Коэффициенты учета влияния встречного теплового потока
и их трансмиссионные эквиваленты
В.Я. Котин,
главный специалист
Архитектурно-технического
отдела МНИИТЭП
В нормах тепловой защиты зданий для Москвы МГСН 2.01_99 и Московской области ТСН НТП_99 МО приводятся правила применения понижающих коэффициентов учета влияния встречного теплового потока (в последующем тексте — коэффициенты) в расчетах годового расхода тепла на естественную вентиляцию зданий, в которых применены окна и балконные двери (в последующем тексте — окна) с раздельно-спаренными и раздельными створками. Авторы норм распространяют коэффициенты на весь нормируемый объем подогреваемого воздуха, а не на часть его, инфильтрующуюся через закрытые проемы. В названных нормативных документах такая методика расчета приводится не только в текстовой части, но также иллюстрируется в примерах расчета показателей энергетического паспорта проектов жилых зданий с раздельно-спаренной конструкцией окон.
О неправомерном применении нормируемых коэффициентов вместо расчетных сказано в [1]. Там же оценивается влияние этого дефекта норм на удельный годовой расход тепла на отопление жилых зданий.
Формула определения расчетного коэффициента для окон с раздельно-спаренными и раздельными створками в помещениях жилых и общественных зданий с нормируемым воздухообменом и естественной вентиляцией в общем виде записывается следующим образом:
kр = 1 – [minf . (1 – k)/m], (1)
где:
kр и k — соответственно, расчетное и нормативное значения коэффициентов учета влияния встречного теплового потока;
minf и m, кг/ч — соответственно, масса воздуха, инфильтрующегося через окна, и общая масса воздуха нормируемого воздухообмена.
В публикации [2] приводятся расчеты коэффициентов для вариантов окон с раздельно-спаренными и раздельными створками жилого панельного 14_этажного 4_секционного 223_квартирного жилого дома серии П3М по формуле:
kр = 1 – [АF . Gm
F . (1 – k)/Аr . 3,0 . 1,2], (2)
где:
kр и k — то же, что в формуле (1);
АF, м2 — площадь окон квартир;
Аr, м2 — площадь жилых помещений;
1,2 кг/м3 — плотность удаляемого воздуха;
Gm
F, кг/(м2 ч)— воздухопроницаемость окон квартир
в среднезимних условиях;
3,0 м3/(м2 ч) — норматив удаляемого воздуха в расчете на 1 м2 площади жилых помещений.
Для рассмотренного в [2]примера значение kр получим равным:
kр = 1 – [1941,2 Ч 2,03 Ч (1 – 0,7)/(8809,0 Ч 3,0 Ч 1,2) = 0,963 (раздельно_спаренные створки);
kр = 1 – [1941,2 Ч 2,03 Ч (1 – 0,8)/(8809,0 Ч 3,0 Ч 1,2) = 0,975 (раздельные створки).
Эквивалентные по годовым трансмиссионным тепло потерям приведенные сопротивления теплопередаче окон с учетом снижения теплопотерь на вентиляцию под влиянием встречного теплового потока (RF, eq ) можно определить по формуле:
RF, eq = вАF/[вАF/RF – c Аr [3,0 . 1,2 . (1 – kр)] (3)
Для варианта окон с раздельно_спаренными створками в рассмотренном [2] примере значения RF, eq составят:
_ по нормам
RF, eq = 1,13 Ч 1941,2/[1,13 Ч 1941,2/0,55 – (1/3,6) Ч. 8809,0 Ч 3,0 Ч 1,2 Ч (1 – 0,7)] = 1,63 м2 °С/Вт;
_ расчетное
RF, eq = 1,13 Ч 1941,2/[1,13 Ч 1941,2/0,55 – (1/3,6) Ч. 8809,0 Ч 3,0 Ч 1,2 Ч (1 – 0,963)] = 0,6 м2 °С/Вт,
где:
в = 1,13 — коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери;
АF; 3,0; 1,2; kр — то же, что в формуле (2);
RF = 0,55 м2 °С/Вт — приведенное сопротивление теплопередаче окон;
с = 1/3,6 Вт ч/(кг °С) — удельная теплоемкость воздуха.
Dd = 0,024 Ч 4943 — тысячи градусо_часов отопительного периода;
расчетный коэффициент учета влияния встречного теплового потока:
kр = 1006070/1045030 = 0,963.
Экономия тепловой энергии на вентиляцию (QВ) под влиянием встречного теплового потока:
— по нормам QВ = 1045030/(1 – 0,7) = 313510 кВт ч/год;
— расчетная QВ = 1045030/(1 – 0,963) = 38670 кВт ч/год.
Годовые трансмиссионные теплопотери через окна квартир:
QT = в Ч (АF/RF) Ч 0,024 Ч Dd = 1,13 Ч (1941,2/0,55) Ч 0,024 Ч 4943 = 473140 кВт ч/год.
Эквивалентные трансмиссионные теплопотери через окна с учетом снижения затрат тепла на вентиляцию QT, eq = QT – QВ:
_ по нормам: QT, eq = 473140 – 313510 = 159630 кВт ч/год;
_ расчетный: QT, eq = 473140 – 38670 = 434470 кВт ч/год.
Трансмиссионные эквиваленты коэффициентов учета влияния встречного теплового потока kT, eq по формуле (5) составляют:
_ по нормам:
kT, eq = 159630/473140 = 0,337;
_ расчетный:
kT, eq = 434470/473140 = 0,917.
В рассмотренном примере на основе дефектного норматива получено троекратное снижение эквивалентных трансмиссионных теплопотерь через окна раздельно-спаренной конструкции в сравнении с окнами с одинарными створками при равных приведенных сопротивлениях теплопередаче и одинаковой воздухопроницаемости, в то время как фактическое снижение этого показателя составило лишь 9%.
Наиболее благоприятное (минимальное) значение коэффициентов соответствует окнам, воздухопроницаемость которых достигает максимально допустимых значений по табл. 12* СНиП II_3_79* (6,0 кг/(м2 ч для деревянных окон). Соотношение между воздухопроницаемостью в среднезимних и расчетных условиях для г. Москвы при показателе режима фильтрации n = 0,667 составляет 0,615 для зданий высотой 10 м и 0,585 для зданий высотой 70 м, т. е. практически от высоты здания не зависит и Отношение RF, eq/RF характеризует эквивалентное повышение приведенного сопротивления теплопередаче окон раздельно-спаренной и раздельной конструкции под влиянием встречного теплового потока.
Обратная величина RF /RF, eq является трансмиссионным эквивалентом коэффициента учета влияния встречного теплового потока kT, eq:
отсюда получим значения kT, eq:
_ по нормам
kT, eq = 0,55/1,63 = 0,337;
_ расчетное
kT, eq = 0,55/0,6 = 0,917.
При аналитическом способе решения задачи (см) значения kT, eq удобно вычислять по формуле:
где QT и QT , eq — соответственно, годовые и эквивалентные годовые (с учетом снижения затрат тепла на вентиляцию под влиянием встречного теплового потока) трансмиссионные теплопотери через окна.
Ниже приводится расчет коэффициента kT, eq для варианта окон с раздельно-спаренными створками аналитическим способом.
Масса удаляемого воздуха составляет
8809,0 Ч 3,0 Ч 1,2 = 31712,4 кг/ч, в том числе:
_ инфильтрующегося через закрытые окна
1941,2 Ч 2,03 = 3940,6 кг/ч;
_ поступившего через открытые проемы
31712,4 – 3940,6 = 27771,8 кг/ч.
Расход тепла на подогрев всего нормируемого объема вентилируемого воздуха (с округлением до 10 кВт ч):
— при варианте окон с одинарными створками (k = 1):
QВ = (1/3,6) Ч 31712,4 Ч 0,024 Ч 4943 =
= 1045030 кВт ч/год;
— при варианте с раздельно_спаренными створками
(k = 0,7):
QВ = (1/3,6) Ч 0,024 Ч 4943 Ч (3940,6 Ч 0,7 +
+ 27771,8) = 1006070 кВт ч/год,
где:
с = 1/3,6 Вт ч/(кг °С) — удельная теплоемкость воз_
духа;
kT, eq = ,
RF
RF, eq
(4)
kT, eq = ,
QT
QT, eq (5)
может приниматься равным 0,6. Это означает, что для по_
лучения наиболее благоприятного расчетного коэффи_
циента значение Gm
F в формуле (1) следует принять рав_
ным 6,0 Ч 0,6 = 3,6 кг/(м2 ч).
Для рассматриваемого примера при Gm
F = 3,6 кг/(м2 ч)
получены следующие результаты:
_ для окон квартир с раздельно_спаренными створками
kр=0,934;
_ для окон квартир с раздельными створками
kр=0,956.
В ходе разработки МГСН 2.01_99 МНИИТЭП предлагал в нормах тепловой защиты зданий нормировать воздухообмен всего объема вентилируемого воздуха по постоянной кратности [1]. В Своде правил СП 23_101_2000 норматив подогреваемого воздуха принят не только в расчете на площадь жилых помещений, но также и на площадь кухонь (в нашем примере 8809,0 + 2000,0 = 10809,0 м2). При этом норматив воздухообмена 3,0 м3/(м2 ч) предусмотрен при плотности воздуха, соответствующей средней зимней температуре наружного воздуха (для Москвы 1,309 кг/м3).
Применительно к рассматриваемому примеру при Gm
F =3,6 кг/(м2 ч), площади жилых комнат и кухонь 10809,0 м2, нормативе воздухообмена 3,0 м3/м2 при плотности воздуха 1,309 кг/м3 получены следующие расчетные значения коэффициентов учета влияния встречного теплового потока: для окон с раздельно_спаренными створками kрmln = 0,951;
— для окон с раздельными створками
kр
mln = 0,967.
В Приложении В (разработано Мосгосэкспертизой) Свода правил СП 23_101_2000 «Проектирование тепловой защиты зданий» приводятся такие же неверные правила применения нормируемого коэффициента учета влияния встречного теплового потока на всю нормируемую массу подогреваемого воздуха, как и в МГСН 2.01_99 и ТСН НТП_99 МО.
ВЫВОД:
В нормативных документах тепловой защиты зданий тиражируются неверные правила применения коэффициентов учета влияния встречного теплового потока в расчетах годового расхода тепла на естественную вентиляцию зданий.
Авторы норм «изобрели» безальтернативные окна с недостоверно высокими теплозащитными качествами, которые используют для превратной иллюстрации норм.
Абсурдность правил иллюстрируется результатами, полученными на основе формул (4), (5).
ПРЕДЛОЖЕНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ:
1. Поскольку фактические значения коэффициентов учета влияния встречного теплового потока близки к единице, предлагается в нормах от них отказаться (т. е. принять равными единице), либо нормировать их расчет по приведенным здесь правилам.
2. При обосновании тепловой защиты зданий по нормам, в которых имеются рассмотренные дефекты, расчетные значения коэффициентов учета влияния встречного теплового потока рекомендуется определять для жилых зданий по формуле (2), для общественных зданий по общим правилам — формуле (1), либо аналитическим способом.
Литература:
1. В.Я. Котин. О нормах тепловой защиты зданий. «ОКНА и ДВЕРИ», 2001, № 5 (50).
2. В.Я. Котин. Методика обоснования тепловой защиты жилых зданий. — «СТЕНЫ и ФАСАДЫ», 2001, № 5_6 (14_15).
3. СНиП II_3_79* «Строительная теплотехника» / Госстрой России — М.: ГУП ЦПП, 1998_29 с.
4. Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлектроснабжению. — МГСН 2.01_99. М.: ГУП «НИАЦ», 1999_78 с.
5. ТСН НТП_99 МО. Нормы теплотехнического проектирования гражданских зданий с учетом энергосбережения (утверждены распоряжением Минмособлстроя от 29.12.1999 № 350) / ГУП ЦПП_65 с.
6. СП 23_101_2000. Проектирование тепловой защиты зданий. М.: ГУП ЦПП, 2001_95 с.
|
