Способ охлаждения многослойного ограждения здания

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ОГРАЖДЕНИЯ ЗДАНИЯ(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Институт жилища - НИПТИС им. Атаева С.С.(72) Авторы Осипов Сергей Николаевич Данилевский Сергей Леонидович(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Институт жилища - НИПТИС им. Атаева С.С.(57) 1. Способ охлаждения многослойного ограждения здания, при котором естественным,или принудительным, или комбинированным путем организуют движение воздуха между по меньшей мере двумя воздушными прослойками, образованными внутренними перегородками многослойного ограждения здания, путем подачи в воздушные прослойки части или всего отработанного внутри здания кондиционированного или некондиционированного, но более холодного воздуха по сравнению с наружным воздухом. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что организуют комбинированную или принудительную подачу отработанного внутри здания воздуха в воздушные прослойки посредством воздуховодов, связанных с выводящими каналами кондиционеров здания. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что внутренние перегородки оборудуют воздушными клапанными отверстиями. Фиг. 1 Изобретение относится к области кондиционирования воздуха, а именно к способам охлаждения внутренней поверхности многослойных, состоящих из двух и более слоев,ограждений зданий, что связано с широким применением в настоящее время наружной 18617 1 2014.10.30 облицовки зданий наружным светопрозрачным ограждением, характерным примером чего может служить главное здание построенной в 2004-2006 гг. Национальной библиотеки Беларуси в г. Минске. Известен способ строительства 1, в соответствии с которым устанавливают решетчатую конструкцию, по которой от одной стойки к другим стойкам, образующим решетчатую конструкцию, натягивают проволочные сетки. После этого укладывают слои стиропора и склеивают их, образуя статически стабильное здание. Размеры воздушных полостей определяются толщиной стоек и расстоянием между ними (40-60 см). Недостатком этого способа при определенных условиях является отсутствие теплообмена посредством воздухообмена между отдельными воздушными полостями. Известна теплоизоляция стен здания 2 в виде набора воздушных слоев, образованных натянутыми пленками, выполненными в виде полос, установленных подобно черепице, зазор между которыми обеспечен распорными элементами. Зазор между полотнами обеспечен вертикальными вставками в виде реек толщиной 7-15 мм, а распорные элементы выполнены из капронового шнура диаметром 3-7 мм. Недостатком этого изобретения при определенных условиях является отсутствие теплообмена посредством воздухообмена между отдельными воздушными полостями. Известен способ, основой которого является вентилируемая воздушная прослойка 3,с. 179-185, температурно-влажностные параметры воздуха в которой в зависимости от вентиляции за счет гравитационных сил и ветра аналитически описаны с использованием известных физических законов. Движение воздуха внутри воздушных прослоек и между ними при наличии сообщающихся каналов при естественной вентиляции происходит за счет гравитационного давления Р, возникающего за счет разности плотностей воздуха, которые зависят от температуры 3, с. 184, формула (. 120)(12)49,10-3(21),где Р - гравитационное (так называемый естественный напор) давление, Па 1 и 2 - плотности воздуха при температурах 1 и 2, кг/м 3- ускорение силы тяжести, м/с 2- разность высот столбов воздуха с разной температурой или разность высот отверстий входа воздуха в прослойку и выхода из нее, м. Как видно из приведенной формулы, величина гравитационного давления прямо пропорциональна разности температур воздуха, которые являются основным фактором гравитационного (естественного) давления воздуха. Преимуществом данного способа является возможность использования расчета гравитационного режима вентиляции воздушных прослоек. Недостатком является отсутствие рассмотрения и анализа возможности организации и применения воздухообмена между отдельными воздушными прослойками с целью перекачки холодного воздуха в горячие зоны. В качестве прототипа выбран способ 4 с дополнительно организуемым естественным, принудительным или комбинированным воздухообменом по меньшей мере между двумя зонами с отличающейся средней температурой воздуха в одной или в разных воздушных прослойках или между любой из упомянутых зон с окружающей атмосферой. Недостатком прототипа является использование только разницы в температурах воздуха между воздушными прослойками в ограждении здания или в любой из воздушных прослоек и окружающей атмосферой, что для целей кондиционирования здания пригодно лишь частично в случае температуры используемого воздуха не выше нормативной 5 до н 25 С. В случае н 25 С использование наружного воздуха может оказаться рациональным только для частичного охлаждения солнечной стороны здания, что ограничивает использование этого способа. 18617 1 2014.10.30 Задачами предлагаемого изобретения являются экономия электроэнергии, расходуемой на кондиционирование воздуха, и уменьшение неравномерности тепловых режимов ограждения здания, влияющих на прочностную надежность конструкций и целостность оболочки здания. Поставленная задача решается достижением технического результата посредством предлагаемого способа, при котором происходит движение воздуха в промежутках между слоями ограждения здания за счет гравитационных и аэродинамических сил с управляемым воздухообменом между по меньшей мере двумя зонами и (или) наружной атмосферой. Согласно изобретению, в воздушные прослойки в ограждении здания естественным,принудительным или комбинированным путем подают часть или весь отработанный внутри здания более холодный внутренний воздух, температура которого ниже температуры наружного атмосферного воздуха. Для организации комбинированной или принудительной подачи отработанного внутри здания воздуха в воздушные прослойки используют превышение давления воздуха внутри здания за счет принудительной подачи кондиционированного воздуха. При смешивании в прослойках воздуха из внутренних помещений с наружным атмосферным воздухом подачу воздушной смеси в прослойку осуществляют в соотношении,обеспечивающем такие температуры смеси Тсм отработанного внутреннего и наружного воздуха в прослойке и Т 3 на поверхности прилегающей стены, что их соотношение к температуре конденсации влаги Тк в соответствии со средней влажностью воздуха исключает конденсатообразование в промежутках между слоями ограждения здания. Внутренние перегородки между воздушной прослойкой и кондиционируемым объемом оборудуют воздушными клапанными отверстиями. Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где приведена схема вертикального разреза ограждающих конструкций здания. Подобный разрез имеет, например, верхняя главная часть здания Национальной библиотеки Республики Беларусь, где показаны 1 - внутренняя поверхность наружного стекла с температурой 1 2 - воздушная прослойка с температурой воздуха Т 2 между наружным стеклом и наружной стеной 3 - наружная поверхность наружной стены с температурой наружной поверхности Т 3 4 - наружный атмосферный воздух с температурой Т 4 5 - внутренняя поверхность наружной стены здания с температурой поверхности Т 5 6 - воздух в помещении внутри здания, например в коридоре, с температурой Т 6 7 - поверхность внутренней стенки с температурой Т 7. Суть изобретения в том, что в воздушные прослойки в ограждении здания естественным, принудительным или комбинированным путем из помещений внутри здания подают часть или весь отработанный внутри здания кондиционированный или нет, но более холодный по сравнению с наружной атмосферой внутренний воздух. При этом подача отработанного кондиционированного воздуха из помещений внутри здания в воздушные прослойки производится посредством воздуховодов, связанных с выводящими каналами кондиционеров, через специально оборудованные клапанные отверстия за счет некоторого превышения давления в результате принудительной подачи кондиционированного воздуха. При этом соблюдают неравенство Т 6 Т 4. Обустройство клапанных отверстий возможно любым известным технически приемлемым способом. Конструкция воздушных прослоек в ограждении здания может обеспечивать принудительное либо естественное поступление наружного воздуха в прослойку из атмосферы по заданным проектом условиям. В случае одновременной подачи в воздушные прослойки из помещений внутри здания отработанного кондиционированного относительно холодного воздуха с температурой Т 6 3 18617 1 2014.10.30 и наружного теплого влажного воздуха с температурой Т 4 результирующая температура подаваемой в прослойку воздушной смеси может оказаться ниже температуры начала конденсации влаги в объеме воздушной прослойки (Т 2) и температуры Т 3 на наружной поверхности прилегающей наружной стены, что может привести к выпадению влаги и повышенной коррозии. Поэтому необходимо регулировать интенсивность поступления в воздушные прослойки влажного атмосферного воздуха. Подачу воздушной смеси в прослойку осуществляют в соотношении, обеспечивающем температуры смеси Тсм отработанного внутреннего и наружного воздуха в прослойке и Т 3 на поверхности прилегающей стены выше температуры конденсации влаги Тк в соответствии со средней влажностью по зависимости ТсмТк,где Тсм - температура смеси отработанного внутреннего и наружного воздуха в прослойке, С Тк - температура воздуха в объеме воздушной прослойки и поверхности стены, при которой начинается конденсация влаги, С. Температуры начала конденсации влаги определяются по диаграмме - по относительной влажности воздуха. Для охлаждения ограждений здания за счет перемещения отработанного кондиционированного воздуха из внутренних помещений в воздушные прослойки предпочтительна организация воздухообмена, основанного на разнице температур внутри здания и в воздушных промежутках в ограждениях здания от температуры окружающей атмосферы. Учитывая прямую пропорциональность величины естественной тяги от перепада уровней расположения нижнего края и верхнего края отдельных клапанных отверстий,через которые сообщаются зоны воздушных прослоек с воздушными полостями внутри здания с разными средними температурами воздуха, такие отверстия устраивают таким образом, чтобы перепад уровней действия естественной тяги был наибольшим, что позволяет обеспечить максимально возможный в данных условиях воздухообмен. Для регулирования величины воздухообмена клапанные отверстия необходимо оборудовать подвижными воздушными заслонками, жалюзийными или иными устройствами,так как параметры воздуха в различных воздушных полостях и прослойках могут сильно изменяться. Зачастую для обеспечения необходимого объема воздухообмена между воздушными прослойками и полостями внутри здания только естественной тяги бывает недостаточно и тогда клапанные отверстия следует оборудовать низконапорными (обычно не более 100 Па) вентиляторами. Однако необходимая производительность таких вентиляторов может оказаться достаточно большой. Так, для обеспечения средней скорости движения воздуха 0,5 м/с в условиях описанной ранее воздушной прослойки вокруг книгохранилища Национальной библиотеки Республики Беларусь расход воздуха через эту прослойку должен составлять 1,2200,512 м 3/с 43200 м/ч. При организации воздухообмена через перегородки между прослойкой и внутренними полостями производительность каждого вентилятора должна составлять около 22000 м 3/ч, что, например,характерно для вентилятора типа ВРКА-ВДУ-3 с двигателем 112 МВ 8, потребляющим мощность 3 кВт. Установочные размеры вентилятора, смонтированного в квадратной монтажной обечайке 970970 мм, позволяют размещать его в перегородке шириной 1200 мм. При наличии протяженных переходов между воздушными прослойками и полостями внутри зданий для организации активного принудительного или комбинированного воздухообмена в пределах отдельных участков прослоек необходимо применять воздуховоды для обеспечения направленности и дальнобойности создаваемых вентиляторами воздушных струй. В качестве примера суточной динамики температур в местах, обозначенных на фиг. 1,в течение трех летних суток на фиг. 2 приведены результаты натурных измерений в зоне вертикального ограждения верхней части Национальной библиотеки Республики Беларусь. Как видно из приведенных на фиг. 2 данных, в климатических условиях Беларуси в 4 18617 1 2014.10.30 летний период суточные колебания температуры атмосферного наружного воздуха (Т 4) достигают 15 С, а при этом колебания температуры внутренней поверхности наружного специального стекла на солнечной стороне достигают 30 С (от 13 до 43 С). При этом температура воздуха в промежутке между стеклом и стеной (Т 2) (в воздушной прослойке) может достичь 40 С, а температура поверхности стены (Т 3) может достичь 35 С. Температура наружного воздуха (Т 4) за время наблюдений к 12-14 часам каждых суток достигала 26-27 С, что выше принятого верхнего нормативного температурного предела(25 С). Поэтому температура воздуха и стен помещений внутри здания без значительных теплопоступлений может поддерживаться при (Т 5 Т 7)25 С за счет аккумуляции холода в ночной и утренний периоды, когда температура наружного воздуха Т 425 С. Для уменьшения нагревания ограждающих конструкций от солнечного излучения для температурных условий, приведенных на фиг. 2, достаточно пропускать наружный воздух с Т 42527 С через воздушный промежуток с Т 240 С без вентиляции. В этом случае при достаточно интенсивном воздухообмене температура воздуха Т 2 и поверхности стенки Т 3 может опуститься до 3035 С, что снизит предельную температуру внутри здания(Т 5 Т 7) до 2324 С и создаст вполне нормальные условия. Однако подача внутреннего воздуха при Т 62324 С в воздушную прослойку позволяет уменьшить Т 2 и Т 3 до 2730 С, что позволяет снизить Т 6 до 2223 С и соответствует комфортным условиям для работы. Этот эффект подачи отработанного кондиционированного воздуха из внутренних помещений в воздушные прослойки для их охлаждения особенно заметен при Т 435 С в дневное время и Т 425 С в ночное время суток, что исключает достаточное естественное охлаждение здания ночью. Использование наружного воздуха в дневное время приводит к недостаточному охлаждению освещенных солнцем воздушных прослоек. Как показывают расчеты, аналогичные приведенным в 4,использование подачи внутреннего отработанного кондиционированного воздуха с температурой Т 62324 С в воздушные промежутки солнечной стороны с последующим выбросом в атмосферу позволяет существенно уменьшить температуру (например, с 50 до 30 С) поверхности внешней стены Т 5 и снизить расход холода на кондиционирование здания до 20 . Источники информации 1. Патент 196.33.127, 1996. 2.99122768/03, МПК 04 1/76, 1999. 3. Богословский В.Н. Строительная теплофизика. - М. Высшая школа, 1982. - 416 с. 4. Патент 12509, 2009. 5. СНБ 4.02.01-03. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. - Минск Минархстрой, 2004. - 89 с. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5