8732

свободную конвекцию можно рассчитать по приведенным выше формулам,

пользуясь значением tусл вместо t.

20

1.5. Общий теплообмен на поверхности в помещении

Количество теплоты, которое воспринимает или отдает произвольная поверхность i в результате лучисто-конвективного теплообмена в помещении,

равно количеству теплоты, которое передается к поверхности или отдается от нее теплопроводностью (формула 1.1).

В стационарных условиях, когда температурный градиент в толще ограждения остается неизменным во времени, теплопроводностью будет передаваться количество теплоты Ti через площадь Fi.

где Ki – коэффициент теплопередачи от внутренней поверхности ограждения до внешней среды, температура которой равна tср.i.

Таким образом, тепловой баланс поверхности с учетом выражений (1.16, 1.23) можно описать одним уравнением:

i jCо i jbi j i j Fi кi i tв Fi Ki i tср.i Fi Qi 0 , (1.24) j

где Qi – прочие источники и стоки теплоты на поверхности, Вт.

1.6. Тепловой баланс воздуха в помещении

Воздух помещения, соприкасаясь с нагретыми или охлажденными поверхностями, нагревается или охлаждается. Кроме того, он получает или отдает теплоту в процессе теплообмена. Уравнение теплового баланса воздуха в помещении имеет вид:

где кi – средние значения коэффициента теплообмена на поверхностях;

Qв – количество конвективной теплоты, которое непосредственно передается воздуху помещения или забирается из него.

В величину Qв входит теплота, вносимая приточной вентиляцией и в результате неорганизованного проветривания помещения, а также

21

конвективная теплота, получаемая воздухом от закрытых поверхностей.

Если приточный воздух настилается на одну из поверхностей и его температура заметно отличается от температуры воздуха в помещении, как это имеет место при воздушном отоплении или охлаждении помещения, то для воздушной струи необходимо составить самостоятельные уравнения теплового баланса. В направлении движения струю разбивают на элементарные объемы в соответствии с разбивкой на элементарные площадки омываемой поверхности.

Уравнение теплового баланса для каждого элементарного объема,

представленного на рис. 1.7а (их границы на рисунке обозначены пунктиром),

можно написать в виде:

где Ln-1, Ln – объемные расходы воздуха в струе между элементарными объемами (n–1)–n и n–(n+1); Ln – объемный расход, который подмешивается к струе из помещения с температурой tв в пределах элементарного объема n;

tn и tn-1 – средние температуры в пределах элементарных объемов струи n и n-1;

n – средняя температура поверхности в пределах элементарного объема n; c – объемная теплоемкость воздуха;

к.n – средний коэффициент конвективного теплообмена на поверхности в пределах элементарного объема n.

Так как Ln Ln 1 Ln , то уравнение (1.26) перепишем в виде:

где Lк и tк – расход воздуха и температура в конце последнего элементарного объема к на границе с воздухом помещения, где условно заканчивается струя;

Lо – количество воздуха, подаваемого вентиляцией.

22

Рис. 1.7. Теплообмен настилающейся струи: а – тепловой баланс элементарного объема воздуха в струи, б – тепловой баланс воздуха помещения

Уравнение теплового баланса воздуха помещения в этом случае имеет

следующий вид:

i1

Всумму первого слагаемого уравнения (1.30) входят все составляющие конвективного теплообмена, кроме поверхности, омываемой струей; второе и третье слагаемые учитывают теплоту приточной настилающейся струи.

1.7. Полная система уравнений общего теплообмена в помещении

В общем теплообмене в помещении участвуют все его поверхности,

воздушные струи и воздух помещения. Температурное состояние каждого элемента, участвующего в теплообмене, можно установить решением системы уравнений теплового баланса всех характерных поверхностей, воздуха, а в общем случае и элементарных объемов струй воздуха.

Рассматривая полную физико-математическую постановку задачи о теплообмене в помещении, примем в качестве основной системы уравнений,

23

считать равной температуре воздуха, поэтому в такой постановке искомой величиной в расчете является только температура или площадь обогревающей помещение поверхности. Необходимость определения только одной неизвестной дает возможность заменить систему уравнений одним уравнением теплообмена в помещении. Полное количество теплоты, отдаваемое панелью площадью Fп, Qп равно сумме ее лучистой Qп.л и конвективной Qп.к

составляющих:

где п и н.о – соответственно температуры греющей панели и внутренней поверхности наружного ограждения;

С и b – соответственно приведенный коэффициент излучения и температурный коэффициент для системы «панель-наружное ограждение»;

Φ – коэффициент полной облученности с панели на поверхность наружных ограждений, равный сумме коэффициентов прямой и косвенной облученности:

где к – коэффициент конвективного теплообмена на поверхности панели.

Возможен другой способ замены системы уравнений теплообмена в помещении одним уравнением. Все поверхности помещения, с которыми панель обменивается теплотой излучением, заменяются одной условной поверхностью, имеющей осредненную радиационную температуру tR. Такая замена удобна тем, что коэффициент облученности с панели на условную поверхность равен единице. Составляющая отдачи теплоты панелью излучением в этом случае равна:

Таким образом, в окончательном виде уравнение В.Н. Богословского имеет вид:

25

1.9. Расчетные внутренние тепловые условия

Параметры микроклимата помещения должны быть в определенных

условиях между собой и не отклоняться от заданных пределов, т.е. находиться

внекоторой зоне комфортности тепловой обстановки. Таких зон несколько, они определяются временем года, назначением помещения, видом выполняемой работы и климатом района строительства.

Деятельность человека обычно происходит в определенной части объема помещения. Эту часть называют рабочей или обслуживаемой зоной. Системы кондиционирования микроклимата совместно с теплозащитой ограждений должны обеспечить расчетные условия в обслуживаемой зоне помещений.

Комфортными можно назвать условия в помещении, при которых человек, находясь в пределах обслуживаемой (рабочей) зоны помещения, не испытывает чувства перегрева или переохлаждения. Температурная обстановка

впомещении может быть определена двумя условиями температурного комфорта: первое условие – температурный комфорт в помещении в целом;

второе условие – температурный комфорт на границе обслуживаемой зоны в непосредственной близости относительно нагретых и охлажденных поверхностей.

Первое условие комфортности. Комфортной будет такая общая температурная обстановка в помещении, при которой человек, находясь в середине помещения, будет отдавать всю явную теплоту, не испытывая перегрева или переохлаждения. На теплоощущения человека в определенной мере влияют радиационная температура tR и температура воздуха tв.

Температуру tR следует определять как средневзвешенную по коэффициентам облученности:

где ч-i – коэффициенты облученности с человека на отдельные поверхности с температурой ti при положении человека в середине помещения.

Коэффициенты ч-i можно определить по графикам, приведенным на

27

рисунках 1.8 и 1.9.

28

Комфортная температурная обстановка в различных помещениях возможна при различных сочетаниях tв и tR.

Уравнение лучисто-конвективного теплообмена человека по аналогии с формулой (1.24) имеет вид:

Рис. 1.8. Коэффициент облученности со всей поверхности тела человека на горизонтальную поверхность в помещении (на пол)

29