Тема №4. Тепловая мощность систем отопления охлаждения.
Занятие №1. Уравнение теплового баланса.
План занятия:
1.Общие сведения о равновесии состава и состояния воздуха.
2.Составляющие уравнения динамического равновесия (выделения «ВА»), ( )
2.1Газовыделения.
2.2Выделения водяного пара.
а) испарение воды
б) биологические выделения водяного пара
в) выделение водяного пара от усушки пищевых продуктов
г) поступление влаги с инфильтрацией воздуха.
2.3Выделение ощутимого тепла
а) биологические выделения ощутимого тепла
б) тепло солнечной радиации
в) тепло инфильтрации
г) тепло эквивалентное работе
д) теплообмен с окружающим пространством.
3.Тепловой баланс помещения.
1.Состав и состояние воздуха помещения изменяются в результате выделения газов, водяного пара и тепла. Назовем эти виды выделении – «возмущающими агентами» («ВА»). «ВА» характеризуется абсолютной величиной и знаком. Присвоим знак «+» ВА, если он сообщается воздуху помещения каким-нибудь внутренним источником, (испарение пота у человека), и «-», если источник отнимает ВА от воздуха, (изменение процента кислорода в воздухе в процессе дыхания). Строительные ограждения помещения негерметичны, они имеют поры щели, кроме того, теплопроницаемы. Вследствие этого параллельно выделению «ВА» внутренними источниками происходит его перемещение через строительные конструкции в помещение или наружу. Если бы все выделения ВА не изменялись во времени по величине и направлению, то состав и состояние воздуха помещения достигли бы некоторого состояния равновесного уровня. В действительности все выделения ВА непрерывно изменяются по величине и знаку; одно равновесное состояние сменяется другим. Подобное равновесие является динамическим. Если обозначить сумму всех выделений возмущающих агентов с учётом знака , то условие динамического равновесия можно записать .
Каждому конкретному сочетанию слагаемых величины соответствуют определённые значения параметров состава и состояния воздуха помещения, на основе которых устанавливается динамическое равновесие. Эти параметры так же переменны, как и величины .
КВ и В обеспечивает состав и состояние воздуха помещения неизменными. Эта задача может быть решена при условии, что параллельно самопроизвольному выделению «ВА». СКВ или В сообщает воздуху помещения тождественный регулирующий агент «РА», равный по величине «ВА», но обратный по знаку. Непрерывное изменение «ВА» по величине и знаку компенсируется соответственным изменением «РА».
Постоянство состава и состояния воздуха, достигаемое при непрерывно изменяющихся ВА и РА, называется динамическим равновесием.
– мгновенное значение суммы «ВА»,
− мгновенное значение суммы «РА».
произвольного, динамическое равновесие устанавливается на основе конкретных и постоянных значений параметров состава и состояния воздуха помещений. Оно обеспечивается работой СКВ или В, управляемой аппаратом автоматического регулирования. Очевидно что производительность СКВ или В должна соответствовать величине .
Выделения возмущающих агентов.
1.Газовыделения. Способ расчета количества выделяющихся в помещении газов зависит от причин их вызывающих
утечки технологических газов через неплотности соединений зависит от мощности технологической установки и т. д.
углекислого газа в процессе дыхания человека (по табл.)
в) углекислого газа в помещениях, где находится скот (по табл.)
Для предупреждения вредного воздействия выделяющихся газов на людей, необходимо вводить в помещение воздух. Количества потребления определяется в зависимости от величины газовыделений в гр/час и удельного веса и влагосодержания воздуха по определённым формулам.
2.2.Испарение воды в воздух помещений происходит на основании теплового беспорядочного движения молекулярных частиц жидкости (мокрые полы, оборудование). Определяется по формулам (§ 15, стр 33, Меклер).
а)Организм человека выделяет водяной пар в процессе дыхания и с поверхности кожи. Количество пара не постоянно и зависит от ряда обстоятельств: интенсивности мускульной работы, температуры, φ воздуха. (табл. VII.2 приложения к лекциям)
б)Вода, содержащаяся в пищевых продуктах, выделяется в процессе усушки, т. е. потери продуктом влаги в процессе хранения. Процент усушки различных продуктов указан в таблице 10,(стр80, Л2).
в)Под влиянием разности t и действия ветра, наружний воздух проникает в помещение через поры и щели в ограждающих конструкциях. Это явление называется инфильтрацией. Поскольку и могут отличатся, то в результате инфильтрации содержание влаги в воздухе может изменяться по сравнению с заданным.
Определение количества воздуха, проникающего через щели путём инфильтрации
, (стр 80, Л2)
Весовое количество сухого воздуха проникающего в помещение
где , - удельный вес и влагосодержание наружного воздуха.
Количество водяного пара, вносимого инфильтрацией
, кг/час
.Выделения ощутимого тепла обусловлено возникновением разности t воздуха помещения и различных поверхностей, соприкосающихся с ним.
Количество ощутимого тепла, отдаваемого организмом путём конвекции и излучения, зависит от интенсивности мускульной работы и метеорологических условий. Данные о составляющих полной теплоотдачи человека занесены в таблицу VII.2 (приложения к лекциям).
Тепло солнечной радиации проникает в помещение в результате пропускания солнечных лучей остеклёнными поверхностями и поглощения их наружными неостекленными поверхностями. (стр. 84-88)
, проникающего через неплотности ограждения и при открывании дверей может отличаться от в помещении.
Способ определения количества ощутимого тепла инфильтрацией:
Механическая работа и электроенергия могут полностью или частично превратится в ощутимое тепло, влияющее на температурный режим помещения. Если, например работают электродвигатели, то исходной величиной служит полезная мощность на валу электродвигателя. Однако, для компенсации потерь энергии в самом двигателе необходимо подвести к нему несколько большую мощность. Эта дополнительная мощность оценивается КПД двигателя в пределах 0,9 ÷ 0,97. Не все рабочие машины, потребляющие энергию, работают одновременно, и фактически израсходованная работа не во всех случаях полностью превращается в ощутимое тепло , поэтому вводят поправочные коэффициенты: одновременности - и превращение энергии в тепло . Числовые значения их различны для каждого вида производства.
Между помещением и окружающим пространством происходит постоянный теплообмен. В зависимости от направления теплового потока его называют теплопотерями или теплопритоком. Рассматриваемый тепловой поток менее постоянен, чем другие, т. к. объясняется непрерывным колебанием наружной t.
3.Избытки тепла в помещении (тепловой баланс) образуется в результате несоответствия теплопоступлений и теплопотерь и может быть записан следующим образом:
-- для теплового периода года; когда
, кДж/ч (Вт)
-- для холодного периода и переходного, когда
.
- суммарные тепловыделения (теплопоступления) в помещении от всех источников, (от оборудования, освещения, нагретых поверхностей, продуктов сгорания, людей).
– тепло, поступающее от солнечной радиации.
- теплопотери в помещении (для лета: на испарение влаги, на нагрев поступивших материалов; для зимы: теплопотери через ограждения, потери тепла на нагревание, инфильтрации воздуха + то что для лета).
Воздухообмен (производительность В или СКВ) определятся зависимостью
а) , /ч по избыткам явного тепла
, кг/ч по избыткам явного тепла
C – теплоёмкость воздуха (4,2 кДж/кг*К, 1,005ккал/кг* , 1,2кг/ )
𝜌 – плотность воздуха,
удаляемого воздуха,
grad t 0,8÷1,5 =23,2Вт/
0,3÷1,2 =11,6÷23,2 Вт/
0,0÷0,5 =11,6 Вт/
H – высота здания,
h – высота рабочей зоны,
(подаче в рабочую зону)
(на высоту 1,5 м и выше от пола)
(на высоту 4 м от пола)
(???)
б)Для удаления избыточной влаги
; кг/ч
- влагосодержание конечное и начальное.
в)Для удаления вредностей (паров, газов)
,
z – количество газа, выделяющегося в помещении,
– концентрация данного газа в удаляемом воздухе (для удаления из рабочей зоны =ПДК)
- концентрация данного газа в приточном воздухе ( = до 0,3 ПДК)
При наличии всех перечисленных возмущающих агентов ВА в одном помещении для данного помещения выбирают для подбора оборудования системы В и СКВ максимальные значения производительности.
Для ряда помещений (жилых, административных, помещений специального назначения – кладовых и других), где выделения вредных веществ невелики или не поддаются расчетам,воздухообмен определяют по кратностям.
Кратность воздухообмена К(n) – это объём вентиляционного воздуха, подаваемого или удаляемого из помещения, L к внутреннему объёму помещения
Под знаком «+» подразумевается подача воздуха в помещение, «-» удаления его из помещения.
Кратность воздухообменов для помещений приведена в справочной литературе. (Л2, стр. 68-93; Л4, стр. 36-53).