Расчет теплопоступлений от солнечного излучения производится для теплого и переходного времени года. Солнечное излучение оказывают существенное влияние на баланс избыточной теплоты в помещениях, особенно в переходной период года.

Пример 1. Расчет теплопоступления от солнечного излучения

Дано: Оконный проем 6х1,5=9,0м²,

Интенсивность солнечного излучения определяем Таблице 4.

Ориентация Восток. Прямое излучение 664 Вт/м², рассеянное 744-664=80 Вт/м².

β_1 – коэффициент теплопропускания окон с учетом затенения непрозрачной частью (переплетами) заполнения светопроема, определяется по таблице 5, =0,8;

β_2 – коэффициент теплопропускания прозрачной частью заполнения светопроема, определяется по таблица 6, =0,85;

β_3 – коэффициент теплопропускания нестационарными солнцезащитными устройствами, определяется по таблице 7.

K_обл – коэффициент облучения поверхности светопроема рассеянным излучением; для светопроемов, не затененных козырьками и ребрами K_обл=0,85.

K_инс – коэффициент инсоляции, учитывающий долю прошедшего потока падающей на вертикальный световой проем прямого солнечного излучения после затенения наружными козырьками или вертикальными ребрами; для периода максимальной солнечной интенсивности.

Найти: Рассчитать количество теплопритоков от солнечного излучения, проходящих через остекленную часть конструкции ограждения Q_п.р для трех вариантов:

1. K_инс=0,95, β_3=0,4;

2. K_инс=0,5, β_3=0,4;

3. K_инс=1,0, β_3=1,0;

Решение: Рассчитываем первый вариант по формуле Q_п.р=(q_п∙K_инс+q_р∙K_обл ) A_ок∙β_1∙β_2∙β_3, (5)

Q_п.р=(664∙0,95+80∙0,85)∙9,0∙0,8∙0,85∙0,4=1711 (Вт)

2. вариант. Добавим затенение окон с внешней стороны (деревья, козырек или жалюзи) с K_инс=0,5, тогда:

Q_п.р=(664∙0,5+80∙0,85)∙9,0∙0,8∙0,85∙0,4=979 (Вт)

3. вариант. Уберем все солнцезащитные устройства с внешней и внутренней стороны помещения, K_инс=1,0, β_3=1,0, тогда:

Q_п.р=(664∙1,0+80∙0,85)∙9,0∙0,8∙0,85∙1,0=4480 (Вт)

Результат:

При затенении оконного проема с внутренней стороны шторами из плотной светлой ткани (β_3=0,4) теплопритоки от солнечного излучения, проходящая в помещение через застекленную часть конструкции, составит 1711 Вт.

При внешнем затенении ( K_инс=0,5), только 979 Вт.

Без солнцезащитных устройств с внешней и внутренней стороны помещения (K_инс=1,0, β_3=1,0 ) 4480 Вт.

Из расчетов видно, что пассивные методы борьбы с теплопритоками, использование солнцезащитных устройств с внешней и внутренней стороны - являются крайне эффективными. Пассивными они являются по той причине, что. установив их один раз, в ходе дальнейшей эксплуатации они больше не требуют затрат энергии. Для справки, чтобы компенсировать 5,0 кВт тепловой мощности (при коэффициенте воздухообмена =1), с разницей температур 25-20=5°С, необходимо 3025 м³/ч . Для компенсации 1,0 кВт при тех же условиях, только 605 м³/ч . При использовании кондиционера с СОР=3, на каждый киловатт тепловой мощности необходимо затратить 1/3 кВт электрической мощности.

В большинстве случаев, вне зависимости от наличия системы кондиционирования, проблема с избытками тепла возникает в переходной период года, весна и осень. Зимой температура регулируется системой отопления, летом системой кондиционирования или проветривания. В межсезонье, теплопотери помещения уменьшаются за счет повышения уличной температуры воздуха, а теплопритоки значительно увеличиваются за счет повышения интенсивности солнечного излучения. При этом амплитуда температурных колебаний очень высокая: ночью холодно, днем жарко. Асимметрия теплопритоков, вызванная ориентацией здания по сторонам света, не позволяет использовать систему кондиционирования или вентиляции, так как подавая холодный воздух для повышения комфорта в помещения с солнечной стороны, в противоположной стороне здания кондиционер станет источником дискомфорта. В зданиях с ярко выраженной асимметрией теплопритоков по сторонам света вопросу разделения систем по солнечным и теневым фасадам следует уделять пристальное внимание. Особенно это важно для помещений без возможности естественного проветривания. К проблемам асимметрии добавляются вопросы периодичности, приоритетов и конфликтных режимов работы системы отопления и кондиционирования. Например, утром работает система отопления, в обеденное время включается система кондиционирования, а к вечеру вновь требуется отопление. Для достижения гармоничных режимов работы отопления и кондиционирования в больших зданиях, с учетом высокой асимметрии теплопритоков и периодичности переключения систем, требуется высокий уровень квалификации проектировщиков, монтажников и обслуживающего персонала. Чаще на практике встречаются конфликтующие режимы работ, когда одновременно работают как система отопления, так и система кондиционирования. Разумеется, ни о какой энергоэффективности в подобных случаях речь идти не может.

Вывод: Решая проблему теплопритоков от солнечного излучения на стадии проектирования пассивными методами, вы автоматически избавляетесь от множества потенциально возможных проблем во время эксплуатации здания.

Пример 2. Расчет теплового потока за счет теплопередачи через заполнение светового проема

Дано: Условия те же что и в первом варианте предыдущего расчета.

Средняя скорость ветра 4,0 м/сек.

Температура воздуха в помещении 23°С.

k_ок=U_RNi=1,3

Найти: Рассчитать мощность теплового потока за счет теплопередачи через заполнение светового проема для трех вариантов:

1. Внешняя температура 24,3°С, P – коэффициент поглощения солнечного излучения заполнением светопроема = 0,06;

2. Внешняя температура 30°С, P = 0,06;

3. Внешняя температура 30°С, P = 0,2;

Решение: Находим α_н=1,16(5+10√ϑ), (9)

α_н=1,16(5+10√4)=29 Вт/м² ;

1. вариант:

Q_т.п=[t_н+((q_п ∙K_инс+q_р∙K_обл )∙P)/α_н -t_в ] A_ок∙k_ок (8)

Q_т.п= [24,3+((664∙0,95+80∙0,85)∙0,06)/29-23]∙9,0∙1,3=32 (Вт)

2. вариант:

Q_т.п= [30+((664∙0,95+80∙0,85)∙0,06)/29-23]∙9,0∙1,3=99 (Вт)

3. вариант:

Q_т.п= [30+((664∙0,95+80∙0,85)∙0,2)/29-23]∙9,0∙1,3=138 (Вт)