-ч-Па/кг (СНиП 2.04.05-86).

4. Определяем условное давление в помещениях рх из уравне­ния воздушного баланса при условии перетекания инфильтрующе­гося через окно воздуха в коридоры и при отсутствии вентиляции

0,21 = -

Кя.1 ««.а

Откуда при площади окна Лх= 1,8 м2 и внутренней двери Л 2= 1,98 м2 имеем: для помещений первого этажа р, = 13,9 Па, для помещений второго этажа Рц>ж— 12,2 Па,

Полученные значения давлений незначительно отличаются от условного давления в лестничной клетке и для данного примера могут быть приняты равными последнему. Однако в других случаях (особенно в многоэтажных зданиях) различие может быть сущест­венным.

5. Вычисляем расчетную разность давления по формуле (3.25):

Для помещений первого этажа

Др/ = р,—рЛж= 18,25 — 13,9 = 4,35 Па;

Для помещений второго этажа

Ар и"" рц—Рп, х~ Ю,46 —12,2 = —1,74 Па.

Отрицательное значение Дрц свидетельствует не об инфильтра­ции наружного воздуха, а об эксфильтрации внутреннего воздуха через неплотности ограждений (при отсутствии вентиляции).

6. Определяем расход воздуха, инфильтрующегося через окна помещений первого этажа [первое слагаемое формулы (3.24)1

„ 0,21 •4,35S|/3-1,8 , 0 .

Gl=------------------------------------ ойз---------- =7,8 кг/ч

И G^lАх = 7,8/1,8 = 4,3 кг/(м2-ч).

Удельный расход инфильтрующегося воздуха не превышает допускаемой воздухопроницаемости окон [10 кг/(м2-ч)]. В против­ном случае следовало бы увеличить сопротивление воздухопрони­цанию путем использования прокладок из более герметичного ма­териала.

7. Рассчитываем расход теплоты на инфильтрацию по формуле (3.23)

Q„ = 0,28-7,8-1 (18 + 26) = 96 Вт.

Так как QM > QH, в качестве расчетных принимаем значение QH как для помещений первого, так и второго этажа. Результат заносим в табл. 3.1 (графа 14).

Для лестничной клетки инфильтрация осуществляется через неплотности наружной двери (RK 2=0,14 м?-ч-Па/кг) и окно (Ли. 1=0,13 м2-ч-Па/кг).

Прн высоте от поверхности землн до верха окна 4,1 м, до верха наружной двери 2,2 м н условном давлении в лестничной клетке р0= 12,62 Па расчетная разность давления в зоне воздухопроницае­мого окна равна Др!=3,9, а в зоне наружной двери Др2=7,95 Па.

Расход инфильтрующегося воздуха через неплотности окна и закрытой наружной двери составит

20 =------------------------- т----------- + 0)Н =47,2 кг/ч.

Расход теплоты на нагревание инфильтрующегося воздуха по формуле (3.23)

Q„ = 0,28-47,2-1 (12 + 26) 0,8 = 402 Вт.

Полученный результат меньше величины дополнительных тепло­потерь иа инфильтрацию при открывании наружной двери Q=2,34x ХЗЮ=725 Вт (см. табл. 3.1). Поэтому в качестве расчетных прини­маем теплопотери лестничной клеткой в период времени с открытой наружной дверью.