9944

для вертикальной, свободно расположенной поверхности. При горизонтальном расположении нагретой или охлажденной свободной поверхности для расчета средней интенсивности конвективного теплообмена можно пользоваться фор-

мулой (1.21), но значение численного коэффициента в нем должно быть изме-

нено (табл. 1.3).

Свободная конвекция с учетом общей подвижности воздуха в помеще-

нии. Усиление свободной конвекции в помещении связано с тем, что на интен-

сивность движения конвективного потока около поверхности влияет общая подвижность воздуха в помещении.

Смешанную подвижность воздуха вдоль поверхности можно характери-

зовать условной разностью температур tусл, величина которой вызовет такую же интенсивность свободного конвективного потока, как при естественной конвекции и общей подвижности воздуха в помещении

где t – разность температур между поверхностью и воздухом, °С; tv – раз-

ность температур, °С, эквивалентная подвижности воздуха в помещении v, м/с,

цию можно рассчитать по приведенным выше формулам, пользуясь значениемtусл вместо t.

20

1.5. Общий теплообмен на поверхности в помещении

Количество теплоты, которое воспринимает или отдает произвольная по-

верхность i в результате лучисто-конвективного теплообмена в помещении,

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

В стационарных условиях, когда температурный градиент в толще ограж-

дения остается неизменным во времени, теплопроводностью будет передавать-

ся 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 по-

верхностями, нагревается или охлаждается. Кроме того, он получает или отдает теплоту в процессе теплообмена. Уравнение теплового баланса воздуха в по-

мещении имеет вид

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

В величину Qв входит теплота, вносимая приточной вентиляцией и в ре-

зультате неорганизованного проветривания помещения, а также конвективная теплота, получаемая воздухом от закрытых поверхностей.

Если приточный воздух настилается на одну из поверхностей и его тем-

21

пература 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, пред-

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

можно написать в виде

где Ln-1, Ln – объемные расходы воздуха в струе между элементарными объема-

ми (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 конвективно-

го теплообмена на поверхности в пределах элементарного объема n.

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 струе, б – тепловой баланс воздуха помещения

Уравнение теплового баланса воздуха помещения в этом случае имеет

следующий вид:

i 1

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, воз-

душные струи и воздух помещения. Температурное состояние каждого элемен-

та, участвующего в теплообмене, можно установить решением системы урав-

нений теплового баланса всех характерных поверхностей, воздуха, а в общем случае и элементарных объемов струй воздуха.

23

Температуру внутренних ограждений приближенно можно считать равной тем-

пературе воздуха, в этом случае искомой величиной в расчете является только температура или площадь обогревающей помещение поверхности. Необходи-

мость определения только одной неизвестной дает возможность заменить сис-

тему уравнений одним уравнением теплообмена в помещении. Полное количе-

ство теплоты Qп, отдаваемое панелью площадью Fп, равно сумме ее лучистой

Qп.л и конвективной Qп.к составляющих:

где п и н.о – температуры греющей панели и внутренней поверхности наруж-

ного 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 ог-

раждений, равный сумме коэффициентов прямой и косвенной облученности:

где к – коэффициент конвективного теплообмена на поверхности панели.

Возможен другой способ замены системы уравнений теплообмена в по-

мещении одним уравнением. Все поверхности помещения, с которыми панель обменивается теплотой излучением, заменяются одной условной поверхно-

стью, имеющей осредненную радиационную температуру tR. Такая замена удобна тем, что коэффициент облученности с панели на условную поверх-

ность равен единице. Составляющая отдачи теплоты панелью излучением в этом случае вычисляется по формуле

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

1.9. Расчетные внутренние тепловые условия

Параметры микроклимата помещения должны быть в определенных со-

отношениях между собой и не отклоняться от заданных пределов, т.е. нахо-

диться в некоторой зоне комфортности тепловой обстановки. Таких зон не-

сколько, они определяются временем года, назначением помещения, видом вы-

полняемой 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 чело-

век, находясь в пределах обслуживаемой (рабочей) зоны помещения, не испы-

тывает чувства перегрева или переохлаждения. Температурная обстановка в помещении может быть определена двумя условиями температурного комфор-

та: первое условие – температурный комфорт в помещении в целом; второе ус-

ловие – температурный комфорт на границе обслуживаемой зоны в непосред-

ственной близости относительно нагретых и охлажденных поверхностей.

Первое условие комфортности. Комфортной будет такая общая темпера-

турная обстановка в помещении, при которой человек, находясь в середине по-

мещения, будет отдавать всю явную теплоту, не испытывая перегрева или пе-

реохлаждения. На теплоощущения человека в определенной мере влияют ра-

диационная 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 рис. 1.8 и 1.9, а, б.

26

Комфортная температурная обстановка в различных помещениях воз-

можна 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)

27

Рис. 1.9, а. Коэффициенты облученности со всей поверхности тела человека на горизонтальную поверхность в помещении (на потолок)

28

Рис. 1.9, б. Коэффициенты облученности со всей поверхности тела человека на вертикальную поверхность в помещении (стены)

29