Температура воздуха

Для понижения температуры воздуха в каком-либо устройстве или помещении и поддержании ее на заданном уровне это устройство необходимо охлаждать, то есть отводить от него теплоту с помощью холодильной установки. С момента понижения температуры в устройстве t_у ниже температуры окружающей среды t_н в него начинают проникать теплопритоки от различных источников.

Теплоприток – количество теплоты, проникающее в устройство и выделяющееся в нем в единицу времени (Дж/с).

Уравнение теплового баланса, включающее теплопритоки от различных источников, при стационарном режиме имеет вид:

,

где Q_н - теплоприток через ограждающую устройство изоляцию;

Q_дет - теплоприток от обрабатываемых деталей;

Q_вн - теплоприток от внутренних источников (если в охлаждаемом помещении люди, осветительные приборы, двигатели и т.д.);

Q₀ - теплоотвод (холодильная мощность холодильной установки).

Следует иметь ввиду, что холодильные установки работают при переменных внешних условиях, что постоянно выводит их из состояния равновесия.

Если теплоприток становится больше теплоотвода Q₀, то это вызывает повышение температуры t_у. Если теплоприток меньше теплоотвода, то будет понижение t_у.

Скорость изменения температуры t_у прямо пропорциональна разности между теплопритоком Q_Т и теплоотводом Q₀ и обратно пропорциональна коэффициенту тепловой емкости устройства.

,

где С – коэффициент тепловой емкости устройства, (Дж/К), количество теплоты, которое необходимо подвести к устройству или отвести от него для изменения температуры на 1 К.

Равенству соответствует наступление равновесия между теплопритоком и теплоотводом, характеризуемое уравнением теплового баланса

Для упрощения предположим при стационарном режиме наличие только теплопритока Q_н.

Тогда количество теплоты, проникающее через ограждения в единицу времени

,

где К_н – коэффициент теплопередачи ограждений, Вт/м²×ºС;

F_н – площадь поверхности ограждений;

t_н – температура наружного воздуха.

С другой стороны, теплоотвод в единицу времени:

,

где К ₀ – коэффициент теплопередачи охлаждающих приборов;

F₀ – площадь поверхности охлаждающих приборов;

t₀ – температура охлаждающей среды (можно принять равной температуре поверхности охлаждающих приборов, если пренебречь термическим сопротивлением внутренней теплотдачи и стенок трубы.

Запишем тепловой баланс Q_T = Q₀ с учетом их значений.

,

Если изменятся внешние условия (например, повысится температура наружного воздуха t_н), то это повлечет за собой возрастание теплопритока Q_T и его превышение над теплоотводом Q₀, в результате чего произойдет повышение температуры t_у в устройстве и, как следствие, увеличится теплоотвод Q₀. Повышение t_у будет замедлять рост Q_T до тех пор, пока теплоприток не сравняется с растущим теплоотводом при новом значении t_у.

Такое самовыравнивание температуры охлаждаемого устройства не всегда решает задачу регулирования этого параметра. Величина саморегулируемого параметра может выйти за установленные пределы, и для ее сохранения внутри этих пределов надо располагать соответствующими средствами.

Если из уравнения теплового баланса найти величину температуры в устройстве t_у,называемую равновесной температурой,

,

то полученное выражение включает величины, воздействуя на которые можно добиться изменения температуры t_у в желаемом направлении.

Поскольку в уравнении для dt_y / dt регулирующим воздействием является холодопроизводительность испарителя Q₀, то для регулирования температуры t_у следует изменять величины, входящие в уравнение для Q₀, то есть К₀, F₀ и t₀.

Изменяя скорость циркуляции воздуха, можно менять интенсивность теплообмена у охлаждающих приборов и, следовательно, величину К₀.

Выключением части или всех охлаждающих приборов можно менять площадь их поверхности F₀.

Температура кипения охлаждающей среды t₀ в общем случае непостоянна и также саморегулируется при изменении К₀ и F₀. Иногда можно непосредственно изменять t₀ увеличением или уменьшением холодильной мощности компрессора или изменением температуры холодоносителя.

Наличие других теплопритоков Q_пр не вносит в выводы качественных изменений. t_у в этом случае определяется аналогично:

Так как Q_пр являются внешними возмущениями, то их влияние будет компенсироваться изменением Q₀.