Теплообмен на поверхностях в помещении. Уравнение теплового баланса поверхностей. Радиационная температура помещения.
Отопительные устройства обычно имеют нагретые поверхности, от которых теплота передается помещению (исключение составляют воздушные системы отопления, в которых теплота подается в помещение с нагретым воздухом). Поверхности наружных ограждений холодные и через них помещение теряет теплоту. Поэтому важной составляющей, формирующей тепловой режим помещения, является теплообмен на нагретой и охлажденной поверхностях.
Количество теплоты, которое воспринимает или отдает поверхность в результате сложного лучисто-конвективного теплообмена в помещении, равно количеству теплоты, которое передается к поверхности или отводится от нее теплопроводностью. Тепловой баланс на поверхности соблюдается в стационарных и нестационарных условиях.
Уравнение теплового баланса поверхности 1, имеющей температуру τ1 , в стационарных условиях записывают в виде
(2.5)
αЛ.1 – коэффициент лучистого теплообмена
С0 — коэффициент излучения абсолютно черного тела; εП.1-R— приведенный для теплообменивающихся поверхностей коэффициент относительного излучения; φ1-R— коэффициент облученности со стороны поверхности 1 в сторону остальных поверхностей, имеющих температуру tR; b1-R — температурный коэффициент; tR — радиационная температура (осредненная температура всех обращенных в помещение поверхностей) помещения, определенная относительно поверхности 1,
φ1-i — коэффициент облученности с поверхности 1 на поверхность i, имеющую температуру τi; αk.i — коэффициент конвективного теплообмена
βк — численный коэффициент, равный в условиях помещения для вертикальных поверхностей 1,66; для горизонтальных поверхностей: при потоке теплоты сверху вниз — 1,16, при потоке теплоты снизу вверх—2,16; υв—общая подвижность воздуха в помещении; l — характерный размер поверхности; jс — теплоемкость потока воздуха, фильтрующегося через поверхность с интенсивностью j; с — массовая теплоемкость воздуха; k1´ — коэффициент теплопередачи от поверхности 1 до внешней среды с температурой tср.1. от которой или к которой идет поток теплоты через поверхность.
Для определения общего потока теплоты, проходящего через поверхность, q1 обычно пользуются общим коэффициентом теплообмена αВ.1 без разделения на лучистую и конвективную составляющие
Приравняв первые два слагаемых уравнения (2.5) к правой части уравнения (2.9), получим
Если в помещении tП= tB= tR, то
(2.11)
Рис.2.3 Зависимость коэффициента теплообмена αВ для плоской нагретой поверхности, расположенной в помещении, от разности температуры на поверхности и помещения ∆t
1 – в плоскости пола, 2 – стены, 3 – потолка.
Зависимость αв по (2.11) от разности температуры τ-tП для плоских поверхностей, различно расположенных в помещении, приведена на рис. 2.3.
Проектирование отопления помещения прежде всего состоит в выборе обогревающего устройства, которое по характеру передачи теплоты помещению может быть:
лучистым — слабо нагретая сильно развитая плоская поверхность в виде панели, расположенная в плоскости одного из ограждений;
конвективным — подача в помещение подогретого воздуха или подогрев внутреннего воздуха сильно оребренными поверхностями отопительного устройства, расположенного в помещении.
Наиболее общим является решение отопления с использованием обогревающей поверхности. Дефицит (недостаток теплоты) ∆Qпом в тепловом балансе помещения в этом случае компенсируется теплоотдачей нагретой поверхности QП. Температурная обстановка в помещении при этом должна удовлетворять двум условиям комфортности. В результате расчет поверхности обогрева помещения состоит в решении системы (2.12), в которую наряду с уравнениями теплового баланса помещения (а) и теплообмена на поверхности нагрева (б) входят уравнение и неравенство (в, г), определяющие требования двух условий комфортности:
AП при заданной температуре поверхности τп и других условиях, или температура поверхности τп при заданной площади Ап, или варьируемые положение, форма, радиационные свойства нагревательной поверхности в помещении.
В уравнении теплообмена (б) составляющая лучистого теплообмена записана относительно разности температуры поверхности нагрева и осредненной температуры внутренней поверхности теплотеряющих наружных ограждений ( τП—τн.0), поэтому
где индексы п—н.о относят все величины к условиям теплообмена между панелью (п) и наружным ограждением (н.о), а Фп-н.о является коэффициентом полной облученности с нагретой поверхности панели на охлажденную поверхность наружных ограждений.
При воздушном (конвективном) отоплении дефицит в тепловом балансе ∆Q пом компенсируется подачей в помещение теплоты QВ с перегретым (относительно tв) воздухом
В (2.14) неизвестными могут быть температура tпр приточного воздуха или количество воздуха L. В конечном итоге должна быть определена площадь оребрения поверхности обогревающего устройства в помещении или калориферной установки системы воздушного отопления.
Дата добавления: 2015-04-15; просмотров: 2795;