Метеорологические факторы теплового режима зданий
Л.Е.Анапольская, Л.С.Гандин
Гидрометиоиздат
1973 г.
В книге систематически изложены результаты исследований авторов и их сотрудников по проблеме влияния метеорологических факторов на тепловой режим здании. На основе физико-математической модели, подробно рассматриваемой в монографии, предложены и использованы новые комплексные метеорологические параметры, от которых зависит тепловой режим зданий. Климатологическое обобщение данных по этим параметрам позволило провести районирование территории СССР соответственно данной проблеме.
Книга рассчитана на метеорологов, интересующихся строительной метеорологией и климатологией, а также на аспирантов и студентов соответствующих специальностей. Она может быть полезна также для специалистов по строительной теплотехнике, отоплению и вентиляции и инженеров-проектировщиков.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В течение ряда лет в Главном геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова (ГГО) производились исследования влияния метеорологических факторов на тепловой режим зданий. Эти исследования привели к построению физико-математической модели воздействия метеорологической среды на тепловой режим здании. На основании соотношений модели предложен ряд методов обработки метеорологической информации. Реализация этих методов на массовом материале наблюдений позволила получить и проанализировать климатические распределения параметров, описывающих различные стороны влияния метеорологических факторов на тепловой режим зданий.
В настоящее время первый этап этих исследовании можно считать завершенным и целесообразно изложить постановку и результаты исследований в систематической форме. Эту цель и преследует предлагаемая книга. При ее написании авторы считали своей главной задачей в максимальной мере способствовать как внедрению уже полученных результатов, так и дальнейшему развитию и расширению фронта исследований. Этой задачей определяется ряд особенностей изложения.
Во-первых, в работе уделено большое внимание принципиальной стороне дела, начиная от характеристики рассматриваемой задачи как проблемы прикладной метеорологии п кончая детальным обсуждением физических допущений, принятых при построении физико-математической модели, а вытекающих и I них ограничений применимости полученных результатов. Подробное изложение этих вопросов должно, как нам представляется, способствовать правильному пониманию содержания полученных результатов и возможностей их использования.
Во-вторых, наряду с решенными задачами в работе рассматриваются и такие, попытки достаточно удовлетворительного решения которых наталкиваются на существенные трудности. Обсуждаются пути преодоления таких трудностей и тем самым намечаются направления дальнейших исследований по рассматриваемой проблеме.
В-третьих, всюду, где это представлялось возможным, результаты доведены до стадии климатологических обобщений и конкретных рекомендаций. Многие из материалов этого рода могут быть уже в ближайшее время внедрены в практику.
В-четвертых, в работе почти не обсуждаются исследования, в которых влияние метеорологических факторов па тепловой режим здании рассматривается не с позиции прикладной метеорологии. Иначе говоря, предлагаемая работа отнюдь не представляет собой монографию по проблеме теплового режима зданий, а посвящена лишь систематическому изложению исследований авторов и их сотрудников но этой проблеме. Вследствие этого в работе нет обзорной части, а данные других авторов упоминаются лишь в той мере, в какой без этого нельзя било обойтись.
На разных стадиях исследований по данной проблеме в них наряду с авторами принимали участие 3. И. Пивоварова, Г. В.Ци-ценко, Д. Г. Мандель, Ф. 3. Лукина, Г. Г. Любченко, Л. П. Клягина, О. Б. Патина. Эти сотрудники внесли существенный вклад в исследования, н мы рады возможности выразить им свою глубокую признательность. Мы весьма благодарны также нашим коллегам— специалистам но строительству, отоплению, экономике — Э. И. Реттеру, С. А. Чистовичу, И. С. Л иберу, Л. Д. Богуславскому, В. П. Богословскому, Д. М. Сорочкпной, Б. И. Мордсону. Критические замечания и советы, высказанные ими, оказали большое влияние па совершенствование исследований в ГГО.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.............................. 3
Введение ................................ 5
§ 1. Прикладная метеорология и климатология............ 5
1.1. Метеорологическая информация и обслуживание народного хозяйства ......................... 5
1.2. Прикладная метеорология и ее задачи......... 7
1.3. Эмпирический и теоретический подходы к задачам прикладной метеорологии ...... ............... 9
1.4. Прикладная метеорология и прикладная климатология ... 12
§ 2. Влияние метеорологических факторов на тепловой режим зданий как проблема прикладной метеорологии ............
2.1. Общие соображения ....................
2.2. Одномерность и стационарность............... 16
2.3. Кондуктивный теплообмен................. 18
2.4. Теплообмен, обусловленный воздухообменом........ 19
2.5. Лучистый теплообмен ................... 21
Глава I. Метеорологические факторы максимальных теплопотерь . . . 23
§ 3. Кондуктивные теплопотери................... 23
3.1. Стационарный одномерный теплообмен........... 23
3.2. Термическое сопротивление................. 21
3.3. Теплоотдача наружного и внутреннего воздуха....... 26
3.4. Осреднение кондуктивных потоков.............. 28
§ 4. Копдуктивно-инфильтрационные теплопотери.......... 30
4.1. Воздухообмен и теплопотери................ 30
4.2. Кондуктивио-инфильтрационный теплообмен при заданной скорости воздухопроницания ................ 32
4.3 Кондуктивно-инфильтрационнып поток через оконную часть ограждения......................... 31
4.4. Зависимость воздухопроницания от скорости ветра..... 36
4.5 Удельные теплопотери через ограждение при наличии воздухообмена .......................... 39
§ 5. Эффективная температура теплопотерь............. 12
5.1. Определение и смысл эффективной температуры теплопотерь 42
5.2. Расчет эффективной температуры............. 45
5.3. Расчет минимальных эффективных температур....... 53
§ 6. Климат зим и формирование эффективных температур...... 56
6.1. Эффективные температуры па территории СССР...... 56
6.2. Климат зим в различных районах СССР.......... 59
6.3. Оценка максимальных теплопотерь зданий различными методами ....................... 100
7 Районирование территории СССР по эффективным температурам 104 74. Распределение эффективных температур и критерии районирования ......................... I"
7.2. Районирование территории СССР по эффективным температурам..................... Юб
Глава II. Теория стационарною теплового режима зданий....... 111
§ 8 Лучистые потоки тепла и тепловой режим зданий......
8.1. Общие соображения.................. 111
8.2. Радиационный баланс наружной поверхности стены ... 112
8.3. Радиационный баланс окон............. 115
8.4. Методы пересчета лучистых потоков......... 118
8.5. Данные о лучистых потоках на вертикальные поверхности 120
§ 9 Кондуктивно-радиационные теплопотери.......... 123
9.1. Кондуктивно-радиационный поток тепла....... 123
9.2. Осреднение конструктивно-радиационных потоков .... 126
9.3. Здание без окон..................... 130
9.4. Оценка радиационных теплопоступлений....... 132
§ 10. Теплопотери в общем случае................. 134
10.1. Постановка задачи................... 134
10.2. Поток тепла через окна................. 135
10.3. Теплопотери через окна.................. 133
10.4. Тепловой баланс внутреннего воздуха.......... 141
10.5. Оценки членов теплового баланса...... ....... 144
10.6. Эффективная температура и дефицит тепла........ 148
ГЛАВА III- Нормы теплопотерь.................... 150
§ 11. Режим отопления и дефициты тепла.............. 150
11.1. Режим отопления.................... 150
11.2. Нормы теплопотерь и дефициты тепла.......... 152
11.3. Обоснование расчета норм теплопотерь по осредненным метеорологическим параметрам............... 156
11.4. Метод сценки изменчивости дефицитов тепла....... 161
§ 12 Влияние климатических факторов на дефициты тепла..... 164
12.1. Общие соображения........ ........... 164
12.2. Интегральные характеристики норм дефицита тепла в различных климатических условиях.............. 167
12.3. Годовой ход теплопотерь................ 171
12.4. Продолжительность и суровость отопительного периода . . 174
§ 13 Влияние параметров ограждений на режим теплопотерь в различных климатических условиях.............. 178
13.1. Общие соображения................... 178
13.2. Влияние относительной площади окон.......... 179
13.3. Пример экономической оптимизации........... 182
13.4. Влияние сопротивления стен и воздухопроницаемости ограждения.......................... 185
§ 14. Распределение дефицита тепла на территории СССР...... 188
14.1. Общие соображения.................... 188
14.2. Дефицит тепла, обусловленный действием температуры воздуха......................... 189
1 4.3. Дефицит тепла, обусловленный действием ветра..... 189
14.4. Изменение теплопотерь зданий под действием радиации 193
14.5. Климатические особенности распределения дефицита тепла 197
14.6. Длительность отопительного периода и оценка его суровости на территории СССР . ................ 200
§ 1 5. Опыт комплексного районирования по метеорологическим факторам теплового режима зданий............... 206
15.1. Задачи комплексного районирования........... 206
1 5.2. Параметры комплексного районирования........., 207
15.3. Общая характеристика районов.............. 207
15.4. Соотношение между периодами теплопотерь и теплопоступленнй в зданиях............ . ......... 211
Дополнение........................ 214
§ 16. Вопросы регулирования подачи тепла.............. 214
16.1. Отопительные графики.................. 214
16.2. Учет ветра при регулировании подачи їепла....... 216
16.3. Возможности учета лучистых теплопоступлений . .... 220
16.4. Требования к специализированному прогнозу погоды . . . 223
§ 17. К теории нестационарного теплового режима зданий..... 224
17.1. Постановка задачи.................... 224
17.2. Простейшая нестационарная модель........... 228
17.3. Спектральный подход................... 230
17.4. Пути обобщения теории.................. 233
