Общий коэффициент теплопередачи здания формула: 404. Страница не найдена!

{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

{{article.content_lang.display}}

{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

Формула показатель компактности здания.

Приложение ц

Ц. 1 Расчетный показатель компактности здания,Λк здан ,определяется по формуле:

Λк здан =FΣ/Vh. (Ц.1)

где FΣ – общая площадь внутренних поверхностей наружных ограждающих конструкций, включая покрытие (перекрытие) верхнего этажа и перекрытие (пола) нижнего отапливаемого помещения, м2;

Vh – отапливаемый объем здания, равный объему, ограниченному внутренними поверхностями наружных ограждающих конструкций здания, м3.

Ц. 2 Рекомендованные значения относительно показателя компактности, которые следует выполнять при проектировании жилых зданий,Λк здаг,не более:

studfiles.net

Эффективность объема здания

Или, компактность объема здания — интегральный показатель эффективности здания. Все остальные показатели компактности раскрывают разные стороны многообразных свойств здания, которые интегрированы в показателе объемной компактности. Характеризует эффективность решения строительного объема, внутреннего объема и отапливаемого объема здания.

Строительный объем здания — объем здания посчитанный по внешней поверхности ограждающей конструкции здания. Внутренний объем — объем здания посчитанный по внутренней поверхности ограждающей конструкции здания. Отапливаемый объем здания может совпадать с внутренним объемом, а может составлять его часть.

Коэффициент компактности объема здания — отношение площади наружного ограждения к отапливаемому, внутреннему или строительному объему. Показывает сколько квадратных метров наружного ограждения необходимо для создания единицы отапливаемого, внутреннего или строительного объема.

В общем случае, чем больше объем здания, тем меньше этот коэффициент. При равных объемах здания коэффициент меньше у тех зданий, которые ближе по форме к шару или кубу. Максимально компактной является форма шара.

Например, в СНиП 23-02-2003 показатель компактности здания нормирует следующим образом:

• 0,25 — для 16-этажных зданий и выше.
• 0,29 — для 10-15-эт. зданий.
• 0,32 — для 6-9-эт. зданий.
• 0,36 — для 5-эт. зданий.
• 0,43 — для 4-эт. зданий.
• 0,54 — для 3-эт. зданий.
• 0,61; 0,54; 0,46 — для 2-, 3- и 4-эт. блокированных и секционных домов соответственно.
• 0,9 — для 2-эт. и 1-эт. домов с мансардой.
• 1,1 — для 1-эт. домов.

***

Коэффициент эффективности использования объема здания по высоте – отношение отапливаемого объема к общей площади здания или отношение строительного объема к площади застройки. Является характеристикой приведенной высоты здания (учет высоты этажа здания).

Например. Имеем — К = 5,8 и К = 6,8. Это приведенная высота этажей. Допустим, у вас первый этаж прямоугольный, а второй этаж мансардный со сложной кровлей крестообразными пересечениями частей кровли, мезонинами. В первом случае приведенная высота этажей может быть — 1 этаж 3 метра, а второй этаж – 2,8 метра. Во втором случае если первый этаж 3 метра, то приведенная высота второго этажа (к прямоугольнику) у вас получится 3,8 метра. Если вас это не устраивает, то можно поднять высоту первого этажа, можно наоборот изменить уклоны кровли и уменьшить приведенную высоту, например до К = 6,0.

***

Компактность плана здания — усеченная форма объемной компактности.

Коэффициент компактности здания в плане — отношение длины наружного периметра здания к общей площади или к площади застройки здания. В этом смысле максимально компактным будет здание имеющее план, приближающийся к форме круга или квадрата.

sib-ecodom.ru

Коэффициент остекленности фасада здания: правильный расчет 👍

Для каждого здания на этапе проектирования выполняется теплотехнический расчет, состоящий из нескольких этапов. Вся информация и правила выполнения приведены в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

Важная часть теплотехнического расчёта – это подбор стеклянных ограждающих конструкций для зданий. Для получения требуемого результата этого рассчитывается коэффициент остеклённости фасада здания.

Формула расчёта

Коэффициент остеклённости фасада здания – это численное значение отношения суммарной площади всех светопрозрачных конструкций, к общей площади внешних стен здания включая светопрозрачные системы. Он обозначается латинской буквой f и рассчитывается по формуле:

f=Bf/(Bw+Bf),

Bf – сумма площадей светопрозрачных систем здания.

Bw – сумма площадей внешних стен включая светопрозрачные системы здания.

Важно! Часто ошибки допускаются в расчётах площади ограждающих конструкций. Надо учитывать все углы и переходы, делать развертку поверхности фасада.

Полученное расчетное сравнивается с нормативным значением коэффициента остекленности фасада здания.

Если расчетное значение коэффициента не превышает:

• Для жилых домов 18%;
• Для других сооружений 25%,

то вид и плотность остекления подбирают со значением приведенного коэффициента теплопередачи больше требуемого:

R0≥Rreq

Если расчетное значение больше нормативных показателей, то для подбора остекления используется R0 — приведенное сопротивление теплопередачи:

D≤3500, 0C×сут. – R0≥0.51

3500≤D≤5200, 0C×сут. – R0≥0.56

3500≤D≤7000, 0C×сут. – R0≥0.65

Приведенный коэффициент сопротивление теплопередаче заполнений из стекла для фасадов бывает разный:

Строго следуя порядку расчета и нормативным показателям, приведенным в таблице выше, можно точно рассчитать количество и качество остекления любого общественного и жилого здания.

Похожие статьи

bazafasada.ru

Расчет теплоэнергетических параметров здания Геометрические показатели

Общая площадь наружных ограждающих конструкций определяется по внутренним размерам здания.

Общая площадь наружных стен(с учетом оконных и дверных проемов), м2, определяется как произведение периметра наружных стен по внутренней поверхности на внутреннюю высоту здания, измеряемую от поверхности пола первого этажа до поверхности потолка последнего этажа.

,

где – периметр внутренней поверхности наружных стен этажа, м; –высота отапливаемого объема здания, м.

= 160,624 = 3855 м2.

Площадь наружных стен (без проемов), м2, определяется как разность общей площади наружных стен и площади окон и наружных дверей:

,

где –суммарная площадь окон, определяется как сумма площадей окон (площадь окна считать по размерам проема).

Для рассматриваемого здания = 694 м2.

Тогда = 3855 — 694 = 3161 м2.

В том числе для продольных стен 2581 м2;

для торцевых стен – 580 м2.

Площадь перекрытий теплого чердакам2, и площадь перекрытий теплого подвала, м2, равны площади этажаи рассчитываются по формуле

=== 770 м2.

Общая площадь наружных ограждающих конструкций складывается из общей площади стен, площадей перекрытий теплого чердакаи теплого подвала, и определяется по формуле

=++.

Так как , формула приобретает следующий вид

=+ 2= 3855 + 770 + 770 = 5395 м2

Площадь отапливаемых помещений, м2, и площадь жилых помещений и кухонь, м2, определяются в соответствии с проектом:

= 5256 м2;

= 3416 м2.

Отапливаемый объем здания, м3,определяется как произведение площади этажа, м2, на внутреннюю высоту, м, измеряемую от поверхности пола первого этажа до поверхности потолка последнего этажа.

= 770·24 = 18480 м3.

Коэффициент остекленности фасадов здания р определяют по формуле

.

Нормируемый коэффициент остекленности составляет = 0,18.

Показатель компактности зданияопределяют из условий:

.

Нормируемый показатель компактности жилых зданий составляет =0,32. Таком образом, < , так как 0,29 < 0,32.

Теплотехнические показатели

Согласно СНиП II-3 приведенное сопротивление теплопередаче наружных ограждений , м2·С/Вт,должно приниматьсяне ниже требуемых значений , которые устанавливаются по таблице 1б* СНиП II-3 в зависимости от градусо-суток отопительного периода.

При = 5014 °С·сут требуемое сопротивление теплопередаче равно для:

стен = 3,2 м2·С/Вт;

окон и балконных дверей = 0,54 м2·С/Вт;

перекрытий теплого чердака = 4,71 м2·С/Вт;

перекрытий теплого подвала = 4,16 м2·С/Вт.

Приведенный трансмиссионный коэффициент теплопередачиздания, Вт/(м2·С), определяется по формуле

,

Вт/(м2·С).

Воздухопроницаемость наружных ограждений , кг/(м2·ч), принимают для стен, покрытий, перекрытий чердаков и подвалов, окон в деревянных переплетах и балконных дверей = 6 кг/(м2·ч)5, таблица 12.

Требуемую кратность воздухообмена жилогоздания, ч-1, устанавливают из расчета 3 м3/ч удаляемого воздуха на 1 м2жилых помещений и кухонь7по формуле

,

где –площадь жилых помещений и кухонь, м2;– коэффициент, учитывающий долю внутренних ограждающих конструкций в отапливаемом объеме здания, принимаемый равным 0,85; –отапливаемый объем здания, м3.

.

Приведенный(условный)инфильтрационный коэффициент теплопередачи здания, Вт/(м2·С), определяют по формуле

,

Вт/(м2·С).

Общий коэффициент теплопередачи здания, Вт/(м2·С), определяют по формуле

,

= 0,544 + 0,556 = 1,1 Вт/(м2·С).

studfiles.net

Расчетный показатель компактности зданий



Расчетный показатель компактности зданий Λ к зд. определяется по формуле:

где:

F ∑ — общая площадь внутренних поверхностей внешних ограждающих конструкций, включающих (покрытия)верхнего этажа и перекрытия (пола) нижнего отапливаемого помещения, м2 ;

V h — отапливаемый объём здания, что равняется объему, ограниченному внутренними поверхностями внешних ограждающих конструкций здания, м3;

Показатель компактности Λ к зд. = 0,32 соответствует рекомендуемому значению для зданий.

Геометрические, теплотехнические и энергетические показатели

Таблица 3 (окончание)

Классификация здания по энергетической эффективности

Таблица 4

Заключения по результатам оценки энергетических параметров здания

Таблица 5

mpedagog.ru

12ballov.mpedagog.ru

КЫРГЫЗ РЕСПУБЛИКАСЫНЫН МИНИСТРЛЕР КАБИНЕТИНЕ КАРАШТУУ АРХИТЕКТУРА, КУРУЛУШ ЖАНА ТУРАК ЖАЙ-КОММУНАЛДЫК ЧАРБА МАМЛЕКЕТТИК АГЕНТТИГИ » Page not found

Бүгүн, 28-октябрда, 2021-жылы Чүй областынын Аламүдүн районундагы Озерная айылында жаңы мектеп ачылды. Ачылыш аземине Кыргыз Республикасынын Билим берүү министирлиги, Мамкурулуштун өкүлдөрү, Сауд Аравия Королдугунун Кыргыз Республикасындагы ыйгарым укуктуу элчиси, ошондой эле Чүй облусунун губернатору, Аламүдүн районунун акими жана бир катар расмий адамдар катышты.

Мектептин курулушу, Сауд Өнүктүрүү фондунун каражаттарынан каржыланган “27 мамлекеттик мектептин курулушу” долбоорунун алкагында ишке ашырылды. Бул объекттин долбоордук кубаттуулугу 375 окуучулук орунга эсептелип,  сметалык наркысы 1 млн 526 миң 804 АКШ долларын түзөт.

Долбоорго ылайык, жаңы мектеп 2 кабаттуу окуу корпусунан турат, анда 10 окутуу класс, мугалимдер кабинети, химия, физика лабораториялык класстары, жана информатика, эмгек класстарын камтыйт. Ошондой эле ашкана, актовый залы, спорттук зал жана медицина кабинеттери курулган. Мектепте өрт системалары, жылытуу, желдетүү, видеобайкоо системалары жана сигнализациялар каралган. Жаңы мектеп, толук окуу процесси үчүн бардык зарыл болгон жабдуулар жана мектеп эмеректери менен жабдылган.

Белгилей кетсек, бул жетинчи мектеп Сауд Өнүктүрүү фондунун колдоосу менен ушул долбоордун алкагында ачылган. Өз сөзүндө Кыргыз Республикасынын Сауд Аравия Королдугунун Кыргыз Республикасындагы ыйгарым укуктуу Элчиси Ибрахим Р. Аль Ради белгиледи, – «Азыркы учурда, Сауд Аравия Королдугу менен Кыргыз Республикасынын ортосундагы бардык облустарда эки өлкөнүн ортосунда кызматташтык боюнча бир туугандык мамилелерди улантууда. Королдугу аркылуу, Сауд Өнүктүрүү фонду, жардам борбору, Корол Салман ибн Абдул-Азиз Аль Сауд атындагы гуманитардык жардам жана Королдугунун башка уюмдардын Кыргыз Республикасында өзүнүн салымын өнүктүрүүгө грант, финансылык жардамды берүүгө жана ишке ашырып  улантууга даяр. 200 миллион доллар ашык суммага, бул 750 миллион сауд риал акчасына  Кыргызстан Республикасынын бир нече долбоорлорду билим берүү чөйрөсүндө, транспорт, саламаттыкты сактоо, суу менен камсыз кылуу жана ирригацияга каралган».

Потери тепла при передаче через элементы здания

Передача тепла через стену здания или аналогичную конструкцию может быть выражена как:

H _t = UA dt (1)

где

H _t = тепловой поток (БТЕ / час, Вт, Дж / с)

U = общий коэффициент теплопередачи, «U-значение» (БТЕ / час фут ^{2 o} F, Вт / м ² K)

A = площадь стены (футы ² , м ² )

dt = разница температур ( ^o F, K)

Общий коэффициент теплопередачи — значение U — описывает, насколько хорошо строительный элемент проводит тепло, или скорость передачи тепла (в ваттах или БТЕ / час) через одну единицу площади (м ² или фут ² ) ул. повреждение, деленное на разницу температур в конструкции.

Онлайн-калькулятор тепловых потерь

U-значение (БТЕ / час фут ^{2 o} F, Вт / м ² K)

Площадь стены (футы ² , м ² )

Разница температур ( ^o F, ^o C, K)

Общие коэффициенты теплопередачи некоторых распространенных строительных элементов

Значения U и R

Значение U (или U-фактор) является мерой скорости потеря или получение тепла из-за конструкции из материалов. Чем ниже коэффициент U, тем выше сопротивление материала тепловому потоку и тем лучше изоляционные свойства. Значение U — это величина, обратная значению R.

Общее значение U для конструкции, состоящей из нескольких слоев, может быть выражено как

U = 1 / ∑ R (2)

, где

U = коэффициент теплопередачи (БТЕ / hr ft ^{2 o} F, Вт / м ² K)

R = «R-value» — сопротивление тепловому потоку в каждом слое (hr ft ^{2 o} F / Btu, м ² K / Вт)

R-значение одного слоя может быть выражено как:

R = 1 / C = s / k (3)

, где

C = проводимость слоя (БТЕ / час фут ^{2 o} F, Вт / м ² K)

k = теплопроводность материала слоя (БТЕ в дюймах / час фут ^{2 o} F, Вт / м · К)

с = толщина слоя (дюймы, м)

Примечание! — в дополнение к сопротивлению в каждом строительном слое — существует сопротивление внутренней и внешней поверхности окружающей среде.Если вы хотите добавить поверхностное сопротивление к вычислителю U ниже — используйте один — 1 — для толщины — l _t — и поверхностное сопротивление для проводимости — K .

Онлайн

Этот калькулятор можно использовать для расчета общего значения U для конструкции с четырьмя слоями. Добавьте толщину — л _т — и удельную проводимость слоя — К — для каждого слоя.Если количество слоев меньше четырех, замените толщину одного или нескольких слоев на ноль.

1. с (дюйм, м) k (британская тепловая единица дюйм / час фут ^{2 o} F, Вт / м · K)

2. с (дюйм, м) k (британская тепловая единица дюйм / час фут ^{2 o} F, Вт / м · К)

3. с (дюйм, м) k (БТЕ дюйм / час фут ^{2 o} F, Вт / м · К)

4. с (дюйм, м) k (БТЕ дюйм / час фут ^{2 o} F, Вт / м · К)

Пример — значение U Бетонная стена

Бетонная стена толщиной 0.25 (м) и проводимость 1,7 (Вт / мК) используются для значений по умолчанию в калькуляторе выше. Сопротивление внутренней и внешней поверхности оценивается в 5,8 (м ² K / Вт) .

Значение U можно рассчитать как

U = 1 / (1 / (5,8 м ² K / Вт) + (0,25 м) / (1,7 Вт / мK))

= 3,13 Вт / м ² K

R-значения некоторых обычных строительных материалов

Измерение коэффициента теплопередачи (HTC) в зданиях: опрос заинтересованных сторон

Основные моменты

•

Исследование об измерениях HTC с участием 13 типов заинтересованных сторон из 14 стран.

•

Представлены их взгляды на продолжительность, стоимость и точность теста HTC.

•

Обсуждаются их взгляды на проблемы и дальнейшие возможности.

•

Их предпочтения сравниваются с существующими методами измерения HTC.

•

Все заинтересованные стороны очень заинтересованы в измерении HTC на месте.

Abstract

Коэффициент теплопередачи (HTC) является очень важным фактором, влияющим на энергетические характеристики здания. Недавние исследования показали важность измерений HTC на месте для сокращения разрыва в характеристиках зданий.Однако, как известно, его измерительная установка и процедуры расчета являются сложными и сложными. Из-за этого многие заинтересованные стороны в строительной отрасли считают это непрактичным и недостаточным для своих нужд. В этом документе представлены результаты международного опроса, нацеленного на такие заинтересованные стороны, с целью узнать их точку зрения на измерения HTC на местах. В опросе приняли участие несколько заинтересованных сторон из 14 стран Европы. Опрос делится на четыре части: а) основные данные об участниках, б) их интерес к методам измерения энергоэффективности, в) их взгляды на характеристики такой методологии и г) их проблемы и возможности.Результаты показывают, что заинтересованные стороны очень заинтересованы в измерении HTC на месте. Результаты также предоставляют интересную информацию об аспектах, актуальных для них и их клиентов. В частности, мы подробно описываем их точку зрения на время проведения измерения, стоимость установки, продолжительность измерения и допустимую погрешность. Усвоенное понимание, полученное в результате опроса, поможет строительной отрасли определить возможности для прогрессивной кампании по оценке, включающей измерения на месте.Это исследование является частью проекта Приложения 71 «Энергетика в зданиях и сообществах» Международного энергетического агентства (IEA EBC) под названием «Оценка энергоэффективности зданий на основе оптимизированных измерений на месте».

Ключевые слова

Энергоэффективность здания

Измерения на месте

Обзор

Коэффициент теплопередачи (HTC)

Строительная промышленность

Производительность

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

© 2021 Авторы.Опубликовано Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Таблицы и уравнения общего коэффициента теплопередачи | Инженеры Edge

Таблицы общего коэффициента теплопередачи и уравнения

Справочник по термодинамике | Справочник по теплопередаче

Таблица общих коэффициентов теплопередачи:

Коэффициент теплопередачи — это коэффициент пропорциональности между тепловым потоком и термодинамической движущей силой для потока тепла (т.е.е., перепад температур, ΔT):

ч = q / (Ц — К)

где:

q: необходимое количество тепла (тепловой поток), Вт / м2, т.е. тепловая мощность на единицу площади, q = d \ dot {Q} / dA
h: коэффициент теплопередачи, Вт / (м ² K)
Ts = Температура твердой поверхности
K = Температура окружающей среды для жидкости

Используется при расчете теплопередачи, обычно за счет конвекции или фазового перехода между жидкостью и твердым телом.Коэффициент теплопередачи выражается в единицах СИ в ваттах на квадратный метр в кельвинах: Вт / (м ² K). Коэффициент теплопередачи обратен теплоизоляции. Он используется для строительных материалов (значение R) и для утепления одежды.

Связанные ресурсы:

Таблица общих коэффициентов теплопередачи Трубы и трубки

Таблица общего коэффициента теплопередачи Теплообменники

Таблица общих коэффициентов теплопередачи Промышленные испарители

Общая таблица коэффициентов теплопередачи Промышленные охладители

Таблица общих коэффициентов теплопередачи Промышленные конденсаторы

Таблица общих коэффициентов теплопередачи Различные жидкости

Таблица общего коэффициента теплопередачи Конденсирующие жидкости

Таблица общего коэффициента теплопередачи Испарение

Таблица общего коэффициента теплопередачи Различные жидкости (жидкости и газы)

8.Передача тепла через окна

Окна — это застекленные проемы в оболочке здания, которые обычно состоят из одинарного или множественного остекления (из стекла или пластика), обрамления и затенения. В оболочке здания окна имеют наименьшее сопротивление теплопередаче. В обычном доме около трети всех потерь тепла зимой происходит через окна. Кроме того, большая часть инфильтрации воздуха происходит по краям окон. Летом большая часть охлаждающей нагрузки приходится на солнечное тепло через окна.Чистое влияние окна на тепловой баланс здания зависит от характеристик и ориентации окна, а также от солнечных и погодных данных. Качество изготовления очень важно при строительстве и установке окон, чтобы обеспечить эффективное уплотнение по краям, позволяя легко открывать и закрывать окна.

Несмотря на то, что окна являются нежелательными с точки зрения энергосбережения, они являются неотъемлемой частью ограждающих конструкций любого здания, поскольку они улучшают внешний вид здания, пропускают дневной свет и солнечное тепло, а также позволяют людям смотреть и наблюдать за окружающей средой без покидая свой дом.В малоэтажных зданиях окна также обеспечивают удобный выход во время чрезвычайных ситуаций, например пожара. При выборе окон важными факторами являются тепловой комфорт и энергосбережение. Окно должно иметь хороший коэффициент пропускания света и одновременно обеспечивать эффективное сопротивление теплопередаче. Требования к освещению здания можно минимизировать, максимально используя естественный дневной свет. Потери тепла через окна зимой можно минимизировать, используя воздухонепроницаемые окна с двойным или тройным стеклопакетом со спектрально-селективными пленками или покрытиями и пропуская как можно больше солнечного излучения.Прирост тепла и, следовательно, охлаждающую нагрузку летом можно свести к минимуму, используя эффективное внутреннее или внешнее затенение окон.

Даже при отсутствии солнечного излучения и проникновения воздуха передача тепла через окна сложнее, чем кажется. Это потому, что структура и свойства рамы сильно отличаются от остекления. В результате теплопередача через раму и краевую часть остекления, прилегающую к раме, является двумерной.Поэтому при анализе теплопередачи через него принято рассматривать окно в трех областях: (1) центр стекла, (2) край стекла и (3) области рамы, как показано на Рис. 41. Затем общая скорость теплопередачи через окно определяется путем сложения теплопередачи через каждую область как

, где

— коэффициент U или общий коэффициент теплопередачи окна; Окно — это область окна; Центр _{, край} A _{и рамка} A _{— это области центральной, краевой и рамной секций окна, соответственно; и U center , U edge и U frame — это коэффициенты теплопередачи для центральной, краевой и рамной секций окна.Обратите внимание, что окно = центр + край + кадр , и общий коэффициент} окна U _{определяется из взвешенных по площади U-факторов каждой области окна. Кроме того, коэффициент, обратный коэффициенту U, является значением R, которое представляет собой единицу теплового сопротивления окна (тепловое сопротивление для единицы площади).}

Рассмотрим устойчивый одномерный теплообмен через однослойное стекло толщиной L и теплопроводностью k.Схема термического сопротивления этой задачи состоит из поверхностных сопротивлений на внутренней и внешней поверхностях и сопротивления проводимости стекла последовательно, как показано на рис. 42, а общее сопротивление на основе единицы площади может быть выражено как

. стандартные значения 3 мм для толщины и 0,92 Вт / м · ºC для теплопроводности стекла и зимние расчетные значения 8,29 и 34,0 Вт / м ² · ºC для коэффициентов теплопередачи внутренней и внешней поверхности, Определено, что термическое сопротивление стекла составляет

. Обратите внимание, что отношение сопротивления стекла к общему сопротивлению составляет

, то есть сам слой стекла составляет около 2 процентов от общего теплового сопротивления окна, что незначительно.Ситуация не сильно изменилась бы, если бы вместо стекла мы использовали акрил, теплопроводность которого составляет 0,19 Вт / м · ºC. Следовательно, мы не можем эффективно уменьшить теплопередачу через окно, просто увеличивая толщину стекла. Но мы можем уменьшить его, удерживая неподвижный воздух между двумя слоями стекла. В результате получается окно с двойным остеклением, которое стало нормой в оконном строительстве.

Теплопроводность воздуха при комнатной температуре составляет k _air = 0,025 Вт / м · ºC, что составляет одну тридцатую теплопроводности стекла. Таким образом, тепловое сопротивление неподвижного воздуха толщиной 1 см эквивалентно тепловому сопротивлению слоя стекла толщиной 30 см. Без учета теплового сопротивления слоев стекла тепловое сопротивление и коэффициент U двойного окна можно выразить как (Рис. 43)

, где h _пробел = h _рад , пробел + h _conv , space — это комбинированный коэффициент радиационной и конвективной теплопередачи в пространстве, заключенном между двумя слоями стекла.

Примерно половина теплопередачи через воздушное пространство двойного окна происходит за счет излучения, а другая половина — за счет теплопроводности (или конвекции, если есть движение воздуха). Следовательно, есть два способа минимизировать h _{пространство} и, следовательно, скорость теплопередачи через двойное окно:

1. Минимизировать радиационную теплопередачу через воздушное пространство. Это можно сделать
за счет снижения излучательной способности стеклянных поверхностей путем покрытия их
материалом с низким коэффициентом излучения (или для краткости «low-e»).Напомним, что эффективный коэффициент излучения
двух параллельных пластин с коэффициентами излучения ε ₁ и ε ₂ равен

Коэффициент излучения обычной стеклянной поверхности равен 0,84. Следовательно, эффективная излучательная способность двух параллельных стеклянных поверхностей, обращенных друг к другу, составляет 0,72. Но когда стеклянные поверхности покрыты пленкой с коэффициентом излучения 0,1, эффективный коэффициент излучения снижается до 0,05, что составляет одну четырнадцатую от 0,72. Тогда при тех же температурах поверхности радиационная теплопередача также снизится в 14 раз.Даже если покрыта только одна из поверхностей, общий коэффициент излучения снижается до 0,1, что является коэффициентом излучения покрытия. Поэтому неудивительно, что около четверти всех окон, проданных для жилых домов, имеют покрытие low-e. Коэффициент теплопередачи h _{пространство} для воздушного пространства, заключенного между двумя вертикальными параллельными слоями стекла, приведен в таблице 16 для толщины 13 мм (1/2 дюйма) и 6 мм (1/4 дюйма). воздушные пространства для различных эффективных коэффициентов излучения и перепадов температур.

Можно показать, что покрытие только одной из двух параллельных поверхностей, обращенных друг к другу, материалом с коэффициентом излучения e снижает эффективный коэффициент излучения почти до ε.Поэтому обычно экономичнее покрывать только одну из облицовочных поверхностей. Обратите внимание на рис. 44, что покрытие одной из внутренних поверхностей двухэлементного окна материалом, имеющим коэффициент излучения 0,1, снижает скорость теплопередачи через центральную часть окна наполовину.

2. Сведите к минимуму теплопередачу через воздушное пространство.Это можно сделать, увеличив расстояние d между двумя стеклами. Однако это нельзя делать бесконечно, поскольку увеличение расстояния сверх критического значения инициирует конвекционные токи в замкнутом воздушном пространстве, что увеличивает коэффициент теплопередачи и, таким образом, сводит на нет цель. Кроме того, увеличение шага увеличивает толщину необходимого обрамления и стоимость окна.

Экспериментальные исследования показали, что когда расстояние d меньше примерно 13 мм, конвекция отсутствует, а передача тепла через воздух происходит за счет теплопроводности.Но по мере дальнейшего увеличения расстояния в воздушном пространстве появляются конвекционные потоки, и увеличение коэффициента теплопередачи сводит на нет любые преимущества, получаемые за счет более толстого слоя воздуха. В результате коэффициент теплопередачи остается почти постоянным, как показано на рис. 44. Следовательно, нет смысла использовать воздушное пространство толще 13 мм в двухкамерном окне, если только тонкая полиэфирная пленка не используется для разделения окон. воздушное пространство на две половины для подавления конвекционных потоков. Пленка обеспечивает дополнительную изоляцию, не увеличивая вес или стоимость окна с двойным остеклением.Тепловое сопротивление окна можно еще больше увеличить, используя окна с тремя или четырьмя стеклами, если это экономически выгодно. Обратите внимание, что использование окна с тремя стеклами вместо двух окон снижает скорость теплопередачи через центральную часть окна примерно на одну треть.

Другой способ уменьшения теплопроводности через окно с двойным остеклением состоит в использовании менее проводящей жидкости, такой как аргон или криптон, для заполнения зазора
между стеклами вместо воздуха.Зазор в этом случае нужно хорошо загерметизировать, чтобы газ не просачивался наружу. Конечно, другой альтернативой является полное удаление зазора между стеклами, но это нецелесообразно.

Стекла в двух- и трехкамерных окнах удерживаются на одинаковом расстоянии друг от друга с помощью металлических прокладок или изоляторов, таких как алюминий, стекловолокно, дерево , и бутил. По периметру стекла размещены сплошные разделительные полосы для обеспечения герметичности кромок и равномерного зазора.Однако прокладки также служат нежелательными «тепловыми мостами» между стеклами, которые имеют разные температуры, и это короткое замыкание может значительно увеличить теплопередачу через окно. Теплообмен в краевой области окна является двумерным, и лабораторные измерения показывают, что краевые эффекты ограничиваются полосой шириной 6,5 см по периметру стекла.

U-фактор для краевой области окна приведен на рис. 45 относительно U-фактора для центральной области окна. Кривая была бы прямой диагональной линией
, если бы два значения U были равны друг другу. Обратите внимание, что это почти так для изоляционных прокладок, таких как дерево и стекловолокно. Но U-фактор для краевой области может быть вдвое больше, чем для центральной области для проводящих прокладок, например, из алюминия. Значения для стальных прокладок находятся между двумя кривыми для металлических и изоляционных прокладок.Эффект края не применим к окнам с одним стеклом.

Обрамление окна состоит из всего окна, за исключением остекления. Теплопередачу через каркас трудно определить из-за различных конфигураций окон, разных размеров, различных конструкций и различных комбинаций материалов, используемых в конструкции каркаса. Тип остекления, например одинарное, двойное или тройное, влияет на толщину рамы и, следовательно, на передачу тепла через раму.Большинство рам изготавливаются из дерева, алюминия, винила или стекловолокна. Однако использование комбинации этих материалов (таких как дерево с алюминиевым покрытием и алюминий с виниловым покрытием) также является обычным явлением для улучшения внешнего вида и долговечности.

Алюминий — популярный материал для обрамления, потому что он недорогой, прочный и простой в производстве, он не гниет и не впитывает воду, как дерево. Однако с точки зрения теплопередачи это наименее желательный материал для каркаса из-за его высокой теплопроводности.Неудивительно, что U-фактор массивных алюминиевых рам является самым высоким, и поэтому окно с алюминиевым обрамлением будет терять гораздо больше тепла, чем сопоставимое окно с деревянным или виниловым обрамлением. Теплопередачу через алюминиевые элементы каркаса можно уменьшить за счет использования пластиковых вставок между компонентами в качестве тепловых барьеров. Толщина этих вставок сильно влияет на теплопередачу через каркас. Для алюминиевых рам без пластиковых полос первичное сопротивление теплопередаче обусловлено коэффициентом теплопередачи внутренней поверхности.U-факторы для различных рам перечислены в Таблице 17 в зависимости от материалов разделителя и толщины стеклопакета. Обратите внимание, что коэффициент U металлического каркаса и, следовательно, скорость передачи тепла через металлическую оконную раму более чем в три раза выше, чем у деревянной или виниловой оконной рамы.

На теплопередачу через окно также влияют коэффициенты конвективной и радиационной теплопередачи между стеклянными поверхностями и окружающей средой.Воздействие конвекции и излучения на внутреннюю и внешнюю поверхности остекления обычно объединяют в комбинированные коэффициенты конвективной и радиационной теплопередачи hi и ho соответственно. В условиях неподвижного воздуха комбинированный коэффициент теплопередачи на внутренней поверхности вертикального окна может быть определен из

, где T _г = температура стекла в K, T _i = температура воздуха в помещении в K, ε _г = коэффициент излучения внутренней поверхности стекла, обращенной в комнату (принимается равным 0.84 для стекла без покрытия), а s σ = 5,67 x 10 ^-8 Вт / м ² · K ⁴ — постоянная Стефана – Больцмана. Здесь температура внутренних поверхностей, обращенных к окну, принимается равной температуре воздуха в помещении. Это предположение
является разумным, когда окно обращено в основном к внутренним стенам, но становится сомнительным, когда окно подвергается воздействию нагреваемых или охлаждаемых поверхностей
или других окон. Обычно используемое значение h _i для расчета пиковой нагрузки составляет

, что соответствует расчетным зимним условиям T _i = 22ºC и T _g = -7ºC для стекла без покрытия с ε _g = 0.84. Но то же значение hi может также использоваться для летних расчетных условий, поскольку оно соответствует летним условиям: T _i = 24ºC и T _g = 32ºC. Значения h _i для различных температур и коэффициентов излучения стекла приведены в таблице 18. Обычно используемые значения ho для расчетов пиковых нагрузок такие же, как и для поверхностей наружных стен (34,0 Вт / м ² · ºC для зимой и 22,7 Вт / м ( ² · ºC летом).

Общие коэффициенты U для различных типов окон и световых люков оцениваются с помощью компьютерного моделирования и лабораторных испытаний для зимних расчетных условий; Репрезентативные значения приведены в таблице 19.Данные испытаний могут предоставить более точную информацию для конкретных продуктов, и им следует отдавать предпочтение, когда они доступны. Однако значения, перечисленные в таблице, можно использовать для получения удовлетворительных результатов в различных условиях при отсутствии данных по конкретному продукту. U-фактор изделия с оконными проемами, который значительно отличается от приведенных в таблице, может быть определен путем (1) определения долей площади, которые являются рамой, центром стекла и краем стекла (при условии, что 65 -мм шириной полосы по периметру каждого остекления), (2) определение U-факторов для каждой секции (U-факторы центра стекла и края стекла могут быть взяты из первых двух столбцов таблицы 19 и коэффициент U кадра можно взять из таблицы 18 или других источников), и (3) умножая доли площади и коэффициенты U для каждого раздела и складывая их (или из уравнения.34 для окна У _).

Системы застекленных стен можно рассматривать как несъемные окна. Также данные для двустворчатых окон можно использовать для одностекольных дверей. Из данных таблицы можно сделать несколько наблюдений:

1. U-факторы окна в крыше значительно больше, чем у вертикальных окон. Это связано с тем, что площадь светового люка, включая бордюр, может быть на 13–240 процентов больше, чем площадь грубого проема. Наклон мансардного окна тоже имеет некоторое влияние.

2. Коэффициент теплопроводности стеклопакетов можно значительно снизить за счет заполнения полостей аргоном вместо сухого воздуха. Блоки, заполненные CO2, по своим характеристикам аналогичны блокам, заполненным аргоном. U-фактор можно снизить еще больше, если заполнить полости остекления газом криптоном.

3. Покрытие поверхностей остекления пленками с низким уровнем излучения (низкой излучательной способностью) значительно снижает U-фактор. Для стеклопакетов достаточно покрыть одну из двух поверхностей, обращенных друг к другу.

4. Чем толще воздушное пространство в стеклопакетах, тем ниже коэффициент U для толщины воздушного пространства до 13 мм (дюймов). При определенном количестве остеклений окно с более толстыми воздушными слоями будет иметь более низкий коэффициент теплопередачи. Для заданной общей толщины остекления, чем больше количество остеклений, тем ниже U-фактор. Следовательно, окно с тройным стеклом с воздушным зазором 6,4 мм (два таких воздушных зазора) будет иметь более низкий коэффициент теплопроводности, чем окно с двойным стеклом с воздушным зазором 12.7 мм.

5. Окна с деревянным или виниловым каркасом имеют значительно более низкий коэффициент теплопроводности, чем аналогичные окна с металлическим каркасом. Поэтому окна с деревянными или виниловыми каркасами необходимы в энергоэффективных конструкциях.

% PDF-1.4 % 247 0 объект > эндобдж xref 247 106 0000000016 00000 н. 0000002472 00000 н. 0000002758 00000 н. 0000002789 00000 н. 0000002857 00000 н. 0000003702 00000 п. 0000004174 00000 н. 0000004241 00000 п. 0000004535 00000 н. 0000004643 00000 п. 0000004749 00000 н. 0000004876 00000 н. 0000004998 00000 н. 0000005171 00000 н. 0000005371 00000 п. 0000005557 00000 н. 0000005732 00000 н. 0000005913 00000 н. 0000006106 00000 п. 0000006241 00000 н. 0000006447 00000 н. 0000006655 00000 н. 0000006809 00000 н. 0000006960 00000 н. 0000007146 00000 н. 0000007341 00000 п. 0000007527 00000 н. 0000007671 00000 н. 0000007812 00000 н. 0000007956 00000 н. 0000008100 00000 н. 0000008242 00000 н. 0000008429 00000 н. 0000008573 00000 п. 0000008715 00000 н. 0000008896 00000 н. 0000008992 00000 н. 0000009088 00000 н. 0000009185 00000 п. 0000009281 00000 п. 0000009377 00000 н. 0000009472 00000 н. 0000009567 00000 н. 0000009662 00000 н. 0000009756 00000 н. 0000009851 00000 н. 0000009946 00000 н. 0000010040 00000 п. 0000010133 00000 п. 0000010230 00000 п. 0000010459 00000 п. 0000012233 00000 п. 0000012722 00000 п. 0000012901 00000 п. 0000013264 00000 п. 0000013685 00000 п. 0000013826 00000 п. 0000014187 00000 п. 0000014449 00000 н. 0000014847 00000 п. 0000015335 00000 п. 0000022382 00000 п. 0000022940 00000 п. 0000025318 00000 п. 0000025630 00000 п. 0000026403 00000 п. 0000026425 00000 н. 0000027282 00000 п. 0000033990 00000 н. 0000035046 00000 п. 0000035443 00000 п. 0000035908 00000 н. 0000036989 00000 п. 0000037175 00000 п. 0000037491 00000 п. 0000037846 00000 п. 0000038225 00000 п. 0000038868 00000 п. 0000038890 00000 н. 0000039654 00000 п. 0000039999 00000 н. 0000040283 00000 п. 0000040402 00000 п. 0000041866 00000 п. 0000042122 00000 п. 0000042144 00000 п. 0000042842 00000 п. 0000042864 00000 н. 0000043637 00000 п. 0000043659 00000 п. 0000044365 00000 п. 0000044624 00000 п. 0000045121 00000 п. 0000045509 00000 п. 0000049530 00000 п. 0000049903 00000 н. 0000049925 00000 н. 0000050787 00000 п. 0000050809 00000 п. 0000051577 00000 п. 0000051599 00000 п. 0000052262 00000 п. 0000052356 00000 п. 0000063880 00000 п. 0000002898 00000 п. 0000003680 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 248 0 объект > / PageMode / UseOutlines / Имена 251 0 руб. / Контуры 253 0 R / Метаданные 245 0 R / Страницы 244 0 R / PageLayout / SinglePage / OpenAction [252 0 R / FitH 910] / Нитки 249 0 R / StructTreeRoot null / Тип / Каталог / PageLabels 242 0 руб. >> эндобдж 249 0 объект [ 250 0 руб. ] эндобдж 250 0 объект > >> эндобдж 251 0 объект > эндобдж 351 0 объект > транслировать Hb«a`b`g«f @

Основы теплопередачи зданий

J Res Natl Bur Stand (1977).1977 сентябрь-октябрь; 82 (2): 97–106.

Институт прикладных технологий, Национальное бюро стандартов, Вашингтон, округ Колумбия 20234

Реферат

Основные проблемы и уникальные особенности теплопередачи в зданиях описаны в связи с расчетом тепловой и охлаждающей нагрузки, которая является отправной точкой для энергоснабжения зданий. анализ расхода и калибровка оборудования. Подробно обсуждается взаимосвязь между тепловыми потерями (притоком тепла) и тепловой нагрузкой (охлаждающей нагрузкой). Также в общих чертах обсуждается проблема теплопередачи в нескольких помещениях, в которой уравнения воздухообмена и теплообмена между соседними помещениями в здании решаются одновременно с уравнениями обмена излучаемого тепла для поверхностей каждой комнаты.

Ключевые слова: Утечка воздуха, динамическая теплопередача, анализ энергии, тепловые и охлаждающие нагрузки, тепловые потери и приток тепла, многокомнатные проблемы

Номенклатура

• A Элемент матрицы, как определено в тексте

• B Элемент матрицы, как определено в тексте

• C _P Удельная теплоемкость воздуха

• DB Температура наружного воздуха по сухому термометру

• F Наружная поверхность коэффициент конвективной теплопередачи

• G Массовый расход воздуха между соседними помещениями

• H Коэффициент конвективной теплопередачи внутренней поверхности

• H _k Коэффициент радиационной теплопередачи внутренней поверхности

• I Солнечное излучение на внешнем СУ rface

• QG Прочность источника / поглотителя тепла

• r Лучистое тепло, падающее на каждую внутреннюю поверхность

• QS Чистое длинноволновое лучистое тепло на внешней поверхности

• S Площадь внутренней поверхности

• TA или T _A Температура воздуха в помещении

• TI Температура внутренней поверхности

• TO или T _O Температура наружной поверхности

• TS Температура приточного воздуха в помещение

• X _n , Y _n , Z _n ( n = 1)… Н коэффициенты теплового отклика

• α солнечное поглощение снаружи ior поверхность

• τ коэффициент пропускания солнечного света окна Индексы

• t время Верхние индексы

• i , j обозначают i th и j-е интервалы 918 k0003 918 , л обозначает поверхности л и л

1.Введение

Целью данной статьи является обобщение современной информации о различных аспектах теплопередачи в зданиях и подробное обсуждение двух выбранных тем; а именно, проблема теплопередачи в нескольких помещениях и взаимосвязь между тепловыми потерями и тепловой нагрузкой.

Расчеты теплопередачи здания выполняются для различных приложений, таких как:

1. Теплопотери и приток тепла через внешнюю оболочку —

   • теплопроводность через внешнюю оболочку,

   • теплопроводность через стены подвала и плиточный пол (… в полубесконечную область),

   • коротковолновая передача (или солнечное тепло), поглощение, и отражение для окон,

   • утечка воздуха через внешние оболочки, а также внутренние перегородки, потолки и полы,

   • накопление тепла во внешних массах зданий.

2. Анализ внутренней среды —

   • лучистый теплообмен между внутренними поверхностями и теплоотводом / источниками,

   • конвективный теплообмен между комнатным воздухом и внутренними поверхностями комнаты,

   • конвекция воздуха в помещении… конвективное движение между и внутри комнаты,

   • конвективная и лучистая теплопередача от внутренних источников тепла, таких как обогреватели, охладители и пассажиры,

   • аккумулирование тепла во внутренних массах.

3. Проблемы, связанные с материалами или строительными элементами —

   • эффект мостика холода,

   • конвекция внутри пористой изоляции,

   • конденсация влаги из-за одновременного потока воздуха, влаги и тепла.

Основным для всех этих приложений является тот факт, что процессы теплопередачи в зданиях обычно плохо определены, зависят от времени, многомерны и во многих случаях нелинейны.Таким образом, все решения, доступные сегодня для любого из этих приложений, основаны на многочисленных упрощающих предположениях. Во многих случаях могут быть доступны усовершенствованные и усовершенствованные решения, но они, как правило, слишком сложны и имеют очень небольшую практическую ценность. Кроме того, до недавнего времени, по крайней мере, в Соединенных Штатах, большинство приложений передового анализа теплопередачи традиционно изучались в аэрокосмической промышленности и атомной энергетике. По этой причине многие сложные проблемы теплопередачи в зданиях остались нерешенными.

2. Кондуктивная передача тепла

Проблемы кондуктивной теплопередачи, характерные для зданий, включают:

1. Проводимость через наружную стену —

   • переходная теплопередача в ответ на климатические воздействия, такие как колебания температуры, солнечное излучение, ветер и осадки; аккумулирование тепла… эффект демпфирования и запаздывания; и эффект мостика холода (двумерный и нелинейный путь теплового потока).

2. Внутренняя проводимость массы —

3. Преобразование прироста / потерь тепла в нагрузку на охлаждение и обогрев.

4. Потери тепла на грунт от перекрытия перекрытия и стен подвала.

Большинство проблем теплопроводности здания являются многомерными и переходными, требующими численных (либо конечно-разностный и / или конечно-элементный анализ) или аналоговых расчетов с помощью компьютерного моделирования. Для одномерных многослойных задач доступны многочисленные аналитические решения как для стационарных, так и для переходных режимов. Эти решения часто используются для расчета притока и потерь тепла для внешних ограждающих конструкций и аккумулирования тепла во внутренних конструкциях.Наиболее заметным вкладом в последние годы в решение многослойных задач являются концепция термической постоянной времени Райчаудхури [1], ¹ , решение Лаудона [2], решение по частотной характеристике, решение Манси [3] и отклик факторное решение Миталаса и Арсено [4]. Эти решения позволяют точно оценить теплопроводность через стены, крыши и полы зданий, если поток тепла направлен перпендикулярно поверхности. В этих методах отсутствуют и ожидают разработки аналогичные решения многомерных проблем, связанных с углами зданий, перекрытиями перекрытий и стенами подвала.

3. Конвекционная теплопередача

Проблемы конвективной теплопередачи, характерные для зданий, включают:

1. Теплопередача на внешней поверхности с учетом характеристик ветра и шероховатости поверхности,

2. Конвекция внутри и через стенки полости,

3. Конвекция между оконными стеклами,

4. Между- и внутри- движение воздуха в пространстве из-за градиента температуры и давления,

5. Конвекционная теплопередача из-за утечки воздуха через внешние стены.

6. Конвекционная теплопередача внутри пористой изоляционной структуры.

На коэффициенты поверхностной теплоотдачи влияет природа пограничного слоя воздуха, на которую сильно влияют геометрия поверхности, градиент температуры и поток за пределами области пограничного слоя. К сожалению, большинство имеющихся в учебниках решений и аналитических выражений основаны на очень упрощенных граничных условиях. Их следует рассматривать как лишь приблизительные решения реальных проблем строительства.Воздушный поток вокруг здания, вдоль внутренних поверхностей и в полостях стен очень сложный, беспорядочный и не способствует точным аналитическим решениям. Более того, реальная геометрия поверхности здания редко бывает четко определена.

Многие неопытные аналитики теплопередачи в зданиях ошибочно полагают, что коэффициенты теплопередачи внешней или внутренней поверхности, указанные в учебнике по теплопередаче или в Справочнике основ ASHRAE [5], являются абсолютно точными.Это понятие было передано автору недавно на одной из встреч по термографическим измерениям теплового потока, на которой была сделана попытка преобразовать температуру поверхности, измеренную сложным инфракрасным сканирующим устройством, в значение теплового потока, применив значение из Справочника ASHRAE [5 ] для коэффициента поверхностной теплоотдачи. В действительности коэффициент поверхностной теплоотдачи может отличаться от опубликованного значения на целых 100%, в зависимости от местного порыва ветра и неоднородности геометрии поверхности.Дело в том, что, за исключением сообщений Ито и Кимуры [6], коэффициенты теплопередачи на внешней поверхности реальных зданий никогда не изучались экспериментально. То же верно и для коэффициентов теплоотдачи внутренней поверхности, за исключением оригинальной работы Уилкса и Петерсона [7].

В последние годы был опубликован ряд исследований, в которых численные решения уравнения гидродинамики Навье-Стокса и уравнения энергии были получены для двумерного воздушного потока в ограниченном пространстве для характеристик режима ламинарного потока конвекции в помещении, и в режим турбулентного течения (число Грасгофа 10 ¹² или больше).Кроме того, стационарные решения для модифицированных уравнений Навье-Стокса с турбулентным потоком были получены Нильсеном [9]. Компьютерное время и объем компьютерной памяти, необходимые для решения реалистичных задач трехмерного потока в комнате, огромны. Bankvall [10] и Tien [11] изучают уравнения потока в пористой среде, а Tien расширяет решение на частично заполненные полости изоляции, а также на проблемы проницаемой граничной поверхности, чтобы моделировать утечку воздуха в изолированные стены.

4.Лучистый теплообмен

Радиационный теплообмен очень важен в строительстве в следующих областях:

1. Коротковолновое излучение:

   • поглощение солнечного тепла на непрозрачных внешних поверхностях,

   • передача солнечного тепла через прозрачные поверхности,

   • поглощение и отражение солнечного тепла внутренними поверхностями здания,

   • поглощение и отражение солнечного тепла оконным стеклом .

2. Длинноволновое излучение:

   • теплоотдача от внешних поверхностей к небу,

   • теплообмен между внутренними поверхностями,

   • теплообмен между внутренними поверхностями и людьми,

   • теплообмен между осветительной арматурой и внутренними поверхностями.

Хотя в области обмена солнечной энергией с внешними поверхностями сообщалось об обширной работе, основных данных об облучении все еще недостаточно в отношении компонента рассеянного излучения неба, особенно для вертикальных поверхностей и для условий облачного неба.

Пожалуй, наиболее сложной и утомительной проблемой при анализе солнечного теплообмена в зданиях является анализ прямого или лучевого излучения, которое проходит через фенестрацию, поглощается, отражается и повторно излучается внутренними поверхностями. Из-за сложной геометрии зависящей от времени формы тени и солнечного света точные решения для имитации реалистичного солнечного теплообмена в комнате практически невозможны. Обычно предполагается, что внутренняя поверхность серая (неспектральная) и диффузная (без зеркального отражения), а солнечное тепло рассеивается, когда оно проникает через окно и внутренние устройства затемнения.

Длинноволновое лучистое тепловое излучение в небо от внешней поверхности здания не было хорошо изучено, за исключением условий ясного неба, хотя некоторые работы продолжаются в CSTB во Франции [12].

5. Расчет нагрузок на отопление и охлаждение

Из-за возросшей актуальности энергосбережения при проектировании зданий и поскольку важной частью проекта энергосбережения является точное определение требований к отоплению и охлаждению здания, большое внимание уделяется использовались при расчетах нагрузки в последние годы.

Можно упомянуть, что, по крайней мере, в прошлом в Соединенных Штатах методы расчета нагрузки на отопление и охлаждение основывались на установившейся теплопередаче, выполняемой при расчетных условиях, которые представляют собой чрезвычайно холодные и жаркие дни. Это связано с тем, что тепловые и охлаждающие нагрузки в Соединенных Штатах были рассчитаны исключительно с целью выбора и определения размеров нагревательного и охлаждающего оборудования для обеспечения комфорта в экстремальных климатических условиях. Поскольку эти экстремальные расчетные условия редко представляют собой повседневные усредненные рабочие условия, проектируемое или выбираемое оборудование для нагрева и охлаждения обычно имеет завышенные габариты и работает в условиях частичной нагрузки, что приводит к снижению эффективности.

С другой стороны, европейские и японские инженеры прогнозировали температуру в помещении как функцию постоянно меняющихся климатических условий на открытом воздухе. В первую очередь их интересовало определение потребности в кондиционировании воздуха путем оценки количества часов летом, когда температура в помещении может превышать требования к комфорту.

Поскольку большинство домов и коммерческих зданий в Северной Америке уже оснащены кондиционерами и центральным отоплением, основной упор в Соединенных Штатах делается на возможность прогнозирования потребления энергии этим отопительным и охлаждающим оборудованием.В США было признано, что наиболее точный способ оценки годового энергопотребления данного здания — это моделировать характеристики теплопередачи здания и его систем отопления, вентиляции и кондиционирования на почасовой основе. в течение года, что потребовало 8760 вычислений. В течение последнего десятилетия был разработан ряд сложных компьютерных программ для ежечасного моделирования [13]. Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, например, разработало рекомендуемые процедуры [14, 15] для моделирования теплопередачи в здании, а также характеристик систем и оборудования.

Сложной частью этого подхода к ежечасному моделированию является связь между требованиями к отоплению и охлаждению здания и доступными возможностями систем отопления и охлаждения здания — особенно для здания с множеством зон, каждая из которых требует разного нагрева и охлаждения в зависимости от времени. -зависимый график использования и схемы размещения. Расчет сопряжения становится особенно трудным, когда мощность нагрева и охлаждения, обеспечиваемая системой распределения тепла и центральной системой здания, не может соответствовать требованиям к обогреву и охлаждению помещения.

Таким образом, когда возникает несоответствие между рассчитанной потребностью и доступной производительностью системы, температура в помещении отклоняется от заданного значения, для которого был выполнен первоначальный расчет нагрузки. Величина этого дрейфа зависит от характеристик аккумулирования тепла в рассматриваемом помещении, рабочих характеристик системы распределения тепла, а также характеристик частичной нагрузки или перегрузки системы центрального отопления и охлаждения. Насколько известно автору, никакая существующая компьютерная программа для анализа энергии не может решить эту проблему точно.

Одновременные расчеты требований к обогреву и охлаждению нескольких помещений, а также возможности обогрева и охлаждения центральных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в динамических условиях (когда климат, а также рабочие параметры постоянно меняются) чрезвычайно трудны. Таким образом, общепринятой американской практикой является расчет требований к обогреву и охлаждению помещения при заданном наборе требуемых температурных условий помещения. Связь между нагрузкой и пропускной способностью системы оценивается с использованием концепции весового коэффициента.Весовые коэффициенты представляют собой передаточные функции, созданные Миталасом [4] для трех типовых помещений, представляющих легкую, среднюю и тяжелую конструкцию, путем решения подробных уравнений теплового баланса поверхности помещения.

5.1. Уравнение теплового баланса на внешних поверхностях

Наружные поверхности здания принимают солнечное излучение, обмениваются длинноволновым излучением с окружающей средой, включая небо, обмениваются теплом с внешним воздухом за счет процесса конвекции и проводят тепло в твердую конструкцию.Уравнение (1) представляет собой полный тепловой баланс на внешней поверхности с коэффициентами отклика, используемыми для члена теплопроводности [4].

qt (i, k) = ∑n = 0yn (i, k) · TIt − n (i, k) −∑n = 0∞Zn (i, k) · TOt − n (i, k) = F (i, k) · (TOt (i, k) −DBt) + QSt (i, k) −α · It⋅

(1)

5.2. Уравнение теплового баланса на внутренних поверхностях (межпространственный теплообмен)

Уравнение (2) показывает все компоненты, участвующие в тепловом балансе внутренней поверхности; а именно: длинноволновый лучистый теплообмен с остальными поверхностями, конвективный теплообмен с воздухом, падающее солнечное излучение (через окна), длинноволновое излучение от освещения и оборудования, а также тепло, накопленное в твердом материале, который выражается в единицах фактора отклика.

qt (i, k) = ∑n = 0∞Xn (i, k) TIt − n (i, k) −∑n = 0∞Yn (i, k) TOt − n (i, k) = H (i, k) (TAt (i) −TIt (i, k)) + ∑j = 1NiHj (i, j) −TIk (i, k) + rt (i, k)

(2)

Путем перестановки членов уравнение (2) становится

∑j = 1NiAj (i, k) TIt (i, j) + AI (i, k) TAt (i) + AO (i, k) TOt (i, k) = B (i, k) k = 1, Ni

(3)

где N _i = общее количество поверхностей теплообмена в и -м помещении

B (i, k) = — ∑n = 1∞Xn (i, k) TIt − n (i, k) + ∑n = 1∞Yn (i, k) TOt − n (i, k) + rt (i, k)

Aj (i, k) = X0 (i, k) + H (i, k) + ∑j = 1NiHj (i, k)

а также

Уравнения, подобные (3), должны быть подготовлены для всех внутренних поверхностей в данном пространстве (комнате).С другой стороны, общее уравнение теплового баланса воздуха в помещении должно включать в себя конвекционный теплообмен с поверхностями, источники тепла, воздух, просачивающийся в пространство, и тепло, выделяемое и поставляемое источниками / поглотителями тепла (включая устройства кондиционирования пространства). ), следующее:

∑k = 1NiH (i, k) (TIt (i, k) −TAt (i)) S (i, k) + ∑k = 1NiGCp (i, k) (ATt (i, k) −TAt ( i)) + QG (i) = 0

(4)

Позволяя

AI (i, Mi) = — ∑k = 1NiH (i, k) S (i, k) −∑k = 1NiGi, k⋅Cp

Тогда уравнение космического теплового баланса (4) принимает следующий вид:

∑k = 1NiAk (i, Mi) TIti, k + AI (i, Mi) ⋅TAt (i) + ∑k = 1NiAOK (i, Mi) ⋅ATt (i, k) = B (i, Mi)

(5)

Набор ( N _i + 1) одновременных уравнений, содержащий N _i уравнения типа (3) и уравнения (5), должен быть решен одновременно для данного пространства, чтобы получить внутреннюю поверхность. температура и температура воздуха в помещении.

5.3. Теплообмен между помещениями (между помещениями)

Когда пространство, рассматриваемое в предыдущем разделе, примыкает к другим помещениям, все температуры внутренней поверхности и температуры воздуха во всех смежных помещениях зависят друг от друга. иллюстрирует процесс теплопередачи через граничную стенку между пространством – и пространством –, указывая на кондуктивный и конвективный теплообмен между двумя пространствами. Упрощенная и все же относительно типичная задача с четырьмя помещениями, как изображено на, используется здесь, чтобы проиллюстрировать сложность проблемы с несколькими комнатами.

Теплопередача перегородки между i-м и j-м пространством.

План типового 4-х космического макета.

Чтобы упростить математические манипуляции, предлагается показать взаимодействие четырех пространств за счет тепловой связи через смежные внутренние поверхности. показывает матричную форму полного уравнения теплового баланса, которое должно быть решено для этой четырехмерной задачи с использованием матричных обозначений, представленных в уравнениях (2) и (3). В этом матричном представлении утечка воздуха между соседними пространствами представлена ​​как постоянная G ^{( ik )} .Однако на самом деле утечка воздуха зависит от разницы температур и давления в помещении из-за ветрового воздействия. Тамура и Сандерс [16] разработали, а позже Фотергилл [17] расширили комплексную компьютерную программу для расчета воздушного потока между помещениями здания, подверженного влиянию внешнего давления ветра, а также эффекта теплового стека. Программа была в первую очередь разработана для изучения анализа характера миграции дыма в рамках программы исследования пожаров. Он не учитывает характеристики аккумулирования тепла внутренней тепловой массой здания; однако существует реальная потребность в эффективной вычислительной процедуре, с помощью которой можно было бы всесторонне проанализировать процесс передачи воздуха и тепла в нескольких помещениях.

Взаимосвязь внутренней и внешней стены 4-пространственной модели, как показано на.

Уравнение теплового баланса четырехмерной модели.

Приведенные выше обсуждения показывают, что всесторонний анализ линейных нанометров проблем теплопередачи в нескольких помещениях требует манипуляции с матрицами большого размера, что требует большого и быстрого компьютера. Сложность анализа в основном связана с включением условий радиационного теплообмена внутренней поверхности. Существенное упрощение возможно, если предположить, что все температуры внутренних поверхностей помещения совпадают с температурами воздуха в помещении.Краткое обсуждение этого вопроса приведено в приложении.

5.4. Сопряжение с центральной системой Производительность

Термин «источник / поглотитель тепла» QG , указанный в уравнении (4), может представлять мощность нагрева и охлаждения системы приточного воздуха HVAC. Если количество приточного воздуха и его температура выражаются как GS _t и TC _t соответственно, термин QG принимает значение GS _t · C _P · (TC _т — TA _т ).

Таким образом, температура воздуха в помещении может быть определена как баланс между потребностями в обогреве и охлаждении помещения и мощностью нагрева и охлаждения системы приточного воздуха HVAC. Однако значения GS и TC могут различаться в зависимости от режима и типа системы распределения воздуха в здании. Например, система постоянного объема воздуха будет обеспечивать GS постоянной и регулировать TC , тогда как система переменного объема будет регулировать GS с поддержанием постоянной TC .

Однако возникают трудности при моделировании регулирования или управления GS и TC в вычислительном процессе. Теплообмен между термостатом помещения, воздухом и поверхностями помещения входит в уравнения теплового баланса, тем самым усложняя проблему. Кроме того, из-за характеристики термостата срабатывания по времени, моделирование системы управления требует поминутных расчетов, а не почасовых расчетов.

6. Резюме

Основные проблемы и трудности, присущие всестороннему анализу теплопередачи в зданиях, связаны со многими параметрами, которые плохо определены, а некоторые из них зависят от времени и многомерны.

Одной из важнейших областей анализа теплопередачи в зданиях является почасовое моделирование процесса балансировки между потребностями в отоплении и охлаждении многих помещений и мощностью центрального отопления и охлаждения здания. Аналитические решения, доступные для любой из этих проблем, основаны на упрощенных предположениях.

Подробное обсуждение эффектов лучистого теплообмена для расчетов теплопотерь зданий включено в приложение.

8. Приложение. Тепловая нагрузка в сравнении с потерями тепла для систем центрального отопления

Когда здание отапливается централизованно, обогрев данного помещения обеспечивается горячим воздухом, подаваемым в систему. Обычно предполагается, что горячий воздух, поступающий в помещение, мгновенно смешивается с воздухом помещения для повышения температуры помещения. Таким образом, способ, которым теплый воздух помещения отдает тепло холодным внешним поверхностям, присутствующим в помещении, диктует потребность в обогреве.Однако во многих расчетах негласно предполагается, что температура воздуха в помещении равна температуре поверхности помещения, а тепловая нагрузка рассчитывается по простой формуле, например:

• где U ₀ = общий коэффициент теплопередачи внешней поверхности

• T _A = температура воздуха в помещении

• T ₀ = наружная температура

• S ₀ = внешние поверхности.

Это простое соотношение несовместимо с реальностью, когда температура поверхности космоса редко бывает равна температуре воздуха в космосе.

Чтобы изучить разницу в результатах между общим предположением и точным решением, была исследована простая комната с одним стеклопакетом. В этом помещении стены считаются безмассовыми, имеют одинаковые общие и поверхностные коэффициенты теплопередачи и те же внутренние температуры поверхности и подвергаются воздействию такой же температуры наружного воздуха, как показано на рисунке A-1.Без учета солнечного тепла, поглощаемого стеклом, уравнение теплообмена для внутренней поверхности окна для модели будет:

HG⋅ (TSG − TA) + HGW⋅ (TSG − TSW) + UGT⋅ (TSG − T0) = 0

(A-1)

• где H _G = конвективное тепло коэффициент передачи по внутренней поверхности окна.

• H _GW = коэффициент теплоотдачи окна на внутреннюю поверхность непрозрачной стены.

• U _GT = теплопроводность между внутренней поверхностью окна и внешней средой

• T _SG = температура внутренней поверхности окна

• T _SW = температура внутренней поверхности всех стен

• T _A = температура воздуха в помещении

• T ₀ = температура наружного воздуха.

Аналогичное уравнение можно построить для участка стенки, снова игнорируя эффект аккумулирования тепла, следующим образом:

HW⋅ (TSW − TA) + HGW⋅ (TSW − TSG) + UWT⋅ (TSW − T0) = I⋅AGAWτ

(A-2)

• где H _W = коэффициент конвективной теплопередачи по внутренней поверхности стены

• H _WG = коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стены к окну

• U _WT = теплопроводность между внутренними поверхностями стены и внешней средой

• I = солнечное излучение, падающее на окно

• τ = коэффициент пропускания солнечного света через окно

• A _G = площадь окна

• A _W = площадь стены.

Значения U _GT и U _WT можно рассчитать, зная общий коэффициент теплопередачи для окна U _G и стены U _W следующим образом:

С другой стороны, коэффициенты лучистой теплопередачи H _GW и H _WG связаны друг с другом следующим образом:

Конвекционный способ расчета тепловой нагрузки с использованием значения U :

Q = (UG⋅AG + UW⋅AW) ⋅ (TA − T0) −I⋅AG⋅τ

(A-5)

Точный способ расчета тепловой нагрузки состоит в том, чтобы сказать, что тепловая нагрузка — это тепло, теряемое комнатным воздухом на окружающие поверхности, или

Q ′ = HW⋅AW⋅ (TA − TSW) + HG⋅AG⋅ (TA − TSG).

(А-6)

Чтобы использовать последнее уравнение, значения T _SW и T _SG должны быть определены путем одновременного решения уравнений (A-1) и (A-2). Несколько примерных расчетов выполняются следующим образом: Предполагается, что:

• A _G = 10, 32 и 100 футов ²

• A _W = 900 футов ²

24

T _{900 A} = 70 ° F

• T ₀ = 0 ° F и 40 ° F

• U _W = 0.01, 0,05, 0,10 и 0,50 БТЕ / ч фут ² ° F

• I = 0, 100 и 200 БТЕ / фут ² ч

• H _RG = 0,918 БТЕ / ч фут ² ° F

• H _G = H _Вт = 0,542 БТЕ / ч фут ² ° F

На рисунке A-2 изображено значение R = Q ′ / Q , на которое влияет значение U _W для случая I = 0.С другой стороны, в таблице A-1 показан случай прироста солнечного тепла I = 100 и 200, включенных в расчеты.

Эти результаты показывают, что ошибка из-за предположения об одинаковых температурах воздуха и внешней поверхности довольно мала, если потери тепла через часть стены невелики, а площадь окна составляет менее 10% от общей площади поверхности комнаты. . Вывод верен даже в том случае, когда учитывается приток солнечного тепла.

Рисунок A-1.

Упрощенная комната со всеми непрозрачными оболочками, имеющими одинаковые тепловые характеристики.

Рисунок A-2.

Взаимосвязь между тепловой нагрузкой Q ‘и тепловыми потерями Q.

Таблица A-1