книги / Отопление и вентиляция. Отопление-1

Тепло через воздушные прослойки передается теплопровод­ ностью, конвекцией и излучением.

Теплопередача через воздушные прослойки зависит от ряда фак­ торов, в частности от толщины воздушных прослоек, их положения (горизонтальные или вертикальные), направления теплового пото­ ка (сверху вниз, снизу вверх).

Эксперименты показали, ■что теплопередача через воздушные прослойки происходит в основном (до 87%) излучением.

С уменьшением толщины воздушной прослойки передача через нее тепла теплопроводностью и конвекцией снижается. Сопротив­ ление теплопередаче многослойных конструкций с воздушной про­ слойкой выражается формулой

где 2Яв.п — термическое сопротивление воздушных прослоек. Значения термических сопротивлений воздушных прослоек оп­

ределяют по опытным данным, приведенным в табл. 1.1.

ности прослоек, равной 10°. При меньшей разности от 8 до 2° вводятся поправки: /?в#п умножают на коэффициент от 1,05 до 1,2.

Из табл. 1.1 видно, что теплозащитные свойства воздушных прослоек возрастают с увеличением толщины их лишь до извест­ ных пределов. Увеличивать толщину воздушных прослоек при пото­ ке тепла снизу вверх (при отрицательных температурах) больше чем на 50 мм нецелесообразно. При потоке же тепла сверху вниз теплозащитные свойства горизонтальной прослойки при ее толщи­ не больше 150 мм не увеличиваются.

Формула для определения потерь тепла через ограждение. Зная коэффициент теплопередачи К или сопротивление теплопередаче R, можно определить потери тепла ограждениями

имея в виду, что лс = 1//?,

(1.18)

где F — площадь поверхности ограждения, м2,* tB— расчетная тем­ пература внутренняя, град; tH— то же, -наружная.

Расчетная внутренняя температура. Внутренняя температура воздуха является одной из основных расчетных величин при проек­ тировании и устройстве систем отопления помещений.

Температуру в помещении назначают исходя из санитарно-ги­ гиенических требований, предъявляемых к помещениям для пребы­ вания в них людей и для ведения технологического процесса.

Самочувствие и работоспособность человека существенно зави­ сят от факторов, определяющих интенсивность теплообмена между организмом человека и окружающей средой, т. е. от температурных

лаждением или радиационными условиями — радиационной темпе­ ратурой, размерами и расположением нагретых и охлажденных по­ верхностей.

Радиационную tR или среднюю лучистую температуру опреде­ ляют по упрощенной формуле, в которой не учитывается степень черноты ограждений:

греющие панели, град; FB— соответствующие площади поверхно­ стей, м2.

Интенсивность суммарного лучисто-конвективного теплообмена характеризуется результирующей температурой помещения ta, ко­ торую для помещений с небольшой подвижностью воздуха опреде­ ляют по формуле

1 _ in + tR

Для обычных помещений tn и tR можно принимать равными tB. Связь радиационной температуры с внутренней температурой воздуха помещения для жилых зданий можно представить графи­

чески (рис. 1.2), используя зависимость /в = /(/я). Площадь на этом графике, ограниченная точками а, б, в, г, представляет зону, в пре­ делах которой обеспечивается комфортное ощущение человека в жилых-помещениях (при соответствующей влажности воздуха).

Температурная обстановка в помещении определяется двумя условиями комфортности.

П е р в о е у с л о в и е к о м ф о р т н о с т и заключается в том, что человек, находящийся в середине обслуживаемой зоны и отдающий тепло, не должен испытывать ни пе­ регрева, ни переохлаждения. Для холодного периода года это условие

записывают .в виде

ловек. При спокойном состоянии че­ ловека tu= 2 l—23°С, при выполне­ нии легкой работы— 19—21° С, при работе средней тяжести— 16—19° С,

границах обслуживаемой зоны.

Для предупреждения радиационного перегрева или переохлаж­

где ср — коэффициент облученности нагретой или охлажденной по­ верхности с наиболее невыгодно расположенной элементарной пло­ щадки на поверхности тела, определяемый по соответствующим графикам.

Вследствие сказанного второе условие комфортности ограничи­ вает количество остекленных поверхностей, т. е. интенсивность лу­ чистого теплообмена между человеком и ограждением.

Определять tR и /п необходимо для помещений, имёющих зна­ чительные охлажденные поверхности (с большим остеклением) или развитые нагретые поверхности (например, при панельно-лучистом отоплении).

По действующим нормам расчетную внутреннюю температуру регламентируют для рабочей зоны помещений, верхняя отметка которой расположена на высоте 2 м от пола.

Как правило,'температура воздуха в помещении неодинакова по высоте и в горизонтальной плоскости помещения. Обычно по высо­ те помещения температура воздуха возрастает. Естественно, что и тепловые потери помещения через ограждения увеличиваются с ростом внутренней температуры.

Для жилых и общественных зданий внутреннюю расчетную температуру в соответствии с нормами принимают в пределах 18—20° С, для производственных помещений — в пределах 12—16° С с учетом назначения помещений, наличия или отсутствия в них теп­ ловыделений.

При устройстве дежурного отопления, чаще в производственных

время (если это необходимо).

Расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления. Наружная температура зависит от географиче­ ского положения данной местности. Она изменяется в течение су­ ток, в течение года и по годам.

На какую же наружную температуру рассчитывать отопитель­ ные устройства? Наблюдения показали, что кратковременные изме­ нения наружной температуры не сказываются на температуре воз­ духа помещения. Объясняется это способностью ограждающих кон­ струкций аккумулировать тепло. Вследствие этого за расчетную (зимнюю) наружную температуру -при проектировании систем центрального отопления принимают, по климатологическим дан­ ным, среднюю температуру наиболее холодных пятидневок в дан­ ной местности из восьми зим за 50-летний период.

Кажущийся достоверным расчет систем отопления на самую низкую наружную температуру, наблюдаемую в данной местности в течение ряда лет, несостоятелен, так как экспериментальные на­ блюдения показывают, что непродолжительное по времени колеба­ ние наружной температуры практически не изменяет внутреннюю температуру отапливаемых помещений.

§ 2. ВЫБОР ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИИ

Ограждающие конструкции, кроме прочностных и конструктив­ ных требований, должны удовлетворять экономическим, теплотех­ ническим и санитарно-гигиеническим требованиям.

Теплотехнические свойства ограждений характеризуются сопро_тивлением теплопередаче, теплоустойчивостью воздухо- и паропроницаемостыо.

Сопротивление теплопередаче ограждения должно иметь опти­ мальное значение. При малых сопротивлениях теплопередаче ог­ раждения получаются более легкими, и первоначальные затраты на строительную часть таких сооружений соответственно уменына-

ются. Вместе с тем увеличиваются первоначальные затраты на устройство систем отопления и возрастают расходы, связанные с эксплуатацией этих систем. Дело в том, что с уменьшением сопро­ тивления теплопередаче возрастают тепловые потери и, как след­ ствие, увеличивается расход топлива, сжигаемого для отопления здания.

Оптимальную толщину ограждающих конструкций можно найти путем сопоставления стоимости и эксплуатации здания со стоимостью эксплуатации отопитель­ ных устройств в нем. Очевидно, ог­ раждения оптимальной толщины бу­ дут характеризоваться наименьшей величиной приведенных затрат на возведение здания и эксплуатацион­ ных расходов по зданию, включая

систему отопления.

Определить наивыгоднейшую толщину ограждения можно анали­ тически и графически. Оптимальная толщина ограждения (на графике — оптимальное сопротивление теплопередаче), отмечаемая на оси абс­ цисс (рис. 1.3), будет соответство­

вать минимальным 'Суммарным расходам на эксплуатацию здания (кривая а) и эксплуатацию систем отопления (кривая б).

Определение оптимального сопротивления теплопередаче ограждения является задачей чрезвычайно важной и сложной, осо­ бенно если иметь в виду, что сопротивление теплопередаче являет­ ся показателем расхода топлива, потребление которого на отопле­ ние в масштабах страны составляют 30—40% от его общего коли­ чества.

Проф. В. Н. Богословский рекомендует следующую формулу для определения оптимального значения сопротивления теплопере­ даче Я0ОПТ[3] в м2-ч-град/ккал:

Из выражения (1.23) видно, что при дешевой изоляции и высо­ кой стоимости топлива величина ÆoonT будет расти, т. е. ограждения будут более массивными.

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций из экономических условий возможно определить также по методике СНиП II-A.7—71.

Теплоустойчивость ограждений. Под теплоустойчивостью ограж­ дений понимают их свойство сохранять относительное постоянство температуры на поверхности, обращенной в помещение, при перио­ дических колебаниях потока тепла через конструкции, вызываемых

жет вызвать чрезмерно высокую отдачу тепла телом человека 'из­ лучением, что нежелательно. По этой причине разность температур между воздухом помещения tB и внутренней поверхностью ограж­ дения тв нормируется, т. е. указывается максимально допустимая

ренней поверхности ограждения. Температура внутренней поверх­ ности наружного ограждения должна быть не ниже температуры точки росы.

Температурой точки росы называют температуру, до которой нужно охладить ненасыщенный воздух, чтобы он стал насыщенным при сохранении постоянного влагосодержания.

Потери тепла ограждениями определяют обычно исходя из ус­ ловия стабильного теплового состояния, т. е. при определенных на­

духа помещения и температура внутренней поверхности огражде­ ния изменяются по закону правильной гармонической функции (рис. 1.4).

Из рис. 1.4 видно, что теплоотдача печи Q, температура воздуха помещения /в и температура внутренней поверхности ограждения тв будут отклоняться во времени от своих нормальных расчетных величин (см. ниже) в большую сторону (достигая максимума) и

меньшую соответственно на Aq, Л/в, ЛТв, т. е.

^в.мин ^в

где Ая, i4/B, Л-в — амплитуды колебаний соответственно теплового потока Ад, температуры воздуха помещения Л/в и температуры внутренней поверхности ограждения ЛТв.

Наблюдения за температурой в толще конструкции ограждения показали, что вслед за изменением температуры внутренней поверх­ ности ограждения меняется температура в толще конструкции. По мере удаления от внутренней поверхности амплитуды колебания температуры внутри ограждения будут затухать (рис. 1.5).

Прямая линия тв—тп изображает изменение температур в толще ограждения при стационарном тепловом потоке. Волнообразная ли­ ния показывает температуру по всей толщине ограждения при со­

Уравнение (1.28) можно выразить в виде

С другой стороны (из уравнения 1.25), получим

Решая совместно уравнения (1.26), (1.27), (1.28), (1.29), можем по­ лучить:

Величину В называют коэффициентом теплопоглощения поверх­ ности ограждения. Как видно из формулы (1.31),.коэффициент теп­ лопоглощения выражает амплитуду колебания теплового потока Ад, проходящего через поверхность ограждения при амплитуде ко­ лебания температуры воздуха Ata= 1°.

Определение коэффициента теплоусвоения s. Для определения коэффициента теплопоглощения поверхности ограждения следует определить величину коэффициента теплоусвоения .s. Величина ко­ эффициента теплоусвоения s, являющаяся физической характери­ стикой материала ограждения, зависит от коэффициента теплопро­ водности материала X, удельной теплоемкости с, объемной массы материала ограждения у.

На основании общей формулы распределения температуры в ограждении (уравнение Фурье) О. Е. Власовым доказано, что ко­ эффициент теплоусвоения материала s выражается формулой

Определение s по формуле (1.32) будет справедливым только для такого ограждения, в котО|ром слой резких колебаний температуры не выходит за пределы первого материального слоя ограждёния, характеризующегося неизменными физическими данными (с, у, Л), Ограждения, как правило, состоят из нескольких материальных слоев (например, конструкция кирпичной стены состоит из внутрен­

ней штукатурки, кирпичной кладки и внешней штукатурки). Количество тепла, усваиваемое внутренней поверхностью ограж­

дения, зависит от того, ограничивается ли слой колебаний темпера­ туры одним (первым со стороны внутренней поверхности огражде­ ния) материальным слоем или же «захватывает» второй, третий