Главная » Книги и журналы

1 ... 30 31 32 33 34 35 36 ... 42

Если ограждение имеет площадь F, то амплитуда Aq изменения всего количества тепла, поглощаемого этой поверхностью, равна

Aq = BFAt . (VII 5)

В помещении поверхности всех ограждений поглощают тепло. В результате перемешивания воздуха амплитуду колебания его температуры для всех поверхностей в помещении обычно принимают одинаковой и равной Л^, В каждый момент времени между количествами тепла, передаваемого в помещение и поглощаемого всеми его поверхностями, должно быть равенство. Поэтому амплитуда теплопоступлений в помещение Aq равна амплитуде теплопоглощения всеми поверхностями, т. е.

Qn = 2M (VUG)

Из этого равенства получаем основное уравнение теплоустойчивости помещения в виде

A, = AqJP (VII.7)

где Рд- показатель теплопоглощения помещения, равный суммарной теплопоглощательной способности всех поверхностей в помещении,

Р„ = 25Л. (VII.8)

Формулой (VI 1.7) пользуются обычно для упрощенных расчетов Колебаний температуры помещения с введением поправочного коэффициента а в виде

At, = uAQjP,. (VII.9)

При расчетах летнего режима коэффициент а обычно принимают равным 0,6-0,7 [IV.81, а при расчете периодического отопления

0,7-0,9 (VII.3]. Во многих практических случаях, как будет показано ниже, расчет по уравнению (Vn.9) оказывается недостаточным и нуждается в существенных коррективах.

§ \П.2. ПРОЦЕСС ОБЩЕГО ТЕПЛООБМЕНА И ПОГЛОЩЕНИЯ ТЕПЛА В ПОМЕЩЕНИИ

При выводе уравнения (VI 1.9) не учитывался ряд обстоятельств, которые также играют существенную роль в процессе теплоустойчивости. Теплообмен рассматривался без разделения на конвективную и лучистую составляющие. Предполагалось, что теплообмен происходит холько между воздухом и поверхностью и все количество тепла, определяемое коэффициентом ав, передается от вбздуха к поверхности и от поверхности к воздуху. Принималось, что температурная обстановка в помещении определяется без учета фактического соотношения между температурами воздуха и поверхностей в

и* 323

помещении. Не принималось во внимание несовпадение во времени между колебаниями температуры воздуха, колебаниями температуры и тепловых потоков на поверхностях различных ограждений и другими поступлениями и поглощениями тепла в помещении. Теплопоступления принимались в виде правильных гармонических изменений, между тем как многие из них имеют более сложный характер. При определении показателя теплопоглощения помещения не учитывалось наличие оборудования, мебели и влияния на этот показатель воздухообмена. Все перечисленные допущения могут ыть устранены в уточненном инженерном методе, который дает надежные результаты, в том числе при расчете теплового режима вентилируемых' и кондиционируемых помещений. ,

Тепловой режим помещения формируется под влиянием разнообразных источников и стоков тепла, которые различаются по изменению во времени и способу передачи тепла. В расчете их воздействия на режим помещения имеются существенные особенности.

По характеру изменения во времени все возможные виды поступлений и потерь тепла можно разделить на гармонические и прерывистые. Поступления тепла за счет разности температур через ограждения или с наружным воздухом достаточно точно могут считаться правильными гармоническими.

Поступления тепла от технологических источников при сменной работе имеют четко выраженный прерывистый характер. Более сложные случаи подачи тепла могут быть представлены в виде не- скольких прерывистых поступлений или их сочетанием с гармоническими изменениями.

Имеется определенная специфика участия лучистой и конвективной составляющих в процессе общего теплообмена, проявляющаяся в разной последовательности передачи тепла к воздуху и поверхностям помещения. Конвективное тепло поступает в воздух и от него передается поверхностям, в помещение. Изменение температуры воздуха и поверхностей отличают-

Рис VII 1. Решение методом наложения (суперпознцнн) при расчете теплового режима помещения:

о - гармонические, б - прерывистые, в - общие поступления тепла в помещение

ся по величине и не совпадают во времени. Лучистое тепло пасту- пает непосредственно на поверхности и изменяет их температуру. Воздух не участвует в лучистом теплообмене. Температура воздуха в этом случае во времени следует за колебаниями температуры поверхностей. Приток тепла с вентиляционным воздухом является полностью конвективным. Непосредственное проникание в помещение солнечной радиации является подачей только лучистого тепла

При решении задачи теплоустойчивости помещения можно пользоваться методом наложения (суперпозиции) (рис. VH.l) Наложение частных решений для получения общего результата удобно проводить, пользуясь правилом аналитического сложения правильных периодических колебаний (см. § IV 5). Использование метода наложения и правила сложения колебаний позволяет решить задачу о теплоустойчивости помещения простыми и доступными в инженерной практике приемами. Появляется юзможность отдельно рассмотреть действие каждой составляющей гармонического и прерывистого поступлений лучистого и конвективного тепла и установить вызван-, ные ею колебания температур воздуха и поверхностей. После этого, пользуясь правилом наложения частных результатов, суммированием получить совместный эффект действия всех источников и стоков тепла на тепловой режим помещения.

§ VII.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕПЛОУСВОЕНИЯ И ТЕПЛОПОГЛОЩЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЯ

Для расчета изменения теплового режима (температуры воздуха и радиационной температуры помещения) необходимо провести расчет теплоустойчивости помещения. Сюйство теплоустойчивости помещения (так же как и теплоустойчивости ограждения) определяется двумя показателями: теплоусвоения помещения и теплопоглощения помещения. При уточнении значений этих показателей необходимо учесть особенности конвективного и лучистого теплообмена, а также наличие впомещенци оборудования, воздухообмена и др. (рис. VII 2).

Phi т

м

7 xW

Рис. V11.2. Определение показателей теплоусвоения и Теплопоглощения помещения

Показатель теплоусвоения помещения должен определить изменение температуры внутренних поверхностей -в помещении под влиянием лучистых и конвективных поступлений тепла. В качестве показателя теплоусвоения помещения Уп обычно принимают характеристику теплоусвоения внутренних поверхностей ограждений Уогр помещения, считая, что только их температурой определяется радиационная температура,

К-Уогр = У,У.р1. (VII 10)

В дальнейшем векторные величины будем отмечать точкой над ее буквенным обозначением. Той же буквой без точки может быть обозначен модуль вектора. Например, величина Уп является модулем вектора Уп-

Мебель и оборудование, имея развитую поверхность и частично экранируя ограждения, могут несколько изменить радиационную температуру помещения. В некоторых случаях их также следует учитывать и при определении показателя теплоусвоения помещения.

Здесь Уп определяется суммой показателей теплоусвоения внутренних поверхностей ограждений Yrp и оборудования или мебели У^б

. Уп = Уогр + Voe = 2 У^P + УоО- (Villi)

Предметы оборудования и мебель при расчете теплопоглощения можно рассматривать состоящими из тонких пластин, которые с двух сторон омываются воздухом помещения. Показатель теплоусвоения Уоб поверхности такой пластины согласно формуле (IV. 100) равен

Yoo=RS = - = f =-f ooPooS = f овОоб. (VI1.12)

где Кб, Соб и Роб - коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость и плотность материала оборудования или мебели; Gqq - вес оборудования или мебели. Колонны, массивные предметы, для которых 0,5 D> 1, должны учитываться как внутренние ограждения в виде одного из слагаемых в общей сумме теплоусвоения поверхностей ограждений.

Показатели теплоусвоения являются векторами (обозначено точкой) и для полного их определения наряду с величинами У; (модулем) нужно знать характеристики их положения во времени ву (аргумент). Поступающее в помещение тепло распределяется по всем поверхностям. Изменения температуры отдельных поверхностей во времени могут не совпадать между собой. Величиной еу ч, определяют отставание во времени изменений теературы поверхности от изменений проходящего через поверхность теплового потока (рис. VII.3). Сложение величин Yt отдельных ограждений в формуле (VII. 10) нужно провести с учетом их несовпадения во времени.

Для ограждений, имеющих на внутренней поверхности толстые

материальные слои, еу. = Т/8, что при Г = 24 ч соответствует 3 ч. Здесь могут быть отклонения в одну и другую стороны. Если поверхностный слой становится тоньше, а следующий за ним материал-более теплоустойчивым, то величина Y возрастает, а показатель сдвига во времени еу уменьшается. Обратная зависимость имеет место, когда второй слой менее теплоустойчив, чем первый. Для легких малоинерционных наружных ограждений (окон, дверей) еу приближается к нулю, а У = \l{Ro - - Rb)- Для тонких внутрен-, них ограждений и оборудования (0,5D<; 1,0), омываемых с обеих поверхностей воздухом, еу может юзрасти до Г/4.

В инженерном методе рекомендуется для упрощения расчетов не учитывать возможное расхождение и считать для всех ограждений е ~ Г/8. Эта рекомендация учитывает преимущественное расположение в помещении ограждений с толстыми внутренними слоями и компенсиру.ющее влияние легких наружных (0< еу< Г/8) и легких внутренних (Г/8< еу < Г/4) ограждений.

В жилых помещениях доля внутренних ограждений обычно больше, чем в помещениях другого назначения, поэтому в них еу несколько больше Г/8. Однако это отклонение в общем расчете несущественно.

В расчете теплоустойчиюсти важную роль играет отношение YJA - модуля показателя теплоусвгения помещения Ya к показателю конвективного теплообмена в помещении Л, который является скалярной величиной и определяется по формуле

Рис. VII.3. Колебания температур воздуха и BHytpeHHefi поверхности ограждения под влиянием ко-ле(5ания теплового потока

(VII.13)

где к,г, к -коэффициент конвективного теплообмена соответственно на отдельных поверхностях и определенный по всем поверхностям, обращенным в помещение; Раоы = -сумма площадей всех поверхностей, обращенных в помещение.

Для расчета изменений основной составляющей теплового режима (температуры воздуха) необходимо определить полное значение по-

327

казателя теплопоглощения помещения, учитывающего наличие наряду с ограждениями мебели, оборудования, а также влияние воздухообмена.

С учетом принятого разделения теплообмена на составляющие при определении теплопоглощательной способности нужно учитывать только конвективную часть теплообмена. Для внутренних поверхностей ограждений в этом случае показатель Р^гр будет равен

Р„,Р=2ВЛ- (VI1.14)

Коэффициент теплопоглощения отдельного ограждения (его модуль) равен

В, =--, (VII 15)

где а„г - коэффициент конвективного теплообмена на поверхности.

Коэффициент в формуле (VI 1.15) зависит от соотношения складываемых в знаменателе величин. Его значение изменяется в небольших пределах и может быть принято равным 1,05. Значения В для ограждений различного вида могут заметно изменяться. Если поверхность имеет большую теплоустойчивость и К, ->-оо (металлические предметы, бак с водой и др.), то В стремится к своему максимально возможному значению а„. Для наружных ограждений с малой теплоустойчивостью (например, для окна при S -* 0), когда

величина В приблизительно равна своему минимальному значению-коэффициенту теплопередачи. Для этого случая по формуле (VII 15) при р, = 1

В~-!- ~ -=/<. (VII.17)

Способность воздуха в объеме помещения к теплопоглощению невелика, однако иногда ее нужно учитывать. .Показатель теплопоглощения воздуха Рвоз. равный отношению амплитуды количества тепла, поглощаемого воздухом, к амплитуде его температуры, определяется по формуле

воз = 1.88-, (VII. 18)

где V - объем помещения; ср - объемная теплоемкость воздуха.

Коэффициент теплопоглощения для предметов оборудования и мебели равен

06 = 7-F- 06, (Vn.l9)

где - коэффициент теплоусвоения оборудования и мебели (VII.12).

Первый множитель в формуле (VII,19) для предметов из дерева и металла можно принимать равным ~ 0,7. Площадь поверхности с двух сторон тонкой пластины, эквивалентной по теплопоглощению оборудованию весом Ggg, кг, равна

fo6 = 2Gog/(8p g). (VI 1.20)

С учетом этого показатель теплопоглощения оборудования Р^ равен

Роб 0,7 Роб8 = Ооб^об (VII.21)

Теплопоглощение воздухообмена в помещении определяется показателем Рвент, который равен

P3e . = i!!!:! =1фв. (VII.22)

в

где L - воздухообмен, м^/ч.

Показатель теплопоглощения помещения Р^ при необходимости учета всех составляющих равен иХ сумме

Pn=1iPt+ Kos -Ь Роб + Рвент- (VII. 23)

Величина Pj равна отношению взаимосвязанных между собой амплитуд изменений конвективного теплообмена и температуры воздуха. Температура воздуха и ее изменение во времени одинаковы ДЛЯ' всех поверхностей. Изменения потоков конвективного тепла на них не совпадают во времени. Последнее определяет положение показателей теплопоглощения во времени ej. Для определения несовпадения Pi во времени удобно принять за нуль отсчета положение показателя Рвент' который, как это следует из формулы (VI 1.22), совпадает во времени с колебаниями температуры воздуха. Для этого показателя примем

Явеях = О- (Vn.24)

Для поверхностей ограждений (если условно принять их в данном расчете за толстые , см. § IV.4) отклонение Рогр от Рвевт равно

вр = Т/8-Б{А/Уо,)Т, (VII.25)

где Л = HaiFi - удельный (отнесенный к разности температур в Г) конвективный теплообмен на всей площади поверхностей ограждений, для которых коэффициент теплоусвоения Уогр-

Величина £(A/Foi,p) Т показывает отставание колебаний температуры поверхности от колебаний температуры воздуха, ч. Согласно выражению (IV. 118), ее можно определить по формуле

arctg----- . (VII 26)

огрУ 360 - 1 + (Л/Корр)К2

Численные значения £(Л/Уогр) приведены в табл. IV. 1.

Для воздуха и оборудования можно принять, что Р^з Ц Кб во времени между собой совпадают, отставая от изменений Рвент на величину Г/4:

(VII.27)

Имея данные о величинах Pi и о положении их во времени^ гр показатель теплопоглощения помещения Рц (его модуль) в общем виде можно определить по правилу сложения гармонических колебаний в виде

оо) ~Ь вент!

Отклонение во времени ерц показателя Рц от Рвеят определяется с учетом правила сложения как

е„ =е'±а, (VII.29)

где е' -положение во времени большего слагаемого фигурной скобке формулы (VI 1.28).

Значения о, так же как ф, и фз. определяются по правилу сложения (см. § IV.5). Вместо приведенных на рис. IV. 17 отношений амплитуд Л,/Л„ нужно брать отношения складываемых показателей теплопоглощения Pj/Pk, а значение Ае принимать как несовпадение во времени этих показателей ея -ея .

Между показателями теплопоглощения и теплоусвоения всех . поверхностей в помещении сохраняется связь, определяемая формулой (VII. 15) для коэффициентов В,- и Y, отдельных поверхностей.

Рассмотрим особенности расчета изменения теплового режима помещения при действии отдельных теплопоступлений и их совместном действии.

Пример VII.I. Рассчитать показатели теплоусвоения и теплопоглощения помещения процьпЬленнОго предприятия.

Конструкции' ограждений в помещении следующие. Наружная стена:, наружная штукатурка - р = 1600 кг/м^, 6 = 0,015 м; к = 0,814 Вт/(м^К),

5 = 9,7 Вт/(м2-К);,керамзитобетон - р = 900, б = 0,21, >, = 0,32, S = 5,1; внутренная штукатурка - р = 1600, б = 0,015, Х= 0,814, S = 9,7; площадь стены с 2 бесчердачное покрытие площадью F. = 216 м^; водо-изоляционный ковер- р = 600, б = 0,01, Х= 0,174, S = 3,33; выравнивающий слой - р = 1800, б = 0,02; к = 0,93, S = 11,00; пенобетон - р = 400,

6 = 0,2, >, = 0,14, S = 3,0; железобетонная плита - р = 2500, б = 0,035, к = 2,03; S = 18,79; внутренние перегородки: железобетон - р = 2500, 6 = = 0,12, к = 2,03, S = 18,79; площадь перегородок F = 260 м^, пол: железобетонная плита - б = 0,035, к = 2,03, S = 18,79, р'= 2500; асфальтобетон - б = 0,025, к 1,05, р = 2100, S = 16,30, / д = 216 м^. Окно: /?ок = 0,34 м^х X К/Вт, = 86,5 м^. Вес оборудования в помещении G = 1470 кг, с = = 481,5 Дж/(кг-К); площадь поверхности Fq - 100 м^

Решение. Сначала определяем коэффициенты теплоусвоения и теплопоглощения отдельных ограждений.

Для наружной стены показатель массивности D внутреннего слоя меньше 1, а двух слоев больше 1, поэтому по формуле (IV.96) коэффициент теплоусвоения равеи

(0,015/0,814) (9,7)2+5,1 н.с = 1 и-(0,015/0,8.4)5,1

Коэффициент теплопоглощения наружной стены по формуле (VII. 15) равен

Ho-i;6.24+1/2,55 Для перекрытия Di < 1, ио D, 2 > 1 по формуле (1V.96)

Y (0,035/2.03) (18,79)+ 3.0 пт~ 1 +(0,035/2,03) 3,0 1,05

В =---= 2,07.

1/8,64+1/2,55

Для пола Di < 1, но D 2 > о формуле (1V.96)

(0.025/1,05) (16,30)2+ 18.79 п - 1 + (0,025/1,05). 18,79 ~

Ь05

1/17,35+ 1/2,55

Для внутренних перегородок Df/2 < 1 по формуле (IV. 100)

0.12(18.79) в.о 2.2,03

1.05

В =---= 2.15.

1/10,41+1/2,55

Для окна по формуле (VII. 16)

Уок=--=4,81,

0,165+ 1/23,26

где ZR = /?о„ - l/ttg - I/oh = 0,34 - 1/8,7 - 1/23,26 = 0.165;

U05

1/4,81+1/2,55 Показатель теплоусвоения оборудования по формуле (VII. 12)

Коб = 3,14/(24 . 3600) 1470 481,5 =27,97. Показатель теплопоглощения оборудования определяется по формуле (VII.21)

Роб 3gQQ 1470.481.5 = 36 Вт/К. По формуле (VII.27) 8р^ = 24/4 = 6 ч.

Показатель теплоусвоения ограждений по формуле (VII. 10)

Когр = 6.25 21,6 + 8,64 . 216 + 17,35 . 216+ 10,44 260 +

+ 4,81 86.5 = 8879.31 Вт/К.

Показатель конвективного теплообмейа в помещейии при среднем коэффициенте теплообмена на поверхностях а„ = 2,55 Вт/(м^-К) по формуле (VII. 13)

л = 2,55 (21,6+ 216+ 216+ 260 и-86,5+ 100) =2295,26 Вт/к.

Показатель теплоусвоения ограждений по формуле (VII. 14) равен

Рогр= 1,90 21,6+2,07 216 + 2,33 216 + 2,15 260+ 1,75 86,5 =

= 1701,82 Вт/К

при А/Когр = 2295,26/8879,31 = 0,26.

По табл. IV. 1 Б (Л/Когп) = 0,1 Т.

По формуле (VI 1.25) &р^ = 24/8 - 0,1-24 = 0,6 ч.

Показатель теплоусвоения помещения К по формуле (VII. И) равен

Уп = 8879,31+27,97 = 8907,28 Вт/К;

е„ S Г/8 = 24/8 = 3 ч.

п

Показатель теплопоглощения помещения при отсутствии воздухообмена и без учета пренебрежимо малой величины Явоз по формуле (VII.28) равен

Я„= (Ро,р +Роб) ф= (1701,82+ 36)0,985 = 1711,75 Вт/К;

Д^Д2= 701,82/36 = 47,27; Д2 = 1 0,6 - 6 = 5,4 ч.

По рис. IV. 17 = 0,975; Oj = 0; gp = 8р = 0,6 ч. огр

§ VII.4. ГАРМОНИЧЕСКИЕ ПОСТУПЛЕНИЯ И ОБМЕН ТОЛЬКО ЛУЧИСТЫМ ИЛИ ТОЛЬКО КОНВЕКТИВНЫМ ТЕПЛОМ

Поступление только лучистого тепла (см. рис. VH.1, а) в результате многократного отражения распределится по всем поверхностям помещения. Колебания гармонических поступлений лучистого тепла

(обозначено индексом г.л ), изменяемая часть которых равна Q.,

вызовут изменения средней по площади температуры Тц..д всех поверхностей в помещении

ос.г.л=<Эл/>п. (Vn.30)

Амплитуда А., изменения т^ц..л будет равна

=0 /ш (VII.31)

где Лрг.л - амплитуда колебания Q..

Температура поверхностей То.л изменяется с отставанием от (Зг.л на величину sy. В данном случае рассматривается только лучистый теплообмен (в идеальном случае это теплообмен в вакууме). Воздух считается некоторой условной средой, поэтому принимаем, что его температура изменяется и по величине и во времени так же, как температура поверхностей:

в.г.л - тос.г.л; At =А^ . (Vn.32)

в.г.л ос-г-л

при поступлении только конвективного тепла в воздух помещения оно передается воздухом на поверхности ограждений. В каждый мо-

1 ... 30 31 32 33 34 35 36 ... 42