Рис. 5.9. Рашещешге аккумуляпфов в за1фы1ой системе

а - аккумулятор в грунте; б - аккумулятор в объеме здания; 1 - теплмфиемный экрану 2 — вентилятор; 3 — стена; 4,5 — входной и выходной каналы "л

вателем, где используется обычный плоский экран-абсорбер радиационного потока. Значительно больший эффект дает шиповая поверхность. Здесь oC^^ возрастает в 2... 2,5 раза, aF^^ - на порядок или два [1]. Это дает возможность делать теплоприемник более компактным по 1 сравнению с традиционным, получать больше полезной теплоты с ; единицы поверхности и аккумулировать его.I

Аккумулирование теплоты в значительной степени определяет эффективность и надежность пассивной системы. Здесь наиболее важным можно считать: определение необходимой теплоемкости аккумулятора; выбор наиболее рациональных режимов подачи и отбора тепла; размещение аккумулятора и его конструирование таким образом, чтобы исключить неоправданные потери теплоты. Выбор теплоемкости и режимов подачи теплоты осуществляются на основании расчетов. Способов размещения аккумуляторов и их конструкций в практике строительства достаточно много [1, 3]. Однако лишь немногие отличаются высокой эффективностью, простотой и надежностью зксплуатации.

Одной из главных является проблема тепловых потерь аккумулятора. Значительного снижения теплопотерь в окружающее пространство можно добиться оптимальным размещением аккумулятора или защитой его высокоэффективной изоляцией. Здесь надо иметь в виду, что размещение аккумулятора в грунте (рис. 5.9, а) требует, как правило, механической вентиляции для транспортирования воздуха [1, 3]. Размещение аккумулятора в объеме здания дает больший эффект, так как тепло не теряется в окружающее пространство. Однако такой аккумулятор бывает довольно сложно вписать в объем здания (рис. 5.9, б).

5S. РАСЧЕТ ОТКРЫТЫХ ПАССИВНЫХ OICTEM

В общей постановке задача расчета температурного режима здания с пассивной системой сводится к следующему:

1.По данным предварительного расчета основных размеров здания выполняют компоновку элементов пассивной системы.

2.С помощью аналитической модели рассчитывают температурный режим здания, определяют нагрузку на вспомогательную систему отопления.

3.Изменением характеристик элементов пассивной системы в аналитической модели выбирают наиболее рациональное конструктивное решение.

Ниже рассмотрена аналитическая модель открытой пассивной системы. Наружное ограждение, например южная стена, представляет собой прозрачную вертикальную плоскость. Практика строительства . показывает, что наиболее эффективным является двухслойное остекление с уплотнением в местах примыкания. В остальном элементы здания не отличаются от традиционно принятых в практике. В основе аналитической модели лежит уравнение

вв

- ("^р)вн Bifcmi^BH ~ cmH )1 + * вн^пок

[«вн( ^) - *пок(- г ) I *^B^mpi%(t ) - W- t )^ +^внвн[*ви(Г )- *в"н(+Г )]^Р"Уоб[*вн(г-)-)1 +

+ ^ок^ок[*вн( t ГЫТ-)] ^вентУЭн1)[«вн(Г)"*н{Г)]"^oc^^Tt)"бви(Г).

(5.17)

■""^ ""вн ~ i*»cca внутреннего воздуха; Ср^ - удельная теплоемкость внутреннего воздуха; tg„( ^ ^ - температура внутреннего воздуха; t- время; й1 в„ - коэффициент теплообмена внутренних поверхностей ограждающих конструкций с внутренним возду-ст(-1^ )~ температура внутренней поверхности наружной стены; F^,^ - площадь внутренней поверхности наружных стея;Е^^^^ - площадь внутренней поверхности покрытия последнего этажа; пок(— I, t )~ температура на внутренней поверхности покрытия; ^пер ~ площадь внутренней поверхности перекрытия; *пер(- kt )~ температура внутренней поверхности перекрытия над подвалом; F^д — площадь поверхности внутренних перегородок, перекрытий; tsn{—l, С ) ~ температура поверхности перегородок, перекрытий; £ (р1Ср)о^ -теплоаккумулирующая способность массы различного внутреннего оборудования; qq^^j.^ - температура на поверхности внутреннего оборудования; ^ок ~ коэффициент теплопередачи через остекление окна; - площадь окон; н(г) ~ температура наружного воздуха; К^д^ - объем поступающего извне за

счет инфильтрации и через вентиляционные каналы наружного воздуха для вентиляции помещений: р„ - плотность наружного воздуха; с„ - теплоемкость на-

ружного воздуха; F^^ — площадь остекления открытой пассивной системы ото-пления; «г""™ - плотность поглощенной внутренним объемам солнечной радиации;- внутренние тепловыделения.

В правой части формулы (5.17) первое слагаемое - теплопотери через стены; второе - то же, через покрытие последнего этажа; третье - то же, через перекрытие над подвалом; четвертое - аккумулирование тепла внутренними перегородками, перекрытиями (оборудованием); пятое - передача тепла через окна; шестое - охлаждение внутреннего воздуха за счет поступления наружного вентиляционного; седьмое - поглощенная внутренним объемом солнечная радиация; восьмое - внутренние тепловыделения.

При составлении уравнения (5.17) были приняты следующие допущения:

1.В здании происходит равномерное перемешивание внутреннего воздуха. Такое допущение принято в связи с тем, что естественная вентиляция должна обеспечивать равномерное поступление свежего воздуха во все помещения. Учитывая, что площадь остекления открытой системы велика и инфильтрация наружного воздуха во внутренний объем неизбежна, возникает упорядоченное движение нагретого в пассивной системе воздуха по помещениям. Здесь целесообразно каналы размещать в стороне, противоположной пассивной системе, а во внутренних перегородках оставлять проемы для перетока воздуха. Соответственно условно грязные помещения необходимо размещать .также на противоположной пассивной системе стороне.

2.Процесс теплопередачи через непрозрачные ограждения носит нестационарный характер при нерегулярном изменении во времени основных возмущаюпдах факторов - температуры наружного воздуха, солнечной радиации, внутренних тепловыделений.

3.Тепловая инерционность окон не учитывается.

4.Внутреннее оборудование незначительной массы рассматривается как "сосредоточенная масса".

5.Теплоаккумулирующая способность внутреннего воздуха мала по сравнению с теплоаккумулирующей способностью строительных конструкций и ею можно пренебречь.

Ниже последовательно рассмотрены основные составляющие уравнения (5.17).

Теплопотери через стены здания. По условиям теплообмена теплопотери здания определяют по перепаду температур внутреннего воздуха и внутренней поверхности стены, а также по термическому сопротивлению в пограничном слое у стены. Применительно к пассив-

Hfrl

Рис 5.10.Расчетная схема для формулы (5.18)

НЫМ системам процесс теплопередачи через стену носит ярко выраженный нестационарный характер. Подробный вывод уравнения, определяющего изменение температуры на поверхности стены, изложен в [1]. В общем случае расчетная формула имеет вид (рис. 5.10):

Bi^sin2yu^ ^ Bi^(cos2yu^ +-JT^)} ^Cf" Хвк в - О de +

/®l^2

sin2 yu

Hi Hi n1 2

-[1 +

+ 2(Bii -I- Bij)]

=exp{ -(r-e)

B>= Д ,

Д—1—;-J

2

(5.18) (5.19) (5.20)

где Bi — число Био; A{f) — функция условия перехода от изображения к оригиналу; Л - усредненный коэффициент теплопроводности ограждения; Л - коэффициент теплопроводности каждого слоя, входящего в ограждения; 5 „ — толщина каждого составляющего слоя; S — общая толщина ограждения; а — коэффициент температуропроводности; ^ ^ — дискретный интервал времени, на котором возмущающая функция считается постоянной; Чп — плотность поглощенного пбверхностью стены потока солнечной радиации.

Рис 5.11. Номограммы для определевия кр к2 и

0,05 0,1 0,15 м

Практически для наружных ограждений плотность поглощенного поверхностью стены потока солнечной радиации определяют по формуле

9п = 9£.

(5.21)

где q - плотность падающего на поверхность ограждения потока солнечной радиации," Вт/м^, £ - степень черноты поверхности.

Корни /и п для каждого члена ряда определяют из уравнения

(5.22)

В инженерной практике при проектировании пассивных систем расчет по формулам (5.18) и (5.22) может вызывать определенные трудности. Поэтому удобнее пользоваться номограммами (рис. 5.11).

Для этого формула (5.18) может быть представлена в виде

1, i +1) - 4 ° lf*BH(i +1) - 1,1)1 + 2[*н(г+1) - г, 1)1 *3^n(,i+ ly (5-23)

Для каждого типа ограждающих конструкций - стены, покрытия, перекрытия по номограммам определяют свои значения коэффициент тов:

Примф 3. Требуется определить коэффициенты kj, к2 и к^ для ограждающих конструкций здания с пассивной системой. Внутренние температурные условия и климатические данные те же, что в примере 1. В примере же 1 было установлено, что = 0,644 мЯ°С /Вт.

Этому значению соответствует однослойная керамзитобетонная панель с фактурным слоем толщиной 25 мм и внутренней щтукатуркой, имеющая следующие характеристики: ^ = 250 мм, р = 700 кг/м^, R^ = 0,86 м^°С /Вт. Термическое сопротивление собственно панели составляет

Л = 0,86-(1г„-Лз„) = 0,724 м2.°С/Вт; .

-- = Л; Л = ^ = 0,25/0,724 = 0,345 Вт/ м РС .

Здесь Л - среднее по толщину ^^нели значение коэффициента теплопроводности. Половина толщины панели / = -5- = —^ = 0,25/2 = 0,125.

По номограмме определяют значения кр к2, к^:

itj = 0,56; = 0,089:^3 = 0,0035.

Для покрытия последнего этажа требуемое термическое сопротивление JfJP составляет 0,87 м2.°С/Вт.

При использовании совмещенной кровли требуемая толщина тепловой изоляции (например, пенобетона) составляет:

^пб = Л пб^^о"^ - -^пан) = ".12(0,87 - 0,345) = 0,065 м. Таким образом, суммарная толщина покрытия составит ^„дк ~ "^^ Термическое сопротивление собственно покрытия составит

^пок - Ve. * ^п.б + ^в.с + ^пар.из. + ^вод.

,ИЗ

(5.24)

■■"^ ^жб ^п.б ^в.с ^пар.из ^вод.из " термические сопротивления соответственно железобетонной панели, утеплителя (пенобетона), выравнивающего слоя, паро- и водоизо-ляции, м2.°С/Вт .

Суммируя составляющие, получают

^пок = 0.146 + 0,525 + 0,03 + 0,3 = 0,677 m2.°C/Bi.