Теплообмен между поверхностями в помещении

При эксплуатации зданий определяющим является тепловой режим помещений, от которого зависит ощущение теплового комфорта людей, нормальное протекание производственных процессов, состояние и долговечность конструкций здания и его оборудования. Тепловая обстановка в помещении определяется совместным действием ряда факторов: температуры, подвижности и влажности воздуха помещения, наличием струйных течений, распределением параметров воздуха в плане и по высоте помещения, а также радиационным излучением окружающих поверхностей, зависящим от их температуры, геометрии и радиационных свойств. Под действием конвективного и лучистого теплообмена и процессов массопереноса температуры воздуха и поверхностей в помещении взаимосвязаны и оказывают воздействие друг на друга.

Для изучения формирования микроклимата, его динамики и способов воздействия на него нужно знать законы теплообмена в помещении.

Общая схема теплообмена в помещении приведена на рис. 1.2. Из неё следует, что в помещении в обмене теплом участвует ряд элементов. Это воздух основного (не занятого струйными течениями) объёма помещения, поверхности, обращенные в помещение, объемы струй воздуха, внешние среды (наружный воздух, теплохладоноситель в приборах системы отопления – охлаждения). Между перечисленными элементами происходят следующие виды обмена теплом. Конвективный (К) теплообмен возникает между воздухом и поверхностями ограждений и приборов системы отопления — охлаждения, лучистый (Л) теплообмен между отдельными поверхностями. В результате турбулентного перемешивания неизотермических струй воздуха с воздухом основного объема помещения происходит «струйный» (Ст) теплообмен. Внутренние поверхности наружных ограждений в основном теплопроводностью (Т) через толщину конструкций и теплоотдачей передают тепло наружному воздуху, а поверхности приборов также теплопроводностью и теплоотдачей — теплохладоносителю системы отопления — охлаждения.

Рис. 1.2. Общая схема теплообмену в помещении:

1- воздух основного объема помещения; 2 — поверхности, обращенные в помеще­ние; 3 — струи воздуха; 4 — внешняя среда; 5 — конвективный теплообмен, 6 — лучистый теплообмен; 7 — струйный теплообмен; 8— теплообмен теплопроводностью; I — наружное ограждение; II— панель (отопительный прибор) системы отопления (охлаждения); III — неизотермическая струя приточного воздуха

(1.1)

Важной составляющей сложного процесса, формирующего тепловой режим помещения, является теплообмен на поверхностях. Тепловой баланс любой поверхности i в помещении (рис. 1.2) в стационарных и нестационарных условиях может быть представлен на основе закона сохранения энергии уравнением.

Лучистая Лi, конвективная Ki и кондуктивная (теплопроводностью) Ti составляющие теплообмена на поверхностях в помещении могут изменяться во времени, иметь различную величину и знак, но уравне­ние (1.1) остается неизменным для всех поверхностей в стационарных и нестационарных условиях теплообмена.

Температуры поверхностей в помещении неодинаковы. Обычно зимой и летом наружные ограждения и приборы систем отопления — охлаждения бывают более нагретыми или охлажденными по сравне­нию с внутренними стенами, которые имеют температуру, близкую к температуре воздуха в помещении. Между поверхностями происхо­дит теплообмен излучением, подчиняющийся общим физическим зако­номерностям, пользоваться которыми в инженерных расчетах сложно.

Общее количество тепла, передаваемого излучением между поверхностью 1 и любой другой поверхностью i, согласно [3], можно определить по формуле

(1.2)

где С₀ – коэффициент излучения абсолютно черного тела; – приведенный для теплообменивающихся поверхностей коэффициент относительного излучения; – коэффициент облученности с поверхности 1 в сторону других поверхностей, имеющих температуру t_R; b _1-R – температурный коэффициент; – температура поверхности 1; t_R – радиационная температура (осреднённая температура всех обращенных в помещение поверхностей) помещения; F₁ – площадь поверхности 1.

(1.3)

Обозначив

(1.4)

и разделив уравнение (1.2) на F₁, получим выражение для удельного потока лучистого теплообмена между поверхностями помещения:

где – коэффициент лучистого теплообмена поверхности 1 в помещении.

(1.5)

Важную роль в тепловых расчётах теплообмена между поверхностями в помещении играет понятие радиационной температуры помещения t_R.

Она определяется как температура всех окружающих помещение поверхностей по облученности:

Иногда t_R определяют как средневзвешенную температуру по площадям окружающих поверхностей, т.е.

(1.6)

(1.7)

Количество тепла, которое воспринимает или отдаёт поверхность 1 в результате конвективного теплообмена, равно

(1.8)

или

,

где q_К.1 – удельный поток конвективного теплообмена; – коэффициент конвективного теплообмена между поверхностью 1 и воздухом помещения.

(1.9)

Кроме конвективно-лучистого теплообмена между воздухом помещения и поверхностью, поверхность отдаёт или получает тепло за счёт теплопроводности и теплоотдачи с наружным воздухом:

или

(1.10)

где – коэффициент теплопередачи от поверхности 1 к внешней среде с температурой t_н, от которой или к которой идёт поток теплоты через поверхность.

В результате подстановки выражений (1.4), (1.8) и (1. 10) в исходное уравнение (1.1) получим общее уравнение теплового баланса поверхности помещения

(1.11)

Данное уравнение применяют для изучения формирования микроклимата, его динамики и способов воздействия на него.

Контрольные вопросы

1. Что называется тепловым режимом здания?

2. Что называется системой кондиционирования микроклимата?

3. Назовите виды теплообмена в помещении и элементы помещения, участвующие в нём.

4. Основные виды теплообмена между поверхностями в помещении.

5. Какова физическая сущность процесса теплообмена излучением?

6. Приведите расчетную формулу для определения лучистого потока поверхности помещения.

7. От каких факторов зависит интенсивность лучистого теплообмена между поверхностями помещения?

8. Что такое радиационная температура помещения и как она определяется?

9. Что понимается под конвективным теплообменом в помещении?

10. Приведите расчётную формулу конвективной теплоотдачи.

11. Что определяет коэффициентом теплоотдачи ? Его размерность.

12. Приведите уравнение теплового баланса поверхности помещения и определите все входящие в него величины.

Дата добавления: 2015-05-26