Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса о нормировании потребления тепловой энергии системами ов и обоснование принятого направления исследования 10
1.1. Обзор методов расчета энергопотребления системами обеспечения микроклимата и связанных с ними моделей представления климатической информации 10
1.2. Современный подход к нормированию и расчёту энергопотребления зданием 12
1.2.1. Нормативные показатели энергопотребления 12
1.2.2. Предписывающий и потребительский подходы к выбору теплозащиты здания 14
1.2.3. Процедура расчёта потребления энергии зданием 16
1.2.4. Критика МГСН 2.01-99 21
1.2.5. Обобщение задач по модернизации метода расчёта энергопотребления с учётом специфики рассматриваемых зданий 22
1.3. Действующие нормы проектирования, влияющие на форму здания и теплотехнические характеристики наружных ограждений учебных корпусов ВУЗов 24
1.3.1. Основные геометрические характеристики. Удельная площадь учебных корпусов ВУЗов на одного студента 24
1.3.2. Теплотехнические показатели здания и нормы вентиляции 29
1.4. Оценка архитектурно-планировочных решений и теплотехнических показателей наружных ограждений существующих зданий 30
1.5. Обзор методов расчёта воздушного режима здания 32
1.6. Климатическая информация, необходимая при расчёте сезонного энергопотребления системами ОВ 35
1.7. Цели и задачи исследования 39
2. Подготовка климатической информации 41
2.1. Разработка методики определения интенсивности суммарной солнечной радиации на вертикальных поверхностях при действительных условиях облачности 43
2.2. Распределение скоростей ветра по направлениям 52
3. Выбор расчётных моделей здания 54
4. Разработка метода расчёта воздушного режима многоэтажного здания. реализация метода в алгоритмах расчёта на ЭВМ 58
4.1. Модель воздушного режима здания со сбалансированной вентиляцией 58
4.2. Модель воздушного режима здания с естественной вентиляцией 65
4.2.1. Выбор формул аналитического расчёта коэффициентов местного сопротивления 66
4.2.2. Итерационное решение системы уравнений. Расчёт характеристик сопротивления элементов сети 71
4.3. Организация итерационного расчёта для здания в целом 77
4.4. Принцип построения модели здания в программе расчёта воздушного режима многоэтажного здания. Алгоритмы решения задачи 78
4.5. Методы расчёта систем уравнений воздушного режима здания 87
4.6. Настройка расчёта, точность и время получения результатов 93
4.7. Ввод исходных данных и вид представления результатов расчёта 96
4.8. Требования к вычислительной технике и программному обеспечению 107
5. Методы расчёта инфильтрациоьгной составляющей в теплопотреблении здания 109
5.1. Исследование инфильтрационной составляющей теплопотребления учебных корпусов ВУЗов с помощью расчётов воздушного режима 109
5.1.1. Учёт влияния на инфильтрационную составляющую теплопотерь наличия системы естественной вентиляции и внутренней планировки здания 109
5.1.2. Влияние параметров наружной среды 111
5.2. Методы расчёта внутреннего давления в здании 121
5.2.1. Метод деления ветрового и гравитационного давления пополам 123
5.2.2. Метод усреднения ветрового давления по фасадам 125
5.3. Предлагаемый инженерный метода расчёта инфильтрационной составляющей теплопотерь здания 125
5.4. Определение точности методик 127
5.4.1. Точность методик при сбалансированной механической вентиляции 128
5.4.2. Точность методик при естественной вентиляции 131
5.4.3. Оценка влияния распределения скоростей ветра по направлениям... 132
6. Разработка инженерной методики расчёта удельного теплопотребления 141
6.1 Расчет сезонного теплопотребления системами отопления и вентиляции 141
6.1.1. Теплопотери через наружные ограждения за счёт теплопередачи . 142
6.1.2. Потребности в теплоте на нагревание инфильтрационного воздуха 143
6.1.3. Теплопоступления от людей, оргтехники, электрического освещения 145
6.1.4. Теплопоступления от солнечной радиации 148
6.1.5. Проверка возможности ассимиляции тепловыделений в помещении при регулировании теплоотдачи отопительных приборов 149
6.2. Приведенные трансмиссионный и инфильтрационный коэффициенты здания 153
6.3. Расчет удельных расходов тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий 154
7. Общие выводы 160
8. Список литературы 162
9. Приложение
- Современный подход к нормированию и расчёту энергопотребления зданием
- Распределение скоростей ветра по направлениям
- Модель воздушного режима здания с естественной вентиляцией
- Учёт влияния на инфильтрационную составляющую теплопотерь наличия системы естественной вентиляции и внутренней планировки здания
Введение к работе
Зимы последних лет наглядно показали намечающийся дефицит первичных энергоресурсов. Все чаще естественные энергомонополии говорят о необходимости рационального и эффективного использования имеющихся энергоресурсов. По данным Департамента государственного энергетического надзора и энергосбережения Минтопэнерго России [49], утвержденная в ОАО "Газпром" и РАО "ЕЭС России" отраслевая программа энергосбережения подтверждает актуальность решительных практических шагов в этом направлении.
Для ВУЗов эта задача усугубляется финансовыми проблемами, так как при отсутствии в большинстве из них узлов учета тепловой энергии оплата за нее определяется договорами с предоставляющими тепло организациями, исходя из проектной мощности теплового оборудования здания. Опыт многочисленных потребителей энергии показывает, что при оплате тепла по счетчику затраты снижаются в 2 - 3 раза.
Расточительное расходование тепловой энергии объясняется несколькими причинами. Среди них основными являются: низкий уровень теплозащиты общественных зданий, не отвечающий современным теплотехническим нормам, во-первых, из-за того, что большинство из них построены более 12 лет тому назад, когда действовали другие нормативы теплозащиты, во-вторых, из-за низкого качества строительства и недостаточно хорошей эксплуатации; не всегда удовлетворительное состояние тепловых сетей, подводящих теплоноситель к зданиям, и систем отопления и вентиляции в здании; отсутствие на государственном уровне механизма энергосбережения (применительно к ВУЗам это означает отсутствие контроля за энергопотреблением на нужды отопления и вентиляции (ОВ) при оплате этих расходов из госбюджета, отсутствие в подавляющем большинстве ВУЗов узлов учета тепловой энергии, отсутствие чётких норм энергопотребления для общественных зданий).
Известно, что мероприятия по энергосбережению на нужды ОВ проводятся по трем направлениям: во-первых, повышение теплозащиты здания, во-вторых, увеличение эффективности работы систем теплоснабжения, отопления и вентиляции и, в-третьих, побуждение потребителя энергии к бережному к ней отношению, в том числе организация учета потребленной энергии, формирование тарифов по оплате за энергию и пр. Важнейшей составляющей третьего направления является разработка нормативов энергопотребления на поддержание комфортного микроклимата в зданиях. Эти нормативы должны исходить из минимально необходимого уровня потребления тепловой энергии в конкретных условиях эксплуатации здания.
Первоначальной основой к переходу на энергоэффективный и энергобережливый образ жизни общества в передовых зарубежных странах являлось создание нормативно-правовой базы, минимально достаточной для реальных полномасштабных действий в этом направлении [56].
Все проекты вновь строящихся и реконструируемых зданий в составе своей утверждаемой части должны содержать том «Энергоэффективность», в котором по предписанной территориальными нормами процедуре рассчитывается показатель удельного теплопотребления на нужды ОВ здания, сравнивающиеся с нормативной величиной этого показателя. Поэтому, во-первых, процедура расчёта должна обладать достаточно высокой точностью и, во-вторых, быть доступной для повседневной проектной практики. Сами нормативные показатели теплопотребления здания должны быть получены по той же нормативной процедуре расчёта.
В связи с тем, что в московских территориальных нормах [59] и в практике применения этого документа [50] обнаружились серьёзные недочёты и даже ошибки, в диссертационной работе основное внимание уделено исследованию неправильно рассчитываемых составляющих сезонного теплового баланса зданий и исходных данных для их расчёта: потребности в теплоте на нагревание инфильтрационного воздуха и теплопоступлений от солнечной радиации через заполнения светопроёмов.
Удельные показатели теплопотребления для существующих и вновь проектируемых зданий получены с учётом специфики объёмно-планировочных решений учебных корпусов ВУЗов, заполнения их людьми и оргтехникой, и режима работы этих зданий.
На защиту выносится: - программа расчёта воздушного режима зданий (ВРЗ) со сбалансированной механической приточно-вытяжной и естественной вытяжной вентиляцией; - методика инженерного расчёта инфильтрационной составляющей сезонных теплопотерь здания; - методика пересчёта месячных сумм прямой и рассеянной солнечной радиации с горизонтальной поверхности на вертикальную; - методика получения коэффициента для учёта теплопоступлений в здание при расчёте энергопотребления индивидуально регулируемой системой отопления; - нормативные показатели удельного теплопотребления учебными зданиями ВУЗов.
Научную новизну работы составляют: методика расчёта характеристик сопротивлений тройников с учётом явления эжекции через ответвление; формирование структуры исходных, промежуточных и окончательных данных, реализующей связь геометрических характеристик здания, теплопотерь и аэродинамических показателей помещений с графическим представлением этой информации при расчёте по программе на ЭВМ; универсальность программы, позволяющей рассчитать здания различной конфигурации благодаря модульной структуре задания исходных данных; формулы для инженерного расчёта инфильтрационной составляющей теплопотерь здания в целом. методика получения коэффициента для учёта теплопоступлений в здание при расчёте энергопотребления индивидуально регулируемой системой отопления.
Практическую ценность работы определяют: - программа расчёта воздушного режима зданий для ЭВМ, которая делает доступным выполнение сложных математических расчётов за малое время и наглядно предоставляет результаты расчёта; - методика инженерного расчёта инфильтрационной составляющей теплопотерь с учётом эффективности регулирования системы отопления; - методика пересчёта месячных сумм прямой и рассеянной солнечной радиации с горизонтальной на вертикальные поверхности; - способ учёта теплопоступлений в сезонном энергопотреблении зданий; - удельные показатели теплопотребления учебными корпусами существующих и вновь строящихся зданий.
Современный подход к нормированию и расчёту энергопотребления зданием
Норма теплопотребления системами ОВ необходима для проектирования новых и реконструкции существующих учебных корпусов ВУЗов, а также при проведении энергетических обследований действующих зданий. При этом она является основой для комплексной оценки теплозащиты здания и эффективности систем поддержания теплового микроклимата помещений. В энергетических обследованиях она служит ориентиром для решения вопроса о необходимости проведения энергосберегающих мероприятий в дальнейшем. Кроме того, эта величина может использоваться для оценки качества эксплуатации здания. Таким образом, нормы теплопотребления зданием помогают эффективно задействовать все направления энергосбережения, так как известно [59], что достичь существенной экономии в энергопотреблении можно только за счет их использования.
Теплопотребление системами ОВ зависит от формы здания, этажности, теплотехнических характеристик ограждающих конструкций (в том числе от качества окон и других светопрозрачных ограждений), типа систем ОВ, применяемых средств автоматизации отпуска тепла и поддержания заданного микроклимата в помещениях.
Теплопотери здания складываются из тепловых потоков, уходящих через наружные ограждения за счет теплопередачи и потребности в теплоте на нагревание инфильтрационного воздуха. Последняя величина зависит от сложного воздушного режима здания. В качестве наиболее значимых теплотехнических характеристик здания для расчета удельного энергопотребления системами отопления и вентиляции qhdcs, по которым можно выделить некоторые градации, принимаются параметры, от которых в наибольшей степени зависит qh cs.
Чем шире корпус, тем меньше энергопотребление. Изрезанность фасадов увеличивает потребность в тепле. Увеличение этажности здания снижает удельное энергопотребление здания. Характеристикой формы здания [59] является показатель компактности Khtcb, который учитывает архитектурные, объемно-планировочные и компоновочные решения зданий, оказывающие существенное влияние на энергопотребление. Показатель компактности здания, Khdcs, равен отношению общей площади наружных ограждений Aesum к отапливаемому объему здания Vh: (обозначения величин здесь приняты по [59]).
Расчетный показатель компактности здания для жилых домов ограничен следующими величинами: - 0,25 для зданий 16 этажей и выше; - 0,29 для зданий от 10 до 15 этажей включительно; - 0,32 для зданий от 6 до 9 этажей включительно; - 0,36 для 5-этажных зданий; - 0,43 для 4-этажных зданий; - 0,54 для 3-этажных зданий; - 0,61; 0,54; 0,46 - для двух-, трех-, и четырехэтажных блокированных и секционных зданий. На величину теплопотерь здания значительное влияние оказывает площадь остекления на фасадах. Выделение коэффициента остекления фасадов в [59] объясняется тем, что у окон наименьшее сопротивление теплопередаче из всех ограждающих конструкций, кроме того, они воздухопроницаемы, поэтому, чем меньше остеклённость фасадов, тем меньше энергопотребление. В [76] для жилых и общественных зданий площадь окон (с приведенным сопротивлением теплопередаче меньше 0,56 м"С/Вт) по отношению к суммарной площади светопрозрачных и непрозрачных ограждающих конструкций стен (коэффициент остекления фасада) ограничивается величиной 0,18;
Известно, что в России в области строительства существует два типа нормативных документов - федеральные строительные нормы и правила (СНиПы), обязательные для применения на всей территории страны и в некоторых странах СНГ, и территориальные строительные нормы и правила субъектов федерации (ТСН), применение которых ограничено их территориями. Причем, региональные нормативные требования должны быть не ниже общероссийских.
Общероссийские нормативные требования по теплозащите зданий установлены в [76]. Первым региональным документом в области энергосбережения в зданиях явились московские нормы [59]. В этом документе для проектирования зданий с эффективным использованием энергии, кроме предписывающего поэлементного подхода [76] к сопротивлениям теплопередаче отдельных ограждений, предложен потребительский подход, когда в качестве основного потребительского требования установлен норматив по удельному расходу энергии на отопление здания за отопительный период в местах подключения к системам теплоснабжения или другим источникам энергии, например, природному газу. При этом в здании должны обеспечиваться комфортные условия пребывания в нем людей, что является потребительским свойством здания. Возможность такого подхода предусмотрена СНиП 10-01-94 [82].
Таким образом, выбор теплозащитных свойств здания разрешено осуществлять по одному из двух альтернативных подходов: - потребительскому, когда теплозащитные свойства определяются по нормативному значению удельного энергопотребления здания в целом или его отдельных замкнутых объемов - блок секций, пристроек и прочего; - предписывающему, когда нормативные требования [76] предъявляются к отдельным элементам теплозащиты здания. Выбор подхода разрешается осуществлять заказчику и проектной организации. Для предписывающего подхода численные величины нормативных сопротивлений теплопередаче наружных ограждений, действующих с 2000 года, были приняты, исходя из требуемой экономии тепловой энергии за счет снижения теплопотерь зданий на 40% по сравнению с 1990 годом. Значения удельного энергопотребления здания на отопление за отопительный период для ряда типов зданий приняты по данным расчета теплопотребления типовых зданий с ограждениями, отвечающими поэлементным требованиям новых теплотехнических норм [57]. При потребительском подходе к выбору теплозащиты основным показателем является удельное энергопотребление зданием в целом, нормативные величины которого приведены в табл. 1.
Распределение скоростей ветра по направлениям
В связи с тем, что направление ветра может играть значительную роль в инфильтрационной составляющей теплопотерь здания, для более детального ее расчета были определены повторяемости и средние за месяц скорости по румбам из данных МГУ. Результаты этого расчета представлены в табл. 18. Для сближения полученных данных с нормативной средней скоростью ветра за отопительный период 3,8 м/с, в данной работе была сохранена указанная в табл. 18 повторяемость ветра по направлениям, а средние скорости - пересчитаны, что отображено в табл. 19. 1) Предложенная методика пересчета месячных сумм интенсивностей суммарной радиации с горизонтальной поверхности на вертикальные предназначена для местностей, в которых нет данных для прямого (срочного) пересчета. 2) Таблица месячных и сезонных сумм интенсивности суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации при действительных условиях облачности на горизонтальную и вертикальные поверхности, приведенная в МГСН 2.01-99 [59], требует корректировки. До пересчёта по срочным данным можно воспользоваться полученной выше таблицей (см. табл. 16). 3) Полученное распределение скоростей ветра в г. Москве по направлениям за отопительный период предназначено для расчета сезонных теплопотерь здания. Целью расчетов является определение минимально возможного теплопотребления здания. Поэтому в качестве модели должно быть выбрано здание с максимально реализуемой шириной корпуса. Достижимую ширину корпуса было решено принять по данным реальных проектов или существующих зданий учебных корпусов вузов.
В качестве аналога формы здания для расчетной модели было принято здание Семинарии, запроектированной в 2000 году фирмой «Строй Комплект Сервис», план первого этажа которой представлен в Приложении 1. Форма здания в плане близка к прямоугольной со сторонами в осях наружных стен 30x42 м. На базе этого здания была принята модель учебного корпуса, схемы планов которого показаны на рис. 1. В дальнейшем варианты зданий с этой формой будут именоваться «Моделью №1». Каждый этаж модели можно представить как группу модулей со своими воздухопроницаемыми элементами. Этаж «Модели №1» состоит из 20 модулей (цифры на рисунках - нумерация модулей). Базовым для второй модели здания был принят учебно-лабораторный корпус (УЛБ) МГСУ, имеющий вытянутую прямоугольную форму со сторонами в осях наружных стен 15x90 м. Учебных зданий коридорного типа с подобной шириной корпуса в Москве довольно много.
Схема плана здания «Модели №2» приведена на рис. 2. В «Модели №2» намного больше расчётных элементов и модулей. Первый этаж «Модели №2» состоит из 65 модулей (цифры на рисунке - нумерация модулей), типовой этаж состоит из 86 модулей, чердак (технический этаж) из 23 модулей. Основные геометрические параметры принятых к расчету зданий занесены в табл. 20. К рассмотрению приняты здания указанной формы с числом этажей 4, 6 и 9 каждое, при двух вариантах высоты этажа: 3,3 м и 3,6 м. Некоторые расчёты выполнены для 15 и 20 этажных зданий с высотой этажа 3,6м. Площади остекления фасадов приведены в табл. 21. Варианты расчётов приведены в табл. 22. Разработанная программа предназначена для расчета воздушного режима здания, как со сбалансированной механической вентиляцией, так и с естественной вентиляцией. Постановка задачи учитывает влияние ветрового и гравитационного давлений, сопротивления воздухопроницанию наружных элементов здания (окон, входных дверей), внутренних связей между помещениями. Кроме расчётной части программа оснащена графической, предоставляющей возможность достаточно быстрого получения точной и наглядной картины распределения потоков воздуха по помещениям, а также воздушных и тепловых потоков через воздухопроницаемые элементы здания. Это позволяет не только оценить затраты теплоты на нагрев инфильтрационного воздуха, но и принять верное решение при выборе схемы организации воздухообмена.
Была разработана принципиально новая концепция задания исходных данных, базирующаяся на связи графического изображения помещения с аэродинамическими и теплотехническими характеристиками его ограждений, а также размещения связей между помещениями (использована модульная структура). Воздушный режим современного многоэтажного здания, оборудованного сбалансированной системой механической вентиляции, представляет собой сложную аэродинамическую сеть, воздушные потоки в которой движутся по внутренним аэродинамическим трактам, определяемым объемно-планировочным решением здания, воздухопроницаемостью элементов тракта и температурами наружного и внутреннего воздуха, а также направлением и скоростью ветра. Гравитационное давление Рграв, Па, в любой точке наружного воздуха на высоте h от поверхности земли, равно
Модель воздушного режима здания с естественной вентиляцией
Отличительной чертой тракта системы вентиляции является переменность характеристик сопротивления фасонных частей, зависящих от искомых расходов воздуха по отдельным частям системы. Сложность состоит в том, что известные формулы для определения коэффициентов местных сопротивлений (КМС) тройников (крестовин) дают слишком большой разброс значений при незначительном изменении определяющих факторов. Поэтому характеристики сопротивления элементов вентиляционного тракта приходится определять в итерационном процессе, в котором необходимо увязать располагаемые давления в сети с аэродинамическим сопротивлением тракта при заданных расходах воздуха.
В процессе разработки методики расчета обнаружилась проблема выбора формул для аналитического расчета коэффициентов местного сопротивления элементов вентиляционной сети. Существует обширная литература, в которой приводятся КМС в табличном виде и в виде формул для приближённого вычисления значений КМС в отводах, тройниках и крестовинах с углом ответвления 90, 45 градусов при круглом и прямоугольном сечениях воздуховода. На основе анализа были выбраны формулы П.Н.Каменева и И.Е.Идельчика, которые удовлетворяют требованиям автоматизированного расчёта и при этом имеют достаточную точность.
При определении КМС в тройниках и крестовинах возникают случаи, когда полученный КМС меньше нуля. Это означает, что в элементе наблюдается эжекция, которая создаёт дополнительный подсос воздуха. Такое явление чаще всего наблюдается в присоединениях ответвлений верхних этажей здания к магистральному каналу.
Так как отрицательные значения КМС приводят к отрицательным значениям характеристики сопротивления S, которые в дальнейшем используются под степенной зависимостью, а использование абсолютных значений S недопустимо, так как искажается физическая картина, в расчётах необходимо применить специальные методы, исключающие появление отрицательных величин в подкоренном выражении. характеристик сопротивления элементов сети
Существуют несколько схем организации каналов в сети BE. Рассмотрим наиболее сложную схему с общим магистральным каналом (стволом) и поэтажными ответвлениями (спутниками), которая показана на рис. 7.
На выходе из вентиляционной шахты в точке п действует давление Рп, которое равно атмосферному или давлению разряжения развиваемого вентилятором, установленным на выходе из магистрального канала. В точках 1,2,3... действует давление Р; - давление в узловых точках; В точках 1а, 2а, За... действует давление Рпі - давление внутри помещения с номером І.
Для каждого рядового узла, показанного на рис. 7, можно записать систему уравнений (56). В качестве неизвестных выступают давления в узловых точках и расходы через ответвления, а также через отдельные участки ствола. Известными считаются давления в помещениях, в которых установлены вытяжные решётки для данной вентиляционной сети.
Для определения давлений в узловых точках и расходов необходимо знать характеристики сопротивлений для каждого участка, которые зависят от геометрических характеристик участка, вида местного сопротивления, расхода через этот участок. Зависимость КМС от расхода существенно осложняет решение системы.
Итерационный процесс получения решения общей системы уравнений для всей сети состоит из следующих шагов: 1) задание начальных приближений: расходы на ответвлениях принимаются согласно проектной норме. По ним определяются расходы на магистральных участках. давления в узловых точках назначаются исходя из принятых расходов на ответвлениях и средней характеристики сопротивления S=0.0001 Па/(кг/ч) : КМС для элементов сети, не зависящих от расхода (скорости) потока, проходящего через них задаются по справочнику. К ним относятся отводы, колена, решётки, диффузоры, конфузоры, зонты и другие элементы. 2) определение плотности перемещаемого воздуха в сети: в ответвлениях и в магистральных участках, к которым примыкают ответвления, принимаются плотности, определяемые по температурам внутреннего воздуха в соответствующих помещениях. Зависимость плотности воздуха от температуры рассчитывается по формуле: 3) определение характеристик сопротивления участка, которые складываются из характеристик сопротивления отдельных элементов этого участка Sy4=S S3JI. В качестве элементов выступают, тройник, прямой участок, отвод, решётка и так далее.
При выводе формул для определения S использована формула Дарси-Вейсбаха расчета потерь давления на трение
Учёт влияния на инфильтрационную составляющую теплопотерь наличия системы естественной вентиляции и внутренней планировки здания
Для оценки влияния на инфильтрационную составляющую типа вентиляции в здании, а также внутренней планировки здания были выполнены многовариантные расчёты воздушного режима квадратных и прямоугольных зданий различной этажности с закрытыми и открытыми дверями в лифтовых холлах при различных скоростях и направлениях ветра. Варианты расчётов показаны в табл. 25. Расчёты проводились с помощью программы для ЭВМ, моделирующей воздушный режим здания. Результаты расчётов представлены в табл. 26. При анализе полученных результатов выяснилось, что если в здании открыты двери в лифтовых холлах, прирост энергозатрат, по сравнению с вариантом закрытых дверей, при ветре в широкий фасад в среднем составляет 50%, а при действии ветра в узкий фасад в среднем равен 70%. Однако, суммарные инфильтрационные потери как для широкого, так и для узкого зданий при ветре в широкий и узкий фасад незначительно отличаются друг от друга. Особенно это заметно при малых скоростях ветра.
Если учесть тот факт, что в учебных зданиях двери на лестничных клетках и в лифтовых холлах, как правило, всё время открыты, то режим открытых дверей во всех случаях следует считать опорным.
Из таблицы видно, что при расчёте воздушного режима здания, с учётом действия естественной вентиляции, инфильтрационная составляющая теплового режима здания, оборудованного малым числом систем естественной вытяжной вентиляции, возрастает в среднем на 18-25%, а при значительном числе вытяжных систем естественной вентиляции может возрастать до 3-4 раз. Величина прироста зависит от направления ветра (ориентации здания), этажности, плотности окон, дверей и других факторов.
На производительность системы естественной вентиляции оказывает влияние ряд факторов: наружная и внутренняя температура воздуха (его плотность), высота здания, геометрические размеры участков сети (сечения ствола, ответвлений, соотношение площадей сечений ствола и ответвления, протяжённость...), материал изготовления каналов, аэродинамическое сопротивление решеток на ответвлениях, наличие вспомогательных вентиляторов, аккуратность выполненного монтажа каналов и другие. Также на производительность системы естественной вентиляции оказывает существенное влияние направление и скорость ветра (расположение помещения с вытяжкой относительно направления ветра).
Для оценки количества воздуха поступающего или удаляемого через неплотности окон, дверей и систему естественной вентиляции были смоделированы метеорологические условия для 9-этажного здания см. табл. 27. На рисунках 24-31 изображены кривые изменения расходов воздуха через окна наветренного и подветренного фасадов, внутренние двери и вытяжные решётки системы естественной вентиляции. При норме расхода 40 м /ч (Кабинет преподавателя) видно, что вентиляционная система на наветренном фасаде даже при неплотных окнах (рис. 24-27) с трудом справляется с требуемым расходом, необходимо открытие форточек в этом помещении. А инфильтрационная составляющая меньше расхода удаляемого через систему вентиляции (рис. 27).
Система вытяжной естественной вентиляции ВЕ-1 находится на наветренной стороне, а ВЕ-2 на подветренной.
Из рисунков 24-27 видно, что наружный воздух (через неплотности окон) на нижних этажах поступает в количестве, соизмеримом с величиной удаляемого воздуха через систему естественной вентиляции. А на верхних этажах большая часть воздуха в помещение поступает через двери. В целом по зданию, разумеется, соблюдается баланс между расходом инфильтрационного воздуха, поступающего в здание, вытяжного через решётки систем ВЕ-1 и ВЕ-2 и экфильтрационного.
Из приведённых результатов видно, что приток в помещения, где имеются вытяжные отверстия системы естественной вентиляции, значительно меньше расхода вытяжного воздуха через вытяжную решётку, так как компенсация вытяжки происходит через окна других помещений. Следовательно, с точки зрения обеспечения заданного воздухообмена нерационально предусматривать в одном здании помещения с естественной и механической вентиляцией, так как компенсация вытяжки притоком происходит за счёт инфильтрации через окна не только естественно вентилируемых помещений, но и через окна помещений имеющих сбалансированную механическую вентиляцию. С точки зрения энергосбережения смешанная вентиляция приводит к перерасходу теплоты из-за понижения давления во всех помещениях.
