Как сквозняки и скорость воздушных потоков влияют на тепловой комфорт

Скорость воздушных потоков влияет на то, как быстро протекает теплопередача между воздухом и прилегающими поверхностями. Чем быстрее движется воздух по поверхности, тем интенсивнее происходит теплопередача. Высокая скорость газового потока полезна, например, когда требуется ускоренная передача тепла между тепловой массой здания и воздухом внутри. Однако это нежелательно, когда тепловые потоки проходят вдоль холодной внутренней поверхности окна.

Это динамические отношения. Чем больше разница температур между поверхностью и окружающим воздухом, тем выше скорость воздушного потока и, следовательно - скорость теплопередачи. Это проявляется, например, в холодном нисходящем воздушном потоке, который ощущается рядом с холодным окном.

Передача тепла между объектом и воздухом зависит от шероховатости поверхности, скорости и турбулентности воздушного потока, разницы температур между воздухом и телом, геометрии и ориентации плоскости.

Скорость воздуха в помещении влияет на тепловой комфорт людей. Чем выше скорость воздушного потока, тем интенсивнее теплообмен между людьми и окружающей средой. В некоторых случаях предпочтительней повышенная скорость воздуха, например, когда вентилятор в жаркую погоду увеличивает скорость воздушного потока и помогает телу отдавать тепло окружающей среде. Однако при других обстоятельствах ускорять воздушные массы нежелательно, например, в прохладной среде, когда возникает сквозняк.

Как правило, скорость воздуха внутри зданий по сравнению с внешней средой относительно невысока, тем не менее способна создавать внутренние условия с широким диапазоном параметров. В полностью застойных зонах скорость воздуха близка к 0 м/с, в то время как в высоких помещениях с естественной вентиляцией и большой разницей температур внутри и снаружи или в больших помещениях с механической вентиляцией скорость воздушных потоков достигает нескольких м/с.

В 1999 году в Куполе Тысячелетия в Гринвиче, Великобритания, открыли вентиляционные отверстия на крыше и все двери по периметру, кроме главного входа. Скорость внутренних потоков воздуха оказалась так высока, что можно было запускать воздушного змея.

Классификация диапазонов скоростей воздушных потоков:

• 0 м/с - стоячий воздух. Поддерживать приемлемое качество воздуха внутри помещений требует хотя бы минимальной скорости воздухообмена;
• 0,1 м/с - можно принимать как предполагаемую внутреннюю скорость воздуха в некоторых простых расчетах теплопередачи;
• от 0,1 до 0,15 м/с и выше - зимой в холодном климате ощущается как сквозняк;
• 0,3 м/с и выше - летом в холодном климате ощущается как сквозняк;
• 0,8 до 1 м/с и выше - ощущаться как сквозняк в жарком климате.

Эти значения - лишь грубые ориентиры, так как восприятие температуры людьми внутри зависит от таких параметров, как их личные предпочтения, одежда или физическая активность, или таких характеристик, как разница температур окружающей среды и человека, степени турбулентности, влажности воздуха, интенсивности инфракрасного излучения и прочего.

Точное моделирование внутренних скоростей воздуха - очень сложная задача, которая может потребовать вычислительной гидродинамики. А измерение внутренних скоростей воздуха, особенно очень низких, представляет собой сложный процесс, так как большинство датчиков рассчитаны на более высокие скорости воздушных потоков, например, в вентиляционных каналах.