Тема №4. Тепловая мощность систем отопления охлаждения

Занятие №1. Уравнение теплового баланса.

План занятия:

1.Общие сведения о равновесии состава и состояния воздуха.

2.Составляющие уравнения динамического равновесия (выделения «ВА»), ()

2.1Газовыделения.

2.2Выделения водяного пара.

а) испарение воды

б) биологические выделения водяного пара

в) выделение водяного пара от усушки пищевых продуктов

г) поступление влаги с инфильтрацией воздуха.

2.3Выделение ощутимого тепла

а) биологические выделения ощутимого тепла

б) тепло солнечной радиации

в) тепло инфильтрации

г) тепло эквивалентное работе

д) теплообмен с окружающим пространством.

3.Тепловой баланс помещения.

1.Состав и состояние воздуха помещения изменяются в результате выделения газов, водяного пара и тепла. Назовем эти виды выделении – «возмущающими агентами» («ВА»). «ВА» характеризуется абсолютной величиной и знаком. Присвоим знак «+» ВА, если он сообщается воздуху помещения каким-нибудь внутренним источником, (испарение пота у человека), и «-», если источник отнимает ВА от воздуха, (изменение процента кислорода в воздухе в процессе дыхания). Строительные ограждения помещения негерметичны, они имеют поры щели, кроме того, теплопроницаемы. Вследствие этого параллельно выделению «ВА» внутренними источниками происходит его перемещение через строительные конструкции в помещение или наружу. Если бы все выделения ВА не изменялись во времени по величине и направлению, то состав и состояние воздуха помещения достигли бы некоторого состояния равновесного уровня. В действительности все выделения ВА непрерывно изменяются по величине и знаку; одно равновесное состояние сменяется другим. Подобное равновесие является динамическим. Если обозначить сумму всех выделений возмущающих агентов с учётом знака, то условие динамического равновесия можно записать.

Каждому конкретному сочетанию слагаемых величины соответствуют определённые значения параметров состава и состояния воздуха помещения, на основе которых устанавливается динамическое равновесие. Эти параметры так же переменны, как и величины.

КВ и В обеспечивает состав и состояние воздуха помещения неизменными. Эта задача может быть решена при условии, что параллельно самопроизвольному выделению «ВА». СКВ или В сообщает воздуху помещения тождественный регулирующий агент «РА», равный по величине «ВА», но обратный по знаку. Непрерывное изменение «ВА» по величине и знаку компенсируется соответственным изменением «РА».

Постоянство состава и состояния воздуха, достигаемое при непрерывно изменяющихся ВА и РА, называется динамическим равновесием.

– мгновенное значение суммы «ВА»,

− мгновенное значение суммы «РА».

произвольного, динамическое равновесие устанавливается на основе конкретных и постоянных значений параметров состава и состояния воздуха помещений. Оно обеспечивается работой СКВ или В, управляемой аппаратом автоматического регулирования. Очевидно что производительность СКВ или В должна соответствовать величине.

Выделения возмущающих агентов.

1.Газовыделения. Способ расчета количества выделяющихся в помещении газов зависит от причин их вызывающих

утечки технологических газов через неплотности соединений зависит от мощности технологической установки и т. д.

углекислого газа в процессе дыхания человека (по табл.)

в) углекислого газа в помещениях, где находится скот (по табл.)

Для предупреждения вредного воздействия выделяющихся газов на людей, необходимо вводить в помещение воздух. Количества потребления определяется в зависимости от величины газовыделений в гр/час и удельного веса и влагосодержания воздуха по определённым формулам.

2.2.Испарение воды в воздух помещений происходит на основании теплового беспорядочного движения молекулярных частиц жидкости (мокрые полы, оборудование). Определяется по формулам (§ 15, стр 33, Меклер).

а)Организм человека выделяет водяной пар в процессе дыхания и с поверхности кожи. Количество пара не постоянно и зависит от ряда обстоятельств: интенсивности мускульной работы, температуры, φ воздуха. (табл. VII.2 приложения к лекциям)

б)Вода, содержащаяся в пищевых продуктах, выделяется в процессе усушки, т. е. потери продуктом влаги в процессе хранения. Процент усушки различных продуктов указан в таблице 10,(стр80, Л2).

в)Под влиянием разности t и действия ветра, наружний воздух проникает в помещение через поры и щели в ограждающих конструкциях. Это явление называется инфильтрацией. Поскольку и могут отличатся, то в результате инфильтрации содержание влаги в воздухе может изменяться по сравнению с заданным.

Определение количества воздуха, проникающего через щели путём инфильтрации

, (стр 80, Л2)

Весовое количество сухого воздуха проникающего в помещение

где, - удельный вес и влагосодержание наружного воздуха.

Количество водяного пара, вносимого инфильтрацией

, кг/час

.Выделения ощутимого тепла обусловлено возникновением разности t воздуха помещения и различных поверхностей, соприкосающихся с ним.

Количество ощутимого тепла, отдаваемого организмом путём конвекции и излучения, зависит от интенсивности мускульной работы и метеорологических условий. Данные о составляющих полной теплоотдачи человека занесены в таблицу VII.2 (приложения к лекциям).

Тепло солнечной радиации проникает в помещение в результате пропускания солнечных лучей остеклёнными поверхностями и поглощения их наружными неостекленными поверхностями. (стр. 84-88)

, проникающего через неплотности ограждения и при открывании дверей может отличаться от в помещении.

Способ определения количества ощутимого тепла инфильтрацией:

Механическая работа и электроенергия могут полностью или частично превратится в ощутимое тепло, влияющее на температурный режим помещения. Если, например работают электродвигатели, то исходной величиной служит полезная мощность на валу электродвигателя. Однако, для компенсации потерь энергии в самом двигателе необходимо подвести к нему несколько большую мощность. Эта дополнительная мощность оценивается КПД двигателя в пределах 0,9 ÷ 0,97. Не все рабочие машины, потребляющие энергию, работают одновременно, и фактически израсходованная работа не во всех случаях полностью превращается в ощутимое тепло, поэтому вводят поправочные коэффициенты: одновременности - и превращение энергии в тепло. Числовые значения их различны для каждого вида производства.

Между помещением и окружающим пространством происходит постоянный теплообмен. В зависимости от направления теплового потока его называют теплопотерями или теплопритоком. Рассматриваемый тепловой поток менее постоянен, чем другие, т. к. объясняется непрерывным колебанием наружной t.

3.Избытки тепла в помещении (тепловой баланс) образуется в результате несоответствия теплопоступлений и теплопотерь и может быть записан следующим образом:

-- для теплового периода года; когда

, кДж/ч (Вт)

-- для холодного периода и переходного, когда

.

- суммарные тепловыделения (теплопоступления) в помещении от всех источников, (от оборудования, освещения, нагретых поверхностей, продуктов сгорания, людей).

– тепло, поступающее от солнечной радиации.

- теплопотери в помещении (для лета: на испарение влаги, на нагрев поступивших материалов; для зимы: теплопотери через ограждения, потери тепла на нагревание, инфильтрации воздуха + то что для лета).

Воздухообмен (производительность В или СКВ) определятся зависимостью

а), /ч по избыткам явного тепла

, кг/ч по избыткам явного тепла

C – теплоёмкость воздуха (4,2 кДж/кг*К, 1,005ккал/кг*, 1,2кг/)

𝜌 – плотность воздуха,

удаляемого воздуха,

grad t 0,8÷1,5 =23,2Вт/

0,3÷1,2 =11,6÷23,2 Вт/

0,0÷0,5 =11,6 Вт/

H – высота здания,

h – высота рабочей зоны,

(подаче в рабочую зону)

(на высоту 1,5 м и выше от пола)

(на высоту 4 м от пола)

(???)

б)Для удаления избыточной влаги

; кг/ч

- влагосодержание конечное и начальное.

в)Для удаления вредностей (паров, газов)

,

z – количество газа, выделяющегося в помещении,

– концентрация данного газа в удаляемом воздухе (для удаления из рабочей зоны =ПДК)

- концентрация данного газа в приточном воздухе (= до 0,3 ПДК)

При наличии всех перечисленных возмущающих агентов ВА в одном помещении для данного помещения выбирают для подбора оборудования системы В и СКВ максимальные значения производительности.

Для ряда помещений (жилых, административных, помещений специального назначения – кладовых и других), где выделения вредных веществ невелики или не поддаются расчетам,воздухообмен определяют по кратностям.

Кратность воздухообмена К(n) – это объём вентиляционного воздуха, подаваемого или удаляемого из помещения, L к внутреннему объёму помещения

Под знаком «+» подразумевается подача воздуха в помещение, «-» удаления его из помещения.

Кратность воздухообменов для помещений приведена в справочной литературе. (Л2, стр. 68-93; Л4, стр. 36-53).