3 Теплоприток от солнечной радиации.

Источником рассматри­ваемой лучистой энергии является солнце, имеющее на поверх­ности фотосферы температуру порядка 6000° С. Солнечная энергия, распространяется в виде лучей различной длины от 0,02 до 5,0 мк, причем длинноволновую часть спектра представляет инфракрас­ное или тепловое излучение, с длиной волны от 0,75 до 5,0 мк.

Спектральный состав и интенсивность солнечной радиации за пределами земной атмосферы оказываются неизменными что поз­воляет характеризовать интенсивность солнечного излучения ве­личиной так называемой солнечной

постоянной J₀, под которой понимают количество тепла в кал, получаемое 1 см²

поверхности, перпендикулярной к солнечным лучам, на границе земной атмо­сферы в течение одной минуты. По актинометрическим измере­ниям Jo = 1,94 кал/(см² мин,),что составляет Jo = 11641200ккал/ (м²ч)или Jo = 1350 вт/.м².

При прохождении через земную атмосферу изменяется как спектральный состав, так и интенсивность солнечного излучения вследствие его рассеяния и поглощения составными частями ат­мосферы. К поверхности земли проникает примерно половина солнечной энергии, пришедшей к границам атмосферы. В свою очередь атмосфера излучает часть рассеянного тепла в направлении земной поверхности. Количественный учет полной радиации, включающей прямое и рассеянное излучение, ведется при помощи величины, называемой напряжением солнечной радиации J, под которым понимают. количество тепла, приходящееся на 1 м² поверхности в единицу времени. Величина напряжения солнечной радиации зависит от географического положения пункта, от ориен­тации поверхности по отношению к странам света и от угла на­клона поверхности.

Видимый эффект солнечного излучения на поверхность огра­ждения выражается в повышении температуры поверхности, облучаемой солнцем, до температуры более высокой, чем темпера­тураt_Н окружающего воздуха.

Часть тепла, поглощенного поверхностью ограждения, прони­кает через ограждение внутрь охлаждаемого помещения. Для определения этого количества- тепла - можно представить себе, что некоторая поверхность ограждения подвергается воздействию солнечного излучения с

напряжением J. Доля ра­диационного тепла поглощается поверхностью, а величина этой доли зависит от цвета и степени шероховатости (состояния) по­верхности и определяется коэф­фициентом поглощения а. Таким образом, количество тепла J а будет поглощаться по­верхностыо, в то время как J (1-а) –

будет отражаться от поверхности. Данные, приведенные в табл. 2, показывают, насколько существен­на oкрacкa поверхностей ограждений охлаждаемых помещений в светлые тона для уменьшения количества тепла, поглощаемого наружными ограждениями.

Таблица2.

Коэффициенты поглощения а для некоторых материалов

Наименование материала поверхности	Коэффициент поглощения а	Наименование материала поверхности	Коэффициент поглощения а
Асфальт Бетон Битум (гудрон) Земляная засыпка на кровле Известковая побелка Кирпич красный	0,89 0,65 0,90 0,80 0,40 0,70-0,77	Кирпич глазурованный белый Рубероид светлый Рубероид темный Толь Штукатурка светлая Штукатурка на темном песке	0,26 0,72 0,86 0,91 0,40 0,57

Так как поверхность, нагретая солнцем, имеет температуру выше температуры окружающего воздуха, то часть тепла, полу­ченного единицей поверхности, будет передаваться к окружаю­щему воздуху

(5)

От поверхности внутрь ограждения направится тепловой поток .В условиях стационарного процесса этот тепловой поток проник бы и внутрь охлаждаемого помещения. Так как в действи­тельности тепловой поток радиационного тепла не может быть ста­ционарным, то часть тепла будет

оставаться в ограждении, затра­чиваясь на нагревание элементов ограждения. Для учета доли теплового потока, которая в действительном процессе проходит через ограждение, вводится коэффициент проницания р, величина которого находится в пределах 0,75-1,0. Тогда следет считать,что через ограждение проходит поток

(6)

Или

(7)

При р = 1

Для стационарного процесса в однородном ограждении можно написать такие уравнения, теплового потока:

и(8)

Если в трех, последних выражениях теплового потока оставить справа только разности температур, а все остальные члены пере­вести влево и затем сложить эти уравнения, то после преобразова­ния будет получено

(9)

или

. (10)

Второе слагаемое выражения (1 представляет собой удель­ный тепловой поток, проходящий через ограждение под действием разности температур, т. е. .Следовательно, найденный поток ра­диационного тепла включает два тепловых потока:, первый из которых является результатом

превышения температуры поверхности ограждения над температурой окружающего воздуха и потому может быть назван избыточным потоком, вызванным действием солнечной радиации, избыточным над потоком , ко­торый уже учтен при расчете .

Поскольку удельный тепловой поток равен, можно и поток представить в таком же виде, обозначив

(11)

и назвав эту величину избыточной разностью температур, обуслов­ленной действием солнечной радиации. Тогда

(12)

или с учетом коэффициента проницания

(13)

Так как коэффициент проницания часто принимают равным 0,75, а коэффициент теплоотдачи со стороны наружного воздуха = 20ккал/(м²чград),то выражение для можно предста­вить в следующем виде:

⁰С. (14)

Искомое количество тепла солнечной радиации , проникаю­щее через ограждение с поверхностью F ,будет

ккал/ч (вт). (15)

Вышеприведенный метод нельзя применить для определения теплопритока от солнечной радиации через чердачные покрытия. В атом случае пользуются следующими значениями избыточной разности температур:

Географическая широта. . . . . . . .

Избыточная разность температур. . . . . . С

Остается выяснить, через какие поверхности здания следует учитывать теплоприток от солнечной радиации, имея в виду, что в течение дня все стороны здания, кроме северной, последовательно подвергаются действию солнечного излучения. Так как облучение различных сторон здания проис­ходит в разное время дня, то, есте­ственно, что в расчет нельзя при­нимать теплопритоки через все облучаемые поверхности. Если ­здание имеет несколько охлаждае­мых помещений, то в нагрузку на компрессор принимают тепло­приток через покрытие и тепло­приток через ту наружную стену, через которую проникает наи­большее количество тепла во все помещения в один и тот же момент времени. Таковой является стена, которой соответствует наибольшее произведение поверх­ности на расчетное напряжение солнечной радиации. При опре­делении нагрузки на камерное оборудование следует принимать теплоприток через ту стену, через которую проникает от солнеч­ной радиации наибольшее количество тепла для данного помеще­ния, и, конечно, через покрытие, если речь идет о расчете по­мещения, находящегося непосредственно под покрытием.

Для пояснения этого положения приведен пример определения теплопритока от солнечной радиации в здание, план которого по­казан на рис. IV. 7. Так как южная стена здания имеет поверх­ность значительно большую, чем

поверхность других облучаемых

стен, то, хотя напряжение солнечной радиации для южной стены меньше, чем для восточной и западной стен, произведение JF для нее наибольшее; а потому и теплоприток от солнечной радиации через южную стену окaжется наибольшим для всего здания и его следует учесть на компрессор; для помещения 1 наибольшим окажется теплоприток через западную стену, а потому его необ­ходимо учесть на камерное оборудование этого помещения. Ана­логичное положение для помещения 3, где наибольшим для дан­ного помещения является теплоприток через восточную стену. В помещении 2 теплопритоки от солнечной радиации на компрес­сор и на камерное оборудование совпадают по величине, так как здесь солнцем облучается только одна, а именно южная стена.

Дополнительная разница между нагрузкой на компрессор и на камерное оборудование возникает и в том случае, если максималь­ные теплопритоки при термической обработке Q₂ не совпадают с самым теплым временем года (рис. IV.1, а). На некоторых пред­приятиях максимальное поступление грузов на термическую обра­ботку может быть в весеннее или осеннее время, т. е. тогда, когда температура наружного воздуха заметно ниже, чем в самый жаркий период года. Соответственно меньшей разности температур по обе стороны ограждения следует уменьшить нагрузку на компрессор, вычисленную для самого теплого периода. В качестве одного из возможных вариантов пересчета в «Рекомендациях по проектиро­ванию холодильных установок предлагается учитывать на ком­прессор теплоприток Q₁ в следующей доле от вычисленного для самого жаркого времени:

Для помещений с температурой t_k=-23⁰ и ниже .......100%

t_k=-18⁰С....................80%

t_k=0⁰С .....................60%

t_k=+5⁰С.....................50%

t_k=+12⁰С....................30%

Теплоприток на камерное оборудование должен быть оставлен в вычисленном размере, так как для каждого отдельного помеще­ния возможен случай проведения максимальной термической об­работки именно в наиболее жаркое время года.