ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПРИТОКОВ

ТЕПЛОВЛАЖНОСТНЫЙ БАЛАНС КОНДИЦИОНИРУЕМОГО ПОМЕЩЕНИЯ

Расчетные параметры воздуха в кондиционируемых помещениях, так же как и в камерах холодильников, устанавливаются исходя из результатов притока и отвода теплоты и влаги из этих помещений.

Однако если при проектировании холодильников учитывались только теплопритоки, то при проектировании СКВ отдельно определяют теплопритоки (или теплопотери) в кондиционируемые помещения и отдельно — влагопритоки (влагопотери). Это объясняется тем, что в камерах холодильника поддерживают в заданных пределах только температуру внутреннего воздуха, а относительная влажность самоустанавливается в пределах 80 — 90% в результате баланса влагопотерь и влагопоступлений.

В СКВ автоматически поддерживают в заданных пределах как температуру, так и относительную влажность, в связи с чем требуются более точные сведения о составляющих влажностного баланса.

Количество теплоты, поступающей в кондиционируемое помещение (со знаком «+») или уходящее из него (со знаком «—»), подсчитывают по формуле

∑Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄, (19.1)

где Q₁ = Q_1т + Q_1c — теплопритоки через ограждающие конструкции, вызванные разностью температур наружного и внутреннего воздуха, и от действия солнечной радиации; Q₂ — теплопритоки от обрабатываемых материалов (остывающих колбас, сыров, пищи и т. д.); Q₃ — теплопритоки с наружным воздухом, проникающим в кондиционируемое помещение с вентиляционным воздухом или от инфильтрации через щели в ограждающих конструкциях; Q₄ — эксплуатационные теплопритоки (от людей, технологического оборудования, осветительных приборов и т. п.).

Общее количество влаги, поступающее в воздух кондиционируемого помещения (со знаком «+») или поглощаемое из воздуха находящимися в помещении материалами (со знаком «—»), подсчитывается по формуле

∑W = W₂ + W₃ + W₄, (19.2)

где W₂ — влагоприток от материалов; W₃ — влагоприток с наружным воздухом; W₄ — эксплуатационные влагопритоки (от людей технологического оборудования, с открытых водных поверхностей и т. д.).

Результаты расчетов сводят в таблицы, как и ранее, при расчете теплопритоков в камеры холодильников (см. гл. 9).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПРИТОКОВ

Теплопритоки через ограждающие конструкции. Теплопритоки через ограждающие конструкции Q₁ определяют как сумму теплопритоков (через стены, перегородки, перекрытия или покрытия, через полы, заглубленные стены подвальных помещений), вызванных наличием разности температур снаружи ограждения и внутри охлаждаемого помещения Q_lT, а также теплопритоков в результате воздействия солнечной радиации Q_lc через покрытия и наружные стены

Q₁ = Q_1T+Q_1C (9.2).

Теплопритоки через стены, перегородки, перекрытия или покрытия Q_lT (в кВт) рассчитывают по формуле

Q_1т = k_дFӨ·10^-3 = k_дF(t_н – t_в) 10^-3 , (9 3)

где k_д — действительный коэффициент теплопередачи ограждения, определяемый при расчете толщины изоляционного слоя по формуле (8.3), Вт/(м²·К), F — расчетная площади поверхностен ограждения, м², Ө — расчетная разность температур (температурный напор), °С, t_н — расчетная температура воздуха с наружной стороны ограждения, °С, t_в — расчетная температура воздуха внутри охлаждаемого помещения, °С.

При расчете площади поверхности стен и перегородок длину наружных стен неугловых помещений определяют как расстояние между осями внутренних стен, угловых помещений — как расстояние от наружной поверхности наружных стен до оси внутренних. Длину внутренних стен определяют как расстояние между внутренней поверхностью наружных стен и осью внутренних, а высоту стен — как расстояние от уровня чистого пола данного этажа до уровня чистого пола вышележащего этажа или до верха засыпки покрытия. Площадь потолка и пола определяют как произведение длины камеры на ширину, которые измеряются между осями внутренних стен или от внутренней поверхности наружных стен до оси внутренних.

С достаточной степенью точности все размеры помещений в плане можно определить между координационными осями (т. е. без учета толщины стен). При этом погрешность при определении площади ограждающих конструкций по сравнению с более точным методом, указанным выше, не превысит 5%. Линейные размеры принимают с округлением до 0,1 м, а площадь — с округлением до 0,1 м². Температуру t_в принимают в соответствии с рекомендациями (см. гл. 5).

При расчете теплопритоков через наружные ограждения температуру наружного воздуха t_н принимают по приложению 1. При расчете теплопритоков через внутренние ограждения (стены и перегородки), отделяющие одно помещение от другого, температура которого известна, вместо температуры наружного воздуха принимают температуру данного помещения.

При расчете теплопритоков через внутренние ограждения, выходящие в неохлаждаемые помещения (коридоры, вестибюли, тамбуры), температурный напор Ө принимают как часть расчетной разности температур для наружных стен: 0,7 (t_н — t_в), если эти помещения сообщаются с наружным воздухом, и 0,6 (t_н — t_в), если не сообщаются.

Теплоприток через пол (в кВт), расположенный на грунте и имеющий обогревательные устройства, определяют по формуле:

Q_1т = k_д F (t_г — t_в) (9.4)

где k_д — коэффициент теплопередачи конструкции пола, t_г — средняя температура поверхности устройства для обогрева грунта (при электрообогреве грунта принимают t_г — 1°C при обогреве горячим воздухом проходящим по каналам в шанцевом полу t_г = 3°С)

Рис 9 2 Разбивка на условные зоны

а — площади полов; б — наружных ограждений в подвале

Если полы, расположенные на грунте, не имеют обогревательных устройств, то теплоприток через них определяют суммированием тепло потерь через условные зоны шириной 2 м (рис. 9.2, а) по формуле

Q_1т = Σ k_усл F (t_н — t_в) m · 10^-3, (9.5),

где k_ycл — условный коэффициент теплопередачи соответствующей зоны пола, Вт/(м² • К) [для пола без теплоизоляции для I, II, III зон k_усл равен соответственно 0,47, 0,23, 0,12 Вт/(м²·К), а остальной зоны пола (IVзона), k_усл = 0,07 Вт(м² К)], F — площадь соответствующей зоны пола, м², площадь участка пола размером 2X2 примыкающего к углу наружных стен (заштрихованный участок) учитывают дважды.

Коэффициент m, характеризующий относительное возрастание термического сопротивления пола при наличии изоляции,

(9.6)

где δ — толщины отдельных слоев конструкции пола, м, λ — коэффициенты теплопроводности материалов, составляющих конструкцию пола, Вт/(м К)

Для неизолированных полов, лежащих на грунте, m = 1.

Теплопритоки через заглубленные неизолированные стены подвальных помещений определяют, как для неизолированных полов, по формуле (9.5), а соответствующие зоны отсчитывают от поверхности земли вниз, причем полы подвалов учитывают как продолжение подземной части наружных стен (рис 92,б).

Теплоприток от солнечной радиации через наружные стены и покрытия холодильников Q_1с (в кВт) определяют по формуле

Q_1с = k_д F ∆ t_с · 10^-3, (9.7)

где k_д — действительный коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м² К), F — площадь поверхности ограждения облучаемой солнцем, м², ∆ t_с — избыточная разность температур, характеризующая действие солнечной радиации в летнее время, °С.

Количество теплоты от солнечной радиации зависит от зоны расположения холодильника (географической широты), характера поверхности и ориентации ее по сторонам горизонта.

Для плоской кровли избыточная разность температур зависит только от тона окраски и не зависит от ориентации и широты. Для плоских кровель без окраски (темных) избыточную разность температур принимают 17,7°С, с окраской светлых тонов 14,9°С. Для шатровых кровель избыточную разность температур (в °С) принимают в зависимости от географической широты: для южной зоны 15, средней 10, северной 5.

Для наружных стен избыточную разность температур можно принять по табл. 9.1.

При расчете учитывают теплоту солнечной радиации, проникающую через кровлю и одну из стен либо с наибольшей поверхностью, либо неблагоприятно ориентированную (обратите внимание, самая большая избыточная разность температур характерна для стен, обращенных на запад).

Как уже было отмечено, теплопритоки рассчитывают для каждой камеры. Но следует иметь в виду, что ограждения имеют разную конструкцию и различные коэффициенты теплопередачи, размеры, температуры снаружи ограждений. Поэтому необходимо вести расчет по каждому ограждению отдельно.

Расчеты рекомендуется выполнять в табличной форме (см. пример расчета). Теплоприток от солнечной радиации следует учитывать отдельной строкой.

По каждой камере определяют суммарный теплоприток через ограждения, который затем заносят в сводную таблицу. При определении - теплопритоков через внутренние ограждения может оказаться, что часть теплопритоков имеет отрицательный знак, т. е теплота из рассчитываемой камеры уходит в соседнюю с более низкой температурой. Такие теплопритоки не учитывают.

Ограждающие конструкции кондиционируемых помещений жилых и общественных зданий отличаются от ограждений холодильников тем, что они не имеют теплоизоляции и подразделяются

Рис. 19.1. Схема обмера наружных ограждений при теплотехнических расчетах:

а — разрез здания; б — план; НС — наружная стена; О — оконный проём; Пл — пол; Пт — потолок; 1 — пол на грунте; 2 — пол на лагах; 3 — пол над подпольем

на массивную и светопрозрачную (световые проемы) части.

Ограждение помещений, в которых предусмат­риваются технологические СКВ (например, камеры остывания колбас, созревания сыров), как правило, не отличаются от ограждений холодильников.

Трансмиссионные теплопритоки (за счет разности, температур) через массивные участки стен, перегородки, полы, перекрытия и покрытия определяют, как и для холодильников (см.гл. 8):

Q_1т = k_д FӨ = k_д F(t_н – t_в) (19.3)

где k_д — действительный коэффициент теплопередачи ограждения; F — расчетная площадь поверхности ограждения (с округлением до 0,1 м²); линейные размеры (с округлением до 0,1 м) принимают согласно рис. 19.1; t_н и t_в — расчетные температуры наружного и внутреннего воздуха.

При определении k для жилых и общественных зданий следует пользоваться строительными чертежами этих зданий, поскольку выбор материалов ограждений их толщины для таких зданий производится не так, как для холодильников (вопросы расчета ограждающих конструкций жилых и общественных зданий изложены в учебниках по отоплению и вентиляции).

Трансмиссионные теплопритоки через светопрозрачные ограждения определяют по той же формуле (19.3). Техническая характеристика витражей и стеклопакетов приведена в табл.19.1.

Другими заполнителями световых проемов современных здании являются пустотелые стеклянные блоки с герметично закрытой полостью. Теплотехнические характеристики и габаритные размеры блоков приведены в табл. 19.2.

Теплопритоки от солнечной радиации. Теплопритоки от солнечной
радиации Q_1с (в Вт) в кондиционируемое помещение складываются из теплопритоков через массивные ограждения зданий (стены, кровли, покрытия и т.д.) и теплопритоков через световые проемы (окна, витрины и т.д.), т.е.

Q_1с = Q_1с^масс + Q_1с^свет . (19.4)

Для кондиционируемых помещений Q_1с^масс рассчитываем так же, как и для холодильников [ см.формулу (9.7) ]. Ниже рассматривается методика определения теплопритока от радиации только через световые проемы зданий. Величину этого теплопритока Q_1с^свет (в Вт) подсчитывают отдельно для каждой стороны горизонта по методу, предложенному П. Ю. Гамбургом.

Q_1с^свет = Q_ок Fτ, (19.5)

где Q_ок — удельный теплоприток от солнечной радиации через окна с одинарным остеклением в деревянных рамах, Вт/м²; F — площадь светового проема, м²; τ — коэффициент затенения, учитывающий влияние затеняющего устройства на уменьшение теплопритока из-за солнечной радиации.

Значения коэффициента τ приведены ниже.

Козырьки 0,95

Маркизы 0,75

Жалюзи, побелка остекления, штора

наружная 0,70

Штора

внутренняя при открытом окне 0,65

" " закрытом " 0,40

между переплетами 0,50

Затеняющие устройства могут значительно уменьшить количество теплоты, поступающей в кондиционируемое помещение из-за солнечной радиации, в результате чего снижаются капитальные затраты на устройство системы кондиционирования воздуха и расходы по ее эксплуатации.

Значения Q_ок даны в табл. 19.3.

Теплопритоки от солнечной радиации подсчитывают для каждого кондиционируемого помещения и сводят в таблицу, форма которой приведена на стр. 176.

За расчетную величину принимают максимальный теплоприток в данном помещении. К полученному расчетом Q_1с^свет добавляют количество теплоты, поступающей через облучаемые массивные ограждения, и находят окончательную величину теплопритоков от солнечной радиации.

Теплопритоки от обрабатываемых материалов. При расчетах технологических СКВ теплоприток, Q_2п по количеству полной теплоты (т.е. по разности значений удельной энтальпии продуктов) определяют по формулам § 9.2.

Если же при расчетах учитывают только явную теплоту, теплоприток от материалов можно определить по формуле:

Q_2я = mc(t₁ – t₂). (19.6.)

где Q_2я — количество явной теплоты от обрабатываемых материалов (продуктов), кВт; m — масса материалов (продуктов), кг, с — удельная теплоемкость, кДж/(кг • К) (для мяса с= 2,72 ÷ 3,14 кДж/кг, для колбасы с = 2,51 кДж/кг).

Начальная температура мяса зависит от того, в каком виде оно поступает в цех на переработку (охлажденное или парное). Охлажденное мясо при переработке нагревается от 4 до 12°С, следовательно, оно воспринимает часть выделенной в помещении теплоты. В этом случае Q₂ входит в уравнение теплового баланса со знаком минус. Парное мясо охлаждается с 36 до 12°С и, следовательно, выделяет теплоту в процессе его обработки. В этом случае значение Q₂ будет положительным.

Для предприятий общественного питания объектами обработки явля­ются горячие блюда, выпеченные изделия в кондитерских цехах, остывающая пища в обеденных залах, а также мясопродукты, обрабатываемые в холодных цехах Тепловыделения от остывающей пищи можно принять Q₂ = 17 ÷ 25 Вт на одного посетителя.

Теплопритоки с наружным воздухом. Наружный воздух поступает в кондиционируемое помещение либо от отдельной вентиляционной установки, либо при инфильтрации (проникновение наружного воздуха внутрь здания через неплотности в наружных ограждениях и через щели в окнах, а также при открывании дверей). Если в кондиционируемые помещения подают воздуха больше, чем удаляют из них, то в помещениях создается избыточное давление (подпор), препятствующее проникновению воздуха с инфильтрацией. В этом случае теплоприток от инфильтрации можно принимать равным нулю. Если в кондиционируемое помещение подается вентиляционный воздух от отдельной приточной установки без предварительной тепловлажностной обработки его, он приносит с собой теплоту и влагу точно так же, как воздух, проникающий с инфильтрацией.

Теплоприток с вентиляционным воздухом (в кВт) подсчитывают по формулам:

Q_3п = L_н r (i_н – i_в); (19.7)

Q_3я = L_нr (t_н – t_в), (19.7а)

где L_н — объемный расход наружного воздуха, м³/с, r — плотность воздуха, кг/м³, i_н, i_в — удельные энтальпии наружного воздуха и воздуха в помещении, кДж/кг, t_н, t_в — расчетные температуры наружного воздуха и воздуха в помещении, °С.

Объемный расход наружного воздуха, подаваемого для целей венти­ляции, определяют по формуле:

L_н = nL_тр, (19.8)

где n — число людей в помещении, L_тр — требуемый объемный расход воздуха (в м³/ч)

в помещении по нормам на одного человека:

Общественные

при отсутствии курения 25

" незначительном курении 35

" значительном курении 50

Общественные для детей до 12 лет 15

Производственные при объеме помещения

на одного работающего менее 20 м³ 30

То же, 20 — 40 м³ 20

Производственные без окон и фонарей 40

Больницы 80

Если кондиционируемое помещение оборудовано системой вытяжной вентиляции, то для создания необходимого подпора количество подаваемого наружного воздуха должно быть больше вытяжки на величину, приведенную ниже (в ч^-1):

Помещение без окон и наружных дверей 0,5—0,75
Помещение с окнами:

на одну сторону 1

" две стороны 1,5

" три или четыре стороны 2

Вестибюль 2 — 3

В этом случае величину расхода наружного воздуха принимают большей из расчетных значений, по требованиям вентиляции и подпора.

Теплопритоки от людей. Количество теплоты, выделяемой людьми (в Вт), подсчитывают по формуле:

Q_4л = q_чел n, (19.9)

где q_чел — количество теплоты, выделяемой одним человеком в зависимости от температуры воздуха в помещении и рода выполняемой работы, n — число людей, одно временно находящихся в помещении (в торговых залах предприятий питания принимается равным числу посадочных мест).

Тепло- и влаговыделения от людей (на 1 человека) приведены в табл. 19.4.

Теплопритоки от оборудования. Количество теплоты, выделяемой оборудованием, зависит от целого ряда причин: применяемого способа, обогрева (газ или электричество), оснащенности данного предприятия оборудованием, режима работы предприятия, а также от мощности и режима работы каждой единицы технологического оборудования.

Для оборудования, обогреваемого природным газом, подсчет теплопритоков осложняется тем, что не вся теплота, полученная при сгорании газа, выделяется в помещение. Часть ее составляют потери теплоты с уходящими газами:

Q_топ = Q_пом + Q_ух, (19.10)

где Q_топ — количество теплоты, выделяемой в топке при сгорании газа, кВт, Q_пом – количество теплоты, выделяемой оборудованием в помещении (состоит из полезной теплоты расходуемой непосредственно на приготовление пищи, и из потерь теплоты наружными ограждениями оборудования), кВт; Q_ух — потеря теплоты с уходящими газами.

Количество теплоты Q_об^газ (в кВт), выделяемой газовым тепловым оборудованием, определяют по формуле:

Q_об^газ = Q_топ K K_о K_и (19.11)

где Q_топ = ВQ_р^н – количество теплоты, выделяемой при сгорании газа, кВт; В — объемный расход газа при нормальных условиях, м³/с; Q_р^н — теплотворная способность 1 м³ газа, при нормальных условиях, равная 35600 кДж/м³; К — коэффициент, учитывающийсоотношение между Q_пом и Q_ух (К = 0,8); К_о — коэффициент, учитывающий одновременность работы однотипного оборудования (для столовых К_о = 0,8, для ресторанов и кафе К_о = 0,6); К_И — коэффициент использования оборудования (выражает продолжительность непрерывной работы оборудования в течение смены в пересчете на 1 рабочий час); значения этого коэффициента приведены ниже:

К_и

Кипятильники, кофеварки, печи шашлычные,

электротермостаты 0,9

Печи электрические 0,7

Плиты газовые, котлы электрические и газовые,

посудомоечные машины, 0,6

Сковороды, жаровни, фритюрницы 0,5

Мармиты, стойки, шкафы жарочные,

пекарские и кондитерские 0,4

Механическое оборудование 0,2

Тепловыделения от единицы оборудования, обогреваемого паром, можно принимать, по данным А. А. Гоголина, равными 1,3 кВт на 1 м² наружной неполированной поверхности, 0,49 кВт — полированной и 0,33 кВт — для поверхности, покрытой изоляцией.

Для оборудования с электрическим обогревом тепловыделения Q_об^эл (в кВт) подсчитывают по формуле:

Q_об^эл = ∑N_эл.н К_и К_о, (19.12)

где ∑N_эл.н — суммарная мощность всех электронагревателей данного оборудования, кВт.

Теплоту, выделяемую электродвигателями механического оборудования, Q_зл.дв (в кВт) определяют по формуле:

Q_зл.дв = ∑N_эл.дв К_и К_о, , (19.13)

где ∑N_эл.дв — суммарная мощность всех электродвигателей механического оборудования, кВт.

Значения К_и для предприятий питание приведены выше. Для перерабатывающих цехов мясокомбинатов принимают К_и= 0,65 для оборудования машинных залов (волчки, куттеры) и К_и = 0,25 для оборудования шприцовочной.

Для предприятий питания, оснащенных только электрическим тепло­вым оборудованием, значение Q_об.мех можно принимать равным 10% Q_об..теп

Теплопритоки от электрического освещения Q_осв (в кВт) определяют по формуле:

Q_осв = N_осв, (19.14)

где N_осв — установленная мощность осветительной аппаратуры, кВт.

При люминесцентном освещении светильники часто устанавливают в плоскости подвесного потолка. В этом случае в помещение поступает теплота в количестве 60% теплоты, подсчитанной по формуле (20.14).

Определение суммарной тепловой нагрузки. Определяя суммарную тепловую нагрузку на систему кондиционирования воздуха, необходимо учитывать, одновременно ли действуют теплопритоки от различных источников. Так, теплопритоки от солнечной радиации в дневное время могут не совпадать по времени с теплопритоком от освещения вечером. В этом случае определяют величину обеих нагрузок, но в расчет принимают только одну из них — большую. Поскольку отдельные составляющие теплового баланса в различные периоды года входят как со знаком «+», так и со знаком «—», тепловой баланс кондиционируемого помещения составляют как для летнего, так и для зимнего периодов года.