Использование проветривания для пассивной климатизации помещений жилых зданий

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОВЕТРИВАНИЯ ДЛЯ ПАССИВНОЙ КЛИМАТИЗАЦИИ ПОМЕЩЕНИЙ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

Псаров С.А.

ТОГУ, г. Хабаровск, Россия

Абстракт

В данной работе исследовано обеспечение теплового комфорта в жилых комнатах квартир посредством естественной вентиляции при наличии и отсутствии углового или сквозного проветривания квартир. Показано, что наличие углового и сквозного проветривания в условиях климата г. Хабаровска позволяет уменьшить количество часов теплового дискомфорта более чем в два раза. Показано, что наличие москитной сетки и других факторов, уменьшающих воздухообмен в помещениях, практически не оказывает влияния на тепловой комфорт при угловом и сквозном проветривании, в тоже время оказывает существенное влияние в квартирах, все окна которых выходят на одну сторону света.

Ключевые слова: естественная вентиляция, климатизация жилых помещений, угловое и сквозное проветривание, кратность воздухообмена.

Abstract

Psarov S.A.

PNU, Khabarovsk, Russia

THE EFFECT OF AERATIONON PASSIVE CLIMATIZATION OF RESIDENTAL BUILDINGS

In this article, we have investigated the provision of thermal comfort in living rooms of apartments through natural ventilation in the presence and absence of angular or through ventilation has been investigated. It is shown that the presence of angular and through ventilation in the climate of Khabarovsk allows reducing the number of hours of thermal discomfort by more than two times. It is shown that the presence of a mosquito net and other factors that reduce air exchange in rooms has practically no effect on thermal comfort in angular and through ventilation, while at the same time it has a significant effect in apartments, all windows overlooking one side of the world. In this paper, we investigated the increase in thermal comfort by increasing the air exchange rate in rooms using natural ventilation, and also by increasing the air mobility from 0.15 m/s to 0.8 m/s using local driving devices: floor and ceiling fans. Calculations have been made for three two-room apartments having the same area and different types of ventilation: corner (one of the rooms of the apartment has a window in the end wall of the building), through (the apartment's rooms face different sides of the building) and not having additional airing (all rooms of the apartment and kitchen have windows on one side of the building).

Keywords: natural ventilation, air conditioning of living quarters, angular and through ventilation, ventilation air change rate.

Введение

Тепловой комфорт является одним из основных аспектов, влияющих на качество проживания и потребление тепловой и электрической энергии для климатизации зданий. В зданиях, построенных с учетом современных требований к тепловой защите, возникновение перегревов из-за бытовых тепло- поступлений и теплопоступлений от солнечной радиации возможны при температурах наружного воздуха выше минус 5С. При этом использование естественной вентиляции для охлаждения зданий приводит к существенной экономии энергии, необходимой для климатизации. С физической точки зрения увеличение кратности воздухообмена в помещении приводит к уменьшению температуры воздуха, если температура наружного воздуха ниже температуры воздуха в помещении, и увеличению подвижности воздуха, что также приводит к увеличению теплоотдачи от человека и увеличению теплового комфорта при повышенной температуре воздуха. тепловой комфорт квартира вентиляция

В данной работе исследовано увеличение теплового комфорта за счет увеличения кратности воздухообмена в помещениях при использовании естественной вентиляции, а также за счет увеличения подвижности воздуха от 0,15 м/с до 0,8 м/с при использовании локальных побуждающих устройств: напольных и потолочных вентиляторов. Расчеты проведены для трех двухкомнатных квартир, имеющих одинаковую площадь и различные типы проветривания: угловое (одна из комнат квартиры имеет окно в торцевой стене здания), сквозное (комнаты квартиры выходят на различные стороны здания) и не имеющей дополнительного проветривания (все комнаты квартиры и кухня имеют окна с одной стороны здания).

1. Исходные данные для расчета и анализа

Расчеты количества комфортных и дискомфортных часов в течение года проведены в программе EnergyPlus [1]. Термическое сопротивление наружных стен соответствует современным требованиям СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». Светопрозрачные конструкции: двухкамерный стеклопакет из обычного стекла с заполнением межстекольного пространства воздухом. Окна стандартные двух- и трехстворчатые с одной открываемой створкой с москитной сеткой. Площади квартир 48 м2, количество жильцов: 4 человека, режим пребывания постоянный. Бытовые теплопоступления: от жильцов - 72 Вт/чел с 23-00 до 07-00, 126 Вт/чел в остальное время; от электрооборудования: в жилых комнатах 5 Вт/м2 с 07-00 до 23-00, 0 Вт/м2 в остальное время, 31 Вт/м2 в кухне с 07-00 до 08-00, с 12-00 до 14-00, с 17-00 до 2100, 4 Вт/м2 в остальное время. Данный объем теплопоступлений от электрооборудования соответствует потреблению приблизительно 200 кВт-час электроэнергии в месяц.

В качестве наружных климатических условий при расчете использовались часовые климатические данные для г. Хабаровска, усредненные за пятнадцать лет. Эти данные использовались для определения температуры наружного воздуха, солнечной радиации и теплопоступлений от солнечной радиации, скорости и направления ветра для расчета углового и сквозного проветриваний при открывании окон, влажности наружного воздуха.

При расчетах предполагалось наличие в квартирах системы отопления и отсутствие кондиционирования. Для обеспечения теплового комфорта в летний и переходный периоды предполагалось открывание окон жильцами и включение вентиляторов для увеличения подвижности воздуха и теплоотдачи от людей. Воздухообмен рассчитывался на основании действительных данных о скорости направлении ветра в г. Хабаровске и степени открытия окон, обеспечивающей тепловой комфорт.

Состояние теплового комфорта определялось на основании [2], при этом считалось, что тепловой комфорт соответствует значениям PMV от минус 0,7 до плюс 0,7. Кроме того, состояние, при котором влажность воздуха в жилых комнатах квартир превышала 70%, считалось дискомфортным при любом значении PMV. Тепловой комфорт людей учитывался только в жилых комнатах квартир. В кухнях и ванных комнатах квартир тепловой комфорт не рассчитывался. Наличие каналов вытяжной вентиляции предполагалось в ванных комнатах и кухнях квартир. В зимний период все внутренние двери в квартире считались открытыми. В летний и переходный периоды двери между комнатами и коридорами всегда считались открытыми, двери между кухней и комнатой считались открытыми только при потоке воздуха из комнат в кухню и закрытыми в противоположном случае.

Расчеты теплового комфорта и количества дискомфортных часов проведены для трех двухкомнатных квартир, имеющих одинаковую площадь 48 м² и различные типы проветривания: без дополнительного проветривания, угловое проветривание, сквозное проветривание. Расчеты проводились для двух значений подвижности воздуха 0,15 м/с и 0,8 м/с и восьми направлений главного фасада по сторонам света. При этом для квартиры с угловым проветриванием за главный фасад принимался фасад, на который выходят окна всех комнат и кухни (не торцевой фасад, на который выходит одно окно одной комнаты); для квартиры со сквозным проветриванием за главный фасад принимался фасад, на который выходят окна одной комнаты и кухни (окно другой комнаты выходит на противоположный фасад).

2. Результаты и обсуждение

На рис. 1 приведены значения PMV за годовой период для подвижности воздуха 0,15 м/с для южного фасада и трех различных типов проветривания. На рис. 1 видно, что в при отсутствии углового или сквозного проветривания в современных утепленных зданиях значения PMV превышают 0,7 в отопительных период (марте и октябре). Кроме того, в летний период в течение приблизительно 2000 часов тепловой комфорт не обеспечивается ни в одной из квартир при любом способе проветривания.

Количество часов от начала года

Рисунок 1. Значения PMV за годовой период для подвижности воздуха 0,15 м/с для южного фасада и трех различных типов проветривания

Рисунок 2. Значения PMV за годовой период для двух подвижностей воздуха 0,15 м/с и 0,8 м/с для южного фасада и квартиры с угловым проветриванием

На рис. 2 приведены значения PMV за годовой период для двух подвижностей воздуха 0,15 м/с и 0,8 м/с для южного фасада и углового проветривания. Программа EnergyPlus позволяет определять включение и выключение вентиляторов только по расписанию и не позволяет включать вентиляторы по условию теплового комфорта. Поэтому в зимний период вентиляторы всегда выключены, а в летний период всегда включены. На рис. 2 видно, что при использовании вентилятора, количество дискомфортных часов существенно уменьшается (с 1752 до 1088 часов за год).

На рис. 3 приведены достигаемые кратности воздухообмена для трех типов проветривания для южного фасада. На рис. 3 видно, что максимальные кратности воздухообмена достигаются для квартир с угловым проветриванием. При этом при наличии углового или сквозного проветривания кратность воздухообмена может достигать 20 час^-1, что в 4 - 5 раз больше максимальной кратности воздухообмена в квартирах без проветривания.

Рисунок 3. Кратности воздухообмена для трех типов проветривания для южного фасада

На рис. 4 показано количество часов дискомфорта для различных направлений главных фасадов и подвижности воздуха 0,8 м/с. Северное, северо-восточное и северо-западное направление недопустимы для квартир, все окна которых выходят на одну сторону, на рис. 4 данные для этих сторон света приведены только для сравнения. Отметим, что увеличение подвижности воздуха от 0,15 до 0,8 м/с приводит к уменьшению количества дискомфортных часов на 80 - 100%. При этом сравнение рис. 3 и 4 показывает, что увеличение кратности воздухообмена в несколько раз (угловое проветривание и отсутствие проветривания) приводит к уменьшению количества дискомфортных часов на 40-50% (с 1700 до 1000 часов).

Рисунок 4. Количество часов дискомфорта для различных направлений главных фасадов подвижности воздуха 0,8 м/с

На рис. 5 приведено количество часов дискомфорта в зависимости от пропускной способности окна: степени открывания окна, наличия москитной сетки и т.д. При наличии углового и сквозного проветривания наличие москитной сетки и других факторов, препятствующих воздухообмену в жилых комнатах, практически не оказывает влияния на тепловой комфорт в помещении при значениях от 0,4 до 1,0. Это приблизительно соответствует наличию москитной сетки и неполному открыванию окна. При отсутствии проветривания зависимость оказывается более крутой из-за отсутствия влияния ветрового давления, поэтому установка москитной сетки (уменьшение пропускной способности окна от 1,0 до 0,5) приводит к увеличению дискомфортных часов более чем в два раза (с 400 до 1100).

Пропускная способность окна

Рисунок 5. Количество часов дискомфорта в зависимости от пропускной способности окна: степени открывания окна, наличия москитной сетки и других факторов, влияющих на воздухообмен в комнатах

Заключение

В работе показано, что наличие углового и сквозного проветривания в условиях климата г. Хабаровска в современных утепленных зданиях позволяет уменьшить количество часов теплового дискомфорта от приблизительно 1200 до 500 часов. При этом дальнейшее уменьшение количества дискомфортных часов невозможно без применения кондиционирования. Показано, что наличие москитной сетки и других факторов, уменьшающих воздухообмен в помещениях, практически не оказывает влияния на тепловой комфорт при угловом и сквозном проветривании, в тоже время оказывает существенное влияние в квартирах, все окна которых выходят на одну сторону света (количество дискомфортных часов увеличивается в два раза).

Библиографические ссылки на источники

1. Crawley, D. B., Pedersen, C. O., Lawrie, L. K., Winkelmann, F C. EnergyPlus: Energy Simulation Program. - ASHRAE Journal. - 2000. V. 42. - P. 49 - 56.

2. ГОСТ Р ИСО 7730-2009 Эргономика термальной среды. Аналитическое определение и интерпретация комфортности теплового режима с использованием расчета показателей PMV и PPD и критериев локального теплового комфорта.

Размещено на Allbest.ru