Методы определения тепло - и влаговыделений в производственных помещениях

В производственных помещениях имеют место тепловыделения от электродвигателей и станков, нагретого оборудования, остывающего материала, поверхности стенок укрытия (зонты и воздуховоды по которым распространяется горячий воздух), освещения, людей и от солнечной радиации. Формулы и примеры расчета можно найти в [44, 52, 94, 117, 135, 140 и др.].

Во всех случаях теплота от нагретого тела в окружающую среду может передаваться путём теплопроводности, конвекции и излучения. Если температуры тела и окружающего воздуха различны, то между ними происходит конвективный теплообмен, он зависит от вида и теплофизических свойств среды: плотности (ρ), температуры (t), теплоемкости (c), теплопроводности (λ), температуропроводности (a=λ/(с·р)), вязкости (μ и ν); лучистый теплообмен – от степени черноты поверхности, их расположения и температуры.

Конвективную теплоту от нагретых поверхностей технологического оборудования определяют по формуле, Вт:

(2)

где t_пов – температура поверхности источника тепла, °С; t_в – температура воздуха в помещении, °С; α_к – коэффициент конвективной теплоотдачи, Вт/(м²·°К). Коэффициент α_к может быть определен по критериальным уравнениям теплообмена [69] или по эмпирическим зависимостям, например [148]:

(3)

где k_к – коэффициент, значения которого при свободной конвекции принимают следующими: для вертикальной поверхности – 1.66; для горизонтальной, обращенной вверх, – 2.26; для горизонтальной, обращенной вниз, – 1.16.

Лучистую теплоту, поступающую на окружающие ограждения помещения, вычисляют по формуле Стефана-Больцмана, Вт:

(4)

где с₀ = 5.77 Вт/(м²·°С) – коэффициент излучения абсолютного черного тела; F_{1 ,} F₂ – поверхности, излучение между которыми рассматривают, м²; T_пов,1 ,T_пов,2 – температура воспринимающей и излучающей поверхности, °К; ε_{пр, 1-2} – приведенный коэффициент излучения, зависящий от коэффициентов излучения ε₁ и ε₂ поверхностей F₁ и F₂; φ_1-2 – коэффициент облученности, зависящий от взаимного положения и размеров этих поверхностей [44].

Удельный поток конвективной и лучистой теплоты, Вт/м² в зависимости от температуры нагретой поверхности удобно определять по графику рис. 2, построенным по данным [117] для температуры в помещении t_в=25°С.

Рис. 2. Зависимость удельных тепловыделенийнагретой поверхности q_к , q_к+л ,кВт/м² от её температуры: 1 – полные тепловыделения с горизонтальной поверхности; 2 – тоже, цилиндра; 3 – тоже с вертикальной поверхности; 4 – конвективные тепловыделения с горизонтальной поверхности; 5 – тоже с вертикальной поверхности. (Ключ: для горизонтальной поверхности при t_пов=200°С q_к = 2.1 кВт/м²).

Тепловыделения промышленного нагретого оборудования (электрованны, камерные, термические и шахтные печи, сушила и др.) приведены в [52, 140], кухонного оборудования в [130]. Подробнее остальные расчеты тепловыделений см. [44, 52, 63, 94, 117, 135, 140 и др.].

Влаговыделения в производственных помещениях происходят с нагретых поверхностей ванн, от высыхающих материалов, от людей и др. источников. Для определения массы испаряющейся влаги, G_вл, кг/ч, используют разные соотношения. Например, испарение с открытой водной поверхности описывают формулой:

(5)

где a – фактор движения воздуха под влиянием гравитационных сил, см. табл. 2; v_в – скорость упорядоченного движения воздуха у поверхности воды; p_пов, p_в – парциальное давление водяного пара в насыщенном воздухе при температуре поверхности воды и при известных параметрах воздуха в

помещении, кПа; P_атм – атмосферное давление, кПа.

Таблица 2– Значение коэффициента a в формуле (5) по данным [112].

Таблица 3– Температура поверхности жидкости t_пов в зависимости от температуры жидкости t_ж (при параметрах воздуха в помещении t_в = 20°С и φ = 70%) по данным [112].

Пример 2. Определить количество влаги, испаряющейся в воздух с открытой поверхности промывочных ванн (F = 10 м²) при следующих условиях: температура воды t_ж=50°C, параметры воздуха: t_в = 20°С, φ_в = 70 %, подвижность воздуха в помещении v_в = 0.4 м/с, P_атм=101.3кПа.

Температура поверхности жидкости при t_ж = 50°С равна t_пов = 45°С. Упругость водяного пара у поверхности жидкости, насыщающего воздух, при t_пов = 45°С равна p_пов = 9.6 кПа, а упругость воздуха в помещении при t_в = 20°С и φ_в = 70 %, p_в = 1.6 кПа (определяется по i-d диаграмме влажного воздуха) .

Масса поступающей в воздух влаги, G_вл, кг/ч, со смоченной поверхности пола и стен в предположении приближенно-изоэнтальпийного процесса вычисляют по формуле:

(6)

где t_В – температура воздуха в помещении, °С; t_В.М – температура воздуха по мокрому термометру, °С; F_смоч – площадь смоченной поверхности, м².

Способы определения влаговыделений от разных источников описаны в [44, 50, 94, 117, 119, 140 и др.].