Нестационарный тепловой режим помещения

Требуется определить, укладывается ли амплитуда колебаний темпе­ратуры помещения при отоплении пропусками с двумя топками в сутки в допускаемые +1,5 ^оС.

В здании, присоединенном к системе теплоснабжения, в теплую часть отопительного периода из-за необходимости иметь достаточно высокую температуру для горячего водоснабжения, температура воды для отопления выше, чем это необходимо для поддержания заданной температуры помеще­ния. Поэтому применяют отопление пропусками [10], то есть m часов теплоно­ситель циркулирует, а затем на n часов циркуляция прекращается. Этот метод регулирования теплоотдачи отопительных приборов в недавнем прошлом применялся в зданиях различного назначения, сейчас преимущественнов производственных.

Требу­ется рассчитать амплитуду колебаний температуры помещения при заданной продолжительности натопа m=8 ч и перерыва n=4 ч, если температура е на­ружного воздуха +5^оС.

7.1.1.Определяем теплопотери помещения 206 при заданной =5^оС

Вт, (41)

здесь = 551,7 Вт - суммарные теплопотери помещения при расчетной температуре

наружного воздуха = -29^оС (п. 6.2.).

Однако температура отопительного прибора при температуре наружного воздуха 5^оС выше, чем это требуется, для возмещения рассчитанных теплопотерь. Происходит это потому, что для удовлетворения требований к нагреву воды горячего водоснабжения, получающего теплоту от той же теплосети, что и для отопления, температурный график качественного регулирования теплоотдачи отопительных приборов в зависимости от температуры наружного воздуха имеет излом. Этот излом не позволяет температуре воды в подающем трубопроводе теплосети снижаться ниже 70^оС, при этом в обратном трубопроводе температура воды равна 42 ^оС. Средняя температура отопительного прибора равна средней температуре воды в подающем и обратном трубопроводе системы отопления. Можно считать, что с учетом остывания воды в подающих магистралях системы отопления, температура воды, входящей в отопительный прибор, составит 70 -1=69 ^оС. Тогда средняя температура отопительного прибора равна (69+42)/2=55,5 ^оС вместо необходимой 44,6 ^оС. Изменение коэффициента теплопередачи прибора от разности температуры самого прибора и температуры воздуха помещения нелинейно. С учетом этого теплоотдача отопительного прибора составит:

Вт,

Чтобы в помещение в среднем за сутки теплопоступления от отопительного прибора были равны требуемой величине Q₅, необходимо при отоплении пропусками соблюсти соотношение между продолжительностью топки и перерыва

.

При заданных двух топках период топок составляет m+n=T=24/2=12 ч, то есть:

,

откуда m=12^.0,7=8,4 ч. Принимаем продолжительность топки m=8 ч, а перерыва n=4 ч.

7.1.2.Определяем коэффициенты теплоусвоения Y_i внутренних поверх­ностей всех ограждений:

- наружная стена: внутренний слой - штукатурка, толщиной 0,02 м, с термическим сопротивлением =0,023 м^2.оС/Вт, коэффициентом теплоус­воения =9,6 Вт/м^2.оС. Для периода m+n=8+4=12 часов

Вт/м^2.оС (41)

Тепловая инерция =13,58.0,023=0,312< 1. Следовательно, в расчете необходимо учесть следующий слой – кладки из сплошного глиняного кир­пича, толщиной 0,25 м, с термическим сопротивлением R_к.к=0,25/0,7=0,31 м^2.оС/Вт, коэффициентом теплоусвоения s_к.к=9,2 Вт/м^2.оС. Для периода m+n=8+4=12 часов

Вт/м^2.оС

Тепловая инерция =13,01^.0,31=4,03> 1.

Так как тепловая инерция второго слоя больше 1:

Вт/м^2.оС (42)

- потолок: внутренний слой - железобетонная пустотная плита с =0,151 Вт/м^2.оС, с коэффициентом теплоусвоения =10,159 Вт/(м^2.оС) – величина усреднен­ная с учетом тела ж/бетона и отверстий [(0,22^.0,21-3,14^.0,16²/4)/(0,22^.0,21)]^.17,98=10,159 Вт/(м^2.оС) (здесь в квадратных скобках – относительная площадь тела плиты от всей площади ее поперечного сечения; 17,98 Вт/(м^2.оС) - коэффициентом теплоусвоения для железобетона). Для пе­риода m+n=8+4=12 часов

Вт/м^2.оС

Тепловая инерция =14,36^.0,151=2,17> 1.

Так как у первого слоя величина D>1, то = 14,36 Вт/м^2.оС.

- перегородки: керамзитобетонные панели c термическим сопротивлением перегородки R_пер= 0,1/0,67 = 0,149 м^2.оС/Вт, коэффициентом тепло­усвоения =9,06 Вт/м^2.оС. Для периода m+n=8+4=12 часов

Вт/м^2.оС

Тепловая инерция =0,149^.12,81=1,908<2. Так как перегородки находятся в одинаковых тепловых условиях с обеих сторон и тепловая инерция каж­дой половины D<1, то =0,149/2^.12,81²=12,22 Вт/м^2.оС.

- окно: сопротивление теплопередаче окна R_ок=0,45 м^2.оС/Вт,

Вт/м^2.оС (43)

- пол: паркетный из дуба поперек волокон с сопротивлением теплопередаче слоя дуба R_дуб=0,083 м^2.оС/Вт, с коэффициен­том теплоусвоения =5,0 Вт/м^2.оС. Для периода m+n=8+4=12 часов

Вт/м^2.оС

Тепловая инерция =7,07^.0,083=0,587<1. Следовательно, в расчет следует ввести следующий слой – сплошную железобетонную плиту с термическим сопротивлением 0,22/1,92 = 0,114 м^2.оС/Вт и коэффициентом теплоусвоения =17,98 Вт/м^2.оС. Для периода m+n=8+4=12 часов

Вт/м^2.оС.

Тепловая инерция слоя железобетона равна =25,4^.0,114=2,89>1. Следовательно,

Вт/м^2.оС

7.1.3. Амплитуда колебаний температуры помещения равна

где: - коэффициент прерывистости по Приложению 20 при отношении m/T=m/(n+m)=8/12=16/24 =0,575;

- показатель теплоусвоения помещения,

= =13,28^.6,75+14,36^.8,14+12,22^.27,40+2,98^.3+9,51^.8,14=627,7 Вт/^оС; (45)

- средний коэффициент теплообмена на внутренних по­верхностях ограждений, в соответствии с рекомендациями [7] принимается равным 6,25 Вт/(м^2.оС).

-показатель теплообмена в помещении,

=6,25^.(6,75+8,14+27,40+3+8,14)=333,9 Вт/^оС.

-показатель теплопоглощения вентиляционным воздухом,

=0,278·60·1,005·1,2=20 Вт/^.оС.

где L – воздухообмен помещения, м³/ч, в примере можно принять 60 м³/ч·чел. Считаем, что в рассматриваемом помещении находится 1 человек;

с – теплоемкость воздуха, 1,005 кДж/кг;

ρ – плотность воздуха в помещении, 1,2 кг/м³.

Так как полученная амплитуда колебаний температуры помещения меньше допускаемой (0,8<1,5), отопление пропусками в принятом режиме допустимо.

В случае превышения колебаний температуры воздуха в помещении над допустимой амплитудой расчет повторяется при увеличенном числе топок за сутки, но сохраненном соотношении между m и n.