Тепловые потери через входные группы здания

Система теплоснабжения здания офисного или торгово-развлекательного назначения имеет подсистемы: горячего водоснабжения, отопления и вентиляции. Система вентиляции в ряде случаев используется в том числе для подачи тепловой энергии в здание и создания комфортного микроклимата в здании. Для сотрудников и посетителей в здании предусмотрены входные группы, для разгрузки грузовых автомобилей — ворота, для заезда автомобилей сотрудников и посетителей — несколько въездных ворот. Данные конструктивные элементы имеют частый режим использования. В холодный период времени через входные группы и въезды в здание будет поступать холодный воздух, имеющий более высокую плотность. Для компенсации данного явления применяют вращающиеся либо автоматически закрывающиеся двери, а также воздушные тепловые завесы шибирующего типа. Расход приточного воздуха вентиляционной установки здания при этом увеличивается незначительно, но спрос в тепловой энергии при тепловых потерях через проемы возрастает.

Приточная вентиляционная установка является составляющей частью системы, обеспечивающей тепловой приток. Следовательно, система будет функционировать тем точнее, чем точнее будет прогноз тепловых потерь. К ним относятся потери через ограждающие конструкции (трансмиссионные) и инфильтрационные. Трансмиссионные потери включают: светопрозрачные конструкции (окна); входная группа (двери); стены; кровля; пол и фундамент. Инфильтрационные потери возможны через: окна; входная группа (двери); ограждающие конструкции с учетом ветровой нагрузки; система естественной вентиляции.

Для расчета тепловых потерь через входную группу нужно получить данные:

1. Число дверей nдвер, шт.

2. Температура внутреннего воздуха около входной двери — tдвер, °C.

3. Расчетная температура наружного воздуха — tнаружн, °C.

4. Длина lдвер и высота hдвер типовой входной двери.

5. Тип двери, на основании которого определяется Rдвер (табл. 1).

6. Год установки двери Tдвер, на основании которого вычисляется возраст и коэффициент старения двери:

T = Tтек — Tдвер, (1)

где T — определяемый возраст двери; Tтек — текущий год.

Коэффициент старения имеет диапазон [0; 1]. Если здание новое, то k = 1, если зданию 40 лет и более — принимается k = 0,35. В промежутке между возрастом здания 1–40 лет коэффициент старения определяется по формуле:

k = 1–0,0169T. (2)

Расчет тепловых потерь производится по формуле:

Для расчета инфильтрационных потерь используется табл. 2 и формула (4):

В случае, если на рассматриваемом объекте существует несколько типов окон или окон с разной геометрией, либо окон различного возраста, то формулу (3) необходимо применять для каждого их типов окон с последующим суммированием результатов. Входные группы для прохода людей, разгрузки и проезда автотранспорта являются достаточно большими, и могут быть долго открыты. Следовательно, в данном случае актуальным является вопрос о применяемом способе измерения расхода воздуха.

Способы измерения температуры воздуха для АСУ системы вентиляции

Существует достаточно развитое множество расходомеров для систем вентиляции. Наиболее простой способ измерить расход в системе вентиляции состоит в применении анемометра. Ротационные расходомеры [1] подразделяют на крыльчатые и турбинные. Принцип действия — использования механических передач: при наличии данные о вращении крыльчатки и о сечение канала нетрудно рассчитать расход. К недостаткам можно отнести чувствительность к загрязнениям, наличии движущихся частей, что приводит к ускоренному износу и шуму в процессе эксплуатации, уязвимость к пневматическим ударам.

Мембранный расходомер [2] основан на принципе перемещения мембран измерительных камер по мере поступления в них газа. Недостатками является невысокая точность измерений по сравнению с другими типами счетчиков, чувствительность к механическим загрязнениям.

Расходомер на основе трубки Вентури [3] основан на измерении расхода по перепаду давлений за сужением воздуховода. К недостаткам можно отнести нелинейную статическую характеристику, узкий динамический диапазон, дополнительное гидравлическое сопротивление, а также значительные длины прямых участков до и после расходомера.

Расходомер на основе трубки Питó [4] работает на определении разницы общего и статического давлений, получая таким образом значение динамического давления, которое затем пересчитывается в скорость и затем в расход. Основным недостатком является подверженность засорению, особенно мелкодисперсными частицами.

Ультразвуковой расходомер [5] основан измерении разницы скорости протекания ультразвука по ходу и портив хода движения потока. К недостаткам таких расходомеров можно отнести пониженную чувствительность из-за паразитных сигналов и помех, вызванных прохождением колебаний не только по измеряемой среде, но и по стенке трубы.

Вихревой расходомер [6] основан на измерении частоты колебаний, возникающих в потоке в процессе вихреобразования. В потоке на пути проходящего по трубопроводу воздуха устанавливается тело обтекания, чаще всего имеющее форму трапеции. Это препятствие создает в потоке цепочку вихрей, называемую «дорожкой Кармана». Расстояние между вихрями постоянно и зависит от размера препятствия, а частота вихрей пропорциональна скорости потока. Ниже в потоке, за телом обтекания устанавливается элемент, осуществляющий индикацию проходящих мимо вихрей. Различают три основных вида расходомеров:

1. Вихревые расходомеры с неподвижным обтекаемым телом. В некоторых случаях применяют два или более тел обтекания для усиления выходного сигнала.

2. Счетчики вихревого типа с прецессией воронкообразного вихря. Поток закручивается в первичном преобразователе, и далее по трубе формируется воронкообразное завихрение потока.

3. Вихревые счетчики с осциллирующей струей. Первичным преобразователем таких счетчиков является струя, колеблющаяся в автоматическом режиме благодаря специальной конструкции устройства [7].

Кориолисовы расходомеры [8] снабжены одной или двумя U-образными трубками, колеблющимися в результате внешнего вибрационного воздействия, генерируемого специальным возбудителем. В случае отсутствия потока колебания трубки будут происходить равномерно и синхронно. Если же по трубке проходит газ, под действием силы Кориолиса происходит сдвиг фазы колебаний: разные части трубы начинают отклоняться в разные стороны. Степень отклонения при этом пропорциональна скорости проходящего газа. Датчики, находящиеся на входе и на выходе расходомера регистрируют характер этих колебаний, а затем данные значения переводятся в значения скорости потока и расход [9]. Недостатками являются чувствительность к внешним вибрационным возмущениям и трудность использования для больших диаметров свыше 200 м.

Принцип измерения тепловых расходомеров [10] основан на зависимости теплоотдачи нагретого элемента, помещенного в поток, от скорости течения потока. Недостатками приборов данного типа является их большая инерционность.

Принцип работы электромагнитного расходомера [11] заключается в том, что при прохождении проводящей жидкости через магнитное поле генерируется ЭДС, пропорциональная скорости движения потока. К недостаткам относится зависимость от электропитания, а также способность работать только в электропроводных средах.

Оптический расходомер [12] функционирует на использования зависимости оптических эффектов от скорости движения жидкости или газа. К недостаткам относится трудность регулирования точности в зависимости от запыленности среды.

С точки зрения теории и практики инженерного эксперимента принято выделять несколько доступных к применению способов измерения расхода газа. Для области энергетики различают: тепло; холод; электричество; магнит; звук; вибрация; свет; ядерные силы; гравитация; кинетическая энергия; сила Архимеда; энергия сжатия пружины; гидро-, пневмои механическая; химическая; биологическая и пр. Каждый из перечисленных факторов может быть применен как направления для развития расходомеров для применения в компактных приточно-вытяжных установок с роторным рекуператором. На основе принципов действия составлена диаграмма полноты использования доступных принципов (рис. 1).


Рис.1. Диаграмма принципов, доступных для применения в компактных приточновытяжных установок с роторным рекуператором при измерении расхода газа

Приведенный анализ демонстрирует полноту используемых физических принципов, применяемых в компактных приточно-вытяжных установках с роторным рекуператором для измерения расхода воздушного потока. Как следствие, к основным критерием при комплектации вентиляционных установок можно отнести не принцип действия, а особенности эксплуатации и технико-экономические параметры.