2.6 Анализ тепловой обстановки в отапливаемом помещении

Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха должны обеспечивать в закрытых помещениях требуемые микроклиматические условия. Микроклиматические условия в помещении характеризуются температурой воздуха, t_в, средней радиационной температурой на внутренней поверхности ограждений, t_R, подвижностью, V_н и относительной влажностью воздуха, φ. В зависимости от тяжести выполняемых человеком работ, нормами регламентируются определенные сочетания этих величин. Не соблюдение этих рекомендаций вызывает дискомфортное состояние человека, что в свою очередь приводит к заболеваниям, снижению производительности труда людей, к нарушению технологических процессов. Таким образом, при проектировании любой системы отопления, вентиляции или кондиционирования воздуха необходимо обязательно проверять воздействие этих систем на основные показатели микроклимата помещения.

2.6.1 Определение области эффективного применения напольного отопления

Система напольного отопления может полностью или частично компен­сировать теплопотери помещения. Это зависит от величены теплопотерь и температуры воздуха в помещении. В курсовой работе требуется определить возможность использования напольного отопления в помещении для поддержания в нём нормативной температуры воздуха, t^н_в =+20°С.

Для определения области значений наружной температуры, при которой напольная система отопления будет обеспечивать внутри помещения нормативную температуру, t_в ^н, вычисляем величину теплового потока, Q_лп , Вт, которую может обеспечить вся греющая поверхность пола.

Q_лп =α_п(τ_п- t ^н_в)* А_п (2.33)

где: α_п, τ_п — коэффициент теплопередачи, Вт/м²°С, и температура, °С ,на поверхности пола

А_п - площадь пола, м².

Q_лп=9,9*(26-14)*182=21621,6

Уточняем сколько тепла будет терять помещение Q^н_тп , при нормативной температуре воздуха в помещении, t^н_в.

Q^н_тп = Q_лп(t^н_в -t_н)/( t_в-t_н) (2.34)

Q^н_тп =14441,17*(14+18)/(20+18)=12161 Вт.

Так как Q_лп > 1,2* Q^н_тп , то уточняем площадь греющего пола

А_п = Q^н_тп /α_п(τ_п- t^н_в)

А_п= 12161 /9,9*(26-14)=102,4

Определяем температуру наружного воздуха, t_н^х °С, при которой напольная система еще компенсирует теплопотери и поддерживает t^н_в.

t_н^х = t^н_в –Q_лп *( t_в^н – t_н)/ Q^н_тп (2.35)

t_н^х =14-21621,6(26+18)/ 12161=-78,23

2.6.2 Проверка условий комфортности при напольном отоплении

Температурная обстановка в помещении для холодного периода года определяется двумя условиями комфортности.

Первое условие комфортности устанавливает зону сочетания t_в и t_R при которой человек не испытывает дискомфорта .

Разность температур, ∆t_R при выполнении первого условия комфортности должна находится в приделах ±1.5° С

∆t_R= t_R^тр- t_R (2.37)

Если ∆t_R< 1.5,-то температуру пола необходимо уменьшить, если ∆t_R > 1.5, то необходимо включать дополнительную систему отопления.

t_R^тр = 1,57t_п-0,57t^н_в (2.38)

где; t_R^тр- требуемая средняя радиационная температура на внутренней поверхности ограждений помещения t_п - средняя температура помещения;

t_R -действительная радиационная температура на внутренней поверхности ограждающих конструкций помещения, °С.

Второе условие комфортности определяет допустимые температуры нагретых поверхностей в помещении, температура на поверхности греющего пола задана, и в первом приближении τ_п=26 °С.

Для проверки первого условия комфортности при работе напольного отопления, проводим обмеры всех ограждающих конструкций в помещения и определяем среднюю температуру на условной поверхности, t_н.о . Результаты расчетов сводим в таблицу 2.9

Таблица 2.9. К определению средней температуры на условной внутренней

N	Наименование	Размеры,	Площадь,	Температура,	τі*Аі
	конструкции	м.	Аі, м2.	τі,°С
1	Н.С.С.	(14*3)-2*(1,5*2)	36	11,25	472,5
2	2Д.О.С.	2*(1,5*2)	6	5,24	31,44
3	Н.С.З.	3*13	39	11,25	438,75
4	Кровля	13*14	182	18	3276
5	Пол	13*14	-	26	-
6	Перегородка Ю	13,5*3	40,5	18	729
7	Перегородка В	(3*12,5)-(2*0,8)	35,9	18	646,2

ΣА=345,9 Σ5590,89

Значение средней температуры на внутренней поверхности потолка и перегородок принимаются равными температуре воздуха в помещении, t^н_в . Для наружных стен и окон значение τі определяется по формуле 2.12 при температуре t_н^х.

Для стен τ_іст=14-(14+18)/8,7*1,34=11,25

Для окон τ_іок=14-(14+18)/8,7*0,42=5,24

Определяем среднюю температуру на условной наружной поверхности τ_н.о(без греющей поверхности)по формуле.

τ_н.о=Σ (τ_і*А_і)/Σ А_і (2.39)

Согласно таблице 2.9 , τ_н.о=5590,89/345,9=16,16

Определяем температурный коэффициент "в₀".

в₀= 0,81 + 0,005(τ_п + τ_н.о) (2.40)

в₀= 0,81 + 0,005*(26 + 16,16) = 1,021

Находим коэффициент лучистого теплообмена, αл, на поверхности греющего пола из выражения

α_л=С_пр* в₀*Ф (2.41)

где: С_пр - приведенный коэффициент излучения; для строительных материалов равен 5,1 Вт/(м² К⁴).

Ф - коэффициент полной облученности наружных поверхностей изнутри помещения. При участии в теплообмене всех ограждаю­щих конструкций помещения Ф = 1.

Тогда согласно формуле 2.41 α_л = 5,1*1,021*1 = 5,21

Определяем коэффициент конвективного теплообмена, α_к, на поверхности пола из формулы

α_к =2,16*(τ_п-t_в^н)^1/3 (2.42)

α_к= 2,16 (26 - 14)^1/3 = 4,9

Определяем эквивалентный коэффициент теплопередачи условного ограждения, не обогреваемого теплоносителем, из уравнения

К_э = ([ (КА) _н.с + (КА)_ок]*(1+Σβ)+(КА)_кр)/(ΣА_і - ΣА_пер) (2.43)

где: β, К*А - соответственно, коэффициент добавочных теплопотерь и произведение коэффициента теплопередачи на площадь ограждения

Кэ = ([60,75+14,28]*1,05+81,354)/345,9-76,4=0,59

Вычисляем не полный эквивалентный коэффициент теплопередачи, К_э*

К_э* =1/(1/К_э-R_в) (2.44)

К_э*= 1/(1/0,59– 0,115) = 1,58

Находим среднюю радиационную температуру поверхности условного ограждения, t*r, из формулы

t_R* =((α_л*τ_п+α_к*(τ_п-t_в^н)-К_э*t_н^х)*А_п+К_э * t_н^х ΣА)/((α_л-К_э*)*А_п+К_э*ΣА)

t_R*=((5,21*26+4,9*(26-14)+1,58*18)*182-1,58*18*345,9)/

(5,21-1,58)*182+1,58*345,9=25,43

Вычисляем действительные теплопотери через наружные ограждения при температуре наружного воздуха t_н^x из уравнения

Q_тп^дей = K_э*(ΣA_і-ΣA_пер)*(t _R * - t_н^х) (2.46)

Q_тп^дей = 1,58*(345,9-76, 4)*(25,43+18)=12608,23 что является уточненной мощностью напольного отопления.

Определяем действительную усредненную радиационную температуру всех поверхностей помещения, t_R, включая греющую панель пола из выражения

t_R = (А_пτ_п +(ΣА_і) t _R *)/(ΣA_i +А_п) (2.47)

t_R =(182*26+345,9*25,43)/(345,9+182)=25,6

Находим среднюю температуру помещения

t_п=(t_R + t_в)/2 (2.48)

t_п=(25,6+20)/2=22,8

Вычисляем требуемую среднюю радиационную температуру в расчетном помещении (формула 2.38) t_R^тр=1,57*22,8-0,57*14=27,816 и проверяем выполнение первого условия комфортности по формуле 2.37

∆t_R=27,816 - 25,6=2,216, что не входит в пределы зоны комфорта, то есть больше чем ± 1,5°С. Таким образом, первое условие комфортности не выполняется.

Для дальнейшего расчёта понижаем температуру на поверхности пола в один градус и повторяем расчёт.

Q_лп =α_п(τ_п-t_{н. в})* А_п (2.33)

Q_лп=9,9*(25-14)*182=19819,8

Уточняем сколько тепла будет терять помещение Q^н_тп , при нормативной температуре воздуха в помещении, t^н_в.

Q^н_тп = Q_лп(t^н_в -t_н)/( t_в-t_н) (2.34)

Q^н_тп =14441,17*(14+18)/(20+18)=12161 Вт.

Так как Q_лп > 1,2* Q^н_тп , то уточняем площадь греющего пола

А_п = Q^н_тп /α_п(τ_п- t^н_в)

А_п= 12161 /9,9*(25-14)=111,67

Определяем температурный коэффициент "в₀".

в₀= 0,81 + 0,005(τ_п + τ_н.о) (2.40)

в₀= 0,81 + 0,005*(25 + 16,16) = 1,12

Находим коэффициент лучистого теплообмена, αл, на поверхности греющего пола из выражения

α_л=С_пр* в₀*Ф (2.41)

α_л = 5,1*1, 21*1 = 5,712

Определяем коэффициент конвективного теплообмена, α_к, на поверхности пола из формулы

α_к =2,16*(τ_п-t_в^н)^1/3 (2.42)

α_к= 2,16 (25- 14)^1/3 = 4,8

Находим среднюю радиационную температуру поверхности условного ограждения, t*r, из формулы

t_R* =((α_л*τ_п+α_к*(τ_п-t_в^н)-К_э*t_н^х)*А_п+К_э * t_н^х ΣА)/((α_л-К_э*)*А_п+К_э*ΣА)

t_R*=((5,712*25+4,8*(25-14)+1,58*18)*182-1,58*18*345,9)/

(5,712-1,58)*182+1,58*345,9=39,98

Вычисляем действительные теплопотери через наружные ограждения при температуре наружного воздуха t_н^x из уравнения

Q_тп^дей = K_э*(ΣA_і-ΣA_пер)*(t _R * - t_н^х) (2.46)

Q_тп^дей = 1,58*(345,9-76, 4)*(38,98+18)=24262,65 что является уточненной мощностью напольного отопления.

Определяем действительную усредненную радиационную температуру всех поверхностей помещения, t_R, включая греющую панель пола из выражения

t_R = (А_пτ_п +(ΣА_і) t _R *)/(ΣA_i +А_п) (2.47)

t_R =(182*25+345,9*38,98)/(345,9+182)=34,16

Находим среднюю температуру помещения

t_п=(t_R + t_в)/2 (2.48)

t_п=(34,16+20)/2=27,08

Вычисляем требуемую среднюю радиационную температуру в расчетном помещении (формула 2.38) t_R^тр=1,57*27,08-0,57*14=34,54 и проверяем выполнение первого условия комфортности по формуле 2.37

∆t_R=34,54 – 34,16=0,38, что не выходит за пределы зоны комфорта, то есть больше чем ± 1,5°С.

Таким образом, первое условие комфортности выполняется.

Основные параметры напольного отопления представляю в таблице 2.10

Таблица 2.10 Результаты проверки условий комфортности в помещении при напольном отоплении

Мощность напольного отопления, Qтпдей,Вт	Верхний предел рабочей наружной температуры tнх	Внутренняя температура воздуха, tвн	Температура на поверхности греющего пола, τп°С	Первое	Мощность дополнительного источника тепла, Qдоп, Вт.
				условие комфорт-ности ∆tR °С
24262,65	-18	+14	+25	-0,38