|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 ... 16 17 18 19 20 21 22 ... 25 ных периодических процессов не могут быть определены по простым формулам вида (V.23). Величины Рл, Qk. tup в связи с их сложным изменением должны быть заданы в виде графиков или табличных данных. Коэффициент ассимиляции Kslg и искомые температуры }в и Тосг как правило, не могут быть в связи с этим получены аналитическим расчетом, их следует определять или методом сложения частных составляющих, или решением с применением ЭВМ. Такие расчеты на ЭВМ выполнены для случаев прерывистых поступлений тепла разной продолжительности, а также для поступлений тепла солнечной радиации в помещение при различной ориентации ограждений [5]. V.3. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТИ ДЛЯ РАСЧЕТА РЕЖИМА РЕГУЛИРОВАНИЯ МИКРОКЛИМАТА Для решения вопросов регулирования систем кондиционирования воздуха необходимо проанализировать работу отопительно-вентиляционного оборудования, выбрать контуры регулирования и определить основные параметры устройств, обеспечивающих выполнение заданных процессов регулирования. Выбор схемы и основных параметров системы регулирования каждого контура производится с учетом протекания тепловых процессов в объектах регулирования, требований по точности регулирования, быстродействию и другим качественным показателям. Динамические свойства объекта существенна влияют на основной показатель системы автоматического регулирования - устойчивость параметров регулирования. Расчет динамики тепловых процессов объекта регулирования обычно сводится к определению его статических и динамических характеристик. В системе кондиционирования статические и динамические характеристики дают возможность выявить зависимость колебаний температуры помещения и в отдельных элементах системы от изменяющихся тепловых воздействий. Переменные тепловые воздействия условно разделяют на два вида: регулирующие и возмущающие. Регулирующие воздействия направлены на поддержание заданной температуры помещения п. К ним относится тепло вносимое (или ассимилируемое) системами кондицио- ирования. Возмущающие воздействия вызывают отклонения температуры помещения от заданного значения. Это теплопоступления (теплопотери) при изменении температуры наружного воздуха, скорости ветра, солнечной радиации, работы технологического оборудования, электрического освещения и др. В самих системах кондиционирования регулирующие воздействия определяются технологическими схемами, режимом работы системы и т. д. Обычно динамика тепловых процессов в системах кондиционирования определяется только относительно регулирующих воздействий [30]. Динамические характеристики делятся на временные и частотные. Временные характеристики определяют для переходных тепловых процессов (кривые разгона) при ступенчатом или прерывистом изменении во времени теплового воздействия. Частотные устанавливают при его изменении в виде гармонических колебаний. Динамические характеристики могут быть определены аналитически решением системы дифференциальных уравнений теплового режима помещения или отдельных элементов системы. Подобные решения получены в теории теплоустойчивости, однако их до сих пор недостаточно использовали для решения вопросов регулирования. В теории автоматического регулирования для анализа режимов составляют линейные дифференциальные уравнения невысокого (первого - третьего) порядка. Такие уравнения не могут учесть всей сложности теплового процесса в помещении и системах кондиционирования. При расчете динамических характеристик вентилируемых помещений и некоторых элементов систем кондиционирования удобна инженерная методика расчета теплоустойчивости. Она позволяет получать временные и частотные характеристики при любых регулирующих или возмущающих воздействиях с учетом полного описания теплового процесса. В теории теплоустойчивости инерционные свойства всех поверхностей в помещении оценивают коэффициентом теплоусвоения Уд. Инерционные свойства помещения относительно температуры воздуха характеризуют коэффициентом теплопоглощения Рд- Гармонические колебания тепловых потоков регулирующих или возмущающих воздействий вызывают в помещении колебания температуры воздуха /в и внутрен- них поверхностей ограждений Тос- Амплитуды этих колебаний приближенно равны: а время их максимального значения зависит от и . Поскольку коэффициенты Уд и Рп зависят от частоты колебаний, их можно использовать для аналитическо- Рис. V.3. Кривые переходных тепловых процессов в объектах регулирования при разовых ступенчатом и импульсном тепловых воздействиях а - разовое ступенчатое (/) и импульсное (2) тепловое воздействие; б - изменение температуры при ступенчатом (/ и 5) и импульсном (/ и 2) тепловом воздействии (кривые разгона)  го определения частотных (амплитудных и фазовых) динамических характеристик регулирования теплового^ процесса в помещении. Основные зависимости для периодических прерывистых теплопоступлений можно применить к расчету разовых ступенчатых и импульсных воздействий (рис. V.3). Для этого предположим, что период Т имеет достаточна большую длительность. Для определения импульсных характеристик динамики теплового процесса в помещении могут быть использованы уравнения изменения температуры ограждений Атос и воздуха Д^в'. Атос.п = Qu,K (V.37> Кривая переходного теплового процесса в помещении в начальный период разового ступенчатого возмущения аналогична кривой разгона апериодического звена первого порядка (сосредоточенные тепловая емкость и термическое сопротивление). Постоянную времени Гд и статический коэффициент передачи Кп помещения относительно температуры воздуха и поверхностей можно определить по формулам (см. рис. V.3): I l\~t(z)]dz о Д^уст Д^уст (V.38) где F - площадь, ограниченная кривой разгона и линией нового установившегося значения регулируемого параметра после разового ступенчатого воздействия; Д/уст - наибольшее отклонение регулируемого параметра. Коэффициенты Гц и Кп могут быть также определены по кривой спада температуры при разовом импульсном воздействии из соотношений: t(z)dz . = (V.39) f / (г) dz An = V (V.40) где Рим - площадь импульса прерывистой подачи тепла; fвозв - площадь, ограниченная кривой возврата температуры после прекращения импульсной подачи; - повышение температуры во время импульса. Использование формул теплоустойчивости при прерывистой теплопередаче для данного случая оказалось возможным, так как средние за период при Т~оо показатели можно принимать равными Qn при разовом ступенчатом изменении и О при импульсном. Предложенные зависимости определяют динамические характеристики теплового процесса в помещении как объекта регулирования, которые в теории автоматического регулирования используют для выбора основных устройств, обеспечивающих заданные режимы регулирования. Данные теории теплоустойчивости также использованы для оценки динамических характеристик отдельных элементов систем кондиционирования (воздуховодов, камер и др.). Общий анализ процесса регулирования кондиционирования микроклимата на основе теории теплоустойчивости выполнен в МИСИ С. А. Щелкуновым [50]. ГЛАВА VI ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ПОМЕЩЕНИЯ ЗИМОЙ Зимний и летний периоды особенно напряженные для работы систем кондиционирования микроклимата и наружных ограждающих конструкций. Наиболее холодные зимние и жаркие летние дни являются определяющими при расчете тепловой и охлаждающей мощности систем и защитных свойств ограждения. В холодное время года наружные ограждения защищают помещения от воздействия низких температур, ветра и позволяют с помощью системы отопления поддерживать необходимую тепловую обстановку. Решая задачу отопления зданий, следует рассчитывать обогревающие устройства и ограждения так, чтобы они обеспечивали необходимые тепловые условия в помещении в течение всего отопительного периода. Необходимая температурная обстановка в помещении должна выдерживаться при наличии холодных . или нагретых поверхностей и неравномерности температуры и подвижности воздуха в объеме помещения. Наибольшие разница температур и подвижность воздуха в помещении наблюдаются в самый холодный период зимы. Если наружные ограждения и система отопления обеспечат расчетные параметры микроклимата в этот период, то необходимые тепловые условия при правильном регулировании будут соблюдены в течение всего отопительного периода. VI.1. ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ РАСЧЕТНЫХ УСЛОВИИ Расчетные тепловые условия в помещении назначаются в зависимости от его функционального назначения и санитарно-гигиенических требований. Для большинства жилых и общественных зданий эти условия приблизительно одинаковы. В промышленных производствах можно выделить несколько групп помещений, условия в которых назначаются также приблизительно одинаковыми. Однако кроме санитарно-гигиенических и технологических требований, определяющих внутренние тепловые ус- ловия, которые должны быть выдержаны в течение отопительного, периода, важным во всех случаях является вопрос о степени обеспеченности заданных внутренних условий. В таких зданиях, как больницы, родильные дома, детские ясли, а также в некоторых цехах с жесткими технологическими режимами требуется высокая степень обеспеченности заданных тепловых условий. Эти условия должны выдерживаться в них при любых погодных условиях, какие могут быть в районе строительства. В зданиях общего назначения (жилые дома, общежития, залы музеев, книгохранилища и т. д.) возможны разовые кратковременные отклонения от заданных (расчетных) условий. В зданиях второстепенного назначения, периодически функционирующих, с кратковременным пребыванием людей (торговые и выставочные залы, залы ожидания для пассажиров и др.) степень обеспеченности расчетных внутренних условий может быть еще более низкой. Таким образом, для помещений различного назначения должны быть заданы не только расчетные внутренние условия, но и показатели степени их обеспеченности. Чтобы выполнить необходимые требования обеспеченности заданных внутренних условий, необходимо правильно определить теплозащитные качества ограждений, тепловую мощность системы отопления на основе расчета, отправным моментом в котором будут расчетные наружные условия. Выбор расчетных параметров наружного климата связан с обеспечением заданных внутренних условий. Таким образом, есть возможность требование обеспеченности заданных внутренних условий учесть при выборе параметров наружного климата. Наиболее холодные периоды каждой зимы принимают за случай при выборе расчетных наружных параметров, отвечающих определенной степени обеспеченности их появления. В качестве показателя обеспеченности заданных внутренних условий принимают показатель обеспеченности расчетных параметров наружного климата. Обеспеченность, условий оценивают коэффициентом обеспеченности /Соб.п, показывающим (в долях единицы или процентах) число случаев п, при которых недопустимо отклонение от расчетных условий. Зная /Соб.п, можно сказать, в скольких случаях (в процентах или долях) невозможно отклонение от расчетных условий. Коэффициент обеспеченности расчетных условий для холодного периода года Санитарно-гигиенические требования к микроклимату помещений. Характеристика основных помещений Коэффициент обеспеченности об. п Повышенные. С повышенными санитарно-гигиеническими требованиями Высокие. С круглосуточным пребыванием людей или с постоянным технологическим режимом Средние, С ограниченным во времени пребыванием людей Низкие. С кратковременным пребыванием людей Около 1 0,9 0,7 0,5 Принятые к рассмотрению случаи связаны с определенной продолжительностью во времени, так как они характеризуются параметрами срочных наблюдений, осред-ненных за сутки или за период другой продолжительности. Поэтому с их помощью можно определить коэффициент обеспеченности /С^ по продолжительности возможных отклонений Дг. Сопоставление наружных расчетных условий, определенных при некотором значении КобуПу с параметрами климата в наиболее суровый период позволяет выяснить степень и продолжительность наибольшего разового отклонения наружных условий от расчетных. Обрабатывая результаты метеорологических наблюдений с учетом заданного коэффициента обеспеченности, можно получить все данные о возможных, вызываемых внешними воздействиями отклонениях условий в помещении от расчетных (число отклонений, их общую продолжительность, степень и продолжительность наиболее невыгодного разового отклонения). Влияние наружного климата на тепловой режим ограждений и помещений комплексное. Оно определяется совместным действием нескольких метеорологических параметров, которые раздельно наблюдаются метеорологами. При расчете передачи тепла через ограждения действие этих параметров необходимо учитывать совместно: для зимы определяющими параметрами климата, например, являются температура наружного воздуха и скорость ветра Ун. В некоторых расчетах дополнительно к ним следует учитывать относительную влажность фн и энтальпию /н наружного воздуха, а также солнечную радиацию, направление ветра, осадки. Неко- торые из этих параметров связаны между собой, и изменение одного из них сопровождается определенным изменением другого. Например, похолодание для большинства районов страны с континентальным климатом связано с понижением скорости ветра. Задача определения расчетных наружных условий зимой в основном сводится к определению расчетного сочетания зависимых событий - изменению /н и Uh с учетом заданного коэффициента обеспеченности. У1.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ КЛИМАТА ХОЛОДНОГО ПЕРИОДА ГОДА При выборе расчетных характеристик климата холодного периода года нужно исходить из следующих предпосылок. Параметры наружного климата должны быть общими для расчета всех составляющих теплового режима (теплозащиты ограждений, потерь тепла и др.)> так как они отражают единый процесс обмена теплом в здании. Параметры следует определять с учетом коэффициента обеспеченности, их должно быть достаточно для расчета нестационарной теплопередачи через ограждения, характерной для расчетных зимних условий. Основной показатель холодного периода года -изменение температуры воздуха н- Для ряда климатических районов с учетом различных коэффициентов обеспеченности построены расчетные кривые изменения температуры наружного воздуха в период резкого похолодания. Для различных районов они имели характерную и близкую по очертанию форму (рис. VI. 1): сравнительно медленное равномерное понижение температуры до начала периода резкого похолодания, затем резкое понижение температуры с последующИхМ повышением. При медленном понижении температуры, как это наблюдается на начальном участке кривой, распределение температуры в сечении ограждения в каждый момент времени практически соответствует стационарному. При быстром похолодании процесс теплопередачи через ограждение становится нестационарным, и для его расчета нужно иметь полную характеристику изменения температуры. В период резкого похолодания расчетные кривые для различных географических районов и при разных коэффициентах обеспеченности могут быть определены тремя параметрами: температурой начала периода резкого похолодания /н.о, амплитудой At изменения температуры в этот период от /н.о до минимальной температуры tu.umu-At =/н.о-/н.мин и продолжительностью периода резкого похолодания Агр.п (время понижения температуры от /н.о ДО /н.мин). Эти показатели для Москвы при разных Коб приведены в табл. VI. 1. Рис. VI.1. Характерная кривая изменения температуры наружного воздуха зимой в период резкого похолодания Таблица VI. 1. Характеристики климата в холодный период года в Москве при разных коэффициентах обеспеченности
Примечание. Агр.п = 3 сут, В условиях Москвы А^р.п и Л^ практически не зависят от коэффициента обеспеченности и могут быть приняты постоянными: Агр.п=3 сут; А^= 15° С. Для получения расчетных скоростей ветра следует брать наиболее невыгодные сочетания /н и Он, так как эта зависимость определяет наибольшие скорости, которые наблюдались при различных температурах. Зависимость Uh = /(/h) для Москвы на высоте Я м от земли имеет вид th = 8,03 + 0,143/н + 0,03 (Я - 2). (VI. 1) В пределах города, как показывают измерения, скорость ветра начиная с 2 м от поверхности земли возрастает с высотой практически по линейному закону. В частности, в Москве на каждый метр высоты скорость увеличивается в среднем на 0,03 м/с. Численные значения Uh в Москве на высоте 2 м от земли, определенные для средней температуры периода резкого похолодания и разных коэффициентов обеспеченности, приведены в табл. VI. 1. Эти скорости расчетные. В гл. СНиП Строительная теплотехника приняты три значения расчетной наружной температуры для каждого географического района: абсолютный минимум н.мин; средняя температура наиболее холодных суток н.1 и средняя температура наиболее холодной пятидневки Две последние температуры определены по восьми суровым зимам последних пятидесяти лет. Выбор расчетной температуры зависит от степени тепловой массивности ограждения. В качестве показателя тепловой массивности ограждения принята величина D, рассчитанная для правильных колебаний с периодом Г= = 24 ч. Расчетные температуры наружного воздуха принимают в зависимости от D в соответствии с данными табл. VI.2. Таблица VI.2. Значения расчетной температуры наружного воздуха
Расчетную скорость ветра по СНиП принимают равной максимальной скорости из средних скоростей ветра по румбам за январь, повторяемость которых составляет 16% и более, с корректировкой на высоту здания. Отопление в течение всего холодного периода года должно обеспечивать расчетные тепловые условия. Продолжительность отопительного периода зависит от географического района, в котором расположено здание, и от соотношений составляющих его теплового баланса. Начало и конец работы систем отопления связаны с появлением дефицита (недостатка) тепла в тепловом ба- 1 ... 16 17 18 19 20 21 22 ... 25 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||