CC BY
29
УДК 697:721.011.25
ЭНЕРГОРЕСУРСОЭФФЕКТИВНОЕ ТЕПЛОВОЗДУХОСНАБЖЕНИЕ
ЧЕРДАЧНЫХ ЗДАНИЙ
В.И. Липко, А.С. Лапезо, С.В. Ланкович
ENERGY AND RESOURCES EFFICIENT HEAT-AIR-SUPPLY OF ATTIC BUILDINGS
V.I. Lipko, A.S. Lapezo, S.V. Lankovich
Аннотация. В данной работе в подробном изложении представлено физическое и математическое моделирование тепломассобменных процессов отопительно-вентиляционной системы жилого здания с вентилируемым чердаком, навесными вентилируемыми светопрозрачными системами и рекуперативной схемой приточно-вытяжной вентиляции с утилизацией вторичных и природных энергоисточников и естественной циркуляцией воздушных потоков, приведена методика аэродинамического и теплотехнического расчёта систем энергоресурсоэффективного тепловоздухоснабжения зданий с повышенной теплозащитой и герметичностью наружных ограждающих конструкций.
Ключевые слова: физическое и математическое моделирование; тепломассообмен; рекуперация; утилизация вторичных и природных энергоисточников; энергоресурсосбережение; микроклимат.
Abstract. In this article in detail presents the physical and mathematical modeling of heat-mass exchange's processes of heating and ventilation system of a apartment building with a ventilated attic, a ventilated translucent systems and regenerative scheme of suction-and-exhaust ventilation with recovery waste and natural energy sources and natural circulation air flow, the methodology of aerodynamic and thermal calculation of systems energy resource effective heat and air supply of buildings with enhanced thermal insulation and hermiticity of walls of the building.
Keywords: the physical and mathematical modeling; heat-mass exchange; regeneration; recovery waste and natural energy sources; energy and resource-saving; microclimate.
Введение
В инженерных системах вентиляции зданий в конструктивном исполнении приточно-вытяжных устройств наличие горизонтально расположенных воздуховодов не способствует созданию движущей силы гравитационного давления, а лишь увеличивает силы торможения этому движению из-за потерь давления на преодоление трения и местные сопротивления. Движущая сила гравитации воздушного потока возникает лишь в вертикальных воздуховодах тем значительнее, чем больше их протяженность h и перепад температур наружного tн и внутреннего tв воздуха, что математически выражается формулой (1):
Pг = И ■ g ■ (рн-рв), Па; (1)
где И - протяженность вертикальных воздуховодов, м; g - ускорение свободного падения, м/с2; рн, ре - соответственно плотность наружного и внутреннего воздуха, кг/м3.
Энергоэффективная технологическая схема тепло- и воздухоснабжения зданий с вентилируемым чердаком, навесными вентилируемыми светопрозрачными системами и рекуперативной схемой приточно-вытяжной вентиляции с естественным побуждением. В идеале, если здание закрыть воображаемым колпаком из светопрозрачного
http://vestnik-nauki.ru/
материала (рис. 1) и проследить за тепловыми и воздушными потоками, то можно представить следующую физическую модель процесса.
Рисунок 1 - Схема естественной вентиляции здания: 1 - вытяжной воздуховод; 2 - светопрозрачный колпак; 3 - приточный воздуховод.
Теплота, поступающая в жилых зданиях в виде бытовых тепловыделений в количестве, определяемая по формуле (2):
06ыт = (9 * 21) • ¥п, Вт;
(2)
1 ' 2 где гп - площадь пола внутри здания, м , нагревает внутренний воздух, который под
действием сил гравитации удаляется естественным путем через вытяжные каналы 1 в
атмосферу, создавая внутри ограниченного колпаком 2 объема некоторое разряжение, под
действием которого под колпак 2 снизу поступает наружный холодный воздух, заполняя все
пространство под колпаком 2, где он нагревается под воздействием теряемой зданием через
наружные ограждения трансмиссионной теплоты <2тр круглосуточно и теплоты солнечной
радиации драд под действием парникового эффекта, создаваемого за счет инсоляции через
светопрозрачный колпак в дневное время суток. За счет этой суммарной Qz = Qтр + Qрад
теплоты нагреваемый воздух вокруг здания, ограниченного светопрозрачным колпаком, становится легче, его плотность понижается и под действием сил гравитации он устремляется в верхнюю зону под крышу колпака. Поскольку это процесс непрерывный, то в верхней зоне под колпаком возникает избыточное давление, которое способствует выдавливанию наружного воздуха по вертикальным приточным каналам 3 внутрь здания. Этому процессу способствует действие вытяжного вертикального канала 1, через который загрязненный теплый воздух удаляется в атмосферу, освобождая внутреннее пространство здания и создавая своеобразный вакуум, усиливая процесс втягивания наружного воздуха внутрь вентилируемых помещений здания.
Описанный процесс вентиляции здания по схеме, изображенной на рис. 1, представляет собой действие теплового насоса, обеспечивающего устойчивую естественную циркуляцию воздуха в системах приточно-вытяжной вентиляции с энергоресурсоэффективным использованием вторичной теплоты, теряемой зданием через наружные ограждающие конструкции, и природной теплоты солнечной радиации, минимизируя таким образом теплопотребление зданием от внешних энергоисточников.
Переходя от идеальной физической модели (рис. 1) к более реальным конструктивным решениям, рассмотрим технологическую схему приточно-вытяжной вентиляции здания, представленную на рис. 2, в которой вместо идеального колпака
3
2
функционально используются светопрозрачные вентилируемые навесные фасадные системы 1 и технологический чердак 2, выполняющий функции объемной приточной вентиляционной секционной камеры [1]. В данной конструктивно-технологической схеме дополнительно используется в качестве вторичного энергоресурса утилизация теплоты вытяжного вентиляционного воздуха в комбинации приточно-вытяжных воздуховодов, выполненных в виде рекуперативного теплообменника, работающего на принципах противотока по схеме "труба в трубе".
Рисунок 2 - Фрагмент здания с вентилируемым чердаком, навесными вентилируемыми светопрозрачными системами и рекуперативной схемой приточно-вытяжной вентиляции с естественным побуждением
Система энергоресурсоэффективного тепловоздухоснабжения, изображенная схематично на рис. 2, разработана с использованием патентов Республики Беларусь № 9618, № 8381, № 7952 [1-3] и представляет собой высокотехнологичный вариант конструктивного решения теплоэнергообеспечения зданий с минимальными затратами энергоресурсов от внешних источников за счет широкого использования вторичных внутренних и природных внешних энергоисточников.
В предлагаемой технической схеме вентиляции используется вторично трансмиссионная теплота, теряемая зданием через вертикальные и горизонтальные ограждающие конструкции, вторично используется теплота, содержащаяся в удаляемом вытяжном вентиляционном воздухе, дополнительно используется природная теплота прямой и рассеянной солнечной радиации, воспринимаемой навесным вентилируемым светопрозрачным фасадом и верхним покрытием чердака, используется гравитационное давление, возникающее в вертикальных каналах, образованных навесными вентилируемыми фасадными системами и вертикальным вытяжным воздуховодом, усиленные за счет природного ветрового давления дефлектором, установленном на вытяжной шахте.
Работает устройство приточно-вытяжной вентиляции здания следующим образом согласно технологической схеме циркуляционного контура движения воздушных потоков
внутри многоэтажного здания с ограждающими конструкциями повышенной теплозащиты и герметичности, представленной на рис. 2.
Наружный холодный воздух, заполняющий щелевой канал 1, образованный навесным вентилируемым светопрозрачным фасадом 2 и наружной поверхностью наружного вертикального ограждения 3 через входное щелевое отверстие 4, начинает нагреваться, аккумулируя трансмиссионную теплоту, теряемую зданием через вертикальные ограждения 3 наружных стен и окон, и теплоту прямой и рассеянной солнечной радиации, воспринимаемой через светопрозрачную перегородку 2 под действием парникового эффекта в дневное время. При нагреве плотность воздуха уменьшается и под действием сил гравитации воздух устремляется вверх по щелевому каналу 1 и через отверстие 5 с регулируемой решеткой поступает в чердачный вентилируемый объем 6, ограниченный снизу утепленным согласно нормативным требованиям перекрытием верхнего этажа 7 и облегченной конструкцией верхнего покрытия чердака 8.
В объем вентилируемого чердака наружный воздух, предварительно подогретый в щелевом канале 1 от температуры tн наружного воздуха до температуры гн.ф, продолжает нагреваться от трансмиссионной теплоты, теряемой зданием через перекрытие 7 верхнего этажа и легкое покрытие чердака 8 за счет прямой и рассеянной теплоты солнечной радиации в дневное время и уже с температурой tч входит через кольцевое отверстие в рекуперативный теплообменник кожухотрубного типа противоточного действия приточно-вытяжной системы вентиляции, конструктивно выполненной по схеме «труба в трубе», в которой внутренний воздуховод 10, транспортирующий теплый вытяжной воздух, который является греющим теплоносителем, расположен внутри приточного воздуховода 11, образуя кольцевой канал 12.
При движении по кольцевому каналу 12 приточный воздух, как более холодный по сравнению с внутренним воздухом, а значит и более тяжелый, под действием силы тяжести устремляется вниз по кольцевому каналу 12, одновременно нагреваясь по ходу движения через теплую поверхность вытяжного воздуховода 10 за счет рекуперации, поступает в вентилируемые помещения через горизонтальные приточные воздуховоды 13 с регулируемыми приточными решетками 14, из которых отработанный вентиляционный воздух через вытяжные регулируемые решетки 15 и кухонные вытяжки 16 выдавливается из помещений и поступает в сборный вытяжной воздуховод 10, откуда под действием сил гравитации устремляется вверх и далее, усиливая естественную циркуляцию за счет природных сил ветрового давления, создаваемого дефлектором 17, выбрасывается в атмосферу.
Построение физико-математической модели тепломассообменных процессов отопительно-вентиляционной системы здания в многоступенчатой схеме утилизации вторичных и природных энергоресурсов аналитически описывается следующим образом. Теплоту, теряемую зданием круглосуточно через вертикальные ограждения QTHncpо
рассматриваем одновременно с радиационной теплотой Qнpcaд , воздействующей через
навесной вентилируемый светопрозрачный фасад в дневное время суток. При прохождении наружного приточного воздуха снизу вверх по щелевому каналу 1 он аккумулирует трансмиссионную теплоту Qnnfpо и нагревается на величину Агх, аккумулируя радиационную
теплоту QнpCд он дополнительно нагревается еще на величину Аt2, то есть суммарный
нагрев на 1 ступени циркуляционного контура при прохождении через щелевой канал 1 составит:
Аг ^ =Агг + Аг2. (3)
http://vestnik-nauki.ru/
Далее наружный приточный воздух поступает в вентилируемый чердак с температурой на входе и,ф, равной:
(4)
Находясь в объеме вентилируемого чердака наружный приточный воздух аккумулирует трансмиссионную теплоту отр, теряемую зданием через горизонтальную
поверхность ограждения 7 перекрытия верхнего этажа и одновременно аккумулирует теплоту Орд прямой и рассеянной солнечной радиации, воспринимаемую через легкое покрытие чердака. При прохождении объема вентилируемого чердака наружный приточный воздух одновременно дополнительно нагревается от Отр на величину л/3 и от Орад на величину и перед входным отверстием 9 в рекуперативный теплообменник устройства приточно-вытяжной вентиляции на второй ступени циркуляционного контура дополнительно нагревается на величину Л^1 , равную:
м11 = ли + м.
4 3
(5)
и его температура на входе в кольцевое отверстие 9 определится выражением (6):
Гч = ги + (ЛИ + Л^ ).
(6)
Далее наружный приточный вентиляционный воздух, двигаясь встречным потоком по кольцевому каналу 12, рекуперативно отбирает теплоту Оыт от удаляемого по внутреннему
воздуховоду 10 теплого вытяжного воздуха и одновременно нагревается на величину Л1ркк ,
а в вентилируемое помещение поступает с температурой 1пр, равной:
п=к - (Л:
+ Л(П +ЛЛ
рек
(7)
Выполненные исследования по построению физической модели аэродинамических и тепломассообменных процессов, протекающих по инновационной технологии энергоресурсоэфективноготепловоздухоснабжения в устройствах приточно-вытяжной вентиляции с более широким привличением к использованию вторичных и природных энергоресурсов с целью снижения энергозатрат от внешнего энергопотребления при длительной эксплуатации многоэтажных чердачных зданий повышенной теплозащиты и герметичности ограждающих конструкций, дают возможность перехода к более углубленному описанию рассматриваемых процессов методами математического моделирования через уравнения и зависимости теоретической физики и теплотехники.
Построение математической модели и методики расчета аэродинамических и тепломассообменных процессов при работе устройства приточно-вытяжной вентиляции с естественной циркуляцией воздуха.
Рассмотрим три основные стадии моделирования в соответствии с принятой ступенчатой технологической схемой тепловоздухоснабжения многоэтажного чердачного здания с использованием:
1 - навесного светопрозрачного вентилируемого фасада с рекуперацией трансмиссионной теплоты, теряемой вертикальными ограждающими конструкциями
наружных стен и окон в дневное и ночное время на протяжении всего отопительного периода, а также теплоты прямой и рассеянной радиации, воздействующей на здание в дневное время и способствующей его прогреванию за счет парникового эффекта;
2 - инновационно-модифицированного вентилируемого чердака здания, который благодаря технологическим преобразованиям из классической вытяжной вентиляционной секционной камеры превращен в приточную вентилируемую секционную объемную камеру с возможностью аккумулирования трансмиссионной теплоты, теряемой зданием через перекрытие верхнего этажа, а также теплоты прямой и рассеянной солнечной радиации, воздействующей на здание через верхнее покрытие чердака для дополнительного подогрева наружного приточного вентиляционного воздуха, циркулирующего через чердачный объем;
3 - рекуперативного теплообменника, конструктивно выполненного из приточных и вытяжных воздуховодов в виде кожухотрубного теплоутилизатора противоточного действия с транзитным отбором теплоты, содержащейся в вытяжном вентиляционном воздухе, для подогрева наружного приточного вентиляционного воздуха с целью минимизации теплопотребления от внешних энергоисточников.
На первой ступени рекуперации теплота, воспринимаемая наружным приточным воздухом, движущимся снизу вверх по щелеобразному воздухопроводящему каналу, нагревает его от наружной температуры гн до конечной температуры гк на входе в вентилируемый чердак, а осредненная температура воздуха внутри воздухопроводящего канала гн.ф. равна:
г = (8)
1п.Ф. 2 .
Количество трансмиссионной теплоты Qm, Вт, теряемой зданием в ночное время через наружные вертикальные ограждения, оборудованные светопрозрачными вентилируемыми фасадами, и воспринимаемой наружным приточным воздухом, движущимся по щелеобразному каналу, определится из выражения (9):
Qm =
( г г л
н.с
и и
V н.с ок )
¡н.ф ) ;
(9)
2 2 где Кнс - площадь наружных стен, м ; Гок - площадь световых проемов, м ; Янс и Яок -
сопротивления теплопередаче соответственно наружных стен и световых проемов,
м2 -°С/Вт.
Количество теплоты, Qрек, Вт затраченной на нагрев приточного вентиляционного наружного воздуха в количестве Ь, м3/ч определится по формуле (10):
QPек = 0,28 • Ь р. с • (гк - 1И). (10)
Согласно теплового баланса правые части в уравнениях (9) и (10) приравняем и получим:
(г г ^ г + г (11)
0,28.ь.р.с• (гк -гн) = +
V Кн.с Кок ) 2
Считаем, что навесной светопрозрачный фасад установлен только с южной стороны здания. Приняв нормативные и фактические значения входящих в формулу (9) величин для
http://vestnik-nauki.ru/
односекционного 10-этажного жилого здания с размерами 12х24х30 м и коэффициентом оконного остекления Кост=0,35 получим для г. Витебска уравнение вида (12):
0,28• 3• 30• 40-1,4-1 20-0,5• гк -0,5• (-25) .
(12)
1330/3,2 + 756/1,0
/к + 25
которое решается для /к = +1,5 оС.
Так как температура на входе в объем вентилируемого чердака из под навесного вентилируемого фасада определена и равна /к = +1,5 оС, то аналогично уравнение (9) можно записать для вентилируемого чердака:
0,28• 3• 30• 404,36•! 20-0,5 • / ,, -0,5 -1,5
288/6,0
-1,5
(13)
Откуда /е.ч = +2,1 оС, то есть под действием теплоты, теряемой зданием через потолочное перекрытие верхнего этажа температура приточного воздуха, циркулируемого в объеме вентилируемого чердака дополнительного догревается от /к = +1,5 оС до /е,ч = +2,1 оС в ночное время, но одновременно и охлаждается через верхнее покрытие чердака от /е,ч = +2,1
С до и,
рек.
которая определится из уравнения (14):
0,28 • I р с • (/вл - /н ) =
Я,.
*е,ч+/
рек
- /н
(14)
Откуда = 0,73°С, то есть на входе в рекуператор температура наружного
приточного воздуха сначала повышается от трансмиссионной теплоты, теряемой зданием через перекрытие верхнего этажа от температуры /нф = +1,5 °С до /еч = +2,1°С и одновременно
снижается за счет потерь теплоты через верхнее покрытие чердака до значений /ра, = 0,73°С в ночное время.
Как показали исследования графиков изменения температур в противоточном воздухо-воздушном теплообменнике-теплоутилизаторе кожухотрубного исполнения при переменных режимах работы, полученных при расчете по безразмерным комплексам [4, с.198] температура греющего теплоносителя снижается от Н =+18°С до К =+5,45°С, а
температура нагреваемого теплоносителя изменяется в ночное время от Н4 = 0°С до
/ноч = +17,6°С, то есть практически до нормативного значения.
Теперь рассмотрим воздействие прямой и рассеянной солнечной радиации на тепловой режим здания с навесным светопрозрачным вентилируемым фасадом, вентилируемым чердаком, используемым в качестве приточной объемной секционной вентиляционной камеры, и рекуперативным теплообменником-утилизатором кожухотрубного типа в противоточном воздухо-воздушном исполнении.
Математическое моделирование тепломассообменных процессов при работе устройства приточно-вытяжной вентиляции базируется на основе физической модели с составлением и решением уравнений теории аэродинамики и теплотехники.
При проектировании установок, использующих природную теплоту прямой и рассеянной солнечной радиации для обогрева зданий и предварительного подогрева наружного приточного вентиляционного воздуха, необходимо знать средние поступления прямой солнечной радиации за сутки по месяцам года с учетом продолжительности отопительного периода.
http://vestnik-nauki.ru/
В работе [5] приведен коэффициент пересчета средних суточных поступлений прямой солнечной радиации с горизонтальной поверхности на вертикальную «К» в зависимости от ориентации поверхности, географической широты местности и времени года:
Qe.p = К • а
(15)
а при наклонной поверхности:
QH. р = Qs • (cosP + К • sin в);
(16)
где в - угол наклона поверхности к горизонту; Qг и Q
в. р
поток прямой солнечной
радиации соответственно на горизонтальную и вертикальную поверхности к горизонту.
Ниже в таблицах приведены значения коэффициента «К» пересчета средних суточных поступлений прямой радиации с горизонтальной поверхности на вертикальную для поверхности южной ориентации, расположенной на широте местности г. Минска (54 ос.ш.) осредненно на 15-е число каждого месяца [5].
Таблица 1 - Значения коэффициента К по месяцам
Широта местности, ° с.ш.
Л &
и
Я «
а
и
<ц
н
л
<ц
а
!з
Л Я 2 к
л
«
2 к
н о
13
Л
а
ю
I
<ц о
Л
а
ю
Е
о
Л
а
ю «
о я
Л
а
4Í
и
<Ц
О S
Й а
<и
А я « «
а S
« ч
Ч <Ц <U Н
a К и с о н о
54
4,5
2,55
1,5
0,84
0,52
0,4
0,44
0,68
1,17
2,0
3,7
5,4
2,95
Таблица 2 - Месячные и годовые поступления на горизонтальную поверхность прямой Qn и рассеянной Qрaс солнечной радиации, МДж/м2, для г. Минска [5]
для города Минск январь февраль март апрель май июнь июль август сентябрь октябрь ноябрь декабрь за год
17 5,0 42 9,6 14,2 16,7 18,8 21,8 30,1 27,6 34,3 39,3 31.8 28.9 22,6 23,4 15,1 16,3 5,9 10,5 17 5,0 0,8 3,3 181,3 197,6
Таблица 3 - Месячные и годовые суммы суммарной солнечной радиации на горизонтальную и вертикальную поверхности различной ориентации при средних условиях облачности,
МДж/м2, для г. М
инска [5]
для города Минск январь февраль март апрель май июнь июль август сентябрь октябрь ноябрь декабрь Суммарные
горизонт. 69 133 291 393 567 624 590 478 315 154 59 41 3714
Верт. С 49 92 151 150 213 250 233 176 118 66 32 29 1559
Верт. В 63 116 224 245 351 391 360 299 204 100 43 36 2432
Верт. Ю 128 196 339 295 345 345 339 334 290 182 84 71 2948
Верт. З 66 123 233 237 320 358 339 282 203 104 45 37 2347
Количество рассеянной солнечной радиации при практических расчетах определяют по формуле (17):
Qpac,K = Qpaer • (1 + Oüsfl)/2. (17)
Значение суммарной солнечной радиации определится из выражения (18):
Qz = Qr • (cos в + к • sin в) + Qpacr • (1 + cose) /2. (18)
Для рассматриваемого здания с размерами 13,8х25,6х30 м площадь вентилируемого ~ 2 ~ чердака при плоской крыше F4 = 13,8х 25,6 = 353 м горизонтальной площади, на которую
падает тепловой поток солнечной радиации в отопительный период, равный 210 суток осредненно для географического района г. Минска по данным [6, с. 30], определится из выражения (19):
j о = 1101-106 = а = HOI-106 = 612 Вт/м2. (19)
paó- 1,8-106 t 7 • 30• 24• 3600
По конструктивно принятому R4noK = 2,0м2 -°С /Вт и площади чердака F4 = 353 м2
определим количество теплоты, прошедшей через ограждение и аккумулируемой приточным наружным вентиляционным воздухом:
Q = Fп • (t - to). (20)
^¿пок п у'к.ч н.ч' Rn
2 2 где Fn - площадь покрытия, м ; Rn - сопротивления теплопередаче покрытия, м •°С / Вт.
t04 и tK - температура в чердаке соответственно начальная и конечная, оС.
Количество теплоты, аккумулируемой приточным наружным воздухом в объеме вентилируемого чердака определится из выражения (21):
Q4 = 0,28• 3• 30• 40.1,35-1 (^ -tHM). (21)
Передача теплоты при совместном действии разности температур и потока суммарной солнечной радиации J, МДж / м2 в дневное время суток рассчитывается по выражению (22):
J . (22)
tycn = tH = tH + р--
ан
где t усл - условная наружная температура, °С; At р - изменение наружной температуры за
счет суммарной солнечной радиации, °С; р - коэффициент поглощения тепла солнечной радиации поверхностью ограждения [7, с.13]; J - тепловой поток суммарной солнечной радиации, Вт/м2; ан - коэффициент теплообмена на наружной поверхности ограждения,
Вт/м2 °С.
Для условий г. Минска имеем при tH ср суточной за отопительный период:
t =-1,6 + 0,8•612 = 19,7°С . (23)
у 23
Вестник науки и образования Северо-Запада России
http://vestnik-nauki.ru/ -------
~~^ --2015, Т. 1, №4
Количество теплоты, поступающей на нагрев приточного наружного вентиляционного воздуха через покрытие вентилируемого чердака в дневное время за счет солнечной радиации:
F 353 (24)
Оо = тт • [(- !,6) + 21,3] = — -19,7 = 3477Вт.. ( )
Кп 2
Количество теплоты, аккумулируемой приточным наружным вентиляционным воздухом, проходящим через вентилируемый чердак, повышает его температуру от
=+1,5°С до температуры на входе в рекуперативный теплообменник ?Н.ф , которая определяется из выражения (25):
Опок = 0,28 • Ь-р-с • (£ф - Сф); (25)
или
3477 = 0,28• 3• 30• 40• 1,3• 1 • -1,5); (26)
3477 = 1310 • гкнф -1965; (27)
= 3477+1965 (28)
нф 1310
Для учета теплоты солнечной радиации, воздействующей на нагрев приточного наружного вентиляционного воздуха, движущегося по щелевому каналу, образованному навесным вентилируемым светопрозрачным фасадом и наружной поверхностью наружного ограждения, определим сначала условную наружную температуру по формуле (29):
L=(-1,6)+07:1000 = .ос», (29)
ан 23
tусл = tH + Atр = tH + р--= (-1,6) + -= 28,8°С .
н
где р=0,7 - коэффициент поглощения тепла солнечной радиации поверхностью ограждения
1800•106
из красного кирпича; J =---= 1000Вт / м 2 - осредненная суммарная солнечная радиация
1,8 -106
за 7 месяцев отопительного периода, переведенная с МДж/м2 на Вт/м2; 1800 МДж/м2 -суммарная солнечная радиация за 7 месяцев отопительного периода для г. Минска, взятая из табл. 3; ан = 23Вт / м2-°С - коэффициент теплообмена на наружной поверхности ограждения [8]; tH =-1,6°С - средняя температура наружного воздуха за отопительный период для г. Минска.
Количество теплоты, аккумулируемой приточным вентиляционным воздухом, циркулирующем по щелевому каналу через нагретую солнцем остекленную поверхность навесного южного фасада размерами 25,6х30 м:
Q"рф = Rr • (tyc, -tHJ) = 015• (28,8-11,2) = 90112Вт . (30)
Кок 0,15
Вестник науки и образования Северо-Запада России http://vestnik-nauki.ru/ -----
2015, Т 1, №4
Количество теплоты QИPф = 901125т поднимает температуру приточного
вентиляционного воздуха со средней гнср =-11,2°С до температуры гн.ч , которая определится из выражения (31):
= 0,28.ь-р.с-(Г -гиЛ); (31)
или
13517 = 0,28-3-30-40-1,3-(/чнач -1,5); (32)
откуда г™4 = +11,8°С.
Таким образом, в дневное время суток при прохождении через щелевой канал наружный приточный вентиляционный воздух нагревается суммарно от рекуперации трансмиссионной теплоты в ночное время от гн =-24°С до температуры рек =+1,5 °С и от
солнечной радиации в дневное время еще на Чрад = 11,8°С и составит:
гИ 2 = 11,8 +1,5 = 13,3°С.
Аэродинамические исследования тепломассобменных процессов при работе устройства приточно-вытяжной вентиляции базируются на определении естественного гравитационного давления, возникающего в трехступенчатой схеме циркуляционного контура воздушных потоков, циркулирующих внутри герметичного здания.
На первой ступени циркуляции при прохождении наружного приточного воздуха внутри щелевого вентиляционного канала, образованного навесным в сетопрозрачным фасадом и наружной поверхностью наружного ограждения, и его подогреве от гн = -24°С до
температуры гИрек =+1,5°С в ночное время, создаваемое естественное гравитационное давление определится из выражения (33):
РИрФн = И - ш - (р-рнф) = 30 -10 - (1,4 -1,28) = 36 Па . (33)
В дневное время эта величина увеличится за счет суммарной солнечной радиации и составит при ^2 = 13,3 °С :
Рнрфн = 30-10 - (1,4 -1,23) = 51Па.
При движении приточного наружного вентиляционного воздуха сверху вниз по кольцевому каналу рекуперативного устройства приточно-вытяжной вентиляции естественное гравитационное давление изменяется от наименьшего для верхнего этажа, равного:
РРртв = И - ш - (р-рпом ) = 4-10 - (1,28 -1,26) = 0,8Па.
http://vestnik-nauki.ru/
2015, Т 1, №4
При движении вытяжного воздуха по вертикальному каналу с удалением отработанного воздуха из верхнего этажа с температурой гуд = 6,6°С возникает
дополнительное гравитационное давление, равное:
Таким образом, для наименьшего аэродинамического режима суммарное гравитационное давление будет положительным и составит в ночное время :
Кроме того, дефлектор на вытяжной шахте обеспечивает дополнительную устойчивость работы устройства приточно-вытяжной вентиляции здания за счет природной энергии ветра, исключая полностью опрокидывание циркуляции.
В дневное время под воздействием солнечной радиации гравитационное давление, обеспечивающее естественную циркуляцию воздуха, многократно увеличивается, снижая нагрузку на систему отопления здания от внешних энергоисточников и активизируя работу приточно-вытяжной вентиляции.
1. Технологический чердак здания: пат. 9618Респ. Беларусь, МПК7 Е04Н1/02/В.И.Липко, Е.С.Добросольцева, С.В.Липко, С.В.Ланкович; заявитель Полоцкий государственный университет. - № и20130302; заявл. 2013.04.09;опубл. 2013.07.22 // Афщыйныбюл./Нац. Цэнтрштелектуал. уласнасцг- 2013.
2. Рекуперативное устройство приточно-вытяжной вентиляции здания: §Й1/ 8381Респ. Беларусь, МПК7 Б24Б7/001/ В.И.Липко, С.В.Липко; заявитель Полоцкий государственный университет. - № и20120004; заявл. 2012.01.02; опубл. 2012.04.03//Афщыйныбюл./Нац. Цэнтрштелектуал. уласнасцг- 2012.
3. Устройство приточно-вытяжной вентиляции здания: пат. 7952 Республика Беларусь, МПК7Е24Б7/00/ В.И.Липко, С.В.Липко; заявитель Полоцкий государственный университет. - №и20110378; заявл. 2011.05.13; опубл. 2011.11.15//Афщыйныбюл./Нац. Цэнтрштелектуал. уласнасцг- 2011.
4. Липко В.И. Энергоресурсоэффективное тепловоздухоснабжение гражданских зданий. В 2-х томах. Т.1. Новополоцк: Полоцкий гос. университет, 2004. 212 с.
5. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха): учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1970. 376 с.
6. Липко В.И. Энергоресурсоэффективное тепловоздухоснабжение гражданских зданий. В 2-х томах. Т.2. Новополоцк: Полоцкий гос. университет, 2004. 392 с.
7. СНБ 2.04.02 - 2000. Строительная климатология. Минстройархитектуры РБ. -Минск, 2001.
8. Технический кодекс установившейся практики ТКП 45-2.04-43-2006 (02250). Строительная теплотехника. Строительные нормы проектирования - Мн.: Минстройархитектуры РБ, 2007. 32 с.
РУд = (р-руд) = 8 • 10 • (1,28 -1,26) = 1,6Па.
Рр = Рр + Рр + Рр = 36 + 0,8 +1,6 = 38,4Па.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
http://vestnik-nauki.ru/
2015, Т 1, №4
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Липко Владимир Иосифович УО «Полоцкий государственный университет», г. Новополоцк, Беларусь, доцент, кандидат технических наук, доцент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, E-mail: kafedratgsv@mail.ru
Lipko Uladzimir Iosifovich EE «Polotsk state University», Novopolotsk, Belarus, associate professor, Candidate of Technical Sciences, associate professor of department of heat and gas supply and ventilation, E-mail: kafedratgsv@mail.ru.
Лапезо Анжела Сергеевна УО «Полоцкий государственный университет», г. Новополоцк, Беларусь, ассистент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, E-mail: las_05@mail.ru.
Lapezo Anzhela Sergeevna EE «Polotsk state University», Novopolotsk, Belarus, assistant of department of heat and gas supply and ventilation,
E-mail: las_05@mail.ru.
Ланкович Светлана Валерьевна УО «Полоцкий государственный университет», г. Новополоцк, Беларусь, магистр технических наук, ассистент кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, E-mail: Svetlanka_10_03@mail.ru.
Lankovich Svetlana Valer'evna EE «Polotsk state University», Novopolotsk, Belarus, Master of Technical Sciences, assistant of department of heat and gas supply and ventilation, E-mail: Svetlanka_10_03@mail.ru..
Корреспондентский почтовый адрес и телефон для контактов с авторами статьи: 211440, Беларусь, Витебская обл., г. Новополоцк, ул. Блохина, 29, каб.282. Липко В.И.,
+375 (214) 53-61-96
