К расчету теплопотерь высотного здания

Сокращение свободных территорий под строительство в Москве приводит к необходимости строить высотные здания. Высотное здание — это сложный организм, где должны быть взаимоувязаны все проектные решения инженерных систем. В России нет опыта проектирования и длительной эксплуатации таких зданий. Воздушно-тепловой режим высотного здания характеризуется повышенными значениями ветрового и гравитационного давлений. Если для малоэтажных зданий ветровое давление принято считать равномерно действующим на все здание по высоте, то для высотного здания необходимо учитывать рост скорости ветра по высоте при расчете теплопотерь помещениями. Повышенная высота здания определяет процесс обтекания его ветром. Воздух перемещается над кровлей в верхней части здания в заветренную зону, на наветренной стороне воздух у поверхности фасада перемещается с уменьшением скорости вниз и в стороны к боковым фасадам в заветренную зону, по направлению к земле происходит рост скорости перемещения воздуха к боковым фасадам в заветренную вихревую зону. Давление верхних слоев воздуха на нижние слои при обтекании здания потоком ветра приводит к увеличению подвижности воздуха у поверхности земли. Проведенные ранее исследования позволяют определить динамическое давление ветрового потока по высоте над уровнем земли в зависимости от состояния атмосферы: устойчивое, неустойчивое или равновесное. Рост скорости ветра по высоте от земли при различных состояниях атмосферы в холодный период года будет оказывать влияние на теплопотери помещениями здания, расположенных выше 70 м. На рис. 1 показано, как меняется скорость ветра по высоте местности при устойчивом, неустойчивом и равновесном состоянии атмосферы. Из графика видно, что на высоте 70–200 м скорость ветра при устойчивом состоянии атмосферы с учетом порывов ветра может возрастать до 12 м/с. На рис. 2 показано, как меняется коэффициент теплоотдачи у поверхности высотного здания с высотой при различных состояниях атмосферы для города Москвы. Из графиков видно, что при неустойчивом состоянии атмосферы коэффициент теплоотдачи изменяется в пределах 29–36 Вт/(м2•°C), при равновесном состоянии атмосферы коэффициент теплоотдачи изменяется в пределах 32–39 Вт/(м2•°C), при устойчивом состоянии атмосферы коэффициент теплоотдачи изменяется в пределах 33–43 Вт/(м2•°C). Из графиков видно, что полученные значения коэффициента теплоотдачи больше значения 23 Вт/(м2•°C) для зданий высотой более 70 м. Необходимо отметить, что увеличение коэффициента теплоотдачи с высотой сокращает величину сопротивления теплоотдачи и уменьшает общее сопротивление теплопередаче наружных ограждающих конструкций. Что касается стен пола и потолка, то их сопротивление в связи с изменениями теплозащиты зданий согласно последних изменений норм существенно выросло, что привело к значительному снижению доли сопротивления теплоотдачи в сопротивлении теплопередаче, эта доля составляет для стен 0,81 %, для перекрытий чердачных и над неотапливаемыми подвалами — 0,63 %. Принятый закон «О техническом регулировании» трансформирует все нормы, не связанные с безопасностью человека в рекомендательные, в данном вопросе элементом безопасности является санитарно-гигиеническое состояние помещений. Параметры микроклимата помещения, в частности, температура внутреннего воздуха, температура поверхностей наружных ограждающих конструкций являются элементами безопасности человека. Температуру внутреннего воздуха и результирующую температуру внутренних поверхностей ограждающих конструкций помещения можно обеспечить и при существующем и при прежнем подходе к проектированию теплозащиты зданий. Как показали многочисленные исследования последнего времени, бесконечный рост сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций (стена, пол, потолок) не имеет смысла, а в краткосрочной и длительной перспективах экономически убыточен. На основе вышесказанного можно отметить, что в сопротивлении теплопередаче до 1995 г. доля сопротивления теплоотдаче выше, т.к. само сопротивление теплопередаче меньше и данная доля составляет около 4,35 % для значения коэффициента теплоотдачи равного 23 Вт/(м2•°C), для высотного здания имеет место рост коэффициента теплоотдачи и доля сопротивления теплоотдачи снижается до значения около 2,4 %. Наиболее уязвимыми с точки зрения сопротивления теплопередаче являются окна, т.к. их требуемое сопротивление теплопередаче для жилых зданий варьирует для Москвы в пределах 0,49–0,65 (м2•°C)/Вт, что означает рост доли сопротивления теплоотдачи на наружной поверхности окна в общем сопротивлении теплопередаче и находится в пределах 3,75–4,98 %, что отразится на теплопотерях помещения. Повышенное значение коэффициента теплоотдачи на наружной поверхности окна вызовет: ❏понижение температуры внутренней поверхности остекления; ❏снижение радиационной температуры; ❏увеличение продолжительности периода конденсатообразования на внутренней поверхности остекления; ❏снижение комфортности внутренних параметров микроклимата. На рис. 3 показано, как меняется процент увеличения теплопотерь через окна с высотой здания при различных состояниях атмосферы. Из рисунка видно, что данный процент находится в пределах 2–4 %, что может учитываться при расчете теплопотерь помещениями здания на высоте 70–200 м в дополнение к основным теплопотерям через окно в количестве 1,02–1,04.

Литература: 1. В.Н. Луканин и др. Теплотехника. М., «Высшая школа», 1999. РИСУНКИ: 1~1~; 2~2~; 3~3~;