Коэффициент замещения топлива в инсоляционных пассивных системах отопления

Под выражением коэффициента замещения топлива (или тепловой нагрузки на отопление) солнечных систем отопления понимается отношение количества полезной тепловой энергии Q_пол, расходуемой для отопления помещения, в котором реальная температура воздушной среды составляет t_в^ф, к количеству тепловой энергии Q_тп, требуемой для обеспечения комфортной (расчётной) температуры воздушной среды отапливаемого помещения t_в^к, при равных значениях температуры окружающей среды t₀ за определённый промежуток времени Δz (например, за сутки, месяц и отопительный сезон), то есть:

В строительной теплофизике и теплотехнике [1, 2] под выражением удельной тепловой характеристикой отапливаемого помещения по его укрупнённым теплотехническим показателям понимается отношение его суммарных тепловых потерь в окружающую среду Q_тп, отнесённых к разности комфортной температуры отапливаемого помещения t_в^к и расчётной температуры наружного воздуха на отопление t₀^p, к его объёму по внешнему размеру V_нар, то есть:

Значение Q_тп в (1) и (2), как правило, складывается от тепловых потерь рассматриваемого помещения через перекрытия пола (пл), потолка (пт), северную (сс), восточную (вс), западную (зс), южную (юс) стены, а также светопрозрачные ограждения (спо) и дверь (дв), то есть имеет место:

В строительной теплофизике и теплотехнике под выражением удельной тепловой характеристикой отапливаемого помещения понимается отношение его суммарных тепловых потерь в окружающую среду, отнесённых к разности комфортной температуры отапливаемого помещения и расчётной температуры наружного воздуха

Подставляя значения Q_тп из (3) в отношение (2), получим

в котором (KF)_пл, (KF)_пт, (KF)_сс, (KF)_вс, (KF)_зс, (KF)_юс^спо, (KF)_юс^гл и (KF)_дв, - соответственно, коэффициенты тепловых потерь отапливаемого помещения через перекрытия пола, потолка, северную, южную, восточную, западную стены, а также глухой (гл) и светопрозрачной (спо) части южной стены, а также входную дверь; F_пл, F_пт, F_сс, F_вс, F_зс, F_юс^спо, F_юс^гл и F_дв — соответственно, площади поверхностей перекрытий пола, потолка, северной, восточной, западной стен, а также глухой и светопрозрачной частей южной стены и входной двери.

В целях создания удобств в сопоставлении значений тепловых эффективностей помещений, отличающихся между собой удельными тепловыми характеристиками, но отапливаемыми одинаковыми типами инсоляционной системы, нами предложено вести понятие об их удельной тепловой характеристике q_Fспо, представляющей собой отношение Σ(KF)_i в формуле (4) к площади фронтальной поверхности светопроёма на южной стене F_юс^спо [3], то есть:

отношение площади поверхностей глухой части южной стены F_юс^гл к общей площади её поверхности:

В связи с тем, что в помещениях, отапливаемых только с помощью инсоляционных систем, основным источником тепловой энергии является солнечное излучение, поступающее через их светопроёмы на южной стене площадью фронтальной поверхности F_спо, средние за промежуток времени Δz значения Q_пол и Q_тп в формуле (1) могут быть как:

где t_в^фΔz — средняя за промежуток времени Δz фактическая температура воздушной среды помещения, отапливаемого только за счёт использования солнечной энергии с помощью инсоляционной системы; t^Δz — средняя за промежуток времени Δz температура окружающей среды.

Подставляя значения в формулу (1), получим:

Результаты численного расчёта по определению среднемесячных значений ф для двух условных экспериментальных смежного [комната, расположенная в средних этажах многоэтажного дома, и находящейся в тепловом контакте с окружающей средой только через южную стену и имеющей q_Fспо = 4,0 Вт/ (м²·°С)] и отдельно стоящего [комната с изолированным чердаком и подвалом и находящейся в тепловом контакте с окружающей средой через северную, восточную, западную и южную стены и имеющей q_Fспо = 13,0 Вт/(м²·°С)] по месяцам отопительного сезона при t_в^к = 18 °C приведён в табл. 1. Из анализа результатов расчётных исследований (табл. 1), следует, что улучшение теплотехнических качеств наружных стеновых ограждений зданий с инсоляционной системой отопления является одним из определяющих факторов повышения их теплотехнической эффективности.