Способ быстрого нагрева помещений, находившихся длительное время в нетопленном состоянии
Для каждого здания имеется определенная скорость, с которой комнатную температуру можно поднять до определенной высоты при постоянной интенсивности отопления. Эта скорость имеет значение для зданий, которые не находятся в постоянном пользовании, как церкви, клубы, воскресные дачи и т. д. Температура периодически используемых помещений должна подниматься как можно быстрее. Емкостные данные должны быть такими, чтобы при повышении внутренней температуры конструкции связывали бы минимальное количество тепла. Прикреплением тонкого слоя теплоизоляции к внутренней поверхности удается сделать даже массивное здание удовлетворительным.
Способ медленного охлаждения помещения после окончания топки
Скорость, с которой температура в помещении снижается по окончании топки, также зависит в основном от теплоемкости. Па практике по многим причинам могут быть перерывы в отоплении, когда, естественно, выгодно, чтобы помещения остывали медленнее. Так обстоит дело особенно тогда, когда отопление осуществляется периодически, например в дневное время. Через окна и вентиляцию в любом случае уходит определенное количество тепла, и тогда только достаточно большая теплоемкость может замедлить остывание, даже если теплоизоляционная способность наружных стенок исключительно хорошая. Для замедления остывания помещений важно, чтобы конструкции, окружающие помещения (внутренние слои наружных стен, нижние и верхние перекрытия), имели достаточно большую теплоемкость.
В опытных домах I, II, III и IV в Отаниеми был проведен ряд опытов для определения скорости остывания помещения. Дома отапливались вначале как обычно, с поддерживанием постоянной температуры. Когда па улице в течение двух суток стояла постоянная температура, в определенный момент прекращали отопление и наблюдали за снижением температуры в комнатах. Комнатная температура снижалась сравнительно быстро до уровня температуры внутренней поверхности наружной стены, после чего остывание помещения замедлялось. Снижение температуры по времени происходило по кривой экспоненциальной функции, приближаясь к пределу, который был равен наружной температуре. Когда сравнивали полученную таким образом скорость остывания с полученной расчетным путем, то обе были одного порядка и отношение результатов, полученных для разных опытных домов, было одинаковым.
Системами отопления, где источники тепла размещены внутри перекрытий или полов, лежащих на земле, стремились придать зданию малую скорость остывания. Когда температура больших масс перекрытий на несколько градусов выше комнатной температуры, то они способны при прекращении отопления отдавать значительно больше тепла, чем перекрытия такой же массы без отопления. Кирпичные отопительные печи работают по тому же принципу, но в более подчеркнутой форме.
Способ учета емкостных свойств конструкций
Для определения емкостных свойств необходимо, чтобы колебания потребности в тепле и тем самым в отопительной мощности, особенно в отношении пиковых значений, были бы как можно меньше, а комнатная температура оставалась все время около постоянной величины.
Этот вопрос самый важный из всех трех, ибо он так или иначе касается всех жилых зданий.
В зависимости от размещения масс здания и от отопительной системы периоды морозов вызывают пиковые значения тепловых потерь, которые необходимо учесть при проектировании мощности отопительных устройств и методов их регулирования. В стенках легкой конструкции, граничащих с наружным воздухом, потребность в тепле следует более точно за колебаниями наружной температуры по сравнению с массивными стенками, так как, несмотря на хорошую теплоизоляцию, у легких конструкций почти нет емкостной инерции. Следует заметить, что емкостная инерция наружной стенки примерно прямо пропорциональна выражению:
В последнее время в Финляндии стали применять легкие конструкции стен и верхнего перекрытия, у которых указанная емкостная инерция равна лишь 1/20 от соответствующего значения для стены толщиной в 1⅓ красного кирпича. В здании со столь тонкими наружными стенками затруднительно достигнуть равномерной и приятной температуры даже со сложными устройствами регулирования отопительной мощности.
В подчеркнутом виде это проявляется в том случае, когда наряду с легкими наружными стенками использовано только отопление, устроенное в массивном перекрытии или в полу, покоящемся на земле. Независимо от того, какая бы хорошая система регулирования отопительной мощности ни использовалась, значительные, колебания комнатной температуры неизбежны, так как легкие конструкции стенок вызывают быстрое изменение в тепловых потерях, в то время как все тепло вносится посредством тяжелой массы, которая лишь медленно способна изменять свою теплоотдачу, если внутренняя температура поддерживается постоянной. Чтобы тяжелая плита могла отдавать достаточное количество дополнительного тепла при быстром охлаждении наружного воздуха, комнатная температура должна падать для сохранения равновесия в теплообмене, соответствующего законам природы. Измерения, произведенные лабораторией строительной техники в одном из домов такого типа зимой 1956 г., вполне подтверждают эту точку зрения. В суровых природных условиях Финляндии нельзя считать удовлетворительным положение, когда во время самого сильного мороза температура в помещении на 3—4° ниже нормальной, а при наступлении теплой погоды она соответственно слишком высока. Используя в условиях Финляндии отопительную систему, размещенную в массивном перекрытии или в полу, покоящемся на земле, следует часть отопительной мощности распределить в обычных отопительных батареях, которые, имея самостоятельную регулировку, обеспечили бы нормальное отопление при колебаниях в потребном количестве тепла, вызванных изменениями погоды. В то же время использование более тяжелых наружных стен уменьшило бы недостатки указанной отопительной системы.
Перегородки и обычные перекрытия имеют значение с точки зрения выравнивания температуры только в том случае, если во время максимальных морозов позволить комнатной температуре опуститься на несколько градусов, чего нельзя рекомендовать по вышеизложенным причинам.
В то же время аккумулирование тепла в стенах, примыкающих к наружному воздуху, имеет в этом отношении большое значение. Между двумя состояниями равновесия средняя температура однородной стены меняется приблизительно на 50% от изменения наружной температуры, хотя внутренняя температура остается постоянной. Действительно, регулировать отопление здания с массивными стенами сравнительно легко при более равномерном изменении нагрузки, без резких пиков и спадов. В комнатном климате также не происходит резких изменений, даже если регулирование не действовало бы полностью.
Массивные стены, примыкающие к наружному воздуху, также препятствуют проникновению во внутреннюю поверхность нагревающего действия солнечных лучей, хотя в то же время они аккумулируют тепловую энергию солнца на ночное время, уменьшая тем самым общие суточные тепловые потери. А при легких стенах в комнатной температуре происходят значительные колебания под влиянием солнца.
Как следует из вышесказанного, правильная степень массивности стен и удачное размещение масс в пределах всего здания имеют большое значение с точки зрения теплового хозяйства и благоприятности комнатного климата. Кроме того, равномерные условия комнатного климата имеют положительное значение для сохранения самого здания и его внутренней отделки. Имеются еще и другие причины, говорящие в пользу выбора правильной степени массивности, например достижение звукоизоляции и в некоторых случаях обеспечение противопожарной безопасности. Легкие наружные стены пропускают гораздо больше наружных звуков, например уличного шума, чем массивные стены. С точки зрения пожарной охраны легкие конструкции стенок следует вообще считать невыгодными. Независимо от того, сделаны ли конструкции из горючего материала или нет, показатели теплоемкости и прочности конструкций имеют очень большое значение с точки зрения пожарной техники.
В условиях наблюдающейся ныне тенденции к легким конструкциям зачастую понимают под массивностью здания одно только отрицательное качество. Вообще сильно преувеличивается значение легкости конструкции как фактора, удешевляющего строительство. Возможная экономия весьма скромна. При критике массивности здания следует помнить, что первичная задача здания — это достаточная защита человека от влияний, приходящих извне. Возведение здания не должно быть самоцелью, а лишь способом выполнения упомянутой первичной задачи.