CC BY
31
УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ЛУЧИСТОГО ТЕПЛООБМЕНА НА ВЕЛИЧИНУ ТРЕБУЕМОГО ВОЗДУХООБМЕНА
THE IMPACT OF RADIATIVE HEAT EXCHANGE ON THE REQUIRED AMOUNT OF AIR EXCHANGE
C.B. Саргсян S. Sargsyan
Московский ГСУ
Описывается фактор влияния лучистого теплообмена между внутренними поверхностями помещения на величину требуемого воздухообмена, при двухзонной математической модели вентилируемого помещения.
The paper deals with the problem of measure of influence radiative heat exchange between the inner surfaces of the room on the required amount of air exchange. A two-zone mathematical model of the ventilated room is considered.
Требуемый воздухообмен при двухзонной математической модели вентилируемого помещения [1] в наиболее общей форме определяется из систем балансовых уравнений, составленных для вентилируемого помещения в целом и для рабочей (обслуживаемой) зоны.
Формула для определения требуемого воздухообмена в наиболее общих случаях,
когда помещение имеет i=n притоков и ]=ш вытяжек [6], представляется как:
е + е__
¿С-вз п т
Д -Е р}
вй =-^—^—, (1)
0 п п
С(1 + ЁД -£д)(tрз - гусшр)
I =1 ] =1
где: Qp3 и Qвз - потоки теплоты поступающие в рабочую (обслуживаемую) и верхнюю зону соответственно; р - относительный расход воздуха в струе; св - удельная теплоемкость воздуха; грз - температура воздуха в рабочей (обслуживаемой) зоне, гуслпр - условная температура приточного воздуха.
Анализ теплового и влажностного режимов помещения показал, что значительная часть теплоты, выделенная от теплоисточников расположенных в рабочей зоне производственных зданий или в обслуживаемой зоне общественных или жилых зданий, конвективными потоками поступает в верхнюю зону (70-80 % в производственных цехах и 40-50 % в помещениях общественных или жилых зданий). Характерный график распределения температуры по высоте помещения имеет форму, показанную на рис. 1а [2].
Повышается радиационная температура верхней зоны, в результате между зонами в помещении наблюдается интенсивный теплообмен [3]. Характерный график распределения температуры по высоте помещения принимает форму, показанную на рис. 16.
7/2011
ВЕСТНИК
_МГСУ
а.
Н м
ГС
б.
Н м
Цс-С"с (°С
Рис. 1. График распределения температуры воздуха при устойчивой стратификации: а. - без учета лучистого теплообмена между зонами; б.- с учетом лучистого теплообмена между зонами, где: т - высота температурного перекрытия; ^ - температура воздуха на поверхности пола; , ^ - температура воздуха на поверхности потолка
В теплонапряженных помещениях при расчете требуемого воздухообмена по избыткам явной теплоты, доля лучистой теплоты поступающего из верхней зоны помещения в рабочую (обслуживаемую) достаточно велика. Лучистый поток теплоты поступающий из верхней зоны в рабочую (обслуживаемую), учитывается при составлении уравнения балансов для отдельных зон помещения с целью вывода формулы для определения требуемого воздухообмена.
В этом случае требуемый воздухообмен с учетом лучистого теплообмена определяется как:
£ + £
Р~ 1
1+ЕД-Е4
-+а—-——
п III - Л п III
Д+ЕД -ЕД Д+ед -ЕД
=■
г=1
-=1
г=1
-=1
.(1 + ЁД "ЁД )(* „ - *услпр )
(2)
г=1
-=1
где
*0 + ЕД*г "Е^Л-
*
г =1
>1
услпр
(3)
1-Ел
(=1 ;=1
где О, - лучистая теплота поступающая из верхней зоны в рабочую (обслуживаемую) или наоборот.
Подробный учет факторов, влияющих на параметры воздуха в рабочей зоне производственных зданиях или в обслуживаемой зоне общественных и жилых зданиях,
позволяет определить оптимальный воздухообмен, а так же оценить степень обеспеченности в нем заданных параметров воздуха.
Лучистый поток теплоты, вычисляется, используя уравнения Стефана-Больцмана. При расчете величины лучистого потока теплоты, поступающего из верхней зоны в рабочую (обслуживаемую) зону помещения, основной сложностью является определения коэффициента облученности /ф/. Формулы для расчета, предложенные различными авторами [4] позволяют определить его для наиболее простых случаев. По этим формулам и основным законом лучистого теплообмена [5] составлен алгоритм расчета коэффициента облученности для помещений с теплоизбытками при наличии в нем «тепловой подушки» и наружной стены /рис. 2/. При расчете коэффициента облученности условно принято, что параметры воздуха по отдельным зонам усреднены.
Рис. 2. Схема помещения с одной наружной стеной
Анализ теплового расслоения по объему помещения показал, что в теплонапря-женных помещений необходим учет лучистого теплообмена между рабочей зоной производственных или обслуживающей зоной общественных помещений и верхней зонами.
В холодный период года, при наличии в помещении наружных ограждений (наружная стена, покрытие и т.д.), наблюдается обратное явление, т.е. лучистое теплопо-ступление из рабочей (обслуживаемой) зоны в верхнюю зону.
В результате расчета лучистого теплообмена между верхним и рабочим (обслуживаемым) зонами, построен график, который позволяет определить коэффициент облученности от поверхностей верхней зоны в рабочую (обслуживаемую) зону помещения.
В теплонапряженных помещениях, доля лучистой теплоты от общего количества теплопоступления в рабочую зону велика, и пренебречь этой величиной при расчете требуемого воздухообмена при двухзонной модели вентилируемого помещения представляется невозможным.
Лучистый теплообмен между верхней и нижней зонами способствует:
7/2011 ВЕСТНИК
_МГСУ
увеличению тепловой нагрузки в рабочей (обслуживаемой) зоне; выравниванию параметров воздуха по высоте помещения; снижению коэффициента эффективности воздухообмена.
У
1,00
0,75
0,5
0,25
0,00
0,1 0,5 1,0 2,0 3,0 5,0
Рис. 3. Коэффициент облученности при лучистом теплообмене между верхним и рабочим зонами с одним наружным ограждением
Литература
1. Титов В.П., Саргсян C.B. Универсальная двухзонная модель помещения для расчета требуемого воздухообмена.//. «Охрана труда в промышленности».-Пенза: 1991.
2. Мелик-Аракелян А.Т., Петров A.B. О переносе тепла из верхней зоны помещения в рабочую в условиях устойчивой стратификации. В сб.: Тепловой режим систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и теплогазоснабжения. - М., 1980. - с. 43-48.
3. Шилькрот Е.О., Шепелев Е.О. К расчету естественной вентиляции горячих цехов. //Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха в промышленных зданиях/ В сб. тр.ЦНИИПромзданий. Вып.26. -М., 1972. - с. 4-16.
4. Шорин С.Н. Теплопередача излучением при лучистом отоплении / В сб.: Современные вопросы отопления и вентиляции.- М.-Л.: Госстройиздат,1949.
5. Богословский В.Н. Тепловой режим здания. -М.: Стройиздат, 1979 .- 248 с.
6. Саргсян C.B. Оптимизация требуемого воздухообмена в теплонапряженных помещениях с применением поверхностных воздухоохлодителей. В сб. «Теоретические основы тепло-газоснабжения и вентиляции». -М.: 2007.
pLiterature
1. Titov V.P., Sargsyan S.V. Universal two-zone model of room calculate the required amount of air exchange. / /. "Protection of labor in the industry" .- Penza: 1991.
2. Melik-Arakelyan A.T., Petrov A.V. On transfer of heat from the upper zone of the premises in working area under conditions of stable stratification. In "The thermal regime of heating, ventilation, air conditioning and heat and gas supply". - M., 1980 . - p. 43-48.
3. Shilkrot E.O., Shepelev E.O. Calculation of natural ventilation in hot workshops. // Heating, ventilation and air conditioning in commercial buildings / In collected papers of CNIIPromzdany. Vol. 26. -M., 1972. - p. 4-16.
4. Shorin, SN Heat transfer by radiation in the radiant heating / In collected papers of Modern problems of heating and ventilation .- Soc Gosstroyizdat, 1949.
5. Bogoslovsky V.N. The thermal regime of the building. -M.: Stroyizdat, 1979. - 248 p.
6. Sargsyan S.V. Optimization of required ventilation in heat-stressed areas with using surface air-cooler. In collected papers "Theoretical Foundations of heat and ventilation." -M.: 2007.
Ключевые слова: лучистый теплообмен, требуемый воздухообмен, верхняя зона, теплона-пряженное помещение, коэффициент облученности, тепловая подушка, тепловое расслоение, двухзонная модель.
Key words: radiant emission, required ventilation, upper area, heat-stressed area coefficient of irradiance, thermal pad, thermal stratification, two-zone model.
e-mail: [email protected]
