Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
9181.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
25.11.2023
Размер:
2.36 Mб
Скачать

37

открытых поверхностей и др.).

Теплоизбытки, влаговыделения и выделения вредных веществ являются составляющими соответствующих балансовых уравнений, на основе которых рассчитывают воздухообмен.

4.2. Расчет теплопоступлений

Теплопоступления от людей

От человека в помещение поступает конвективное и лучистое тепло - явные теплопоступления, методика определения которых приведена в справочнике проектировщика по отоплению.

Кроме того, с выдыхаемой и испаряющейся с поверхности кожи влагой в воздух поступает скрытое тепло. Суммарные поступления явного и скрытого тепла составляют полные теплопоступления от человека. Интенсивность поступления тепла и влаги от человека в основном зависит от температуры воздуха в помещении и тяжести выполняемой работы (табл. 4.2).

В расчетах обычно принимают, что женщины в среднем выделяют 85 %,

адети 75 % теплоты и влаги, выделяемых взрослыми мужчинами.

Теплопоступления от искусственного освещения.

Мощность устанавливаемых светильников зависит от требований к

освещенности помещения. Вся затрачиваемая на освещение энергия, Nосв, кВт, в итоге переходит в тепло, Qосв, кВт, и поступает в помещение (за исключением небольшой доли тепла, затрачиваемой на нагрев ограждений и частично уходящей за пределы помещения). Поэтому в расчетах часто принимают количество теплоты от источников искусственного освещения равным

Qосв = Nосв (4.2)

В случае, когда светильники установлены не в самом помещении, а на техническом этаже, за остекленным ограждением и т. п., в помещение поступает только доля тепловыделений - видимая радиация.

38

Таблица 4.2

Тепло- и влаговыделения взрослых мужчин

 

Тепловыделения, Вт, и влаговыделения, г/с,

Вредные выделения

при температуре воздуха в помещении

 

10

15

 

20

25

 

30

35

Теплота:

 

 

В состоянии покоя

 

 

явная, qя

140

120

 

90

60

 

40

10

полная, qп

165

145

 

120

95

 

95

95

Влага, w

30

30

 

40

50

 

75

115

Теплота:

 

 

 

Легкая работа

 

 

явная, qя

150

120

 

100

65

 

40

5

полная, qп

180

160

 

150

145

 

145

145

Влага, w

40

55

 

75

115

 

150

200

Теплота:

 

Работа средней тяжести

 

явная, qя

165

135

 

105

70

 

40

5

полная, qп

215

210

 

205

200

 

200

200

Влага, w

70

110

 

140

185

 

230

280

Теплота:

 

 

 

Тяжелая работа

 

 

явная, qя

200

165

 

130

95

 

50

10

полная, qп

290

290

 

290

290

 

290

290

Влага, w

135

185

 

240

295

 

355

415

 

 

Таблица 4.3

Доля видимой радиации различных источников освещения

Источник освещения

Видимая радиация, %

Невидимая радиация,

конвективная теплота, %

Люминесцентная лампа

16,5

83,5

мощностью до 40 Вт

 

 

Лампа накаливания

 

 

мощностью 100…1000

12

88

Вт

 

 

По экспериментальным данным от люминесцентных ламп, установленных в чердачном перекрытии здания без светоаэрационного фонаря, около 40 % тепловыделений поступает в помещение, а 60 % - в пространство чердака.

Теплопоступления от солнечной радиации.

39

Тепло солнечной радиации поступает в помещение через заполнение световых проемов и через массивные ограждения, и эти два пути поступления тепла принципиально отличаются.

Интенсивность теплового потока, проникающего через остекление, изменяется по времени почти синхронно с изменением интенсивности потока солнечной энергии, падающей на остекление.

Поступление тепла через непрозрачные массивные ограждение происходит со значительным запаздыванием, зависящим от тепловой инерции ограждения, то есть от его массивности.

Оба вида поступления солнечного тепла существенно не стационарны, что в первую очередь связано с изменением интенсивности солнечной энергии в течение суток и в годовом цикле. Обычно расчет поступления тепла солнечной радиации ведется для безоблачного неба. Принципиально он может выполняться для любого времени года, но, прежде всего, такой расчет выполняется для расчетных параметров теплого периода года (июль).

Поступление тепла солнечной радиации через остекление.

Количество тепла, Вт, поступающего в помещение в расчетный час через остекление, площадью, Foc, м2, равно:

Qос = (qрад + qтеп)·Fос

(4.3)

где qрад , qmen - интенсивности потоков солнечной энергии, передающейся через остекление за счет радиации и за счет теплопередачи, Вт/м2.

Для вертикального заполнения светового проема интенсивность

радиационного теплового потока, поступающего в помещение:

 

qрад = (qп·Kинс + qр·Kобл) Kобл·τ2,

(4.4)

где qn , qр - соответственно, интенсивности прямой и рассеянной солнечной радиации, проникающей через одинарное остекление,

величины зависящие от географической широты местности, ориентации остекления по сторонам света и расчетного часа, Вт/м2;

Кинс, Кобл - коэффициенты инсоляции и облучения, учитывают затенение остекления откосами окон, выступающими архитектурными элементами

40

здания при различных углах падения солнечного луча относительно поверхности остекления;

Котн - коэффициент, который учитывает долю проникающей в помещение солнечной радиации в зависимости от конструкции остекления, толщины стекла, наличия и видов солнцезащитных устройств, так Котн = 1 для одинарного остекления без солнцезащитных устройств при толщине стекла

2,5…3,5 мм;

τ2 - коэффициент, учитывающий затенение светового проема переплетами, зависит от вида остекления, типа и материала переплетов, назначения здания.

Аналогичные по смыслу зависимости имеются для наклонного и горизонтального заполнения световых проемов.

Обусловленная теплопередачей интенсивность поступления тепла через остекление:

qmen = (tн усл – tв)Rос,

(4.5)

где te - расчетная температура внутреннего воздуха, °С;

Roc - сопротивление теплопередаче заполнения светового проема, (м2 оС)/Вт;

tн усл - условная наружная температура, °С.

Прямая и рассеянная солнечная радиация частично поглощается поверхностью остекления и нагревает ее. Под условной наружной температурой понимается температура наружного воздуха с учетом нагрева за

счет поглощенной солнечной радиации

 

tн усл = tн + (S·Kинс + D·Kобл)· τ2 ρп / αнв,

(4.6)

где S, D - соответственно, интенсивности прямой

и рассеянной

солнечной радиации, падающей на твердую поверхность, величины зависящие от географической широты местности, ориентации остекления по сторонам света и расчетного часа, Вт/м2;

ρп - приведенный коэффициент поглощения солнечной энергии остеклением;

41

αнв - коэффициент теплоотдачи наружной вертикальной поверхности остекления, Вт/(м2 К), который в основном зависит от скорости ветра, v, м/с

в

= 5,8 + 11,6 ,

(4.7)

αн

Изменение температуры наружного воздуха

в течение суток

приближенно можно описать как гармоническое колебание около средней

суточной температуры tн ср,°С, с амплитудой Аt, °С, величины которых можно

определить по климатологическим данным:

 

tн = tн ср + (Аt /2) · cos(π · (Z – Zmax) /12) = = tн ср + (Аt /2) ·β2,

(4.8)

где Z и Zmax - соответственно, расчетный час, и время максимума

 

температуры наружного воздуха, обычно принимается

 

Zmax = 13 часов;

 

β2- коэффициент, зависящий от расчетного часа

 

β2= cos(π (Z-Zmax) /12)

(4.9)

Из приведенных зависимостей видно, что величины интенсивностей

радиационных потоков qn, qр, S, D, коэффициенты Кинс и Кобл, температура наружного воздуха tн существенно меняются в течение суток, поэтому расчет поступления тепла через остекление ведется по часам в пределах рабочего времени.

Поступление тепла от солнечной радиации через непрозрачные массивные ограждения.

Считается, что поступающий через массивное ограждение тепловой поток солнечной радиации в течение суток изменяется по гармоническому закону.

Время максимального потока солнечной энергии, падающей на горизонтальную поверхность (плоская кровля) принимается 13 часов. Но тепловая волна проходит через массивное ограждение с запаздыванием, зависящим от тепловой инерции ограждения - от его массивности Dм.

Показатель запаздывания:

 

ε = 2,71·Dм 0,41

(4.10)

тогда время максимума теплопоступлений

в помещение через мас-

 

 

42

сивное ограждение

 

 

=13 + ε = 13 + 2,71·Dм 0,41

(4.11)

Тепловой поток,Вт, поступающий

в помещение через

массивное

ограждение площадью Fмо, м2:

 

 

QМО =(qcp +

q) ·Fмо

(5.12)

где qcp и Δq - среднее за сутки

значение теплового

потока, по-

ступающего в помещение и его отклонение от среднесуточного значения, связанное с колебательным характером изменения, Вт/м2.

Например, для горизонтального плоского покрытия:

qcp = Kпокр · (tнср + ρпокр · qсрс /tн) (4.13)

где Kпокр - коэффициент теплопередачи покрытия, Вт/(м2 °С);

qсрс - среднее за сутки суммарное значение прямой и рассеянной солнечной радиации, поступающей на поверхность покрытия, Вт/м2;

ρпокр - коэффициент поглощения солнечной энергии покрытием; - коэффициент теплоотдачи наружной горизонтальной поверхности

покрытия, Вт/(м2 °С), который зависит от скорости ветра, v, м/с:

 

 

= 8,7 + 2,6 ·

(4.14)

Отклонение теплового потока от его среднесуточного значения:

 

 

q = (αв·βвп/vпокр) · ( ( At /2) · β2 + ρпокр· Aq /

(4.15)

где αв - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности

ограждения;

так для внутренней горизонтальной поверхности αв = 8,7

Вт/(м2·°С);

Aq - разность интенсивностей прямой и рассеянной солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность, в каждый расчетный час (S + D)г, и ее среднесуточного значения, Вт/м2:

Aq =(S + D) г -qc p c (4.16) vпокр - коэффициент затухания амплитуды колебания температуры в

толще покрытия; βвп - коэффициент, учитывающий влияние воздушной прослойки, при ее

 

43

отсутствии βвп =1.

 

Для массивных покрытий с Dм > 1,5 величина vпокр определяется

по

формуле:

 

vпокр = 2 · (0,83 + 3,49 ·Rm / Dм) · βсл ·βвп ,

(4.17)

где Rm - термическое сопротивление материальных слоев покрытия, (м2°С)/Вт;

βсл - коэффициент, учитывающий расположение двух основных слоев ограждения (конструктивного и теплоизоляционного) по ходу распространения тепловой волны, для однослойной конструкции βсл =1.

Полная методика расчета коэффициента затухания амплитуды температуры в толще массивного ограждения приведена в справочнике проектировщика Отопление, часть 1.

Время максимальных теплопоступлений через покрытие при его типичной массивности Dм4, = 13 + 2,71 · Dм - 0,41 =

=13 + 2,71·4 - 0,41 = 23,4 часа, то есть практически полночь.

Вполдень, когда теплопоступления через остекление стремятся к максимальным значениям, волна теплопоступлений через покрытие составляет величину менее ее среднесуточного значения. Поэтому, при расчете суммарных теплопоступлений от солнечной радиации через остекление и массивные ограждения для проектирования вентиляции часто ограничиваются вычислением только среднесуточного значения теплопоступлений через покрытие.

Теплопоступления от электродвигателей.

Тепловыделения от электродвигателей, не имеющих принудительного охлаждения с отводом тепла за пределы помещения, кВт:

Q = Ny ·Kзагр · Kод·( 1-η1)

(4.18)

где Ny - установочная мощность электродвигателя, кВт;

Кзагр - коэффициент загрузки, равный отношению средней за время работы потребляемой мощности оборудования к установочной мощности двигателя, обычно Кзагр=0,7…0,9;

44

Kод - коэффициент одновременности работы электродвигателей - отношение суммы произведений мощностей электродвигателей на время их работы в течение смены к сумме мощностей электродвигателей, умноженной на продолжительность смены; в расчетах принимают Kод=0,5…1,0;

η1- к.п.д. электродвигателя при данной загрузке, η1= η· К п;

η– к.п.д. электродвигателя при полной нагрузке, определяется по каталогу завода-производителя;

Кп - поправочный коэффициент, учитывающий загрузку, при Кзагр ≥ 0,8 Кп=1, при меньших значениях Кзагр величина Кп также определяется по каталогу, при отсутствии данных приближенно может определяться по таблице:

Кзагр

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

Кп

0,99

0,98

0,97

0,95

0,91

Формула (4.18) справедлива для учета теплопоступлений от насосов и вентиляторов, если механическая энергия, передаваемая воде или воздуху, отводится за пределы помещения.

Теплопоступления от установленных в помещении электродвигателей и приводимого ими в действие оборудования, кВт,

Q = Ny ·Kзагр ·Kод(1- η1+ η1·Km), (4.19)

где Кт - коэффициент перехода тепла в помещение, учитывающий, что часть тепла может быть унесена эмульсией или воздухом местной вытяжной вентиляции за пределы помещения, Кт= 0,1…1,0 (например, для металлорежущих станков без эмульсионного охлаждения Кт=1, с охлаждением режущего инструмента эмульсией Кт = 0,9).

В технических характеристиках многих видов технологического оборудования имеются данные о доле их паспортной мощности, превращающейся в тепло и поступающей в помещение. В тех случаях, когда такие данные отсутствуют рассчитывают теплопоступления от технологического оборудования, используя сведения из теории теплообмена.

45

Теплопоступления от нагретых поверхностей.

Количество тепла, поступающего от нагретой поверхности можно рассчитать по формуле:

Q = (αл + αл)·(tпов - tвF = αпов·( tпов - tвF, (4.20)

ак, αл, апов - соответственно, коэффициенты естественной конвективной, лучистой и общей теплоотдачи поверхности, αпов = αл + αл, Вт/(м2·°С).

Коэффициенты конвективного и лучистого теплообмена зависят от температур tnoв, tв и их разности. Если принять температуру tв =20 °С, тогда эти коэффициенты будут зависеть только от tnoe.

Конвективная теплоотдача от нагретых горизонтальных поверхностей обращенных вверх выше, чем от поверхностей обращенных вниз.

Для нагретых небольших ржавых и окисленных поверхностей, включенных в теплообмен с ограждениями из неметаллических строительных материалов, коэффициент излучения приблизительно равен 4,7. Рассчитанные с учетом этих условий зависимости коэффициентов ак, αл, апов от температуры поверхности tnoe показаны на рис. 4.1.

ак, αл, апов, Вт/мС

120

100

80

60

40

20

0 20 200 400 500 800 1000 tпов, оС

Рис. 4.1 Зависимость коэффициентов ак, αл, апов от температуры поверхности tnoe :

1 – вертикальная поверхность; 2 – горизонтальная поверхность, обращенная вверх

46

Коэффициент теплоотдачи от нагретой поверхности при вынужденной конвекции:

апов = 11,6, (4.21)

где vв - скорость движения воздуха вблизи нагретой поверхности, м/с. Для расчета коэффициента теплоотдачи с открытой поверхности

нагретой воды применяют формулу:

 

апов = 1,16 · (4,9 + 3,5 · vв).

(4.22)

Поступления лучистого тепла через открытые проемы печей

Через постоянно открытые или периодически

открывающиеся

проемы промышленных печей в помещение поступает мощный тепловой поток, вносящий существенный вклад в тепловой баланс помещения. Кроме того, на рабочем месте вблизи открытого проема создается большая интенсивность теплового облучения.

Обычно интенсивность теплового излучения через открытый проем печи упрощенно рассматривается как излучение абсолютно черного тела

о(Tпеч/100)

4

(4.23)

 

Проем печи имеет значительную толщину,

образуется канал для

теплового потока, проходя по которому часть излучения теряется на его стенках. Интенсивность ослабленного теплового потока, поступающего в помещение, определяется формулой:

= kосл·

,

(4.24)

где kосл - коэффициент ослабления теплового потока с учетом поглощения и отражения на боковых поверхностях щелевого и цилиндрического каналов, приведен на рис. 4.2.

47

Рис. 4.2. Коэффициент ослабления теплового потока открытого проема печи для щелевого 1 и цилиндрического 2 каналов

Тепловой поток, Вт, от излучения, поступающий в помещение через

открытый проем площадью F, м2, можно определить по формуле:

 

Qпр = qпр · F.

(4.25)

Интенсивность теплового облучения рабочего места

зависит от

расстояния до открытого проема и угла падения теплового потока на облучаемую площадку. Обычно в расчет принимается наибольшая интенсивность, когда площадка на рабочем месте ориентирована перпендикулярно тепловому потоку.

Коэффициент облученности рабочего места φрм в этом случае зависит только от расстояния х до открытого проема площадью F , точнее от параметра x/F. Значения φрм могут быть определены по рис. 4.3.

Рис. 4.3 Коэффициент облученности рабочего места φрм

в зависимости от расстояния x, м, до открытого проема площадью F , м2

Тогда интенсивность облучения на рабочем месте qрм, Вт/м2, можно

48

определить по формуле

qрм = φрм· qпр.

(4.26)

Теплопоступления от остывающего материала

Если материал при остывании твердеет, то есть переходит из жидкого состояния в твердое, то количество теплоты, Вт, поступающей в помещение от остывающего материала, определяется по зависимости:

Qмат =0,28 [сж (t1 tпл)+rпл +см (tпл t2 )]Gм ,

(4.27)

где сж, см – теплоемкость соответственно материала в жидком и твердом состоянии, кДж/(кг∙ºС);

t1, t2 – соответственно начальная и конечная температуры остывающего материала, ºС;

tпл – температура фазового перехода, ºС;

rпл – теплота фазового перехода (скрытая теплота плавления

или

твердения), кДж/кг;

Gм – расход остывающего материала, кг/ч.

Зависимость (4.27) справедлива при остывании материала более 1 часа. Если время остывания материала менее 1 часа, то количество теплоты, поступающей в помещение, рассчитывается по выражению:

Qмат =0,28 [сж (t1 tпл)+rпл +см (tпл t2 )]Gм B ,

(4.28)

где В – коэффициент, характеризующий изменение интенсивности

 

теплообмена в течение первого часа остывания материала.

 

Значение коэффициента В зависит от теплофизических свойств, формы,

размеров и продолжительности остывания материала.

 

Если материал при остывании остается в одном агрегатном состоянии, то

количество теплоты определяется по формуле:

 

Qм =0,28 Gм см (t1 t2 ) B

(4.29)

При остывании материала в помещении более одного часа коэффициент

В=1.

49

Теплопоступления от дежурного отопления.

Дежурным называется отопление, предназначенное для поддержания температурных условий в помещениях ниже нормируемых, но не ниже минимально допустимых в период, когда здания не используются (жилые и общественные здания) и в нерабочее время (производственные здания).

В нормативных документах рекомендуются следующие значения минимальных температур воздуха:

+5 оС - для производственных зданий; + 12 оС - для общественных и административно-бытовых зданий;

+15 оС - для жилых зданий.

Количество теплоты, поступающей от дежурного отопления определяют по формуле:

Qдеж.от =

(Qогр +Qi ) (tдеж.от

tн)

,

(4.30)

tвtн

 

 

где Qогр – суммарные теплопотери через ограждающие конструкции, Вт; Qi – суммарные теплопотери на нагрев инфильтрующегося

наружного воздуха, Вт;

tдеж.от, tн - температуры воздуха помещения в режиме дежурного отопления и наружного воздуха соответственно, оС.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]