URL-адрес сайта WordPress настроен неправильно. Проверьте настройки виджета.

Расчет теплопотерь помещения при раздельном учете конвективного и лучистого теплообмена


Опубликовано в журнале AВОК №8/2007

Рубрика: Отопление и горячее водоснабжение

Ю. А. Табунщиков, профессор,
член-корреспондент РААСН

В проектной практике довольно
часто встречается задача по определению теплопотерь помещения, в котором одна
или несколько поверхностей имеют существенно различные температуры. К таким
поверхностям можно отнести угловые помещения с двумя наружными стенами,
помещения верхнего этажа с двумя наружными стенами и покрытием, помещения
плавательного бассейна и помещения с обогреваемым полом, в которых температура
поверхности воды или поверхности пола существенно отличается от температуры
внутренних поверхностей наружных ограждений.

В рассматриваемом в статье случае
тепловой поток на внутренней поверхности наружной ограждающей конструкции можно
рассчитать по формуле:

(1)

где aк – коэффициент
конвективного теплообмена между внутренней поверхностью наружной ограждающей
конструкции и воздухом помещения, Вт/м2°С;

aл – коэффициент лучистого теплообмена между внутренней
поверхностью наружной ограждающей конструкции и окружающими поверхностями,
Вт/м2°С;

tв, tвп – соответственно, температуры внутреннего воздуха и
внутренней поверхности наружной ограждающей конструкции, °С;

tокр – температура окружающих поверхностей, °С, может быть
вычислена по формуле:

(2)

где ti, Fi
соответственно, температуры, °С, и площади, м2, окружающих поверхностей.

Формулу (1) перепишем следующим
образом:

(3)

Рассматривая правую часть формулы
(3), можно сделать следующие выводы:

1. Если tусл > tв, то
теплопотери помещения будут превышать значения, рассчитанные согласно СНиП
2.04.05–91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование» без раздельного учета
лучистой и конвективной составляющих теплообмена на внутренней поверхности
наружных ограждений.

2. Если tусл < tв, то теплопотери помещения будут ниже значений,
рассчитанных согласно СНиП 2.04.05–91* «Отопление, вентиляция и
кондиционирование» без раздельного учета лучистой и конвективной составляющих
теплообмена на внутренней поверхности наружных ограждений.

3. При расчете сопротивления
теплопередаче наружных ограждающих конструкций согласно СНИП 23–02–2003
«Тепловая за-щита зданий» нормируемый температурный перепад между температурой
внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности наружной ограждающей
конструкции при раздельном учете лучистой и конвективной составляющих
теплообмена следует определять по формуле:

(4)

Приведенные выше формулы
достаточны для практических расчетов. При необходимости более точных расчетов,
когда лучистый тепловой поток учитывается через разность четвертых степеней
температур, это можно сделать по формулам, приведенным в работе [1].

В работе [2] представлены расчеты
стационарного теплового режима помещения при раздельном учете лучистой и
конвективной составляющих теплообмена.

Рассматривалось три типа помещений
с системой воздушного отопления: рядовое – с одной наружной стеной, угловое – с
двумя наружными стенами, верхнее угловое – с двумя наружными стенами и
покрытием;

в каждом из помещений имелось окно
(рис. 1).

Схема исследуемого помещения

Рисунок 1.

Схема исследуемого помещения

В процессе расчета варьировались
температура наружного воздуха tн от –15 до –25 °С; геометрические параметры помещения:
отношение ширины к высоте В/Н – от 1 до 2,5, отношение длины к высоте L/Н – от 1 до 2,5;
относительная площадь остекления наружной стены fост = Fок / BH – от 0,3 до
0,7 (Fок – площадь окна); приведенный относительный коэффициент
излучения между окном и светонепроницаемыми ограждениями

eокпр / eокпр1 = 0,84; eокпр2 = 0,28.

Полученные при расчете значения
перепада между температурами внутреннего воздуха и внутренней поверхности
наружного ограждения и значения теплопотерь помещения были сопоставлены с
нормативными перепадом и теплопотерями; кроме того, проведено сравнение
теплопотерь помещения при различных значениях eокпр.

При анализе полученных результатов
выявлено, что соотношения геометрических размеров В/Н и L/Н практически
не влияют на исследуемые параметры, поэтому при дальнейшем рассмотрении они не
учитываются.

При tв = 18 °С и ∆tн = 6 °С
температура внутренней поверхности наружного ограждения составляет tвп =12 °С,
температура внутренней поверхности покрытия при tв = 18 °С и ∆tн = 4 °С tпот = 14 °С.
Расчетные значения отличаются от нормативных и в большой степени зависят от типа помещения: в помещении с
одним наружным ограждением tвп = 10÷10,5 °С, с двумя – tвп = 9,2÷9,6 °С, в помещении с двумя наружными
стенами и покрытием tвп = 8,7÷9,0 °С, tпот = 10,4÷11,2 °С.

Естественно, что при tусл < tв теплопотери помещения,
рассчитанные с учетом конвективной и лучистой составляющих
теплообмена, оказались меньше теплопотерь, определенных по СНиП 2.04.05–91*.
При увеличении перепада между tв и tвп возросла конвективная составляющая теплообмена, однако
лучистая составляющая существенно уменьшилась. Это объясняется тем, что
температуры внутренних ограждений не равны температуре воздуха (для различных типов помещения tокр =
12,5÷15,5 °С) и, кроме того, для помещений с несколькими наружными
ограждениями в расчет включались их
внутренние поверхности. На рис. 2 показано распределение температуры
поверхностей помещений, рассчитанное в соответствии с нормами и по формулам
конвективного и лучистого теплообмена, учитывающего разности температур
четвертых степеней [2], стрелками обозначено направление лучистых потоков. Как
видно из рисунка, в реальных условиях происходит перераспределение этих потоков
и поверхность потолка может даже отдавать лучистое тепло в помещение.

Распределение температуры поверхностей в помещении

Рисунок 2.

Распределение температуры поверхностей в помещении,
рассчитанное:

а – по СНиП 2.04.05–91*;

б – по формулам [2] при В/Н = 1,0;
L/Н = 1,5; fост = 0,7; eокпр = 0,84

Расчетом установлено, что при
уменьшении eокпр с 0,84 до 0,28 температура внутренней поверхности окна
снижается на 2–3 °С из-за резкого уменьшения (на 55–60 %) лучистого теплообмена
с другими поверхностями помещения, которое не компенсируется увеличением (на
20–30 %) конвективного теплообмена. Вследствие этого снижаются и теплопотери
помещения. На рис. 3 представлено относительное изменение теплопотерь ∆Q в зависимости
от типа помещения, fост tн. Значения ∆Q определялись по формуле:

(5)

где Q0,84 и Q0,28
теплопотери помещения при eокпр1 = 0,84 и eокпр2 = 0,28.

Теплопотери помещения

Рисунок 3.

Теплопотери помещения при различных значениях fост и tн (В/Н = 1,5; L/Н = 2,5):

а – рядовое помещение;

б – угловое помещение;

в – верхнее угловое помещение

Таким образом, анализ полученных
результатов позволяет сделать следующие выводы.

В помещениях с наружными
ограждающими конструкциями, рассчитанными по СНиП 23–02–2003 (где коэффициент теплоотдачи
внутренней поверхности принят постоянным), не обеспечивается нормативный
санитарно-гигиенический перепад между температурами воздуха и внутренней поверхности наружной
стены. Превышение расчетного перепада над нормативным составляет для рядового
помещения 25–30 %, углового – 40–45 %, верхнего углового – 50–55 %.

Расчет теплопотерь помещения по
СНиП 2.04.05–91* при tусл < tв без раздельного учета лучистой и конвективной
составляющих теплообмена дает завышение на 5–15 % по сравнению с
действительными. При уменьшении приведенного относительного коэффициента
излучения между окном и светонепроницаемыми ограждениями теплопотери снижаются.

За счет значительной величины
лучистого теплового потока между внутренней поверхностью остекления и человеком
в помещении даже при достаточно высоких значениях сопротивления теплопередачи
остекления вблизи него имеет место зона пониженного комфорта. На рис. 4
приведены примерные схемы границ зон комфорта вблизи остекления в зависимости
от применяемых отопительных приборов [3].

Отопительные приборы, их размещение в помещении и границы зон комфорта

Рисунок 4.

Отопительные приборы, их размещение в помещении и границы зон комфорта:

а – радиатор;

б – конвектор;

в – перегородочная панель;

г – подоконная панель;

д
– границы зон комфорта в помещении: I – при расположении под окнами
радиаторов; II – конвекторов; III – при размещении нагревательных
элементов по периметру внутренних стен; IV – в междуэтажных
перекрытиях; V – в наружной стеновой панели; А – зона комфорта; Б –
зона дискомфорта

В настоящее время наружные
ограждающие конструкции высотных зданий выполнены практически полностью
остекленными.

Необходимо помнить, что все
расчеты требуемых потерь теплоты и сопротивления теплопередаче, а также зон
комфорта, выполняются для расчетной температуры наружного воздуха.

Литература

1. Табунщиков Ю. А. Математическое
моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий. – М. : АВОК-ПРЕСС,
2002.

2. Табунщиков Ю. А., Климовицкий
М. С. Расчет теплового режима помещения при раздельном учете конвективной и
лучистой составляющих теплообмена. Сборник трудов НИИСФ «Тепловой режим и
долговечность зданий», 1987.

3. Шаповалов И. С., Лискевич В. К.
Микроклимат квартир. – М. : Знание, 1985.

Реклама


Добавить комментарий

Please log in using one of these methods to post your comment:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s