Микроклимат помещения – состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека, характеризуемое показателями температуры воздуха и ограждающих конструкций, влажностью и подвижностью воздуха.
Согласно ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» для человека, находящегося в спокойном состоянии, комфортной является температура воздуха 21–23 оС, при легкой работе – 19–21 оС, при тяжелой работе – 14–16 оС [2]. При определении расчетных метеорологических условий в помещениях учитываются интенсивность труда, характер тепловыделений и выделений загрязняющих атмосферу веществ, период года. Оптимальные значения относительной влажности воздуха находятся в диапазоне 40–60 %. Оптимальные скорости воздуха в помещении для холодного периода года принимаются 0,2–0,3 м/с, а для теплого 0,2–0,5 м/с [2].
Влияние ветра на дома и жилую застройку сказывается довольно сильно. При приближении ветрового потока к зданию он начинает оказывать давление на ту часть фасада, которая обращена к нему (наветренная часть здания). В результате с этой стороны здания образуется зона повышенного давления или ветровой подпор, при котором холодный воздух более интенсивно начинает проникать через стены, окна, стыки, щели внутрь жилых помещений, сильно их охлаждая (данное явление называется инфильтрацией). Среди трех факторов (ветровое давление, гравитационное давление, давление под действием системы вентиляции), определяющих инфильтрационный перепад давлений, ветровой напор наиболее значим [1].
Обогнув здание, ветровой поток продолжает свое движение, образуя с противоположной стороны (заветренная или подветренная часть здания) – зону пониженного давления или ветровой отсос. В результате этого возникает значительный перепад давлений с двух противоположных сторон дома, что способствует проникновению холодного воздуха в помещение, более интенсивному движению воздуха внутри дома от наветренной стороны к противоположной, сильные сквозняки, выветривающие тепло из комнат, понижение температуры внутреннего воздуха и резкое увеличение тепловых потерь зимой.
Увеличение скорости ветра при неизменной температуре наружного воздуха вызывает увеличение давления на наветренный фасад здания, в результате чего увеличивается теплопотери помещения, связанные с нагревом поступающего воздуха. Следует отметить, что скорость и направление ветра оказывают более сильное воздействие на распределение воздушных потоков в системе вентиляции и на расходы инфильтрации, чем температура наружного воздуха. Изменение температуры наружного воздуха от –15 °С до –30 °С приводит к такому увеличению воздухообмена в квартире, как и увеличение скорости ветра от 3 до 3,6 м/с [3].
Возрастание скорости ветра не сказывается на расходе воздуха, удаляемого из квартиры подветренного фасада. Однако при не достаточно герметичных входных дверях приток в квартиры уменьшается через окна и увеличивается через двери. Поэтому к входным дверям в квартиры СНиП «Строительная теплотехника» [5] предъявляется требование высокой герметичности, обеспечивающей воздухопроницаемость не более 1,5 кг/ч·м2.
Кроме того, неплотность квартирных дверей порождает проблему перетекания отработанного воздуха из квартир нижних этажей по лестничной клетке в квартиры верхних этажей [5], в результате чего даже при хорошо работающей вытяжной вентиляции приток свежего воздуха значительно сокращается. В зданиях с односторонним расположением квартир эта проблема усугубляется.
При естественной вытяжной вентиляции окна играют роль приточных устройств. С одной стороны малая воздухопроницаемость окон приводит к нежелательному сокращению воздухообмена, а с другой – к экономии теплоты на подогрев инфильтрационного воздуха. Воздухопроницаемость окон жилых зданий по СНиП «Строительная теплотехника» не должна превышать 5 кг/ч·м2 для пластиковых и алюминиевых окон, 6 кг/ч·м2 – для деревянных.
Согласно действующим нормам расход инфильтрующегося воздуха можно определить по нормируемым значениям, либо по располагаемой разности давлений:
где A1, A2 – площади наружных ограждающих конструкций, м2, соответственно световых проемов и других ограждений; A3 – площадь щелей, неплотностей и проемов в наружных ограждающих конструкциях; Ru – сопротивление воздухопроницанию, м2∙Па/кг; GН – нормативная воздухопроницаемость наружных ограждающих конструкций, кг/(м2ч); l –длина стыков панелей, м; 
– расчетная разность между давлениями на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций соответственно на расчетном этаже при Dp=10 Па:
H – высота здания, м, от уровня земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или шахты; hi – расчетная высота, м, от уровня земли до верха окон, балконных дверей, дверей, ворот проемов или до оси горизонтальных и середины вертикальных стыков стеновых панелей; pi – плотность, кг/м3, наружного воздуха; v – скорость ветра, м/с; ce,n, ce,p – аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждений; k – коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания; pint – условно-постоянное давление воздуха, Па, в помещении, определяемое расчетом из условия соблюдения равенства масс воздуха, поступающего в помещение и удаляемого из него в результате инфильтрации через ограждающие конструкции; в помещениях, имеющих системы с искусственным побуждением при расчете следует учитывать дисбаланс масс воздуха, подаваемых и удаляемых этими системами из помещения; gi, gp – удельный вес, Н/м3, наружного воздуха и воздуха помещения, удельный вес определяется по формуле: 
.
Однако при увеличении ветровой нагрузки теплопотери увеличиваются не только за счет тепла на нагрев инфильтрующегося воздуха, но и за счет увеличения коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности. Расход тепла для зданий при отсутствии ветра и расчетной температуре наружного воздуха tнр составляет около 80 % от расхода тепла при расчетной скорости ветра Vp= 5 м/с.
Согласно расчетным данным МНИИТЭП [6] о влиянии скорости ветра на теплопотери при различных температурах наружного воздуха для 16-этажного здания, расход тепла для заветренного фасада и при отсутствии ветра для большей части отопительного сезона составляет 80-88 % от расхода тепла наветренным фасадом при расчетной скорости ветра 5 м/с.
Известна методика расчета текущей тепловой нагрузки на отопление здания, учитывающая расчетную скорость ветра и значение текущей наружной температуры [6]:
– эмпирическая зависимость, характеризующая искомое изменение расхода тепла на отопление наветренного фасада здания:
– для заветренного фасада расход тепла на отопление определяется по формуле:
где Qovi – расход тепла при сочетании текущих скорости ветра 
и температуры наружного воздуха tнi, Вт; Qop – расчетный расход тепла при расчетных температуре наружного воздуха и скорости ветра, Вт; Vi и Vp – соответственно, текущая скорость в районе застройки на уровне среднего этажа и расчетная скорость ветра, м/с. При Vp = 2; 5; 10 м/с коэффициенты в квадратной скобке а и (1 – а) принимают значения 0,94 и 0,06; 0,8 и 0,2; 0,51 и 0,49 соответственно 
(сумма их равна 1); Qинф – расход тепла на нагревание инфильтрационного воздуха, Вт; Qб тепловой поток от бытовых источников теплоты, Вт.
Суммарный расход тепла на отопление здания при текущих tнi и 
определяется как сумма расходов для наветренного и заветренного фасадов.
Потребное количество тепловой энергии, кДж, для здания определяется по формуле
,
где 
, 
– соответственно, расход тепла для наветренного и заветренного фасадов, Вт; zi – продолжительность стояния сочетаний температуры tнi и Vi, ч; z – продолжительность расчетного периода, ч 
.
Различают суточный и годовой ход скорости ветра. Годовой зависит от климатических условий, а суточный ход определяется интенсивностью вертикального обмена между нижними и верхними слоями воздуха в атмосфере в течение суток. У поверхности земли в суточном ходе скорости ветра минимум наблюдается в ночные часы, когда ветер ослабевает до штиля. После восхода солнца ветер обычно усиливается, и его скорость достигает максимума в 13-14 часов. Ветер не обладает постоянным направлением и скоростью, он воздействует порывами, отделенными друг от друга интервалами более слабого ветра. Следует отметить, что на теплопотери здания оказывают влияние не отдельные порывы ветра, а его усредненное значение за определенный промежуток времени, и именно это обстоятельство должно учитываться в системах управления подачей тепла в здания [7].
Выводы. Таким образом, для создания требуемых температурных условий в отапливаемых помещениях и правильного функционирования систем ОВК, при проектировании и реконструкции которых, обязательно следует принимать во внимание давление воздуха. Влияние ветрового воздействия необходимо компенсировать соответствующим изменением подачи тепла в систему.
Библиографическая ссылка
Дрозд Д.В., Елистратова Ю.В., Семиненко А.С. ВЛИЯНИЕ ВЕТРА НА МИКРОКЛИМАТ В ПОМЕЩЕНИИ // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 8-1. – С. 37-39;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=32418 (дата обращения: 03.12.2024).