Сохранение прохлады в летнее время

Задача поддержания прохлады жилой зоны Cliff House в летнее время решена достаточно простыми средствами:

· почти никакого прямого солнечного света не попадает в жилую зону, т.к. с южной стороны она затенена теплицей;

· дом очень хорошо теплоизолирован (восточные, западные и северные окна имеют тепловое сопротивление R=0,9).

Температура нижней области бункера с камнями около 21°С, а зачастую и ниже, и поток воздуха, подаваемый системой принудительной вентиляции из этой области в комнаты, поддерживает температуру в них ниже 26°С почти во всех ситуациях.

Если температура в бункере с камнями стремится превысить допустимую, то жильцы могут открыть воздухозаборник, расположенный в северной оконечности подпольного канала, ориентированного по оси север-юг, и увеличить, таким образом приток прохладного ночного воздуха. Специальный вентилятор подачи наружного воздуха, расположенный в этом воздухозаборнике, может использоваться для увеличения подачи воздуха, незначительная часть которого попадает в бункер с камнями напрямую.

Большая часть прохладного воздуха, подаваемого системой принудительной воздушной вентиляции, движется на кухню и чердак. Для достижения чердака воздух течет по подпольному каналу (ориентирован по оси запад-восток) и отсюда вверх по каналу, расположенному в массиве структуры вытяжной трубы и параллельному каминному дымоходу (канал находится в 0,9 м восточнее дымохода). Подаваемый воздух выпускается вблизи пола чердака и, будучи прохладным, быстро опускается через лестничные клетки, через верхний и нижний этаж, охлаждая оба уровня.

Рис. 25. На плане показано подполье Cliff House и расположение каналов, через которые подается прохладный воздух (в летнюю ночь, например).

Конечно, если температура в верхней системе аккумулирования тепла стремится превысить допустимую, жильцы могут открыть одно или оба вентиляционных окна площадью по 2 м² каждое, расположенные во фронтонах дома. Если оба этих вентиляционных окна открыты, то господствующий западный ветер может понизить температуру очень быстро. При желании жильцов использовать предварительный солнечный подогрев воды в системе внутреннего горячего водоснабжения, они должны будут поддерживать температуру в верхней системе аккумулирования тепла около 54°С в течение всего лета. В этом случае они могут открывать только одно вентиляционное окно (вероятнее всего восточное) потому, что с господствующим западным ветром давление в районе этого окна будет падать, облегчая вытягивание горячего воздуха из теплицы.

Рис. 26. Вертикальный разрез вид с северо-востока, показано расположение некоторых главных путей потоков приточного прохладного воздуха в летнюю ночь. Одна часть прохладного воздуха, который подается через воздухозаборник, расположенный в северо-западном углу цоколя дома, проходит 4,5 м на юг по каналу, ориентированному в направлении север-юг, затем движется вверх и поступает на кухню. Другая часть движется далее на юг по тому же каналу и затем проходит 7,2 м на восток по каналу, ориентированному в направлении запад-восток, затем движется вверх по каналу в пределах массива структуры вытяжной трубы и поступает в центральное помещение чердака. Часть этого воздуха затем опускается через лестничные клетки, охлаждая комнаты обоих уровней. Другая часть его выходит наружу через вентиляционные окна чердака.
Примечание: если жильцы открывают западную дверь теплицы прохладный воздух будет поступать туда тоже.

Приложение

Метод градусо-дней

Этот метод расчета нагрузки отопления здания основан на том, что количество тепла, необходимое для поддержания комфортной температуры в помещении, зависит, главным образом, от разности температур внутри и снаружи здания. Месячная нагрузка отопления здания L_s, температура в котором поддерживается равной 22°С, предполагается пропорциональной числу градусо-дней в течение месяца:

L_s=U *A*D,

где D - число градусо-дней в месяц; U - полный коэффициент тепловых потерь; A - площадь поверхности здания.

Понятие "градусо-день" в некотором смысле сходно с измерением трудозатрат в человеко-днях. Работу, которую 1 человек выполняет за 1 день, можно определить в количестве 1 чел-дня. Аналогичным образом, если температура наружного воздуха на 1°С ниже температуры воздуха в здании в течение 1 дня, то отопительная нагрузка на здание может быть оценена в 1 град-день.

Число градусо-дней для одного дня - разность температуры 18,3°С и среднесуточной температуры наружного воздуха (определяемой как среднее максимальное и минимальное значений температуры в течение суток). Если среднесуточная температура выше 18,3°С, то число градусо-дней для этого дня принимается равным нулю. Значение температуры, по отношению к которому ведется отсчет градусо-дней, принято равным 18,3°С, а не 22°С в связи с тем, что внутренние источники тепла (печи, бытовые электрические приборы, осветительные приборы, тепловыделения людей и т.п.), а также солнечная радиация, поступающая через окна внутрь здания, как правило, обеспечивают повышение температуры с 18,3°С до комфортного уровня 22°С. Месячное число градусо-дней - это сумма градусо-дней, соответствующих каждому дню месяца. Многочисленные измерения расхода топлива показали, что месячная нагрузка отопления здания почти пропорциональна месячному числу градусо-дней, рассчитанному рассмотренным выше методом.

Величина U*A может быть определена различными способами. Для существующих зданий, в которых регистрировалось потребление топлива, произведение U*A можно получить, разделив количество тепла, необходимое для обогрева здания в течение некоторого периода времени (и вычисленного с учетом теплотворной способности топлива и КПД отопительной системы), на полное число градусо-дней за тот же период времени:

U*A=(N _F*H _F*n_F)/D,

где N _F - количество потребляемого тепла; H _F - теплотворная способность топлива; n _F - средний КПД отопительной системы, обычно равный 0,5...0,6 и 1,0 в случае электрического нагрева.

Для новых зданий величину U*A можно рассчитать, рассматривая элементы конструкции и определяя расчетную нагрузку отопления и расчетную разность температур:

U*A= расчетная отопительная нагрузка/расчетная разность температур.

Определение расчетной нагрузки - довольно утомительное дело. Однако для любого здания этот расчет достаточно провести только один раз. Метод определения расчетной нагрузки отопления достаточно прост. Следующий пример показывает, как можно определить среднюю месячную нагрузку отопления здания по расчетной нагрузке.

Пример

Расчетная нагрузка отопления здания в Сиракузе (шт. Нью-Йорк) составляет 22042 Вт, а расчетная разность температур 47,2°С. Определить среднюю месячную нагрузку отопления здания, если оно расположено в Мадисоне (шт. Висконсин).

Величина U*A равна частному от деления расчетной нагрузки на расчетную разность температур и для этого здания составляет:

U*A =22042/47,2=467 Вт/°С.

Зная U*A и число градусо-дней для каждого месяца, нетрудно рассчитать искомую величину. Средние многолетние месячные суммы градусо-дней в Мадисоне заимствованы из справочника. Нагрузка отопления в январе составляет:

L _s=467*830=387610 Вт*сут=33,5 ГДж.

Таблица 1. Нагрузки отопления и горячего водоснабжения

Месяц	Число дней в месяце	Месячная сумма градусо-дней (град*сут)	Нагрузка отопления Ls, ГДж	Нагрузка горячего водоснабжения Lw, ГДж	Суммарная нагрузка L, ГДж
Январь			33,5	2,6	36,1
Февраль			28,1	2,3	30,4
Март			24,2	2,6	26,8
Апрель			13,2	2,5	15,7
Май			6,7	2,6	9,3
Июнь			1,6	2,5	4,1
Июль			0,3	2,6	2,9
Август			0,9	2,6	3,5
Сентябрь			3,9	2,5	6,4
Октябрь			10,6	2,6	13,2
Ноябрь			20,4	2,5	22,9
Декабрь			29,9	2,6	32,5
Всего			173,3	30,5	203,8

 

Дополнительное преимущество использования понятия градусо-дней заключается в том, что с его помошью можно довольно просто определить количество энергии, которое потребляет здание в течение года.

Следует заметить, что эти расчеты наиболее верны для малых зданий, т.к. в крупных административных зданиях теплопоступления от внутренних источников тепла составляют значительно большую часть общих теплопоступлений.