Главная » Книги и журналы

1 ... 15 16 17 18 19 20 21 ... 25

Рис. V.l. Гармонические изменения теплового потока (а), проходящего через поверхность ограждения, температуры воздуха (б) и поверхности ограждения (в)

В инженерном методе расчета для упрощения рекомендуют не учитывать б)Ц возможное расхождение гу.

и считать для.всех огражде НИИ величину еу Г/8 в связи с преимущественным при- g) менением в помещении ог- раждений с толстыми внутренними слоями и взаимно компенсирующим влиянием легких наружных ограждений (0<еу<Г/8) и легких внутренних ограждений (Г/8<8у<Г/4).

В жилых помещениях доля внутренних ограждений в общей поверхности большая, поэтому для них несколько больше Г/8. Однако это отклонение несущественно.

Показатель теплопоглощения

Для расчета изменений основной составляющей теплового режима - температуры воздуха - необходимо определить полное значение показателя теплопоглощения помещения Рп, учитывающего наличие наряду с ограждениями мебели, оборудования и влияние воздухообмена. Мебель и оборудование можно рассматривать как дополнительную тепловую емкость, повышающую тепло-аккумулирующую способность внутренней среды (воздуха помещения). Воздухообмен в помещении также

связан с поглощением конвективного тепла. С учетом принятого разделения теплообмена на составляющие при определении теплопоглощательной способности помещения нужно учитывать только конвективную часть общего теплообмена. Коэффициент теплопоглощения определяет изменение температуры воздуха помещения только под влиянием поступлений конвективного тепла.

Для внутренних поверхностей всех ограждений показатель теплопоглощения ограждений Рогр (здесь учтены только модули величин) равен:

Porp = 2P,F,. (V.2)

где Pi - теплопоглощение отдельного ограждения:

- , (V.3)

здесь ак.г - коэффициент конвективного теплообмена на его поверхности.

Для ограждений различного вида значения Pi заметно изменяются. Если материал ограждения имеет большую теплоемкость и теплопроводность (металлические предметы, поверхность бака с водой и др.), то Pi его поверхности стремится к своему максимально возможному значению - коэффициенту конвективного теплообмена к. Для наружных ограждений с малой теплоемкостью и теплопроводностью (например, для окна при 5->0), когда

величина Pi равна своему минимальному значению - коэффициенту теплопередачи /С. Для окна по формуле (V.3) имеем:

Pi--J- - = /С. (V.5)

Оборудование и мебель при расчете теплопоглощения помещения можно рассматривать состоящими из сравнительно тонких пластин {0,5<.О<1), которые с двух сторон омываются воздухом помещения. Показатель теплопоглощения оборудования, имеющего массу Go6 и массовую теплоемкость Соб, равен:

PoQAf-GoQCoQ. (V.6)

Показатель теплопоглощения воздухообмена в помещении

Рвен = (р)в, (V.7)

где L - воздухообмен в помещении, м^/ч.

Показатель теплопоглощения помещения Рп равен сумме всех рассмотренных составляющих величин Р/. Значения Pi равны отношению изменений соответствующих конвективных потоков тепла и температуры воздуха и являются векторными величинами. Колебания температуры воздуха в помещении одинаковы для всех поверхностей, но изменения конвективных потоков тепла на них оказываются разными и не совпадающими во времени. Последнее определяет положение показателей теплопоглощения во времени гр. (аргумент).

Для отсчета положения Pi во времени принимают колебания температуры воздуха. Изменение Рвен, как это следует из выражения (V.7), совпадает с колебаниями температуры воздуха, поэтому гр =0. Колебания теп-

вен

ловых потоков через ограждения (рис. V.1) отстают от колебаний температуры воздуха на 8р . Имея данные об

отдельных величинах Р/ и о их положении во времени €p , в общем виде можно определить показатель теплопоглощения Рп (учитывая только модули величин) по правилу (п. 3 гл. П1) попарного сложения гармонических колебаний:

= [Рвен + (Рогр + Роб) til 2. (V.8)

Между показателем тепл,опоглощения и теплоусвоения помещения сохраняется связь, определяемая зависимостью коэффициентов теплопоглощения и теплоусвоения отдельных поверхностей [см. формулу (V.3)]:

п = -j--р, (V.9)

где Л -показатель интенсивности конвективного теплообмена на Бсей площади поверхности в помещении:

Л = 2а^..-, = 2., (V.10)

где ак - осредненный по поверхностям коэффициент конвективного теплообмена.

v.2. ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ПОМЕЩЕНИЯ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКИ ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ПОСТУПЛЕНИЯХ ТЕПЛА

Теплоустойчивость помещения характеризуется изменениями температуры воздуха и поверхностей. Рассмотрим особенности изменения теплового режима помещения при действии различных составляющих теплопоступ-лений.

Гармонические поступления отдельно только лучистого ИЛИ только конвективного тепла

Поступающее в помещение лучистое тепло в результате многократного отражения относительно равномерно распределяется по всем поверхностям помещения. Колебания гармонических (г) поступлений лучистого (л) тепла с амплитудой Aq вызовут изменения осреднен-

ной по площадям температуры Тос.г.л поверхностей в помещении с амплитудой

ос.г.л

Тос.г.л = -; т„ л = 4 г.л/п. (V.ll>

П

Температура поверхностей Тос.г^л изменяется с отставанием от Qт.л на величину Ву . Температура воздуха изменяется по значению и во времени так же, как температура поверхностей (здесь предполагается отсутствие конвективного теплообмена):

в.г.л - ос.г.л в.г.л - ос.г.л* (V. 12)

Конвективное тепло передается воздуху и от него поверхностям помещения. В каждый момент времени количество поступившего в помещение конвективного тепла равно количеству тепла, переданного воздухом поверхностям (теплоемкость воздуха в объеме помещения незначительна). При гармонических (г) поступлениях кон-вективного (к) тепла амплитуда At изменения температуры воздуха больше амплитуды Лто^гк осреднен-

*) Точкой сверху обозначена изменяющаяся часть векторной величины, в данном случае Тосг.л, Сг-л, Уп.

в.г.к = -; At.r. = AqJPu. (V.14)

ной температуры поверхностей и во времени колебания тосг.к отстает от }в.т.к:

Тос.г.. = -; Лг ,., =Лс, /Г„, (V.13)

п

где Aq -амплитуда гармонического поступления конвективного тепла.

Отставание изменений тос.г.к от Qr.K равно бу. Изменение в.г.к и ее амплитуды Af равно:

Qp.K Рп

а отставание во времени изменений температуры воздуха от конвективных поступлений составляет величину 8р^. Несовпадение во времени /в.г.к и Тос.г.к определяется разностью бу -8р.

Прерывистые поступления только лучистого или только конвективного тепла

Прерывистой называют периодическую подачу тепла (рис. V.2), когда в течение части периода mJT, в продолжении т ч поступление тепла Qn постоянно и полностью прерывается (на Т-т ч) на остальную часть (1-т/Г) периода. Прерывистую подачу тепла математически можно представить в виде ряда Фурье - суммы гармонических колебаний, имеющих разные амплитуды и периоды. Для суммы гармоник, как и для слагаемых гармоник, справедливы общие закономерности процесса. Это обстоятельство позволило получить решение задачи, которое удобно использовать в намеченной последовательности инженерного метода.

При расчете теплоустойчивости помещения необходимо определить отклонение температуры воздуха Д^в.п и поверхностей Дтос.п от их средних за период значений при прерывистых поступлениях (обозначим их П). Отклонения температуры поверхностей в помещении при прерывистой подаче отдельно лучистого или конвективного тепла равны:

AToc.n-=Qii/in, (V.15)

где Q - коэффициент прерывистости [46], зависящий от т/Т и момента времени, для которого определяют величину Атос.п.

Максимальное повышение температуры Тос.п относительно среднего значения соответствует моменту времени окончания подачи тепла (см. рис. V. 2,6). Принимаем эту величину за условную амплитуду Л^ колебания температуры поверхностей в режиме прерывистых поступлений:

где Омакс - максимальное значение коэффициента прерывистости.

Полный перепад температуры поверхностей за перерыв между теплопоступлениями составляет

макс - Qmhh

. МИН Г) .

ос.п

Рис. V.2. Прерывистые изменения теплового потока (а), проходящего через поверхность ограждения, температуры воздуха (б) и поверхности ограждения (в)

где Qmhh - минимальное значение коэффициента прерывистости.

При Прерывистом поступлении только лу-чистого тепла изменения температуры воздуха А^в.п равны значениям, полученным в формулах (V.15) - (V.17), и совпадают во времени с изменениями Атос.п. Время, при котором tb и Тос принимают максимальные значения, совпадает с моментом окончания прерывистой подачи.

При прерывистом поступлении только конвективного тепл а Qn.K величина отличается от

в.п.к

ос.п.к

А^в.п.к ДТос.п.к*

Qu.K

л

(V.18)

Максимальное пре^ вышение температуры воздуха над средним

значением обозначим At. Эта условная амплитуда изменения температуры воздуха равна:

Полный перепад температуры воздуха за период между поступлениями конвективного тепла равен:

.макс .мин Q ( макс - мин , J \

*в.п.к в.п.к - п.к \ Yu А ) КУ -1

Сложный лучисто-конвективный теплообмен

на поверхности при гармонических и прерывистых

теплопоступлениях

При рассмотрении сложного лучисто-конвективного теплообмена на поверхностях в помещении удобно воспользоваться понятием условная температура воздуха (см. п. П.1) и записать тепловой баланс поверхностей при периодических колебаниях температуры воздуха и подающего на поверхности лучистого потока тепла только для изменяющихся во времени составляющих в виде

Q = + Л (в - Тос) - л (в + - Tocj = л (/уел - Тос);

(V.21)*

точками обозначены периодически изменяющиеся составляющие соответствующих величин (изменяющиеся во времени их части): Q - общего теплового потока на поверхности; - падающего на поверхности лучистого потока тепла; /в, Тос - температуры воздуха и поверхностей; Л - показатель интенсивности конвективного теплообмена, /уел - условной температуры воздуха, равной:

/усл = /в+%- . (V.22)

Л

Следуя известному выводу [см. формулу (V.3)], на всей площади поверхностей, обращенных в помещение, соотношение между изменениями общего теплового потока на поверхности и условной температуры воздуха можно получить в виде условного показателя теплопоглощения поверхности Русл:

Русл = = --- . (V .23)

усл /в + Сл /Л

*) В уравнениях (V.21) (V.28) и др. действия умножения, сложения и т. д. величин с точками выполняют как с векторами или комплексными числами. Суммировать их удобно, пользуясь правилом* сложения правильных гармонических колебаний см. п. III.3.

т

Используя Русл, с учетом (V.11) переменную часть составляющих тепловых балансов относительно всего помещения и поверхностей ограждений в помещении удается записать в виде уравнений:

относительно всего помещения

Qk + Сл + Рвен пр = усл усл + вен в, (V. 24)

ИЛИ

Qk + Рвея tup + Qn и - - ( Русл + Рвен) /в*, (V.25)

относительно поверхностей ограждений:

Фл+Л(/в-Тос)=>Тос, (V.26)

или

Сл + Л?в = (> + Л)тос, (V.27)

где все величины отнесены ко всему помещению. Допол-.нительно использовано обозначение /пр - периодически изменяющаяся составляющая температуры приточного воздуха в помещении.

Величина теплоаккумулирующей способности воздуха помещения мала, и ее, как правило, не учитывают.

Влияние оборудования и мебели на теплопоглощение в помещении может быть учтено в системе {V.25) и (V.27) по формулам (V.6) -(V.9).

Изменения теплопоступлений через наружные ограж-.дения, которые определяются при постоянных средних за период внутренних условиях, вносят в расчет теплоустойчивости помещения [переменная часть Qk и Qл в уравнениях (V.25) и (V.27)] наряду с тепловыделениями от внутренних источников.

Уравнения тепловых балансов (V.25), (V.27) позволяют однозначно определить колебания температуры воздуха в помещении

; Qk + Рвен пр + Рл (1 - Русл/Л) Русл + Рвен

а также осредненной по площадям температуры поверхностей в помещении

Хос = -%±Л> . (V.29)

У+Л

Из уравнений (V.28) и (V.29) по известным данным о свойствах теплоустойчивости помещения (У, Русл) и о

lb \

(V.31>

воздействующих на его тепловой режим факторах (Qk,.

Ол, Рвен, *пр) можно непосредственно определить искомые изменения температуры воздуха и поверхности ограждений Тос в помещении.

Из этих уравнений также следует, что изменения температуры воздуха и поверхностей в помещении при поступлениях одинаковых периодических лучистых и конвективных потоков тепла не равны. Чтобы отсутствовали колебания температуры поверхностей (*Тос = 0), конвективной системе охлаждения помещения потребуется создавать колебания температуры воздуха по (V.29), равные:

. (V.30)

л

Колебания конвективных теплопоступлений (Qk+ +Рвен пр) должны быть ДЛЯ ЭТОГО, как это следует из подстановки (V.30) в (V.28) в

Qk + вен /др Сл

раз больше лучистых теплопоступлений (Рл)-

Задача кондиционирования воздуха обычно состоит в поддержании постоянной температуры воздуха в помещении (в=0). Для этой цели система должна полностью ассимилировать избыточное конвективное тепло и только часть переменной составляющей лучистых теплопоступлений Рл, которая (эта часть), как это следует из (V.28), равна:

(Qk+PbbhU) ( р^/д) 1 (32.

Иными словами, для предупреждения колебания температуры воздуха конвективная система должна отвести из помещения только некоторую долю /(ас (коэффициент ассимиляции изменяющихся лучистых теплопоступлений конвективными) от лучистого теплового потока, поступающего в помещение. Доля /Сас так же, как и остальные величины в (V.32), периодически изменяется. Ее максимальное значение соответствует модулю векторной величины отношения (V.32). Максимум доли /(ас в тепловой нагрузке системы кондиционирования воздуха

должен отставать во времени Zkc максимума гармонического лучистого теплопоступления Zg на ин-

тервал времени 8ас, равный аргументу соотношения (V.-32), поэтому

макс .макс (у.ЗЗ)

Холодильную нагрузку на систему кондиционирования воздуха Qkb при лучисто-конвективных теплопоступ-лениях, изменяющихся по гармоническому закону, можно для каждого момента времени определить по формуле

Qkb ~ Qkb.о + Qkb = Qk.o + Сл.о + Qk + К ас Qn- (V.34)

Максимальная нагрузка на систему кондиционирования воздуха Q , которая, например, в расчетные летние сутки определит установочную холодильную мощность системы, равна:

С = Qkb.o + 9кв = Qk.o + л.о + к + ас Q. (V.35)

[в уравнениях (V.34), (V.35) индексом о отмечены средние за период (за сутки) величины, а точкой обозначены изменяющиеся части соответствующих величин].

Выше были рассмотрены правильные гармонические изменения подачи и ассимиляции тепла.

Анализ теплоустойчивости помещения при прерывистых теплопоступлениях сложнее, чем при гармонических, однако в соответствии с принципом суперпозиции для ряда в целом, как и для слагаемых гармоник, как это уже было сказано, справедливы общие закономерности процесса. Это обстоятельство позволяет использовать намеченную выше схему и последовательность рассмотрения для прерывистых теплопоступлений и для общего случая лучисто-конвективных периодических (гармонических и прерывистых) поступлений (или ассимиляций) тепла. Особенность приведенных выше уравнений для этих случаев будет в том, что входящие в них изменяющиеся величины являются не правильными гармониками, а более сложно изменяющимися во времени, но также периодическими показателями процесса. В результате соответствующие показатели теплопоглощения и теп--лоусвоения помещения для прерывистых и более слож-

1 ... 15 16 17 18 19 20 21 ... 25