Файл: 2.doc

§ 26. Составление приближенного теплового баланса помещения и здания по укрупненным показателям

Для приближенного расчета, а также при отсутствии необходимых данных теплопоступления от производственного оборудования могут быть приняты по результатам испытаний в процентах от расходуемой энергии или в абсолютных значениях. Например, в печах для термиче­ской обработки металла на нагревание металла расходуется 17—27% тепла сжигаемого топлива, с отходящими газами теряется 25—45%, теплопоступления в помещение составляют до 55%. В нагревательных печах кузниц на нагревание металла расходуется тепла 10—20%, поте­ри с отходящими газами составляют 35—50%, в окружающую среду поступает 35—50%. Теплопоступления от вагранок в литейных цехах со­ставляют около 15% тепла сжигаемого топлива. Для печей непрерывно­го действия теплопоступления в окружающую среду составляют 35 — 60%, печей периодического действия—15—20%, горизонтальных су­шил— 30—35%, вертикальных сушил— 15—20%, паровых турбин — 3-«- 5%. В мартеновских цехах от 1 т выплавляемой стали поступает тепла около (25—38) 10⁵ кДж. От 1 т заливаемого металла в чугунолитейном цехе поступает тепла около (4—15) 10⁵ кДж.

Укрупненным показателем теплового состояния помещения являет­ся его теплонапряженность q_u, Вт/м³ или ккал/(ч-м³). В табл. V.5 дана теплонапряженность горячих цехов с различным объемом.

Таблица V.5

Пользуясь данными табл. V.5, можно определить теплоизбытки в помещении, которые в полном расчете являются результатом составле­ния теплового баланса помещения, по формуле

AQ = q_nV _пом, (V. 27)

где Vhom — объем помещения, м³.

При ориентировочных подсчетах расходов тепла на отопление и вентиляцию для холодного периода года часто _ можно пользоваться укрупненными показателями — удельными тепловыми характеристика­ми для отопления q₀ и вентиляции q_B здания, которые даются в справоч­ной литературе в зависимости от назначения и строительного объема V здания. С их помощью расчетный расход тепла Q, Вт, на отопление и вентиляцию здания может быть определен по формуле

в = К <'» - у+% (к - <;)] V. (V.28)

где а — поправочный коэффициент, зависящий от /_н; /н и — расчетные значения наружной температуры соответственно для отопления и вентиляции.

§ 27. Меры теплозащиты

Для борьбы с избытками тепла приходится затрачивать значитель­ные материальные средства, что определяет обязательность таких меро­приятий по уменьшению поступлений тепла в помещения, как теплоизо­ляция производственного оборудования, экранирование источников теплового излучения, защита от солнечной радиации и др.

Теплоизоляция основного технологического оборудования для боль­шинства промышленных предприятий должна обеспечивать температу­ру на его поверхности не выше 45° С.

Тепловое излучение является профессиональным вредным выделе­нием в горячих цехах. В условиях облучения снижается работоспособ­ность (до 20%), увеличивается утомляемость, возрастает травматизм (до 30%). В связи с этим борьба с тепловым излучением имеет не только экономическое, но и оздоровительное социальное значение. Для защиты от теплового излучения применяют теплоотводящие, отражающие, про­зрачные и непрозрачные экраны, цепные, сеточные и вододисперсные за­весы, экраны с водяной пленкой, экраны из специальных отражательных стекол (прозрачных в сторону наблюдения), экраны-ширмы и т. д.

Для защиты от солнечной радиации следует прежде всего исйоль- зовать конструктивно-планировочные решения и организованное провет­ривание. Необходимо применять средства тепло- и солнцезащиты в виде теплоустойчивых, вентилируемых, орошаемых водой ограждении, внеш­них, межстекольных и внутренних устройств, затеняющих окна, солнце­защитных стекол (отражающих или поглощающих тепловое излучение, но прозрачных для видимого света) и т. д.

Одна из основных задач проектирования состоит в выявлении воз­можного теплового режима здания при различных мерах его обеспечения вентиляцией и в выборе экономически целесообразного варианта, под­держивающего заданные внутренние условия.

§ 28. Общая последовательность полного расчета

ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ПОМЕЩЕНИЯ

Для полного и точного расчета тепловых нагрузок, режима регули­рования систем кондиционирования, обеспеченности заданных парамет­ров микроклимата для жилых и общественных зданий с повышенным уровнем требований к комфортности внутренних условий и для промыш­ленных зданий с современными технологическими процессами, предъяв­ляющими высокие требования к постоянству метеорологических пара­метров, необходим анализ нестационарного теплового режима помеще­ния с учетом его теплоустойчивости. Для этого рассматривают все вли­яющие факторы и процессы теплообмена в помещении.

Формирование теплового режима может быть представлено в виде взаимодействия возмущающих и регулирующих факторов. Возмущаю­щие факторы — это теплопоступления через наружные ограждения, а также технологические и бытовые теплопоступления. Противодействую­щие им регулируюш,ие факторы — это тепловое воздействие систем с-топления, вентиляции и кондиционирования воздуха. И те и другие фак­торы могут быть постоянными или переменными во времени.

В результате расчетов установлено, что если переменные тепло­поступления составляют менее 25% общих возмущающих тепловых воз­действий, то можно ограничить расчет рассмотрением стационарного теплового баланса помещения [формула, {V.1)]. Такие соотношения ти­пичны для закрытых помещений с постоянными технологическими тепло- поступлениями.

В зданиях с легкими конструкциями и большими остекленными по- § 28. Общая последовательность полного расчета теплового режима помещения 55

верхностями переменные теплопоступления через ограждения, как пра­вило, превышают 25%. Если переменная составляющая находится в пре­делах 25—60% общих теплопоступлений и допускается коэффициент обеспеченности внутренних условий меньше 0,9, то можно ограничиться приближенным расчетом нестационарного теплового режима (приве­дением всех изменяющихся теплопоступлений к гармоническим без раз­деления их на конвективные и лучистые). Если эта составляющая пре­вышает 60% или коэффициент обеспеченности должен быть не менее 0,9, необходим точный расчет с учетом гармонических и прерывистых теплопоступлений и с разделением их на лучистый и конвективный теп­лообмен. Приведенные градации позволяют выполнить расчет произ­водительности систем кондиционирования микроклимата с ошибкой не более 15%. Методы приближенного и точного расчета теплоустойчиво­сти вентилируемого помещения рассматриваются в курсе «Строительная теплофизика».

Анализ теплового режима помещения и обслуживающих его венти­ляционных систем необходим для решения трех основных задач.

1. Расчет естественного (пассивного) теплового режима помещения, в результате которого необходимо установить возможность использова­ния для борьбы с перегревом и обеспечения допустимых внутренних условий простых и сравнительно дешевых конструктивно-планировочных решений и общеобменной вентиляции. Искомыми в этом расчете являют­ся различные меры защиты от перегрева с их количественной оценкой и производительность общеобменной вентиляции.

2. Выявление необходимости перехода к устройству более дорогой регулируемой системы кондиционирования. Решение этой задачи явля­ется следствием рассмотрения первой задачи, когда требуемые внутрен­ние условия не могут быть обеспечены простыми и дешевыми средствами.

3. Расчет регулируемого (активного) теплового режима помещения с применением системы искусственного охлаждения, обеспечивающей поддержание оптимальных внутренних условий. Искомыми являются производительность, холодильная мощность и режим регулирования си­стемы кондиционирования.

Последовательность расчета теплового режима помещения и обслу­живающих его систем может быть следующей: 1) выбор расчетных внут­ренних условий и их обеспеченности; 2) определение расчетных характе­ристик наружного климата с учетом коэффициента обеспеченности; 3) определение возмущающих воздействий: теплопоступлений через

наружные ограждения, от технологического оборудования и др.; 4) рас­чет теплоустойчивости помещения; 5) определение регулирующих воз­действий: производительности, тепловой и холодильной мощности, режи­ма регулирования систем вентиляции или кондиционирования.

Пример V.I. Определить теплопоступления от кузнечной печи с боковыми стен­ками размером 2,128X2 и 1,728X2 м, а также интенсивность облучения человека, на­ходящегося на расстоянии 1 или 2 м от открытой дверцы размером 0,48X0,7 м напро­тив ее центра.

Исходные данные:

а) характеристика стенок, пода и свода — шамотный кирпич толщиной б_т = = 0,232 м и теплопроводностью Х_ш = 0,838-fO,000582 / Вт/(м-К) [0,72-f-0,0005 /

ккал/(ч-м-°С)], трепельный кирпич толщиной 6_Т=0,232 м и теплопроводностью Я_т = = 0,198 Вт/(м-К) [0,17 ккал/(ч-м-°С)];

б) характеристика дверцы — шамотный кирпич толщиной б_ш = 0,115 м, чугунная обойма толщиной б_ч = 0,01 ми теплопроводностью ^_ч = 39,6 Вт/(м-К);

в) температура в печи t_ne4— 1200° С;

г) температура воздуха в помещении t_B = 20 °С;

д) дверца открывается в течение 1 ч на 15 мин;

е) степень черноты абсолютно черного тела Со = 5,78 Вт/(м²-К.⁴) [4,96 ккал/(чХ Хм²-К⁴)].

Решение (дано только в системе СИ)

А Определение теплопоступлений от стенок печа

1. Принимаем температуру на внутренней поверхности печи на 5° С ниже темпе­ратуры в печи:

/_в.„ = *печ - 5 = 1200 — 5 = 1195° С.

2. Задаемся температурой на внешней поверхности печи /_Пов=150°С.

3 По рис V.1 коэффициент теплообмена на внешней поверхности печи а_Пов = = 17,5 Вт/(м²-К).

4. Определяем температуру /х на стыке между шамотным и трепельным кирпичом^

А>ш . . Я_т

“7 (/в п — ^х) — ~7 (^1 — /пов)*

о_ш о_т

Принимаем ориентировочно Я_ш=1,5 Вт/(м-К), тогда

5. (1195 — /_х) = 0,198 (*!— 150),

откуда

1,5-1195 + 0,198-150 U = — —¹¹ = 1070° С.