системы отопления; эффективности работы теплотехнического оборудования; использования нетрадиционных источников энергии; отношения пользователей зданий.

2.2. ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ПОМЕЩЕНИЙ

Поддержание теплового режима помещений относится к основным требованиям, предъявляемым к зданиям. Поэтому отыскание возможностей уменьшения теплопотерь и расхода энергии на отопление должно сопровождаться контролем параметров, которые характеризуют требуемый тепловой режим (см. разд. 1.4): температура воздуха, средняя температура внутренних поверхностей ограждений, скорость и относительная влажность воздуха.

Температзфа внутреннего воздуха. При оценке теплового комфорта температура внутреннего воздуха непосредственно зависит от температуры внутренней поверхности конструкций. Температура поверхностей выражается средней температурой внутренних поверхностей в помещении [см. формулу (2) ]. Совместно с температурой внутреннего воздуха она определяет суммарную температуру помещения.

Для жилых и общественных зданий суммарная температура помещения должна быть 38°С (температура воздуха 20°С и средняя температура внутренних поверхностей 18°С). Однако из диаграммы на рис. 2 видно, что суммарная температура помещения может быть обеспечена и другой комбинацией температуры воздуха и средней температуры поверхностей. Возникает вопрос о наиболее благоприятном сочетании температуры с точки зрения теплопотерь. Из формулы (14) ясно, что теплопотери увеличиваются, если увеличивается температура внутреннего воздуха. Следовательно, наиболее выгодным является такое сочетание, при котором температура внутреннего воздуха будет наименьшей. Изменение температуры внутреннего воздуха и его влияние на теплопотери можно ориентировочно оценить по формуле

100,

(17)

где Z — изменение теплопотерь, %; t^^ — требуемая температура внутреннего воздуха, °С; f^.^ — действительная температура внутреннего воздуха, °С; рг~ средняя температура наружного воздуха за отопительный сезон, °С.

Для большинства районов ЧССР t

g принимается от 2 до 4°С [4]. При f,-, = 20°С п = 210С, т.е. при температуре

внутреннего воздуха на 1°С выше, чем требуется, повышение теплопотерь составит от 5,6 до 6,3%. В этом случае можно сделать вывод: повышение температуры воздуха на 1°С по отношению к требуемому уровню увеличивает теплопотери на 6% и, наоборот, снижение температуры воздуха на 1°С позволяет уменьшить теплопотери на 6%.

Иногда в зданиях возникают избыточные теплопотери за счет избыточного отопления, под которым подразумевается подача большего количества теплоты в здание (помещение), чем необходимо для обеспечения теплового режима. При из быточном отоплении увеличивается температура внутреннего воздуха и соответственно теплопотери [ см. формулу (17)].

Ранее не исследовалась проблема рационального использования топлива и энергии для отопления зданий. В некоторых случаях, особенно в панельных зданиях, отапливав- мых от центральных источников энергии (например, котельных), температура внутреннего воздуха достигала 24—26°С. Если избыточный 1°С вызывает повышение теплопотерь на 6%, то, очевидно, какое количество топлива потеряло народное хозяйство. Избыточное отопление было не только приоритетом ЧССР. Такое явление бьшо характерно для всех технически развитых стран мира. Одним из первых рациональных мероприятий, связанных с проблемой сокращения потребления топлива и энергии на отопление, во время возникновения энергетического кризиса была борьба против избыточного отопления. Избыточное отопление может иметь и "объективный" характер. Например, неправильно рассчитаны теплопотери и, следовательно, неправильно определены количество и площадь поверхности отопительных приборов в некоторых помещениях; к общей тепловой сети присоединены здания с различными теплотехническими свойствами или имеющие разный режим отопления (жилые дома и школа); отопительная система не разделена на разноориентированные зоны или не имеет регулировки, в этом случае отопление рассчитывается по наиболее неблагоприятному участку и к не: которым зданиям или помещениям подводится избьпочное количество теплоты.

Для предупреждения избыточного отопления необходимо: очень внимательно определять теплопотери помещений и зданий и на этой основе правильно проектировать отопительную систему;

отрегулировать отопительную систему после монтажа;

присоединять к одной тецловой сети здания, имеющие одинаковые теплотехнические свойства наружных ограждений и одинаковые режимы отопления;

регулировать расход энергии, чтобы в каждое конкретное здание подавалось теплоты не больше, чем требуется.

Из формулы (17) также следует, что при снижении темпе- ратуры внутреннего воздуха ниже требуемого значения теплопотери уменьшаются. И это иногда может (бьтгь средством уменьшения расхода теплоты и энергии. Снижение температуры внутреннего воздуха ниже требуемого 31начения необходимо рассматривать как единичный случай у^худшения условий в жилье или на рабочем месте, однако это вызывает чувство теплового дискомфорта и вьшуждает людей искать альтернативное решение. В к£1честве дополнииельного источника часто используют электрические нагрев;атели, иногда и такие, которые не предназначены для отопл1ения, при этом электрическая энергия используется нерацион!ально — с коэффициентом полезного действия приблизителыно 30%, из чего следует, что экономить энергию (топливо) зга счет снижения температуры внутреннего воздуха нецелесоо(бразно, так как в этих случаях для отопления используются различные временные и эффективнь;е теплоисточники.

Средняя температура внутренних поверхнос;тей помещений. Снижение температуры внутреннего воздуха без нарушения теплового комфорта возможно только тогда,, когда имеется возможность повьгсить среднюю температзу^ру внутренних поверхностей помещения.

Если, например, средняя температура внутгренних поверхностей помещения повысится до 19° С, то температуру внутреннего воздуха можно снизить тоже до 19°С (см[. рис. 2). Повышение температуры на внутренних поверхно)стях строительных конструкций желательно с точки зрещия уменьшения теплопотерь, а также теплового комфорта, что выражается требованием: "Теплые стены, холодный воздух".

Температура на внутренних поверхностяж строительных конструкций может повышаться за счет улучшения их теплотехнических свойств (см. разд. 2.5).

Разница температ5гры внутреннего воздзп^а, и поверхности конструкции. Между воздухом и поверхностгями отдельных строительных конструкций в помещении прсоисходит теплообмен излучением и конвекцией. При естес;твенном движении воздуха в помещении важнейшей величишой, определяющей процесс теплообмена, является разншца температуры внутреннего воздуха и внутренней поверхно)сти конструкций. Чем выше эта разница, тем больше козэффициент конвективного теплообмена aj^, Вт/(м2 • К) (pine. 13). Уменьшение этой разницы приводит к уменьшенико коэффициента теплообмена. Например, уменьшение Дг = 8]1СдоДг = 4К, приводит к уменьшению коэффициента тепадообмена с 3,7 до 2,7 Вт/(м2 К). Уменьшение коэффициешта теплообмена, а значит и разницы температуры воздуха и внутренней поверхности, приводит к. уменьшению коэф4})ициента тепло-

передачи, что, в свою очередь, способствует повышению температуры на внутренней поверхности ограждения (см. рис. 4).

Теплообмен излучением характеризуется коэффициентом лучистого теплообмена а^, Вт/(м2 ■ К). Он ориентировочно вычисляется по формуле

(18)

где - 5,67 Вт/(м^- К"*) — коэффициент излучения абсолютно черного тела; А — коэффициент поглощения излучения (табл. 17); f — температурный коэффициент, К*; если разница температуры ti — ti взаимно нагреваемых излучением тел не слшпком большая, то f можно при-, нимать по табл. 18 в зависимости от среднеарифметического значения температуры / = (/j + /3) /2.

Рис. 13. Коэффициент кшвек-тивного теплообмена а при естественной конвекции

1— вертикальные и горизон- тальные конструкции при тепловом потоке снизу вверх;

2— горизонтальные конструкции при тепловом потоке сверху вниз

О 2

6 8

10 12 14 16 18 20

Наиболее важной величиной, от которой зависит коэффициент лучистого теплообмена, является коэффициент поглощения излучения. При изменении этого коэффициента от 0,2 до 0,9 коэффициент теплообмена меняется в пределах 0,2— 4,6 Вт/ (м^ • К). Наименьший коэффициент лучистого теплообмена будет в помещении с блестящими металлическими внутренними поверхностями. Для светлых поверхностей ttj = 1,4 Вт/ (м^ • К), а для темных — 4,6 Вт/ (м^ • К). В отапливаемых помещениях поэтому редко применяют темные поверхности.

Скорость воздуха. При нормальных условиях скорость воздуха в помещении должна быть менее 0,1 м/с. Эта скорость не ухудшает теплового комфорта. При возрастании скорости возникает ощущение дискомфорта. Для сохранения теплового комфорта необходимо компенсировать повышенную скорость воздуха за счет повышения его температуры (см. разд. 1.1). Однако повышение температуры воздуха с энергетической точки зрения невыгодно, о чем уже говорилось. Увеличение скорости воздуха вызывает, кроме того, увеличение коэффициента конвективного теплообмена «д., Вт/ (м^ • К), в соответствии с формулой

= 4,36 + 3,551 .(19)*

* Формула (19) применима при скорости воздуха до 5 м/с.

Таблица 17. Значения коэффициента поглощения излучения А

Состояние поверхности, вид тела

Черный, темный0,9

Серый0,7

Светлый0,5

Блестящий металл0,2

Оксидированный алюминий0,45

Оксидированная сталь0,8

Таблица 18. Значения температурного коэффициента ^ в зависимости

от температуры Г = (?i + ?2) /2

Л «С

25

20 15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25

f, к 1,06 1,01 0,96 0,91 0,86 0,810.77.0,73 0,69 0,65 0,61

Например, при скорости воздуха v = 0,4 м/с коэффициент теплообмена равен 5,8 Вт/ (м^ • К). Если сравнить это значение со значениями на рис. 13, то можно увидеть, что оно превышает и значения, которые соответствуют наибольшей допустимой разнице температуры воздуха и поверхности строительных конструкций. Увеличение коэффициента теплообмена ведет к увеличению теплопотерь, поэтому целесообразно ограничить скорость воздуха в помещении.

Увеличение скорости воздуха можно предупредить уплотнением стыков окон и дверей на внешней стороне ограждающих конструкций; уплотнением стыков между окнами и панелями и стыков между панелями.

Относительная влажность внутреннего воздуха влияет на теплопотери зданий, т.е. на величину удельной теплоемкости воздуха, которая тем больше, чем выше его влажность. При высокой относительной влажности теплопотери могут увеличиваться до 1%. Однако в жилых и общественных зданиях относительная влажность не должна бьпь более 60%, в этом случае увеличение теплопотерь незначительно.

Высокая относительная влажность внутреннего воздуха неблагоприятна с точки зрения конденсации водяных паров на внутренней поверхности и внутри конструкции, как уже говорилось, так как способствует увеличению влажности материала конструкции. При повышении влажности конструкции увеличивается ее теплопроводность и соответственно теплопотери помещения.

Если в помещении имеется источник повышения влажности воздуха, то необходимо интенсивно вентилировать это поме-

щение, что способствует также значительным потерям теплоты.

Влияние влажности внутреннего воздуха на теплопотери может быть незначительно, если она находится в требуемом интервале, однако при высоких значениях ее влияние может быть значительно. Поэтому количество источников влажности в помещениях следует сокращать. Если возникает необходимость вентиляции, то ее следует проектировать с возможно минимальным воздухообменом.

2.3. ПАРАМЕТРЫ НАРУЖНОГО КЛИМАТА

Отопительный сезон в ЧССР длится от202 до 255 дней в году, а в высокогорных районах — иногда и по 280 дней (например, в Праге — 216 дней, в Братиславе — 202 дня, в Брно — 222 дня). Приблизительно пять месяцев в году в зданиях сохраняется нормальный температурный режим, не требующий отопления, и это положение пока изменить нельзя. Попытки применить кондиционирование (создать искусственный климат) вызьтают большие затраты. Однако есть иные средства. Можно разместить оборудование здания так, что влияние климатических воздействий на теплопотери и потребление энергии для отопления домов будет минимальным,

При решении проблемы теплопотерь и теплопотребности на отопление, как правило, учитывают следующие параметры климата: температура воздуха, скорость и направление ветра; влажность воздуха, атмосферные осадки и солнечное излучение.

Температура наружного воздуха. Чем ниже температура наружного воздуха, тем выше теплопотери [см, формулу (14) ]. Если же удается за счет какого-либо решения повысить температуру на 1оС, то это приводит к снижению теплопотерь зданий на 3%.

Наинизшая средняя дневная температура воздуха достигает в январе в местностях с отметкой до 400 м над уровнем моря — 10 . . . —20ОС. Наинизшая температура ночью и в отдельные утренние часы достигает —15 . . . —200С. Абсолютная низкая температура — до —ЗО^С (за период с 1926 по 1960 г. была зафиксирована самая низкая температура воздуха в ЧССР-42,2оС) [36].

Температура наружного воздуха изменяется в зависимости от высоты над уровнем моря на 0,34—0,71оС на каждые 100 м [36]. Конкретное значение, однако, зависит от местных условий, т.е. от того, идет ли речь о переходе с долины на склоны или со склонов на вершины, а также от ветровых воздействий и от местоположения по отношению к странам света. Известно, что на южных склонах температура более высокая, чем на северных. Также различается температура на от-