double arrow

Факторы воздействия наружной среды

Воздействие наружной среды на здание

Микроклимат в помещениях формируется за счет возмущающих воздействий внешней среды и технологического процесса внутри здания, нейтрализуемых системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

Взаимодействие здания с внешней средой проявляется в виде потоков тепла, влаги и воздуха, приходящих извне внутрь или наоборот. Направление и интен­сивность тепло-влаго-воздухопередачи через наружные ограждения обусловлены разностью потенциалов переноса.

 
 

Схема воздействия наружной среды на тепло-массопередачу наружных ограждений представлена на рис. 4.1 . Определяющими являются параметры наружной среды: температура воздуха , температура грунтаи небо­свода

, скорость и направление ветра, интенсивность прямой (S) и диффузной

(D) солнечной радиации, парциальное давление водяного пара Р.

Рис. 4.1. Схема воздействия наружной среды на тепло-массопередачу наружных огражде­ний

Теплопередача через наружные ограждения обусловлена разностью темпера­туры наружной и внутренней среды. Для определения понятия температуры на­ружной среды следует рассмотреть условия теплообмена на наружной поверхно­сти (см. рис.4.2).

 
 

Рис. 4.2.Условия теплообмена поверхности ограж­дения с наружной средой

Теплообмен наружной поверхности складывается из лучистого и конвектив­ного. Уравнение теплового баланса на поверхности имеет вид

(4.1)

где- температура наружной поверхности, С;

- радиационная температура наружной среды, С;

- поток тепла, проходящий через поверхность, Вт/м ;

q - интенсивность падающей на поверхность суммарной солнечной радиации

Вт/м2;

- коэффициент поглощения солнечной радиации поверхностью;

- коэффициенты соответственно лучистого и конвективного теплообмена, Вт/(м2оС).

Введем в уравнение (4.1) температуру наружной среды tнар

, (4.2)

равную

, (4.3)

Для учета тепла солнечной радиации, поглощенного поверхностью огражде­ния используется понятие условной температуры,

(4.4)

Уравнение (4.1) в этом случае приобретает вид

(4.5)

где- суммарный коэффициент теплообмена на наружной поверхности, Вт/м20С:

Наружная поверхность обменивается конвективным теплом с наружным воз­духом и лучистым теплом с небосводом, грунтом и противостоящими зданиями.

Условия лучистого теплообмена рассмотрены в разделе 5.1. Коэффициент лучистого теплообмена поверхности, расположенной под углом к горизонту А, находят по формуле:

(4.6)

где- коэффициент излучения наружной поверхности ограждения.

Конвективный теплообмен на наружной поверхности протекает в режиме вынужденной конвекции. Для выяснения закономерности течения воздуха у внешних поверхностей рассмотрим аэродинамику здания.

 
 

Как известно (см.раздел 6.1), у навет­ренной поверхности происходит плоскопа­раллельное движение воздуха, а на завет­ренных поверхностях образуются вихри. Так как характер вихря вытянутый, можно считать, что непосредственно у поверхно­сти также имеет место плоское обтекание. На рис.4.3 показана идеализированная кар­тина обтекания пластины, когда набегающий по нормали поток растекается по поверхности. Таким образом, для выбора критериальной зависимости конвектив­ного теплообмена следует принять условия обтекания плоской пластины.

Рис. 4.3. Идеализированная картина обтекания пластины

Известно, что турбулентный режим течения характеризуется критическим числом Рейнольдса Re > 5-10 . Это означает, что при температуре воздуха tn = 0иС турбулентный режим соответствует произведению скорости ветра У на характер­ный размер> 6,8. Если принять минимальную скорость ветра, равную 1 м/с, то характерный размер> 6,8, м. Это условие удовлетворяется практиче­ски во всех случаях обтекания здания. Для турбулентного обтекания пластины используют критериальное уравнение , где критерий Нуссельта критерий Рейнольдса.

Учитывая, что при< 50 м справедливо приближение, получаем значение среднего коэффициента конвективного теплообмена при нулевой температуре

Для учета температуры воздуха можно применить поправку

Когда поток набегает на фасады здания, то скорость его течения по плоско­сти отличается от скорости ветра. Если приравнять полное давление потоков вда­ли от здания и на его поверхности, то с учетом уравнения Бернулли получим со­отношение искомой скорости обтекания Ух и скорости ветра У:

где k - аэродинамический коэффициент (см. раздел 6.1).

Отсюда следует, что на наветренной стороне, где k > 0, наблюдается тор­можение потока, а на заветренной стороне, где k < 0, - ускорение. Этот вывод со­ответствует физической сущности процесса. Таким образом, в окончательном ви­де получим формулу расчета коэффициента теплообмена на наружной поверх­ности:

(4.7)

В упрощенном виде это выражение имеет вид:

(4.8)

В длинноволновой части спектра поверхность ограждения отдает лучистое тепло в сторону небосвода, обменивается теплом с поверхностями грунта и окру­жающих зданий.

Эквивалентную температуру небосводарассчитаем, зная эффективное излучение поверхности земли Е и температуру грунта

(4.9)

Полученная формула tнаб использует измеряемые метеорологические пара­метры Е и tгp и поэтому представляется более достоверной в отличие от из­вестных, в которых, как правило, tнаб выражается косвенно через влажность воз­духа.

Формулу для расчета наружной радиационной температуры получим из уравнения баланса лучистого тепла на наружной поверхности

(4.10)

В формулах (4.9) и (4.10) дополнительно принято:

-коэффициент длинноволнового излучения поверхности грунта (различен зи­мой и летом);

- угол наклона поверхности к горизонту, град.

В силу изменения наружных параметров во времени, передача тепла наруж­ными ограждениями носит нестационарный характер. При этом тепловой по­ток, проходящий через окна, не искажается по величине и во времени из-за ничтожной тепловой инерции окон. В то же время массивные ограждения (стены, перекрытия) передают тепловой поток трансформированным.

Наружные ограждения по разному передают тепловые потоки от коротко­волновой солнечной радиации. В массивных ограждениях происходит поглощение тепла солнечной радиации поверхностью. Нагретая поверхность (см. рис.4.4) возвращает частично тепло в наружную среду, а частично передает через толщу ограждения внутрь помещения.

Рис. 4.4. Схема передачи тепловых потоков от коротковолновой солнечной радиации через массивное наружное ограждение.

Аналогично процесс теплопередачи протекает в лучепрозрачных ограждениях. Отличие этих ограж­дений состоит в том, что обычное оконное стекло обладает малым коэффициентом теплопоглощения Р 0,07) и, кроме того, пропускает через свою толщу тепловой поток от солнечной радиации. Величина проникающего теплового потока зависит от интенсивности солнечной радиации, конструкции окна и солнцезащитных устройств и в теплое время года может быть определяющей в сравнении с остальными факторами наружной среды.

Скорость ветра сказывается на конвективном теплообмене на наружной поверхности ограждения. Более весомым с точки зрения воздействия наруж­ной среды является влияние скорости ветра на распределение давления снаружи здания.

При торможении потока воздуха (см.рис.4.5) на наветренном фасаде здания возникает избыточное по отношению к атмосферному давление.

На заветренной стороне здания в зоне вихреобразования давление оказывается ниже атмосферного. Величина давления на фасадах здания определяются скоро­стью и направлением ветра и конфигурацией здания. Таким образом в результате действия ветра возникает разность давления на противоположных фасадах зда­ния. Помимо ветрового напора, перепад давления снаружи и внутри здания формируется гравитационным напором, обусловленным разностью объемного веса наружного и внутреннего воздуха.

Рис.4.5. Схема обтекания здания потоком воздуха: а - вертикальный разрез;

б - схема движения воздуха в зоне аэродинамиче­ского следа; 1- граница между вихрями в зоне аэродинамического следа, участок с нулевой скоростью движения воздуха; 2 - зона из­быточного давления; 3 - здание; 4 - зона разрежения и вихревого движения воздуха; 5 - обратные потоки воздуха, входящие в зону аэродинамического следа; 6 - граница зоны аэродинамического следа; 7 - гра­ница влияния здания на поток воздуха; 8 - вихреоб- разные потоки воздуха из зоны избыточного давле­ния в зону разрежения

Совокупность двух факторов воздей­ствия наружной среды приводит к фильтрации на­ружного и внутреннего воздуха через открытые проемы и не плотности в ограж­дениях.

Разность парциального давления внутри и снаружи здания служит потенциа­лом переноса водяного пара. Диффузия водяного пара наиболее существен­на в массивных ограждениях в холодное время года. Влажностный режим огра­ждений оказывает существенное влияние на их теплозащитные свойства и дол­говечность.

Нарушение нормальной влагопередачи приводит к накоплению влаги в толще ограждения и появлению на его внутренней поверхности плесени.

Наружный воздух, передаваемый в помещение системой вентиляции, оказыва­ет непосредственное влияние на формирование параметров внутреннего микро­климата.

Так, влажность наружного воздуха в значительной мере определяет влаж­ность внутреннего воздуха, если здание не оборудовано специальными систе­мами увлажнения для холодного времени года и осушки воздуха в теплый период. Аналогично в теплый период года при отсутствии в здании системы охла­ждения температура внутреннего воздуха прямо зависит от температуры наруж­ного воздуха.


Сейчас читают про: