Главная » Книги и журналы

1 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 25

дающих) и уравнение для воздуха помещения. При расчете теплообмена в помещении обычно задают температуры внутренних поверхностей наружных ограждений и воздуха. В этом случае достаточно решить систему из двух уравнений для получения температуры или площади обогревающей поверхности и средней температуры поверхностей внутренних ограждений.

Особенность составления уравнений характерных групп поверхностей состоит в определении для них значений коэффициентов и других параметров процесса. Необходимо определить коэффициенты облученности со всех поверхностей одной категории на поверхности другой категории, найти осредненные значения коэффициентов приведенного излучения, конвективного теплообмена, теплопередачи и т. д.

Решение системы из двух уравнений так же, как и полной системы, оказывается неудобным в инженерной практике, поэтому желательно дальнейшее упрощение расчетной схемы.

Температуры поверхностей наружных ограждений Тв и воздуха помещения регламентированы нормами, поэтому при расчете теплообмена ими задаются. Температура поверхностей внутренних ограждений, необходимая только для оценки комфортности условий в помещении, может быть принята равной температуре воздуха. Искомой величиной расчета оказывается одна только температура Тп (или площадь Fn) обогревающей или охлаждающей) поверхности. Необходимость определения одной неизвестной обусловливает возможность замены системы уравнений теплообмена в помещении одним уравнением.

Полное количество тепла Qn, отдаваемое панелью и равное сумме ее лучистой и конвективной составляющих [6], для этого случая может быть записано так:

Qn == [СФЬ (Тп - Тн.о) + ак.п (Тп - в)1 fn

где С - приведенный коэффициент излучения, С = Соеп-н.о; Ь - температурный коэффициент при теплообмене мел^ду панелью и наружным ограждением; Ф ~ коэффициент полной облученности с панели на поверхность наружных ограждений, он равен сумме коэффициентов прямой и косвенной (за счет отражения от поверхностей



внутренних ограждений) облученности с панели на наружные ограждения. Его можно приближенно определить по формуле

(1.91)

/н.о п-2ф+1

Fn, Fh.o площади соответственно панели и наружных ограждений; к.п' л.п ФФВДИ^нты соответственно конвективного и лучистого теплообмена на поверхности панели.

Метод расчета лучистого, конвективного и струйного теплообмена в помещении на электрических моделях и ЭВМ

Теплообмен в помещении можно представить в виде графической схемы (рис. 1.14), лучи на которой показывают направление теплообмена и связь обменивающих-

Рис. 1.14. Схема общего теплообмена в помещении

а - схема лучисто-конвективного теплообмена с учетом многократного отражения; б-схема лучисто-конвективного и струйного теплообмена (с настилающейся струей) без учета многократного отражения



/7 ; / У /У 7 У

ся теплом элементов. Поток тепла между элементами схемы можно записать в виде общего уравнения

Q, ;=(/,-0), (1.92)

где - сопротивление теплообмену между элементами i и /.



Обмен теплом излучением с учетом многократного отражения в формулах (1.79) и (1.80) определяется двумя сопротивлениями теплообмену. Сопротивление лучистому Rji теплообмену за счет разности эффективных температур двух поверхностей по (1.79).

/.эф-/.эф е f Ф \-Г (-

и сопротивление лучистому теплообмену за счет разности эффективной и собственной температуры поверхности по (1.80).

Исходя из уравнения (1.79) сопротивление конвективному Ru теплообмену поверхности с воздухом R-t получим в виде

а сопротивление теплопередаче Rt от внутренней поверхности ограждения через его толщу к внешней србде /?г-ср,г равно:

При струйном теплообмене, связанном с перемешиванием масс воздуха [уравнение (1.85)], сопротивления струйного RcT теплообмена jf\n-1,п и Rs,n получим в виде

1 (ф)в 4i (cp)b

п-ип-Т-7-r в, =-Т7- (1.97)

При расчете лучистого теплообмена по уравнению (1.81), в котором не учитывается многократное отражение, сопротивление теплообмену излучением равно:

На рис. 1.14, а показана плоская схема лучисто-конвективного теплообмена с учетом многократного отра-



жения в помещении, которое обогревается потолочной панелью п и теряет тепло через наружное ограждение н.о\ на рис. 1.14, б -схема теплообмена без учета многократного отражения в помещении, которое обогревается настилающейся на потолок струей нагретого воздуха. На схеме выборочно обозначены сопротивления теплообмену излучением Нл, конвекцией /?к, теплопроводностью Rt и сопротивление струйному теплообмену i?cT, которые связывают между собой элементы, участвующие в теплообмене.

Во второй схеме (см. рис. 1.14,6) следует обратить внимание на соединения-связи, отображающие теплообмен объемов воздуха. Каждый объем воспроизводится на схеме двумя узлами. Один, основной, узел соединен сопротивлением струйного теплообмена с предшествующим (по направлению движения воздуха) объемом. С последующим объемом соединен второй (неосновной) узел. Температуры в обоих узлах равны. Только в одном (основном) ее определяют, а во втором задают в процессе расчета на модели или ЭВМ. Такая схема соединений обусловлена уравнением (1.85), в котором есть слагаемое с разностью температур {tn-~\-tn) и нет слагаемого с разностью {tn-tn+\) Аналогичная схема соединений в точке В, что соответствует уравнению баланса тепла объема воздуха в помещении (1.88). Второй узел точки К (последнего элементарного объема струи) соединен сопротивлениями с точкой В [см. уравнение (1.88)].

Изложенные принципы позволяют построить электрическую модель теплообмена, воспроизводящую лучисто-конвективный и струйный теплообмен. Наряду с методом электротепловой аналогии для расчетов сложного теплообмена в помещении удобно использовать численные методы с помощью ЭВМ.

Система (1.89), как правило, включает в себя до 25 уравнений, и для ее решения нужно пользоваться ЭВМ малых моделей, например типа Наири . Эта машина имеет стандартную программу для решения системы линейных уравнений. Нелинейность коэффициентов учитывают последовательным приближением промежуточных результатов к решению с заданной степенью точности.

Изложенная методика может быть использована для расчета теплообмена при любых воздушных потоках в



помещении, если будут известны необходимые для составления балансовых уравнений данные об аэродинамике и геометрии потоков воздуха. Пока что расчетами нельзя определить границы и интенсивность потоков воздуха общей циркуляции в помещении. Они могут быть получены только путем непосредственного физического моделирования на воздушных и водяных моделях (с помощью подкрашивания или задымления потоков, используя индикаторы и т. д.).

В связи с этим представляется возможным совместное использование изложенного способа расчета общего теплообмена в помещении и метода непосредственного физического моделирования воздушных потоков для решения сложных задач расчета тепло- и массообмена, в том числе в промышленных зданиях.

На электрической модели и на ЭВМ Наири решено несколько задач. Представляет интерес следующий пример расчета теплообмена в помещении.

Пример. Требовалось рассчитать общий теплообмен в помещении при различных системах отопления. Помещение размером 5X4X3 м расположено в среднем этаже здания, имеет одну наружную стену [Кн,с = = 0,96(0,83)] и окно [/Сок=2,67(2,3)].

Рассматривали три возможных способа обогрева помещения: 1) потолочное панельно-лучистое отопление; 2) отопление струей нагретого воздуха, настилающейся на потолок; 3) воздушное отопление с подачей воздуха свободной (ненастилающейся) струей.

Во всех расчетах были приняты постоянными температуры внутреннего в = 20°С и наружного н = -30°С воздуха.

Варьировали: для способа обогрева 1-размер (в глубину помещения) панели, расположенной около наружной стены на всю ширину комнаты, для способов обогрева 2 и 3 - кратность воздухообмена Кр. Кроме того, задачи для 1-го и 2-го способов рассчитывали при двух условиях: I - без учета многократного отражения, когда лучистый баланс поверхностей вычисляется по одному уравнению (1.85), и II - с учетом многократного отражения, когда лучистый теплообмен поверхностей определяется с помощью двух уравнений (1.83) и (1.84), и при этом расчетом устанавливали две температуры поверхности (истинную температуру поверхности и условную эффективную ее температуру).



Таблица 1.2. Результаты расчета лучисто-конвективного теплообмена в помещении при потолочном панельно-лучистом отоплении (первый способ обогрева)

Рассчитываемые параметры

Обозначение параметра

Площадь потолка, занятая греющей панелью

1/5 1 2/5 F 1 3/5 4/5 F

Условия расчета

I 1 II

I 1 и

I II

Температура и эффективная температура поверхностей:

43,8 40,6

31,6

33,2 31,4

28,1

29,2 27,8

27,2 26

25,3

26 25,1

наружного ограждения

Т^эф.н.о

14,5 15,6

14,5

14,5

15,2

14,7

14,2 15,4

15,4

15,8

14,2 15,4

10,1

18,85

9,8 10,4

19.75 19,75

20,3

9,9 И

20,3

20,3

20,5

9,8 10,4

20,45 20,5

20,8

9,6 10,5

20,5 20,5

20,4

9,8 10,4

40,65 20,7



внутренних стен

эф.в.сд

19,8

19,7 19,7

20,3

20,3 20,3

20,5

20,4

20,4

20,7

20,45 20,5

20,5

20,65 20,7

19,5

19,3

19,8

19,7

19,9

19,9

20,4

20,15

20,4

20,6

Тэф,В.С,2

19,3

19,7

19,8

20,2

20,15

Тв.с.з

19,8

19,7

20,3

20,3

20,5

20,4

20,7

20,45

20,5

20,65

Тэф.В.С,8

19,7

20,3

20,4

20,5

20,7

потолка

19,5

19,4 19,35

19,8

19,9 19,9

19,9

19,85 19,85

19,9

19,9 19,9

Температура воздуха

Радиационная температура помещения

19,34

19,23

19,84

19,95

20,65

20,74

20,76

20,74

20,59

20,77

Температура помещения

19,67

19,62

19,92

19,98

20,32

20,37

20,38

20,37

20,29

20,38

Коэффициент полной облученности

по формуле (1.31)

ф

0,875

0,738

0,597

0,517

0,448

рассчитанный

ф

0,856

0,732

0,607

0,52

0,477



Таблица 1.3. Результаты расчета лучисто-конвективнаго теплообмена в помещении при отоплении струей нагретого воздуха, настилающейся на потолок (второй способ обогрева)

Рассчитываемые параметры

Обозначение параметра

Кратность воздухообмена в помещении Кр

0,5 1

1

Условия расчета

И

И

Температура

88,9

37,8

37,6

27,04

в струе

37,4

37,6

25,1

25,5

22,9

22,85

30,3

30,6

24,2

21,3

27,7

22,8

20,95

21,1

25,5

22,3

22,6

20,8

20,95

и

24,2

25,1

22,2

22,4

20,6

20,8

Температура

и эффективная

температура

поверхностей:

потолка

27,4

28,4

21,2

21,7

19,9

27,1

21,2

19,6

19,6

23,8

24,6

20,4

19,6

23,7

20,6

19,6

19,1

19,8

20,3

19,2

эф.з

22,4

19,9

18,9

18,5

21,4

21,8

19,2

19,6

18,6

21,1

19,4

18,4

18,3

ч

20,1

20,6

18,7

19,2

20,1

18,8

17,75

17,73

Хит

23,14

23,68

19,86

20,36

18,75

19,06

Т^эф.пт

22,8

19,95

18,65

наружно-

10,3

10,2

10,2

10,5

10,5

го ограж-

эф,н.о

11,5

11,6

11,8

внутрен-

Тв.п

18,6

19,5

18,4

18,7

17,9

ней поверх-

19,5

18,5

ности

Температура воздуха

Радиационная

температура

помещения

18,45

19,44

18,04

18,09

17,34

17,39

Температура помещения

19,22

19,72

19,02

19,04

18,67

18,69



\\ \\

i 1 1 1 1

1/5 215 3/5 m F/F

Рис. 1.15. Зависимость температуры панели отопления от ее относительной (к поверхности потолка) площади

/ - для условий I; 2 - то же, II

-const

о 1/5 2/5 3/5 F /F

Рис. 1.17. Зависимость температурных условий и в помещении от относительной площади потолка, занимаемой панелью отопления, при постоянной температуре помещения (в=20°С)

/при условии I; 2 - то же, при условии II; 3 -условии I; 4 - то же, при условии II

115 2/5 3/5 Fn/Fnr

Рис. 1.16. Зависимость коэффициента полной облученности от относительной площади потолка, занимаемой нагретой панелью

i - по формуле (1.91); 2 - по данным полного расчета

Рис. 1.18. Изменение температуры настилающейся струи и поверхности потолка по направлению движения воздуха при кратности воздухообмена Кр= = 0,5.

Температура воздуха в струе: /-при условии I; 2 - то же, II; температура поверхности потолка: 3 - при условии I; 4 - то же, II


1/5 2/0 3/5 4/5 х/1



Таблица 1.4. Результаты расчета лучисто-конвективного

(третий способ

Рассчитываемые параметры

Обозначение параметра

Температура приточного воздуха

Температура

Кратность воздухообмена Кр

0,5 2

87,5 36,95

26,75

18,8

18,5

18,1

При расчете вариантов панельно-лучистого отопления учитывали все поверхности помещения. Результаты расчетов для пяти размеров панели потолочного лучистого отопления приведены в табл. 1.2.

При расчете вариантов обогрева с настилающейся струей (способ обогрева 2) внутренние поверхности пола и стен принимали за одну внутреннюю поверхность (в. п.), поверхности окна и наружной стены учитывали как одну поверхность наружного ограждения (и.о.). Настилающуюся плоскую струю и поверхность потолка разбивали на пять элементов одинаковой протяженности. Результаты расчетов для трех вариантов воздухообмена даны в табл. 1.3.

При воздушном отоплении рассматривали только условия I для трех значений Кр: 0,5; 2; 5 (табл. 1.4).

Графическая зависимость температуры панели отопления от ее относительной площади по данным расчета (см. табл. 1,2) для условий / и показана на рис. 1.15. Из этих данных видно, что без учета многократного отражения температура панели при расчете получается несколько заниженной (примерно на 1,8С), однако эта разница не выходит за пределы допустимой погрешности (4%). Сопоставление значений коэффициента полной облученности Ф, найденного по приближенной аналитической формуле (1.91) и по данным точного расчета (рис. 1.16), показывает их хорошую сходимость. При постоянной температуре воздуха с увеличением площади панели отопления температурная



1 ... 3 4 5 6 7 8 9 ... 25
Яндекс.Метрика