Теплообмен на поверхностях в помещении

Отопительные устройства обычно имеют нагретую поверхность, от которой тепло передается помещению (исключение составляют воздуш­ные системы отопления, в которых тепло подается в помещение с нагретым воздухом). Поверхность наружных ограждений охлаждена, и через нее помещение теряет тепло. Поэтому важной составляющей, форми­рующей тепловой режим помещения, является теплообмен на нагретой и охлажденной поверхностях.

Количество тепла, которое воспринимает или отдает поверхность в результате сложного лучисто-конвективного теплообмена в помещении, равно количеству тепла, которое передается к поверхности или отводит­ся от нее теплопроводностью через толщу материала конструкции. Ба­ланс тепла на поверхности соблюдается в стационарных и в нестацио­нарных условиях

Уравнение теплового баланса, например, поверхности 1, обращенной в помещение и имеющей температуру τ_.1 записывают в виде:

где α_л1 — коэффициент лучистого теплообмена, равный:

(3)

С_о — коэффициент излучения абсолютно черного тела;

ε _пр1-R — приведенный для теплообменивающих поверхностей коэффициент относительного излучения;

φ_1-R — коэффициент облученности со стороны поверхности 1 в сторону остальных поверхностей, имеющих температуру t_R ;

b_1-R— температурный коэффициент;

t_R — радиационная температура помещения, определенная от­носительно поверхности 1;

(4)

φ_1-i — коэффициент облученности с поверхности 1 на поверхность i, имеющую температуру τ_i ;

α_k1— коэффициент конвективного теплообмена, Вт/(м²-К), [ккал/(ч-м²°С)], равный:

(5)

β_к — численный коэффициент, равный в условиях помещения для вертикальных поверхностей 1,66 (1,43); для горизон­тальных поверхностей: при потоке тепла сверху вниз — 1,16 (1,0), при потоке тепла снизу вверх— 2,16 (1,86);

v_в — общая подвижность воздуха в помещении;

l — характерный размер поверхности;

jс — теплоемкость потока воздуха, фильтрующегося через по­верхность с интенсивностью j;

с — массовая теплоемкость воздуха;

k׳₁ — коэффициент теплопередачи от поверхности 1 до внешней среды с температурой t_ср1 от которой или к которой идет поток тепла через поверхность.

Для определения плотности потока тепла на поверхности q_k+л обыч­но используют общий коэффициент теплообмена α_в1 без разделения на лучистую и конвективную составляющие:

(6)

Приравняв первых два слагаемых уравнения (2) к правой части уравнения (6) получим значение ά_в1 в виде:

(7)

Если в помещении t_п=t_в=t_R, то:

(8)

Зависимость α_в по (18) от разности температур ∆t = τ_.1 - t_п для плос­ких поверхностей, различно расположенных в помещении, приведена на рис. 3

Рис. 3 Зависимость коэффициента тепло­обмена α_в для плоской нагретой поверх­ности, различно расположенной в помеще­нии, от разности температур

1 - в плоскости пола; 2— стен; 3 — потолка

Температура воздуха часто заметно изменяется по высоте помеще­ния. Вдоль пола может стелиться холодный воздух, а под потолком об­разовываться «тепловая подушка». Интенсивность конвективного теп­лообмена на поверхностях по высоте помещения будет различной. Лу­чистый обмен теплом также зависит от расположения рассматриваемой поверхности относительно остальных нагретых и охлажденных поверх­ностей.