Страница 2: Пособие 2.91 к снип 2.04.05-91 расчет поступления теплоты солнечной радиации в помещения (31388)

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.