Пособие 2.91 к снип 2.04.05-91 расчет поступления теплоты солнечной радиации в помещения


Решение. Расчеты произведены по методике профессора В.Н. Богословского [1].

1. Максимальный тепловой поток солнечной радиации через окна площадью 85 кв.м находим по формуле (3) и табл. 1, при максимальной плотности потока прямой радиации 479 и рассеянной 108 Вт/кв.м, при коэффициенте теплопропускания К =0,61 (по табл. 2) и отсутствии защитных устройств на окнах К = 1; К= 1 и К = 1:

Q (479??1 + 108??1)??1??0,61??85 = 30436 Вт;

2 Для определения показателя а поглощения помещением теплового потока солнечной радиации по п.10 находим коэффициенты теплоусвоения, Вт/(кв.м град.С):

для окон по формуле (15) У = 1/(0,34 -1/8,7) - 4,44;

для стены по слою керамзитобетона D = 3,2 > 1;

по п. 3.5 СНиП II-3-79** У = S = 5,03;

для покрытия по слою пенобетона, при D>1, по п. 3.5 СНиП II-3-79**

У = S = 2,19;

для перегородок при D/2 = 0,56 < 1 по формуле (16)

У= 0,0315 ?? 17,98 = 10,2;

для пола при D = 0,63 > 0,5 по формуле (27) СНиП II-3-79**

У = 2 ?? S = 2 ?? 16,43 = 32,9;

для оборудования по формуле (17)

У = 3,6 ?? 10 ?? 3000 ?? 481,5 = 52.

3. Показатель суммарного теплоусвоения помещения по формуле (13):

= 4,44.85+5,03.22+2, 19.216+10,2.260+32,9.216+52=10772 Вт/град.С.

4. Показатель интенсивности конвективного теплообмена по формуле (14):

2,55(85+22+216+260+216+200) - 2547,5 Вт/град.С.

5. Показатель поглощения помещением теплового потока солнечной радиации по п. 10:

а = 4,2.

6. По табл. 1 находим общую продолжительность радиации через ЮЗ окна = 10ч и начало радиации в Z = 10ч, по табл. 5 при а = 4,2 находим величины показателя а = 0,18 для Z = 10ч; а = 0,19 для Z+1 = 11ч и т.д. для всех часов суток и записываем их в первую строку табл. 11.

7. Умножим Q = 30436 Вт на показатели а; полученные часовые поступления теплоты, поглощенные помещением и переданные его воздуху, вносим во вторую строку табл. 11.

8. По формуле (18) определяем величину теплового потока теплопередачей через окна, Вт.

Q = (18,1+0,5 ?? 18,5-22)85/0,34 = 2300- 975,

где - определяется по табл. 6 на пересечении графы, соответствующей 15 часам и строки для того часа, где = 1, что соответствует максимальному поступлению теплоты через окна. Вправо и влево от этого значения по строке 15 находим значения , которые записываем в строку 3 табл. 11, а в строках 4 и 5 почасовые поступлении теплоты через окна.

9. Определяем величину теплового потока, Вт, через наружную стену (табл. б) по формуле (19) для

Q= .

Q = 34,9 + 79 + 110,2 ; при ; Q= 34,9+189,2, Вт,

где: J= 202; А= 699-202 = 497 Вт/кв.м по табл.8 для 56

град. СШ; = 1,16(5+10.) = 27,1 Вт/(кв.м град. С).

По формуле (20) затухание амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в стене:

?? = (0,83+3 )(0,85+0,15) раз.

Расчет по значительно более сложной формуле (21) СНиП II-33-79** дает ?? = 22,3 раза - принято в расчете.

10. Поступление теплового потока через наружную стену запаздывает на 2,7D-0,4 = 2,7??3,57-0,4 = 9,2 ч по сравнению с поступлением максимального теплового потока на ЮЗ вертикальную плоскость в 15 ч, т.е. максимальное поступление теплоты через стену будет в 15+9,2 24 часа при=1, которое в табл. 6 находится на пересечении строки 24 и графы 24.

Поэтому по строке 24 находим все остальные значения величины 1, записываем их в строку 6 табл. 11 по = 34,9+189,2 Q, Вт - находим все его значения, приведенные в строке 7 табл. 11.

11. Определяем величину теплового потока, Вт, через бесчердачное покрытие по формуле (19):

Q =

=892,2+393,8+696,6.

где = 691+126-327 = 490 Вт/кв.м по табл.7 для 56 град. СШ. По формуле (20)

??.=

Поступление теплового потока через покрытие теплопередачей от наружного воздуха запаздывает на 2,7??3,93 - 0,4 = 10,2ч по сравнению с поступлением максимального потока от наружного воздуха в 15ч, т.е. максимум наступит в 15+10,2=25,2 или в 1 час ночи.

Этому соответствует = 1. По аналогии с п. 10 данные для , берем на строке 1 табл. 6 и записываем почасовые поступления теплоты 393,8 в строку 9.

12. Максимальный тепловой поток солнечной радиации на горизонтальную поверхность покрытия поступает в 12ч и с запаздыванием 2,7??3,93 - 0,4 = 10,2ч, т.е. в 22ч поступит в помещение, чему соответствует = 1. Данные для , берем на строке 22 табл. 6 записываем в строку 10 табл. 11, вычисляем и записываем почасовые поступления теплоты 696,6 , в строку 11, а в строке 12 приводятся общие поступления теплоты через покрытие.

13. Суммарный максимальный тепловой поток, нагревающий воздух помещения (строка 13 табл. 11) приходится на 17 часов солнечного времени. Он составляет 13,8 кВт или 43% от суммарных максимальных потоков теплоты 30,4 +1,29-0,14+0,88 = 32,4 кВт, рассчитанных с учетом максимального потока солнечной радиации через остекление.

Пример 2. Определить максимальное поступление теплового потока солнечной радиации в 17 часов солнечного времени в помещение, характеристика которого дана в примере 1. Запроектирована защита окон горизонтальными и вертикальными плоскостями в строительном исполнении - козырьками шириной 600 мм и ребрами шириной 500 мм (рис. 3). Высота окон 2 м и ширина 1,2 м, размер r = 0,2 м и S = 0,15 м. Азимут окон 45 град. Солнечный азимут окон 95-45 = 50 град. Азимут солнца () для периода 17 часов по табл. 3 равен 95 град.

Решение. По формулам (8) и (9) определяем коэффициенты

и = 0,92

Определяем солнцезащитные углы по формулам (10) и (11):

,

.

По табл. 4 находим = 0,77; 0,85; = 0,77??0,85 = 0,65.

Тепловой поток солнечной радиации в 17 часов по формуле (3) составит:

Тепловой поток при максимальной плотности, принятой в примере 1, с полученными выше коэффициентами К и К по формуле (3) от прямой и рассеянной радиации составит: (479??0,578 + 108??0,65)??0,61??85 = 17995 Вт или 59% от максимального теплового потока для незатененного окна. С учетом показателя поглощения, а равного для 17 часов 0,39, тепловой поток, поглощаемый воздухом помещения составят 0,39??177995 = 7018 Вт. Поступления от теплопередачи, согласно табл. 11 для 17 часов равны 1026 - 14 + 876 = 1888 Вт, всего 7018 + 1888 = 8906 Вт или 65% от теплового потока через незатененные окна.

Затенение окон от прямой и рассеянной радиации составит (1 - 0,59) 2,4 = 0,984 м. Графическое решение затенения окна представлено на рис. 3. При этом затенение окна от прямой радиации составило:

0,46??2 + 0,74??0,04 = 0,95 м.

Более подробные данные по средствам солнцезащиты см. [7].

Пример 3. Определить величину теплового потока солнечной радиации, поступающего в 17 ч в помещение, характеристика ограждений которого приведена в примере 1. Помещение дополнительно оборудовано зенитным фонарем с двухслойными стеклопакетами в металлических переплетах площадью 20 кв. м. Окна помещения затенены козырьками и ребрами, как указано в примере 2.

Максимальное поступление теплового потока через затененные окна принимаем по примеру 2 - 8906 Вт.

Начало поступления теплового потока через фонарь по табл. 1 в 5ч и окончание 20ч, т.е. продолжительность радиации 15ч. Максимальный тепловой поток через фонарь 606+93 = 699 Вт/(кв. град. С) в 12ч солнечного времени.

3. Коэффициент теплоусвоения для фонаря по формуле (15) 1/(0,31-1/8,7) = 5,1 Вт/(кв. м град. С).

4. Показатель суммарного теплоусвоения помещения (по аналогии с п. 3 примера 1):

4,44??85+5,1??20+5,03??22+2,19(216-20)+10,2??260+32,9??216+52 = 10830.

5. Показатель интенсивности конвективного теплообмена остается равным 2547,5 Вт/град. С по п. 4 примера 1. Следовательно и показатель поглощения теплового потока воздухом помещения

а= (10830/2547,5) 4,2

6. При максимальной продолжительности прямой солнечной радиации 12ч, вместо 15ч отсутствующих в табл. 5, находим для 4,2, при скорректированном начале радиация 7ч (вместо 5) для , т.е. для часа Z+10 - соответствующему 17 часам, по табл. 5 величину а= 0,415.

Тогда расчетами тепловой поток солнечной радиации через фонарь по формулам (2), (3) и (13), с учетом Q по аналогии с п. 8 расчета для примера 1

+ Q = 20(606.1+93.1)0,68.1.0,415 + 20(18,1+0,71.9,2-22)/0,31=

= 3945+170 = 4115 Вт.

7. Тепловой поток через окна и непрозрачные конструкции помещения в расчетные 17ч по примеру 2 равен 8906 Вт и через фонарь 4115 Вт, или всего в помещение поступит 8906 + 4115=13021 Вт

Пример 4. Определить коэффициенты облученности прямой солнечной радиацией К и облученности рассеянной радиации К светового проема в наружной стене здания ( 44 град. СШ) восточной ориентации (А = -90гр.) для 8ч.30 мин. Высота окна Н =2,5м, ширина В = 2м. Имеются наружные солнцезащитные устройства: горизонтальные (козырек) и вертикальные (ребра); 1 = 0,5 м; 1 = 0,5 м; r = 0,2 м; s - 0,3 м, см. рис. 1. Решение. Коэффициент К при азимуте окна А = -90 град.:

по табл. 3 : А = -78 град.; h = 40 град.

по пункту 8 : A =-78 град. - (-90 град.) = 12 град.

По формулам (8) и (9) : К = 1- = 0,91;

K= 1 - = 1,1.

В соответствии с примечанием 2 к п. 6 следует принять К = 1.

По п. 4 : К = 0,91.1=0,91 или 91% площади светового проема будет облучаться прямой солнечной радиацией.

Определяем солнцезащитные углы и по формулам (10) и (11)

= аrсtg = 10??30'; = аrсtg = 12°15'

по найденным углам и по табл. 4 определяем К = 0,84 и К= 0,9.

Коэффициент для учета облучаемости рассеянной радиацией по п. 4, K= 0,9??0,84 = 0,76.

Пример 5. Определить поступление теплоты прямой и рассеянной солнечной радиации между 15 и 16 часами через остекление треугольного фонаря общей площадью 42 кв.м. Остекление ориентировано стороной "а" (рис.2) на ЮЗ (азимут остекления А = 55 град.) и стороной "в" на СВ (А = -125 ). Здание расположено в местности 48°СШ. ?? = 25??.

Решение. На широте 48 град. азимут солнца между 15 и 16 часами, согласно табл. 3 равен 76 град., высота солнца 40 град. По формуле (12) определяем солнечный азимут для остекления : А = 76-55 = 21?? ; 0??< 21 < 90??; "в" 76 - (-125 ) = 201??; 90??< 201<270??.

При найденных солнечных азимутах остекления расчет ведем по формулам (4) и (5) для остекления "а" и по формулам (6) и (7) для "в", определив по табл. 1 :q =420 Вт/кв.м, q =427; q = 82; q = 112 Вт/кв.м для ЮЗ ориентации и q = 0 и q =59 Вт/кв, м - для СВ ориентации.

Тогда для остекления "а" : q = 420??0,906+427??0,423 = 561,1 Вт/кв.м, q = 82??0,906+112??0,423 = 121,7 Вт/кв.м. Для остекления "в" q = 420??0,906-0 = 380,5 Вт/кв.м; q = 82??0,906-59??0,423 = 49,3 Вт/кв.м. Всего через остекления треугольного фонаря в помещение поступит:

(561,1+121,7)21+(380,5+49,3)21 = 23364,6 Вт или в среднем 556,3 Вт/кв.м.

Таблица 1.

Поверхностная плотность теплового потока J солнечной радиации в июле, прошедшего через вертикальное или горизонтальное остекление световых проемов, Вт/ время начала и окончания прямой радиации.

Географическая широта,

Часы до полудня

Ориентация вертикального светового проема (до полудня)

Горизонтальный световой

градус

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

проем

36

5-6

56

35

140

27

157

35

42

24

__

17

__

17

__

17

__

17

13

23

18-19

6-7

62

69

333

76

388

108

170

80

__

51

__

35

__

38

__

46

22

57

17-18

7-8

8

79

369

108

465

130

279

128

__

79

__

56

__

53

__

57

279

78

16-17

8-9

__

73

274

104

443

129

335

129

3

81

__

60

__

63

__

60

465

93

15-16

9-10

__

69

149

34

356

108

321

98

52

83

__

63

__

64

__

62

626

100

14-15

10-11

__

67

38

71

104

88

237

86

110

83

__

71

__

65

__

65

715

105

13-14

11-12

__

67

__

67

31

80

126

83

151

83

3

77

__

72

__

65

747

105

12-13

Ориентация вертикального светового проема (после полудня)

Горизонтальный

Часы после

С

СЗ

З

ЮЗ

Ю

ЮВ

В

СВ

световой проем

полудня

Географическая широта,

Часы до полудня

Ориентация вертикального светового проема (до полудня)

Горизонтальный световой

градус

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

проем

40

5-6

71

38

170

46

214

46

50

35

__

20

__

20

__

21

__

22

19

31

18-19

6-7

51

71

350

96

410

112

183

86

__

55

__

42

__

44

__

46

114

62

17-18

7-8

6

78

345

114

493

133

302

100

__

71

__

56

__

55

__

57

281

78

16-17

8-9

__

71

258

104

471

121

354

108

60

73

__

60

__

60

__

60

431

87

15-16

9-10

__

64

116

80

363

99

342

95

150

79

__

63

__

62

__

62

558

93

14-15

10-11

__

62

6

71

191

81

274

86

222

83

__

67

__

62

__

65

651

100

13-14

11-12

__

60

__

67

35

73

172

77

257

83

45

77

__

65

__

65

692

104

12-13

Ориентация вертикального светового проема (после полудня)

Горизонтальный световой

Часы после полудня

С

СЗ

З

ЮЗ

Ю

ЮВ

В

СВ

проем

Географическая широта,

Часы до полудня

Ориентация вертикального светового проема (до полудня)

Горизонтальный световой

градус

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

проем

44

5-6

84

42

222

53

292

58

72

40

__

23

__

22

__

22

__

23

31

36

18-19

6-7

42

70

369

98

452

112

209

86

__

55

__

44

__

44

__

44

126

62

17-18

7-8

__

77

357

110

500

130

333

109

__

71

__

55

__

55

__

55

283

76

16-17

8-9

__

71

256

101

490

121

398

108

66

79

__

60

__

59

__

60

481

83

15-16

9-10

__

64

84

80

371

100

387

101

162

81

__

63

__

60

__

62

543

93

14-15

10-11

__

60

2

71

193

81

305

86

245

84

__

67

__

60

__

64

629

98

13-14

11-12

__

59

__

67

37

72

214

79

288

85

73

77

__

65

__

65

668

98

12-13

Ориентация вертикального светового проема (после полудня)

Горизонтальный световой

Часы после полудня

С

СЗ

З

ЮЗ

Ю

ЮВ

В

СВ

проем

Географическая широта,

Часы до полудня

Ориентация вертикального светового проема (до полудня)

Горизонтальный световой

градус

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

прем

48

5-6

93

45

356

60

327

65

95

45

__

27

__

26

__

24

__

26

37

42

18-19

6-7

35

69

385

98

472

114

237

87

__

55

__

43

__

44

__

44

145

62

17-18

7-8

__

74

348

107

542

129

363

109

3

73

__

53

__

53

__

53

285

73

16-17

8-9

__

70

222

99

497

121

427

112

80

81

__

60

__

58

__

59

420

82

15-16

9-10

__

64

60

81

372

100

419

107

186

86

__

65

__

58

__

62

519

93

14-15

10-11

__

60

__

71

193

81

352

94

271

87

7

70

__

60

__

64

601

95

13-14

11-12

__

59

__

67

37

72

251

84

317

88

106

78

__

65

__

65

643

98

12-13

Ориентация вертикального светового проема (после полудня)

Горизонтальный световой

Часы после полудня

С

СЗ

З

ЮЗ

Ю

ЮВ

В

СВ

проем

Географическая широта,

Часы до полудня

Ориентация вертикального светового проема (до полудня)

Горизонтальный световой

градус

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

проем

52

5-6

102

55

301

69

371

73

116

52

__

31

__

28

__

28

__

28

57

42

18-19

6-7

26

69

391

98

497

119

272

91

__

59

__

43

__

44

__

44

158

62

17-18

7-8

__

71

342

106

545

129

328

110

13

76

__

55

__

53

__

53

291

73

16-17

8-9

__

67

196

96

498

123

448

114

94

85

__

63

__

57

__

58

419

82

15-16

9-10

__

63

42

79

374

100

429

110

206

87

__

67

__

59

__

60

508

87

14-15

10-11

__

60

__

69

193

84

333

96

299

90

14

72

__

60

__

62

585

93

13-14

11-12

__

59

__

65

37

72

272

86

344

91

150

78

__

65

__

63

630

98

12-13

Ориентация вертикального светового проема (после полудня)

Горизонтальный световой

Часы после полудня

С

СЗ

З

ЮЗ

Ю

ЮВ

В

СВ

проем

Географическая широта,

Часы до полудня

Ориентация вертикального светового проема (до полудня)

Горизонтальный световой

градус

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

проем

56

4-5

88

19

165

32

237

27

28

20

__

12

__

13

__

13

__

13

33

20

19-20

5-6

103

56

344

74

433

74

140

57

__

35

__

28

__

30

__

30

76

42

18-19

6-7

17

66

401

93

523

115

287

90

__

58

__

42

__

43

__

44

169

57

17-18

7-8

__

65

339

98

547

122

424

105

22

74

__

53

__

48

__

53

287

71

16-17

8-9

__

62

174

87

504

114

479

108

128

85

__

64

__

55

__

56

405

78

15-16

9-10

__

58

26

71

378

91

479

102

245

88

__

67

__

56

__

57

493

87

14-15

10-11

__

57

__

62

193

76

427

92

347

91

21

72

__

58

__

58

566

91

13-14

11-12

__

55

__

59

37

67

330

79

398

92

176

76

__

63

__

53

606

93

12-13

Ориентация вертикального светового проема (после полудня)

Горизонтальный световой

Часы после полудня

С

СЗ

З

ЮЗ

Ю

ЮВ

В

СВ

проем

Географическая широта,

Часы до полудня

Ориентация вертикального светового проема (до полудня)

Горизонтальный световой

градус

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

проем

60

3-4

39

7

63

9

95

7

__

__

__

__

__

__

20-21

4-5

112

28

272

40

291

37

__

28

__

16

__

15

__

14

__

14

49

23

19-20

5-6

107

51

387

71

448

78

152

58

__

35

__

28

__

30

__

33

92

42

18-19

6-7

15

59

404

86

542

107

313

85

__

53

__

40

__

40

__

43

178

57

17-13

7-8

__

57

331

83

556

110

441

96

37

10

__

49

__

45

__

50

284

65

16-17

8-9

__

55

146

77

509

99

501

98

166

81

__

60

__

50

__

52

391

70

15-16

9-10

__

51

19

62

378

77

501

92

287

86

__

65

__

51

__

53

466

78

14-15

10-11

__

51

__

55

193

65

452

84

384

91

70

69

__

53

__

53

534

80

13-14

11-12

__

50

__

55

37

60

363

74

449

91

215

71

__

56

__

53

578

78

12-13

Ориентация вертикального светового проема (после полудня)

Горизонтальный световой

Часы после полудня

С

СЗ

З

ЮЗ

Ю

ЮВ

В

СВ

проем

Географическая широта,

Часы до полудня

Ориентация вертикального светового проема (до полудня)

Горизонтальный световой

градус

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

проем

64

3-4

70

19

126

23

121

19

35

12

__

12

__

9

__

9

__

10

34

15

20-21

4-5

158

38

330

51

307

51

96

38

__

21

__

19

__

21

__

22

63

30

19-20

5-6

109

52

429

74

471

85

208

62

__

36

__

28

__

31

__

35

105

42

18-19

6-7

12

55

408

83

558

105

362

85

__

52

__

38

__

37

__

44

187

57

17-19

7-8

__

52

316

83

576

106

423

95

57

69

__

46

__

42

__

48

286

62

16-17

8-9

__

51

133

73

519

95

543

95

194

79

__

58

__

46

__

50

386

62

15-16

9-10

__

49

12

58

379

74

544

91

331

85

__

64

__

48

__

50

443

72

14-15

10-11

__

48

__

51

193

62

488

82

435

90

116

67

__

49

__

51

507

67

13-14

11-12

__

48

__

51

37

57

395

74

495

90

256

70

__

51

__

51

544

65

12-13

Ориентация вертикального светового потока (после полудня)

Горизонтальный световой

Часы после полудня

С

СЗ

З

ЮЗ

Ю

ЮВ

В

СВ

проем

Географическая широта,

Часы до полудня

Ориентация вертикального светового проема (до полудня)

Горизонтальный световой

градус

С

СВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

проем

68

2-3

63

17

145

16

144

12

28

9

__

8

__

6

__

7

__

8

29

15

21-22

3-4

112

28

281

33

258

35

70

19

__

19

__

12

__

9

__

14

59

31

20-21

4-5

128

44

409

58

384

65

135

42

__

23

__

17

__

19

__

20

82

37

19-20

5-6

113

52

475

78

504

95

245

66

__

38

__

28

__

31

__

38

134

46

18-19

6-7

9

55

412

83

534

106

336

88

7

55

__

38

__

37

__

44

198

57

17-18

7-8

__

51

297

83

588

106

499

99

79

69

__

46

__

42

__

48

283

62

16-17

8-9

__

51

135

74

531

98

578

99

231

102

__

58

__

46

__

49

376

62

15-16

9-10

__

48

5

57

394

74

583

91

369

85

__

65

__

48

__

49

440

67

14-15

10-11

__

48

__

51

193

62

531

85

463

90

174

65

__

49

__

50

483

67

13- 14

11-12

__

48

__

51

37

57

442

74

523

90

302

71

__

51

__

51

520

67

12-13

Ориентация вертикального светового проема (после полудня)

Горизонтальный световой

Часы после полудня

С

СЗ

З

ЮЗ

Ю

ЮВ

В

СВ

проем