Определение теплопритоков

Теплопритоки через ограждающие конструкции помещений Q_OГР..Расчет поступления тепла через внешние ограждающие конструкции в летний период года затрудняется существенными колебаниями температуры наружного воздуха в течение суток и еще большими колебаниями теплового потока на наружных поверхностях ограждений за счет солнечного излучения. Значительное влияние на теплообмен оказывает и массивность ограждений, уменьшающая амплитуду колебаний температуры на внутренней поверхности ограждающих конструкций. Потери тепла через ограждающие конструкции в зимний период года рассчитывают в предположении стационарного режима, так как зимой значительных колебаний температуры наружного воздуха и особенно колебаний температуры на наружной стороне ограждений не наблюдается. Расчет теплопередачи выполняется по методике, приведенной в СНиП II-3-79*.

Теплопритоки в помещение могут поступать: от разности температур наружного и внутреннего воздуха (трансмиссионное тепло); от солнечной радиации (инсоляция); в результате инфильтрации воздуха.

а) Трансмиссионное тепло Q_огр.тр вычисляют отдельно через каждый элемент ограждающих конструкций и остекления по формуле:

Q_огр.тр = k·F (t_н – 0,5·А_t − t_в), (30)

где k − коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·К); F − площадь ограждения, м²; t_н, t_в − температура соответственно наружного и внутреннего воздуха, °С; А_t − амплитуда суточного колебания температуры (учитывается только для теплого периода года), °С.

б) Теплопритоки от солнечной радиации складываются из теплопритоков через массивные ограждения (стены, кровли, покрытия) Q_огр.с и теплопритоков через световые покрытия Q_огр.с.п. Теплоприток от солнечной радиации для массивных ограждений рассчитывается по формуле:

Q_огр.с = k·F·Δt_с, (31)

где F − площадь ограждения, м²; Δt_с − избыточная разность температур от действия солнечной радиации, °С.

Для расчета теплопритока от солнечной радиации необходимо вводить поправочные коэффициенты на ориентацию здания по сторонам света. Выбор цвета наружных стен является важным фактором уменьшения или усиления теплопритоков. В расчетах учитывается определенный коэффициент поглощения тепла, который может достигать 0,9 для стены темного цвета. Чем больше массивность стены (вес стены на квадратный метр площади), тем тепловые нагрузки ниже по величине и изменяются на протяжении длительного времени. В то же время очень легкая стена почти сразу передает полученное от солнечного излучения тепло в помещение. Учет этих свойств очень важен при расчете тепловых нагрузок в помещении. Теплоприток от солнечной радиации учитывается для летнего и переходного периодов, начиная от наружных температур плюс 10 °С и выше.

Теплоприток от солнечной радиации через световые проемы рассчитывается для теплого и холодного периодов года по формуле:

Q_{огр.с.п.} = q_р·F_с.п·с_з, (32)

где q_р − количество теплоты, поступающей от солнечной радиации через 1м² светового проема, Вт/м²; F_с.п − площадь светового проема, м²; с_з − поправочный коэффициент солнцезащиты.

Количество теплоты q_р от солнечной радиации состоит из двух компонентов: прямой составляющей и рассеянной. Интенсивность излучения зависит от широты местности и варьируется в зависимости от времени года и времени суток. Поступление тепла от солнечной радиации зависит от рода и структуры стекла, состояния и цвета их поверхности, угла, под которым солнечные лучи падают на поверхность, ориентации поверхности по сторонам света и др. Для некоторых типов остекления почти до 90 % тепла солнечного излучения может передаваться в помещение, а остальная часть отражается.

За расчетное количество тепла, поступающего от солнечной радиации, для данного помещения принимается большее из двух следующих значений:

1. количество тепла, поступающего через остекленную поверхность одной из стен, расположенной наиболее выгодно в отношении поступления тепла от радиации или имеющей наибольшую световую поверхность, включая и тепло, поступающее через облучаемые поверхности фонарей и покрытия;

2. 70 % количества тепла, поступающего через остекленные поверхности двух взаимно перпендикулярных стен помещения, включая и тепло, поступающее через облучаемые поверхности фонарей и покрытия.

Для уменьшения теплопоступлений от солнечной радиации рекомендуется по возможности ориентировать помещения световыми проемами на север, устраивать минимальное количество световых проемов, избегать устройства фонарей, применять защитные противоинсоляционные приспособления: двойное остекление, забелку остекления, устройство штор, козырьков, жалюзи. В результате применения указанных защитных приспособлений теплопоступ-ления от солнечной радиации могут быть уменьшены до 60%.

Теплопритоки от инфильтрации. Инфильтрация, или проникновение наружного воздуха под действием ветра и разности температур через неплотности наружных ограждающих конструкций, является фактором, которым нельзя пренебрегать. Особенно ее надо учитывать для окон и дверей, расположенных с подветренной стороны.

Расход тепла за счет инфильтрации, определяется по формуле:

Q_{огр.инф} = L_инф·c_в·ρ (t_в – t_н), (33)

где Q_{огр.инф} − тепло, поступающее за счет инфильтрации, Вт; L_инф − количество воздуха, проникающего в помещение, м³/с; c_в − теплоемкость воздуха, Дж/(кг·К); ρ − плотность воздуха, кг/м³.

Объемный расход воздуха, проникающего через двери и щели, определяется по формуле:

L_инф = L_дв + L_щ = L_дв1·n_л + L_щ1·ℓ_щ , (34)

где L_дв, L_щ, − количество воздуха соответственно, поступающего через двери и щели, м³/с; L_дв1 − удельное количество воздуха, проникающего при проходе одного человека, м³/с; L_щ1 − удельное количество воздуха, проникающего через 1 м длины щели, м³/(с∙м); n_л − количество людей; ℓ_щ − длина щели, м.

Необходимо учитывать, что проникающий за счет инфильтрации зимний воздух несет отрицательную тепловую нагрузку. Наружный воздух в летний период, имеющий большее теплосодержание, чем в помещении, создает дополнительную нагрузку на охлаждающее оборудование. В расчетах принимаются только окна, двери и фонари, выходящие на наветренные стороны помещения. Если в помещении предусмотрен избыточный подпор воздуха (количество подаваемого воздуха превышает количество удаляемого) и в случае установки герметичных стеклопакетов и специальных уплотнений (плотная замазка, резиновые прокладки и т.п.) инфильтрация, поступающая через щели оконных проемов и пришедшая с ней влага W_огр, не учитываются в расчетах.

Теплопритоки от продуктов.Одним из основных источников поступлений теплоты и влаги в кондиционируемые помещения являются обрабатываемые продукты и материалы. Количество теплоты от продуктов определяется по формуле:

, (35)

где М_пр − масса продуктов, одновременно находящихся в помещении, кг; τ − продолжительность обработки продуктов, с; i_нач, i_кон − начальная и конечная энтальпии продуктов, кДж/кг.

Теплопритоки от технологических аппаратовможно определить по справочным данным, приведенным для основных видов технологического оборудования. Если данные по отдельным видам оборудования не известны, то теплопритоки от технологического оборудования можно определить по формуле:

Q_ап = q_ап·F_ап = (α_к + α_л)·(t_пов – t_в)·F_ап, (36)

где q_ап − тепловой поток, поступающий от 1 м² ограждений оборудования, Вт/м²; F_ап − площадь поверхности наружных ограждений оборудования, м²; α_к − коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м²·К), α_л − коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м²·К); t_пов − средняя температура нагретой поверхности ограждения, °С; t_в − средняя температура воздуха в помещении, °С.

Тепловыделения от людей зависят от интенсивности выполняемой работы и параметров окружающего воздуха. Тепло, выделяемое людьми, складывается из ощутимого (явного), т.е. передаваемого в воздух помещения путем конвекции и лучеиспускания, и скрытого тепла, затрачиваемого на испарение влаги с поверхности кожи и из легких. Соотношение между количеством ощутимого и скрытого тепла зависит от интенсивности мускульной работы, производимой человеком и от параметров окружающего воздуха. С повышением интенсивности работы и температуры окружающего воздуха увеличивается доля тепла, передаваемого в виде скрытого тепла испарения. Тепловыделения от людей определяются по формуле:

Q_л = q_л·n_л , (37)

где q_л − количество полной теплоты, выделяемой одним человеком, Вт; n_л− число людей.

Теплопритоки от электродвигателей.Поступление теплоты, обусловленное превращением электрической энергии в теплоту при работе электрооборудования определяется по формуле:

Q_эл = N_эл·η·ξ, (38)

где N_эл − общая мощность установленных электродвигателей, Вт; η = 0,5...0,9 − коэффициент одновременности работы электродвигателей; ξ − часть мощности, расходуемая в помещении.

Для электродвигателей, приводящих во вращение вентилятор:

ξ = 1, если электродвигатель и оборудование внутри помещения;

ξ = η_эл, если электродвигатель установлен за пределами помещения, а оборудование внутри (η_эл = 0,9...0,95);

ξ = 1 – η_эл, если электродвигатель установлен внутри помещения, а оборудование за пределами помещения.

Для другого типа оборудования ξ берется из справочников.

Теплопритоки от осветительных приборов.Энергия, подводимая к источникам света, практически вся переходит в тепло. Теплоприток от системы освещения рассчитывается по формуле:

Q_осв = N_осв·а₁·а₂, (39)

где N_осв − общая установленная мощность осветительных приборов, Вт; а₁ − коэффициент, учитывающий вид осветительных приборов (а₁ = 0,92…0,97 − для люминесцентных ламп); а₂ = 0,85...0,9 − коэффициент, учитывающий загрязнение осветительных приборов.