|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 ... 31 32 33 34 35 36 37 ... 42 мецт времени количество поступающего в помещение конвективного тепла равно теплу, переданному воздухом поверхностям. При гармонических поступлениях конвективного тепла Qr. с амплитудой Aq (обозначено г. к ) изменение температуры воздуха не совпада- ет по величине и во времени с изменением осредненной температуры поверхностей -Coc.v.k- Тоо.г. = Qr. /in; А, =Лр (Vn.33) b.r.k = Qr. /Pn; At =А (Vn.34) в.г.к г.к/ где Aq - амплитуда гармонического поступления конвективного тепла. Отставание изменений т:ос.т.к т Qr. равно еу а отставание во времени изменения температуры воздуха от конвективных поступлений - 8р . Несовпадение во времени /в.г.к и Тод.г. можно определить, как гу - гр. В практических расчетах необходимо знать модуль показателя теплопоглощения помещения Рп. а также его аргумент гр показывающий отставание во времени изменения температуры воздуха от конвективных поступлений тепла. Ниже приведены значения Р„/Л и в зависимости от отношения YJA для случая, когда Рц = Р.гр: Уп1А ... 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Pal А . . . 0,36 0,54 0,65 0,71 0,76 0,79 0,82 0,84 0,86 0,87 Ю^ер . . . 8,4Г 6,25Г 4,91Г 4,08Г 3,45Г 3,37Г 3,0Г 2,37Г 2,16Г 2,0Г п Гармонические поступления тепла через ограждения целесообразно выделить в самостоятельную составляющую, так как их величину необходимо определить специальным расчетом. Особенность этого расчета состоит в следующем. Изменения поступлений тепла через наружное ограждения рассчитываются в предположении постоянства температуры помещения. Затем эти данные используются как доставляющие общих теплопоступлений при расчете теплоустойчивости помеще-нля, в котором наружные ограждения входят в общее число поверхностей, обращенных в помещение. Такая последовательность расчета возможна, если воспользоваться методом наложения, который позволяет разделить тепловые воздействия на составляющие с последующим сложением частных результатов. Раздельно должны быть получены лучистая и конвективная составляющие поступлений тепла через ограждения в условиях, когда температура помещения остается неизменной. Температура внутренних поверхностей наружных ограждений Тв отмечена для этих условий (п = const) штрихом. Поступления лучистого (Зл.огр и конвективного Q .orP тепла в Результате теплопередачи через ограждения зависят от изменения xj и равны л.огР = л <.,г/ а,.,гр = -х/огР: (VI 1.35) Ск.огР = кТ, / огР; = f<\-forP (VI 1.36) Близкими К гармоническим являются поступления тепла непосредственно вносимого в помещение через лучепрозрачные ограждения за счет поглощенной радиации (см. гл. VIII) и проникающей рассеянной радиации. Последняя составляющая солнечной радиации действует на ограждения любой ориентации. Ее изменение в течение суток близко к правильному гармоническому. Амплитуда А о потока падающей рассеянной радиации (при замене фактической кривой изменения равновеликой ей по площади косинусоидой) может быть определена по формуле Ao~:W (VII.37) где т - продолжительность действия (для рассеянной радиации светлое время дня) радиации за сутки (Т =24 ч); Dp - среднесуточное значение рассеянной радиации. Изменение проникающей в помещение рассеянной радиации равно Qp = /(прон bFo ; /(прон Ad Fok. (VII.38) В этой формуле учитывается только коэффициент проникания заполнения оконных проемов Кпрон, так как затеняющие защитные устройства от прямой солнечной радиации часто мало препятствуют прониканию в помещение рассеянной радиации (см. § VIII. 4). Тепло, поступающее в помещение с воздухом (вентиляция, инфильтрация и др.), является конвективным. Изменения Qoggj зависят от изменений температуры приточного воздуха пр- QeeHT = iCp\. (VII.39) Пример VI 1.2. Для помещения, описанного в примере VII.t, рассчитаны колебаний температуры воздуха и осредненной температуры ограждений tqc 110.1 влиянием конвективных и лучистых гармонических колебаний теплопоступлений с амплитулами: = 3500 Вт; /1. = 5330 Вт; время максимума тепловыделений Z = Z = 2 = 16,5 ч. Из примера VII.l известно, что Кц = 8907,28 Вт/К, 8 = 3 ч; Р„ = = 1711,75 Вт/К; вр = 0,6 ч. Решение Амплитуда температуры поверхностей ограждений под влиянием гармонического лучистого тепла в соответствии с формулой (VII.31) равна Л. = 5330/8907,28 = 0,6° С, а под влиянием конвектив ных теплопоступлений по формуле (VII.33) Л^ос г.к = 3500/8907,28 = 0,4° С. Время максимума осредненной температуры всех поверхностей под влиянием лучистых и конвективных теплопоступлений равно 2 = z -f- ву == ос.г Qr = 16,5 -f 3 = 19,5 ч. Суммарная амплитуда Аг - А^ + Ат = 0,6 4- 0,4 = 1° С. oc. ос.г.л ос.г.к Амплитуда колебаний температуры'воздуха под влиянием гармонических лучистых теплопоступлений по формуле (VII.32) равна А* - А~ = в.г.л ос.г.л = (У.б с. гГ = г. = 19.5 ч. в.г.л ос г.л Амйлитуда колебаний температуры воздуха под влиянием гармонического конвективного тепла по формуле (VII.34) равна Л/ = 3500/1711,75 =; = 2,0° С. Время максимума температуры воздуха под влиянием конвективного тепла равно/ г = 2 + = 16.5 + 0,6 = 17.1 ч. Гв.г.к Qr.k Амплитуда изменений температуры воздуха под влиянием лучистых и конвективных гармонических теплопоступлений равна Af = (А^ + А^ г к) 4= = (0,6 + 2.0) 0,965 = 2,5° С, где по рис. IV. 17<Ь = 0,965; а = 0,4 при Л1/Л2 = = 2,0/0.6 = 3.4; Д2 = Z, -2, 1 = 19,5 - 17,1 = 2.4 ч. IB.Г.л гвг.к Время максимума'температуры воздуха/в.г равно 2 ** = 17,1 4-0 4 = 17,5 ч. в.г.к § VII.5. ПРЕРЫВИСТЫЕ ПОСТУПЛЕНИЯ ТОЛЬКО ЛУЧИСТОГО ИЛИ ТОЛЬКО КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛА Изменения теплопоступлений любой сложности можно представить в виде ряда прерывистых поступлений, пользуясь методом наложения. Рассмотрение и решение задачи для прерывистых поступлений позволяет определить тепловой режим помещения при любых изменениях подачи тепла во времени. Прерывистой называют пе риодическую подачу тепла (рис. Vn.4, а), когда в течение части периода т/Т в продолжение т, ч, поступление тепла поддержи-   7f ТЦ?Ч 74 7>t 24 21 24 24 24 Рис. VII.4. Изменения температуры воздуха (б) и температуры внутренней поверхности (в) ограждения под влиянием прерывистых поступлений тепла (а) Рис. VII-5. Коэффициенты прерывистости Q при продолжительности подачи тепла т. равной: i -2Г/24; 2 -4Г/24; S - 6Г/24: 4 - 8Г/24; 5-10Г/24; - 12Г/24; 7 - 16Г/24-. - 20Г/24 Бается на постоянном уровне Q и полностью прерывается на остальную его часть 1-т/Т, продолжительностью (Г-т),ч. Задача о теплоустойчивости помещения в режиме прерывистых теплопоступлений была решена А. М. Шкловером [IV. 8]. Прерывистая подача тепла может быть математически представлена в форме ряда Фурье-суммы гармоник, имеющих разные амплитуды и периоды. Для ряда в целом, как и для слагаемых гармоник, справедливы общие закономерности процесса. Это обстоятельство позволило получить общее решение, которое можно использовать в намеченной последовательности инженерного метода. При расчете теплоустойчивости помещения необходимо определить (рис. VII. 1, б) отклонения температуры воздуха А/ п и поверхностей Атод. п от их средних за период значений при прерывистых поступлениях (обозначено П ). Отклонения температуры поверхностей в помещении при прерывистой подаче Qn только лучистого или только конвективного тепла равны Qп Атп^.п = (VII.40) Коэффициент прерывистости Q в формуле (VII.40) зависит от т/Т и момента времени г/Г, для которого определяется Дтц п (рис. VII.5). Максимальное повышение температуры T.n относительно среднего значения соответствует моменту времени окончания подачи тепла (рис. VII.4, б). Принимаем величину Ат за условную амплитуду Лхдд. п колебания температуры поверхностей в режиме прерывистых поступлений: Л, = ос. п (VII.41) Полный перепад температуры поверхностей в перерыве между теплопоступлениями цмакс QMHH ос.п ос.п (VII.42) где 0, и £1 -г- максимальное и минимальное значения коэффициента прерывистости по приведенной ниже таблице.
При поступлении только лучистого тепла (по причинам, описанным на с. 332) изменения /в.правны по величине Тод.п (VII.37) - (VII.39) и совпадают во времени. Время максимального значения температур совпадает с моментом окончания прерывистой подачи. При прерывистом притоке конвективного тепла Q величина Ats отличается от Ат во время теплоподачи {т, ч) Д^п= А^п+Сп.к/Л. (Vn.43) В остальное в^емя (Т - т, ч) периода Д/,. = Дтос-п. (VII.44) Максимальное превышение температуры воздуха над средним значением обозначим . Величина этой условной амплитуды равна вп= п+п.к/Л. (Vn.45) Полный перепад температуры воздуха за перерыв между поступлениями от максимального до минимального значений равен сй - /Гй - т^o й - то :п + Qn. к/л. (vn.46) Поступления лучистого тепла прямой солнечной радиации непо- средственно в помещение близки к прерывистым поступлениям. Интенсивность прямой солнечной радиации, падающей на вертикальные ограждения, характеризуется быстрым возрастанием и быстрым спадом. Такой характер изменения во времени позволяет считать ее поступление прерывистым. Интенсивность прерывистой подачи удобно принять равной максимальной величине прямой радиации, а ее продолжительность определить из условия равенства площадей кривой изменения радиации и заменяющей ее кривой прерывистого поступления. , Интенсивность прерывистого поступления проникающей в помещение прямой радиации Qnp равна Qnp = 5макспров зат^ок- (VH.47) Продолжительность этого поступления т, ч, равна т SoTKS,), (V1I.48) где So и 5 акс - средняя за сутки и максимальная величина прямой солнечной радиации; К^ат - коэффициент затенения со1нцезащитных устройств. Полный расчет теплопоступлений от солнечной радиации приведен в § Vni.4. Для получения температурного режима помещения при совместном действии прерывистых поступлений тепла необходимо для каждой составляющей отдельно рассчитать соответствующие температурные изменения с последующим их сложением в отдельные моменты времени. Пример VII.3. Для помещения, описанного в примере VII.1, определить изменение температуры воздуха tg и осредненной температуры поверхностей Ход под воздействием прерывистых теплопоступлений продолжительностью m = 8 ч (с 10 до 18 ч), конвективная часть которых Q - 2560 Вт, а^лучис- Чпл = 6400 Вт. Из примера VII. 1 известно, что = 8907,28 Вт/К; еу = 3 ч; Р„ = 1764,5 Вт/К; ер = 0,6 ч, Л = 2295,26 Вт/К. Решение. Величина суммарных (лучистых и конвективных) теплопоступлений равна Qjj = 6400 -f- 2560 = 8960 Вт. Отклонение температуры поверхностей в помещении через 2 ч после начала теплоподачи определяем по формуле (VII.40) V.n = 0> 186 8960/8907,28 = 0,18 °С. , Значение коэффициента Q = 0,186 при т/7 = 8/24 и момента времени 2/7=2/24 определено\по рис. VII.5. Условную амплитуду колебания температуры поверхностей находят по формуле (VII.41) =*0,849 - 8960/8907,28 = 0,85 С. ос-п Время максимума -с^, совпадает с окончанием теплоподачи - 2 = - 18 ч °= Полный перепад температуры поверхностей в перерыве между теплопоступлениями по формуле (VII.42) равен мано ин gggo 0.349-(-0.575) 3 ос-п ос-п 8907,28 Значения Q = 0,849 и = -0,575 определены по таблице (см. с 336) при mIT = 8/24. Отклонение температуры воздуха в пощещеиии через 2 ч после йачала тепло-лодачи определяется по формуле (VII.43) в.п.к = 0,18-f 2560/2295,26 = 1,30°С. Условная амплитуда температуры воздуха по формуле (VII.45) равна А, = 0,86 -f 2560/2295,26 = 1,98 °С. в.п.к время максимума t.n совпадает с окончанием теплоподачи - 2 = Га п = 18 Ч Полный перепад температуры воздуха за перерыв между теплопоступлениями с учетом формулы {VII.46) равен ТТ - в п = 1.43 И- 2550/2295,26 = 2,55 X. § VII.6. СЛОЖНЬШ ЛУЧИСТО-КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН НА ПОВЕРХНОСТЯХ ПОМЕЩЕНИЯ ПРИ ГАРМОНИЧЕСКИХ И ПРЕРЫВИСТЫХ ТЕПЛОПОСТУПЛЕНИЯХ При сложном лучисто-конвективном теплообмене на поверхностях в помещении удобно воспользоваться понятием условная температура внутренней среды [VH.l] (подобно приведенному в § П.2). Тепловой баланс поверхности при периодических гармонических колебаниях температуры воздуха и падающего на поверхность лучистого потока тепла запишем в виде Q=Q, + Л (,-То ) = A(V,-ьд./Л-То,) = Л(у -То,), (Vn.49) где точками обозначены периодически изменяющиеся части соответствующих величин в данном случае; Q - изменяющаяся во времени 338 часть общего потока тепла на поверхности; - о же, падающего на поверхность лучистого потока тепла; ty, - то же, условная температура внутренней среды. С помощью этого преобразования смешанное граничное условие теплообмена на поверхности (при лучистом теплообмене II рода, при конвективном III рода) заменено одним условием теплообмена III рода с использованием условной температуры внутренней среды. В ty входит радиационная температурная добавка Л/р, которая учитывает действие лучистого тепла. Следуя .известному выводу (см. § VI 1.1), соотнощение между измене-;]ннями общего теплового потока на поверхности и условной температуры воздуха можно получить в виде условного показателя теплопоглощения поверхностей в помещении (Русл)  Рис. VI 1.6 Схема расчета теплоустойчивости помещения при сложном лучисто-конвективном теплообмене и поступлении в помещение лучистого и конвективного тепла уел (V 11.50) который, как это следует из (VII.2), равен Рогр, т. е. уел - ппо - огР 1/Уп + 1М (VII 51) Используя Русл, переменную часть составляющих тепловых балансов относительно помещения и его поверхностей удается записать в .Виде следующих балансовых уравнений (см. рис. VI 1.6): относительно помещения Qk Ь Сл ~Ь вент пр - уел уел + нет или Qk + вент /пр + Сл (l - уел / а) = (Руел + >вент) l относительно поверхностей, обращенных в помещение, Рл+а(4-Т,е) = >пТое или Рл+а/з= (Y + a) Toe, (VII.52> (VI 1.53) (VI 1.54) (VII.55) где величины отнесены ко всему помещению и дополнительно использовано обозначение: /цр-периодически изменяющаяся температура приточного воздуха. в уравнениях (VI 1.52)-(VI 1.55) и далее действия умножения, сложения с величинами, обозначенными точками, производят как с векторами. Суммирование их удобно проводить, пользуясь правилом сложения правильных гармонических колебаний (см. § IV.5). Величина теплоаккумулирующей способности воздуха в объеме помещения незначительна и ее, как правило, не учитывают. Влияние оборудования и мебели на теплопоглощение в помещении может быть учтено в системе (VII.52) -(VI 1.55) по формуле (VII. 12). Теплопоступления через наружные ограждения (определенные при постоянных внутренних условиях) считаются известными и вносятся в расчет теплоустойчивости помещения наравне с тепловыделениями от внутренних источников [в уравнениях (VII.52) - (VII.55) переменная часть Q и Од]. Запись тепловых балансов в виде (VII.53), (VII.55) позволяет однозначно определить колебания температуры воздуха: { = вент пр -f- Qn (I - Pycnl (VII 56) Р усл + Р вент а также осредненной по площадям температуры поверхностей в помещении ос.г = (Сл + л4)/(п + А). (VII.57) Уравнения (VII.56), (VII.57) дают возможность до известным данным о свойствах теплоустойчивости помещения (Кц, Русл) и о воздействую- . . . щих на его тепловой режим факторах ( Ой, Qn- вент /пр) определить иЬкомые изменения температуры воздуха 4 и поверхностей т^ в помещении. Из уравнений следует, что изменения температуры воздуха и поверхности ограждений при поступлениях одинаковых периодических лучистых и конвективных потоков тепла не равны. Для сглаживания колебаний температуры на поверхности ограждения [для этого надо принять Т(,д = 0 в уравнении (VI 1.57)] конвективной системе охлаждения потребуется создавать колебания температуры воздуха в помещении, равные: t, = -(qjK). (VII.58) При этом колебания конвективных теплопоступлений в помещение (Q -f Рвент tnv) должны быть [кзк ЭТО слсдуст ИЗ подстэновки (VI 1.58) в (VII.56) ] в Qk + Рвент^пр { Р раз больше лучистых теплопоступлений. 340 вентЛф = /Аент. . 1 (VII.59) Задача системы кондиционирования воздуха обычно состоит в поддержании постоянства температуры воздуха в помещении (/в = 0)-Для этой цели система должна полностью ассимилировать избыточное конвективное тепло и только часть переменной составляющей лучистых теплопоступлений (Qj,) в соотношении, как это следует из (VI 1.56): Q,.+Рвент пр Русл 1 а,. (VII.60) Иными словами, для предупреждения колебания температуры воздуха конвективная система должна отвести из помещения поток тепла, который составит только некоторую долю от лучистого теплового потока, поступающего в помещение. Доля а^, так же как и остальные величины в (VII.60), периодически изменяется и является векторной величиной. Она названа коэффициентом ассимиляции изменяющихся лучистых теплопоступлений конвективными. Ее максимальное значение а^ соответствует модулю векторной величины Oj, отношения (VI 1.60). Максимум доли с коэффициентом а^, в тепловой нагрузке системы кондиционирования воздуха (Zalq) должен отставать во времени от максимума гармонического лучистого теплопоступления (Zq ) на интервал времени е^, который равен аргументу соотношения(VI 1.60) СЛл = 2рГ + - (VII.6I) Величины модуля а^ и аргумента е^ коэффициента ассимиляции гармонических поступлений лучистого тепла приведены ниже:
Отсюда следует, что холодильную нагрузку на систему кондиционирования воздуха Q .p при лучисто-конвективных теплопоступле-ниях, изменяющихся по гармоническому закону, можно для каждого момента времени определить по формуле Qkb Qkb о + qkb = QHo+qo+qk + arQ . (VII.62) где индексом 0>х обозначены составляющие неизменные в течение периода (например, среднесуточные значения; тепловой нагрузки системы кондиционирования Q b q, конвективных Qo и лучистых теплопоступлений в помещение), а точкой сверху - изменяющиеся во времени их части. , Максимальная нагрузка на систему кондиционирования воздуха кв* > которая, например, в расчетные летние сутки определит установочную холодильную мощность системы, равна = Qkbо + Q , = Qko + Qлo + (Q + a,AQj(VII.63) где A - амплитуды (модули) изменяющихся потоков тепла, отмеченных соответствующими индексами. Анализ теплоустойчивости помещения при прерывистых тепло-поступлениях сложнее, чем при гармонических. Для ряда в целом, как и для слагаемых гармоник, справедливы общие закономерности процесса. Это обстоятельство позволяет использовать намеченную выше схему и последовательность решения для случая прерывистых теплопоступлений и общего случая лучисто-конвективных периодических (гармонических и прерывистых) поступлений и ассимиляции тепла. Особенность приведенных выше соображений для этих случаев в том, что изменяющиеся величины являются более сложными, но также перирдическими показателями процесса. В результате соответствующие показатели теплопоглощения и теплоусвоения помещения для прерывистых и более сложных периодических процессов не могут быть определены по простым формулам вида (VU.51). Величины Q, Q, /пр в связи С ИХ СЛОЖНЫМ измснением должны быть заданы в виде графиков или табличных данных сложных периодических теплопоступлений. В связи с этим коэффициент ассимиляции а и искомые температуры/в и Т(,д, как правило, не могут быть получены аналитическими расчетами и должны определяться или численным методом сложения частных составляющих (см. § VII.7), или (что является более общим) численным решением с применением ЭВМ. Решение (VIII.8j для прерывистых теплопоступлений лучистого тепла было проведено по намеченной схеме на ЭВМ. Полученные в результате значения коэффициентов ассимиляции прерывистых теплопоступлений лучистого тепла приведены на рис., VII.7. По ним можно определить часть прерывистых теплопоступлений Оа Qn. которую должна ассимилировать конвективная система кондиционирования воздуха. Для упрощенных оценок можно воспользоваться заменой кривых изменения /в. п ит . специфических для прерывистой теплоподачи, гармоническими. Амплитуда изменения температуры воздуха А^ под влиянием прерывистых конвективных теплопоступлений с учетом (VII.56) равна О О л = 2п н = . (VII 64) в.п.к 1 lпA/( =A-lп)-Явeнт Значение знаменателя формулы (VII.64) можно назвать показателем теплопоглощения помещения при прерывистых теплопоступлениях и записать в виде 1 ... 31 32 33 34 35 36 37 ... 42 |