Теплоустойчивость помещения

Температура помещения остается неизменной, если поступление тепла отопительных приборов равно недостатку тепла в помещении. Если теплопоступления периодически изменяются при неизменных потерях тепла, то в помещении наблюдаются колебания температуры воздуха и радиационной температуры.

Теплоустойчивость помещения

Ограждения, все предметы, воздух под влиянием этих изменений периодически поглощают или отдают тепло. Чем больше способность поглощать тепло у ограждений и предметов, поверхности которых обращены в помещение, тем меньше в помещении колебания температуры и тем больше его теплоустойчивость.

Теплоустойчивостью помещения называется его свойство поддерживать относительное постоянство температуры при периодически изменяющихся теплопоступлениях.

Интенсивность колебания температуры в помещении будет также зависеть от степени неравномерности лучистой и конвективной составляющих теплоотдачи приборов и их соотношения.

По характеру изменения во времени все возможные виды поступлений и потерь тепла можно разделить на гармонические и прерывистые. Сложные случаи подачи тепла могут быть представлены их сочетанием.

Имеется определенная специфика в теплоустойчивости помещения при лучистых и конвективных поступлениях тепла, связанная с разной последовательностью передачи тепла к воздуху и поверхностям помещения.

При рассмотрении задачи теплоустойчивости пользуются методом наложения (суперпозиции), основанным на независимости действия отдельных тепловых возмущений. Совместный эффект действия всех источников и стоков тепла получают суммированием частных результатов.

Коэффициент неравномерности теплопередачи отопительного прибора M при периодически изменяющемся отоплении определяется по формуле

М=(Qмакс-Qмин)/2Qср

где Qcp, Qмакс, Qмин - средняя, максимальная и минимальная теплопередача прибора.

Если теплопередача прибора изменяется по закону правильного гармонического колебания, то

(Qмакс-Qмин)/2=АQ

есть амплитуда изменений теплопередачи, а

М=АQ/Qср

Для нетеплоемкого отопительного прибора при отоплении помещения «пропусками» коэффициент M можно получить аналитически. В период нагревания (натопа) продолжительностью zв часов отопительный прибор отдает в помещение тепло, которое в данном случае нужно обозначить как Qмакс.•При отсутствии теплоподачи (в перерыве между натопами) продолжительностью zn часов теплопередача прибора равна нулю, т.е. Qмин=O. Такой режим подачи тепла называют прерывистым.

Средняя теплопередача прибора за весь период T=zв+zn равна:

Qср=(Qмакс*zн)/(zн+zп)

Коэффициент M при прерывистой подаче тепла равен:

М=(Qмакс-Qмин)/2Qср=(zн+zп)/2zп

Для теплоемких приборов коэффициент M может быть определен экспериментально. Например, для теплоемких отопительных печей экспериментальные значения М даются в зависимости от размеров печи, толщины ее стенок и числа топок в сутки.

Теплоустойчивость помещения, определяющую изменение его теплового режима, можно охарактеризовать показателями теплоусвоения Yпом и теплопоглощения Рпом помещения. Рассмотрим эти показатели применительно к задаче прерывистого отопления.

В качестве показателя теплоусвоения помещения Yпом примем суммарное теплоусвоение всех поверхностей ограждений помещения:

Yпом=∑Yi*Fi

где Yi, Fi— коэффициенты теплоусвоения и площади поверхности отдельных ограждений

Показатель теплопоглощения помещения Рпом в основном учитывает поглощательную способность ограждений Рорг и вентиляционный воздухообмен Рвен и равен их сумме (в полном расчете необходимо учитывать мебель, оборудование, воздух объема помещения):

Pпом=Pогр+Pвен

Если коэффициенты теплопоглощения отдельных поверхностей, выходящих в помещение, обозначить B1, а их площади по внутреннему обмеру F1, то их суммарная теплопоглощательная способность будет равна:

Pогр=∑Bi*Fi=1/((1/∑Yi*Fi)+(1/∑αi*Fi))=1/((1/Yпом)+(1/ᴫпом))

где αi— коэффициенты теплообмена на отдельных поверхностях в помещении;

ᴫпом—показатель интенсивности теплообмена на всей площади ограждений в помещении;

ᴫпом=∑αi*Fi=ἇ∑Fi

ἇ - осредненное по всем поверхностям в помещении значение коэффициента теплообмена.

При прерывистой подаче тепла коэффициент теплопоглощения ограждений равен:

Pогр=1/((Ω/∑Yпом)+(1/ᴫпом))

где Ω—коэффициент прерывистости, определяемый в зависимости от отношения времени нагревания (натопа) Zн к общему периоду изменения подачи тепла Т=zн+zп:

Zн01/81/43/81/85/83/47/81
Ω00,730,840,840,760,630,450,240

Теплопоглощение в помещении в результате вентиляционного воздухообмена Рвен равно:

Рвен=Lср

Применительно к рассматриваемой задаче будем считать, что изменение температуры воздуха в помещении соответствует изменению температуры помещения tп и показатель теплопоглощения равен:

Рпом=(0,9*АQ)/Atп

Результатом расчета теплоустойчивости помещения является определение наибольших отклонений температуры помещения от ее средних значений Atп. При гармонических колебаниях теплопоступлений At равно:

Atп=(0,9*АQ)/Aпом=(0,9*МQср)/((1/((1/Yпом)+(1/ᴫпом))+Lср))


При прерывистых теплопоступлениях

Qмакс=2M*Qср

Atп=(0,9*Qмакс)/Pпом=(1.8*M*Qср)/(1/(((Ω/Yпом)+(1/ᴫпом))+Lср))

Из формулы следует, что тепловая мощность системы отопления при периодическом отоплении должна быть заметно больше, чем при постоянном отоплении. В период подачи тепла (натопа) расчетные теплопоступления от отопления Qот должны быть равны максимальным:

Qот=Qмакс=Qср+AQ

При отоплении пропусками или сменной работе системы ее установочная мощность Qот должна быть равна:

Qот=2М*Qср

где Qcp— средний за сутки дефицит тепла в помещении, который должна компенсировать система отопления.

В то же время режим работы системы (неравномерность теплоотдачи, продолжительность натопа, перерыв в работе) должен быть определен по допустимому колебанию температуры в помещении при прерывистом отоплении.

M=(Aдопtn/(1,8*Qср))*((1/((Ω/Yпом)+(1/ᴫпом)))+Lср)

и

zн=T/2M

Следует отметить, что во всех приведенных формулах величины Рпом, Yпом, Ω должны определяться для периода Т=zн+zп.

Охлаждение помещения при отключении отопления. Теплоустойчивость помещений обычно связывают с установившимися периодическими тепловыми воздействиями, но теплоинерционные свойства проявляются также и при других изменениях теплового режима. Для выбора отопления нужно знать, как различные помещения реагируют на прекращение или частичное изменение подачи тепла. Возможно аварийное отключение отопления; при центральном теплоснабжении подача тепла в систему отопления связана с водоразбором в работающих параллельно с ней системах горячего водоснабжения. При прекращении подачи тепла помещение начинает постепенно охлаждаться. Вначале резко снижается температура воздуха tв, достигая уровня осредненной температуры поверхностей tR. Затем температура во всех точках начинает понижаться одновременно, основные потери тепла происходят через окна.

Процесс охлаждения можно достаточно точно рассчитать, пользуясь методом определения теплоустойчивости помещения при прерывистой подаче тепла. Разовое отключение системы можно рассматривать как прерывистую подачу с периодом большой продолжительности.

Возможен и другой подход, который заключается в следующем. Переходный тепловой процесс выхолаживания помещения подобен охлаждению тела. В этом процессе вначале (непродолжительное время) происходит неупорядоченное (иррегулярное) изменение температуры, которое быстро сменяется регулярным режимом понижения температуры.

Применительно к помещению в целом оказывается справедливой общая закономерность регулярного режима охлаждения, согласно которой скорость изменения логарифма избыточной температуры - темп охлаждения К является постоянной и независящей от координат точки, времени, начального распределения температуры. Натурными наблюдениями и лабораторными экспериментами определены значения коэффициента К, которые заметно отличаются друг от друга в зависимости от конструктивного решения здания, вида строительных материалов, положения помещения в здании. В таблице даны примерные значения коэффициента К, имея которые можно рассчитать понижение температуры в помещении во времени после прекращения или уменьшения подачи тепла. При частичном изменении поступлений тепла конечной температурой переходного процесса является температура нового стационарного режима при измененной теплоподаче. Значение коэффициента К несколько изменяется во времени, что связано с уменьшением коэффициентов конвективного и лучистого теплообмена, которые заметно влияют на темп охлаждения помещения. Скорость охлаждения помещения, определенная с постоянным значением К, обычно несколько больше фактической.

Пример. Определить амплитуду колебания температуры А’п в помещении. В помещении система отопления при tн+50C работает пропусками. Продолжительность нагрева (натопа) zн=2 ч, перерыв между натопами zn=2 ч,период Т=zн+zn=4 ч.

1. Наружная стена. Конструкция наружной стены: внутренняя штукатурка λ1=0,7(0,6); cpi=1,34•106 (320); δ1=0,015; кирпичная кладка λ2=0,815 (0,7); cp2=1,59106 (378); площадь Fн.c=12 м2.

а) Определяем положение слоя резких колебаний:

R1= δ1/ λ1=0,015/0,7=0,0215 (0,025);

s1=√((2πλ1cp1)/T)=√((2*3,14*0,7*1,34*106)/(4*3600))≈20,2 Вт/(м2*К)[17,35 ккал/ч*м2*0С]

R1s1=0,0215*20,2=0,435<1.

Следовательно, слой резких колебаний заканчивается в кирпичной части стены, для которой

s2=√((2*3,14*0,815*1,59*106)/(4*3600))=23,8 (20,5).

б) Коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности наружной стены

Yнс=(R1s21+Y2)/(1+R1Y2)=(0,0215*20,22+23,8)/(1+0,0215*23,8)=21,5Вт/(м2*К)[18,5ккал/(ч*м2*0С];

Y2=s2=23,8 (20,5).

Показатель теплоусвоения всей площади наружной стены

YнсFнс=21,5*12=258 Вт/К [222 ккал/(ч*0С)].

2 Окно двойное в деревянном переплете Кок=3,14(2,7), Fок=4,5. Для конструкции окна si=0, Y2=αн, поэтому:

Yокн/(1+R1н)=23,3/(1+0,223*23,3)=3,78(3,24);

R1=Rок-Rв-Rн=1/3,14-1/10,5-1/23,3=0,223(0,26);

YокFок=3,78*4,5=17,0(14,6).

3. Пол. Конструкция пола имеет сверху дощатый слой δ1=0,04 м; λ1=0,175(0,15); ср1= 1,38 106 (33O); площадь Fпл=20.

s1=√((2*3,14*0,175*1,38*106)/(4*3600))=7,25(6,25);

R1=0,04/0,175=0,228(0,266);

R1s1=0,227*7,25=1,67>1.

Поэтому

Yпл=s1=7,25(6,26);

YплFпл=7,25*220=145(125).

4. Потолок. В конструкции перекрытия со стороны помещения железобетонная плита δ1=0,05; λ1—1,55(1,33); cp1=2 106 (480); площадь Fпт=20.

s1=√((2*3,14*1,55*2*106)/(4*3600))=26(22,30;

R1=0,06/1,55=0,0387(0,045);

R1s1=0,0387*26=1,01>1.

Поэтому

Yпт=s1=26(22,3);

YптFпт=26*20=520(44,6).

5. Внутренние перегородки гипсовые плиты δ=0,08; λ=0,256 (0,22); сp =0,7- 106 (168); площадь Fвц=45.

s=√((2*3,14*0,256*0,7*106)/(4*3600))=2,28(5,4).

Проверяем положение слоя резких колебаний относительно оси симметрии перегородки.

R=(δ/2)/λ=0,04/0,256(0,182);

Rs=0,156*6,28=0,98<1.

Следовательно, слой резких колебаний захватывает ось симметрии, поэтому определяем Yвп считая на оси симметрии перегородки Y2=0.

Yвп= Rs2=0,156*6,282=6,15(5,28);

YвпFвп=6,15*45=276(238).

6. Влиянием остальных поверхностей пренебрегаем. Суммарное теплоусвоение всех поверхностей в помещении равно:

Yпом=YнсFнс+YокFок+YплFпл+YптFпт+YвпFвп=258+17,0+145+520+276=1216 Вт/К [1058,6 ккал/(ч*0С)].

7. Коэффициент прерывистости при zн/Т=2/4 равен Ω=0,76.

8. В помещении находятся четыре человека и воздухообмен рассчитан из условия 0,0111 м3/с (40 м3/ч) на одного человека, поэтому (ср=1260 Дж/м3*К)

Рвент=Lсp=4*0,0111*1260 = 56 Вт/К [48 ккал/(ч*0С)],

9. Показатель интенсивности теплообмена на поверхностях ἁ=4,2(3,6) в помещении ᴫпом равен:

ᴫпом=ἁ∑Ft=4,2(12+4,5+20+20+45) =415 Вт/К [365 ккал/(ч*0С)].

10. По условию задачи расчетные теплопотери помещения при tн=-260C, Q=1050 Вт (900 ккал/ч), поэтому при tн=+50C:

Qcp=1050*((18-5)/(18+26))=310Вт (265 ккал/ч).

11. Коэффициент неравномерности теплопередачи отопительного прибора равен:

М=(zн+zп)/(2*zн)=(2+2)/(2*2)=1.

12. Амплитуда колебания температуры помещения равна:

Аtп=(1,8*M*Qср)/((1/((Ω/Yпом)+(1/λпом))+Lср)= (1,8*1*310)/((1/((0,76/1216)+(1/415))+56)=1,42 0С.

13. Значение Atп=1,420 меньше допустимой величины колебания температуры при центральном отоплении, равной 1,50, поэтому принятый режим прерывистого отопления допустим.

14. Цифры в знаменателе формулы для определения Atп показывают долю участия каждой из составляющих в теплопоглощении помещения. Для того чтобы уменьшить Atп, можно уменьшить Т, изменив, таким образом, Yпом или соотношение zн/T, изменив M и Ω. С увеличением воздухообмена L будет уменьшаться Atп.


Похожие материалы:
Новые материалы:
Предыдущие материалы:

 

Черный цвет в интерьере - дизайн

Черный цвет в интерьере - дизайн

Существуют люди, которые предпочитают черный цвет в интерьере, но существуют и такие, которые будут его критиковать. Самым распространенным сочетанием является: черная цветовая гамма с белой.

 

Декоративные подушки в интерьере – что нужно знать

Декоративные подушки в интерьере – что нужно знать

Подушки - идеальный материал для декорирования интерьера. С их помощью можно легко и быстро преобразить пространство, придав ему особый характер и уникальность.

 

Большие идеи для маленьких кухонь

Большие идеи для маленьких кухонь

Конечно же, все мы мечтаем о прекрасных больших кухнях. Читаем о них в журналах по дизайну, а иногда видим в квартире лучшей подруги. Но наша кухня выглядит иначе, и мы должны смириться с обстоятельствами, в которых живем.