CC BY
52
7/)П11 ВЕСТНИК _7/20ТТ_МГСУ
О ПРИМЕНЕНИИ ОТРАЖАЮЩЕЙ ИЗОЛЯЦИИ В СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦИИ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ
APPLICATION OF REFLECTING INSULATION IN THE VENTILATION'S AND CONDITIONING'S SISTEMS
M. Б. Ромейко
M. B. Romeyko
Самарский ГАСУ
Определены коэффициенты лучистого и конвективного теплообмена, сопротивление теплопередаче воздуховодов, теплоизолированных пенофолом, а также степень нагрева воздуха в воздуховодах
Below the next positions are defined: the coefficients of radiant and convective heat exchange, the resistance to heat transfer of supply ducts insulated by penofol, the degree of air's heating in the supply ducts
С 1998 г. в России производится теплоизоляционный материал пенофол. Пено-фол относится к отражающей теплоизоляции. Он состоит из слоя вспененного полиэтилена, который с одной или с двух сторон покрыт алюминиевой фольгой высокого качества. Материал тонкий, гибкий, легкий, экологически чистый. Высокая эффективность пенофола обусловлена низкой теплопроводностью пенополиэтилена и высокими отражательными характеристиками алюминиевой фольги. В системах вентиляции и кондиционирования для теплоизоляции воздуховодов используются пенофол типа А с односторонним фольгированием и типа С - с односторонним фольгированием и само-клеющим слоем. Пенофол выпускается толщиной 3, 4, 5, 8, 10 мм. Технические характеристики пенофола: коэффициент теплопроводности X =0,049 Вт/(м-°С), относительный коэффициент излучения поверхности (степень черноты) £=0,03-0,05.
Традиционным теплоизоляционным материалом в системах вентиляции и кондиционирования являлись маты из минеральной ваты толщиной 30-60 мм. В проектах вентиляции и кондиционирования, а также при монтаже систем вентиляции в настоящее время часто используют пенофол толщиной 4 и 5 мм. Замена минваты на пенофол, толщина которого в 10 раз меньше, требует обоснования. С этой целью был проведен расчет, в ходе которого определялись коэффициенты теплообмена на наружной поверхности, сопротивление теплопередаче и степень нагрева воздуха в воздуховодах систем кондиционирования, теплоизолированных пенофолом.
Коэффициент теплообмена на наружной поверхности теплоизолированного воздуховода ан, Вт/(м2-°С), вычислялся по формуле:
а н =а к +а Д, (1)
где ак, а л - коэффициенты лучистого и конвективного теплообмена соответственно, Вт/(м2-°С).
Коэффициент лучистого теплообмена определялся по формуле [1]
ВЕСТНИК МГСУ
7/2011
- со е пр\—R Ф1-й
iL 100
4 \4
T R
100
1
(2)
('1 " )'
где: Сд- коэффициент излучения абсолютно черного тела, С0=5,77 Вт/(м2-ч-К4); б пр1-я - приведенная степень черноты воздуховода с теплоизоляцией; для случая, когда воздуховод, изолированный пенофолом с е1=(0,03-0,05), окружен поверхностями помещения, можно принять е^ = е1 = 0,05 [1]; ф1-ь - коэффициент облучения с поверхности воздуховода на все окружающие поверхности, ф1-ь =1; Г1, Тя - температура поверхности теплоизолированного воздуховода и средняя радиационная температура поверхностей помещения соответственно, К; '1, ^ - температура поверхности теплоизолированного воздух-овода и средняя радиационная температура поверхностей помещения соответственно, °С.
В табл. 1 приведены результаты расчета коэффициента лучистого теплообмена по формуле (2). Средняя радиационная температура поверхностей помещения принималась равной температуре воздуха в помещении.
Таблица 1. Значения коэффициента лучистого теплообмена
Температура воздуха, °С ' Значение коэффициента лучистого воздухообмена ал, Вт/(м2-°С), при температуре поверхности воздуховода ^ °С
10 15 20 25 30 40
25 0,283 0,29 0,2 98 - 0,31 0,329
20 0,276 0,283 - 0,298 0,305 0,321
На основании выполненных расчетов сделан вывод: при температуре воздуха в помещении 20-25 °C и температуре поверхности теплоизолированного воздуховода 10-30 °C коэффициент лучистого теплообмена для инженерных расчетов может быть принят 0,3 Вт/(м2оС).
Коэффициент конвективного теплообмена между поверхностью воздуховода и окружающим воздухом рассчитывался для условий свободной конвекции с использованием критериальных зависимостей [2]:
ак = NuBX/dH3 , (3)
где: NuB - число Нуссельта; dK3 - диаметр изолированного воздуховода, м; X -коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м '°С). Число Нуссельта определялось по формуле:
NuB = 0,46GrB0'25 , (4)
где GrB - число Грасгофа, рассчитываемое по формуле
Gr. (5)
V 2
где : ß - коэффициент температурного расширения воздуха, К-1; ß = ^ ; g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2; М
ха в помещении и температурой поверхности воздуховода, °C;v - коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2/с.
7/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
Установлено, что толщина тепловой изоляции (4-10 мм) незначительно влияет на коэффициент конвективного теплообмена, расхождение составляет не более 3 %. В табл. 2 приведены средние значения коэффициентов конвективного теплообмена, определённые по формулам (3)- (5) для условий: 4=20-25 °С, Д=10 °С при толщине пе-нофола 4 мм, а также коэффициенты теплообмена на наружной поверхности изолированных воздуховодов.
Таблица 2. Значения коэффициентов конвективного теплообмена ак и теплообмена на наружной поверхности а н изолированного воздуховода
Коэффициент Значение коэффициентов теплообмена, Вт/(м2-°С), при диаметре воздуховода, мм
100 200 400 500 800 1120
а к 4,0 3,4 2,9 2,75 2,45 2,2
а н 4,3 3,7 3,2 3,05 2,75 2,5
Нагрев воздуха в воздуховоде Ах, °С/м, определялся по формуле:
, (6)
сОЯоиз
где: ^ г0 - температура воздуха в помещении и перемещаемого воздуха, °С; к -коэффициент запаса, к= 1,15 [3]; с - удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг-°С); О -расход воздуха, кг/ч; Яоиз - сопротивление теплопередаче 1 м изолированного воздуховода, м2-°С/(Вт-м), определяемого по формуле:
*оиз = — + Т1Г ^ + (7)
лСа в 2лЛ с лСиза н
где: С - диаметр неизолированного воздуховода, м; ав - коэффициент теплоотдачи от перемещаемого воздуха к стенке воздуховода (или от стенки воздуховода к воздуху), Вт/(м2-°С), вычислялся по формуле:
а в = Ыы Ш, (8)
где число Ыы при температуре перемещаемого воздуха 10-30 °С определяется по формуле [2]:
Ыы = 0.018 Яв0,8, (9)
где Яв - число Рейнольдса, вычисляется по формуле:
Яв = ^ , (10)
V
где и - скорость воздуха в воздуховоде, м/с.
В табл. 3 приведены значения а в воздуховодов систем вентиляции и кондиционирования, рассчитанные по формулам (8) - (10).
В табл. 4 приведены результаты расчета величины нагрева воздуха в воздуховодах при теплоизоляции пенофолом, которые могут быть использованы при расчетах теплоизоляции воздуховодов систем кондиционирования воздуха.
ВЕСТНИК 7/2011
Таблица 3. Коэффициенты теплоотдачи а в воздуховодов систем вентиляции и
кондиционирования
Скорость перемещаемого воздуха, м/с Коэффициенты теплоотдачи ав , Вт/(м2-°С), при диаметре воздуховода 0, м
0,1 0,2 0,3 0,5 1,0 1,5 2,0
3 12,6 11,0 10,1 - - - -
6 19,7 19,1 17,9 16,24 13,6 12,8 12,1
8 28,4 24,7 22,7 20,5 17,8 16,5 15,5
10 33,4 29,1 26,6 24,4 20,5 19,4 17,7
Таблица 4. Величина нагрева воздуха в воздуховодах систем кондиционирования при разности температуры между окружающим и перемещаемым воздухом
(4 -р= 10 °С
Диаметр Толщина теп- Степень нагрева воздуха, °С/м, перемещаемого со
воздухово- лоизоляции, скоростью в м/с
да 0, мм мм 3 6 8 10
100 4 0,41 0,213 0,172 0,141
10 0,357 0,173 0,137 0,112
200 4 0,177 0,098 0,075 0,06
10 0,144 0,078 0,06 0,0486
315 4 0,106 0,059 0,045 0,037
10 0,086 0,047 0,035 0,029
500 4 - 0,033 0,0252 0,0206
10 - 0,0266 0,0203 0,0165
800 4 - 0,0189 0,0145 0,0118
10 - 0,0155 0,0118 0,0096
1120 4 - 0,0124 0,0095 0,0078
10 - 0,0102 0,0078 0,0063
Для сравнения в табл. 5 приведены результаты расчета величины нагрева воздуха в воздуховоде диаметром 500 мм, теплоизолированного пенофолом толщиной 4 мм и минватой толщиной 40 мм (коэффициент теплопроводности минваты 0,058 Вт/(м-°С), при разности температуры между окружающим и перемещаемым воздухом (гв- ?0)=10 °С и скорости воздуха в воздуховоде 6 м/с.
Таблица 5. Результаты расчета величины нагрева воздуха Ах на 1 м воздуховода диаметром 500 мм при скорости воздуха 6 м/с
Материал Ив, Вт/(м-°С) Он, Вт/(м-°С) 1/яОав, м2-°С/' (Вт-м) 1п(<0ш /с0)/2%к, м2-°С/ (Вт-м) 1/л0изан, м2-°С/ (Вт-м) Яо из , м2-°С/ (Вт-м) Ах, °С/м
Пенофол 16,24 3,05 0,039 0,0516 0,206 0,297 0,033
Минвата 16,24 7,1 0,039 0,407 0,069 0,515 0,016
Доля сопротивления теплообмену на наружной поверхности (Уломан) для пено-фола составляет 0,69ЯОИз, для минваты - 0,13Яоиз. Доля термического сопротивления
7/2011 ВЕСТНИК _7/2011_МГСУ
слоя изоляции (1п(Сиз/С)/2лХ) для пеиофола составляет 0,17Яоиз, для мииваты - 0,79Яоиз. То есть определяющую роль в процессе теплопередачи при применении отражающей изоляции играет теплообмен на наружной поверхности воздуховода. Расчет по определению температуры на поверхности теплоизолированного воздуховода выявил следующее: при (в- ?0)=10 °С и гв=(20-25) °С перепад температуры между окружающим воздухом и поверхностью воздуховода в зависимости от диаметра воздуховода и скорости воздуха составляет (5,8-7,5) °С при толщине пенофола 4 мм и (4,2-6,1) °С при толщине пенофола 10 мм. Определен максимальный перепад температур (в- t0), при котором температура на поверхности изолированного воздуховода становится ниже температуры точки росы, что приведет к выпадению конденсата. При температуре воздуха 20-25 °С и относительной влажности воздуха в помещении ф=60 % эта величина составляет 11 °С при толщине пенофола 4 мм и 13 °С при толщине 10 мм; при ф=55 % значение (гв- ¿с) составляет соответственно 14,5 и 18 °С. Расчетом установлено, что величина нагрева воздуха в воздуховодах при теплоизоляции пенофолом толщиной 4 мм больше величины нагрева при теплоизоляции минеральной ватой толщиной 40 мм в 1,8-2 раза, при теплоизоляции пенофолом толщиной 10 мм - в 1,45-1,6 раза.
Таким образом, применение пенофола для теплоизоляции воздуховодов систем кондиционирования должно быть обосновано расчетом величины нагрева воздуха в воздуховодах (как правило, эта величина не должна превышать 1 °С), а также расчетом температуры поверхности теплоизолированного воздуховода при разности между температурой окружающего и перемещаемого воздуха более 11-15 °С для предотвращения выпадения конденсата.
Литература
1. Богословский В.Н. Строительная теплофизика,- М.: Высш школа, 1982.
2. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. - М.: «Энергия», 1977.
3. Рекомендации по применению тепловой изоляции для трубопроводов и воздуховодов внутренних санитарно-технических систем промышленных зданий. A3-493- М.: Госстрой СССР, ГПИ «Сантехпроект», 1970.
Literature
1. Bogoslovsky V. N. Building physics-heat. - Moscow, 1982
2. Miheev M. A., Miheeva I. M. Principles of heat transfer. - Moscow, 1977
3. Recommendations for using heat insulation for pipelines and air ducts of inner sanitary-technical systems of industrial buildings. A3-493- Moscow: Gosstroy USSR, GPI "Santechproject", 1970
Ключевые слова: теплоизоляция, пенофол, лучистый и конвективный теплообмен, сопротивление теплопередаче, нагрев воздуха, кондиционирование
Key words: heat insulation, penofol, radiant and convective heat exchange, resistance to heat transfer, heating of air, conditioning
e-mail: [email protected]
