ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМ ПАНЕЛЬНО­ЛУЧИСТОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Определение показателей эффективности СПЛО

В задачу моделирования входит определение показателей системы панельно­лучистого охлаждения. К таким показателям относятся:

- холодоотдача поверхностей, Qn—QriK + (2пл> Вт, при их различных положениях;

- Q„ Вт

- удельная холодоотдача поверхностей, —, —-, при их различных положениях;

F, м

- эффективность охлаждения рабочей зоны при различном положении поверхностей;

- радиационная температура помещения при различных положениях поверхностей.

Относительную удельную холодоотдачу можно рассчитать по формуле:

7 = ТГ> (2-12)

Up

где:

QP - величина холодопроизводительности, рассчитанная относительно максимального перепада температур (te - t,):

Qp = F, ■ (4 ■ ф. - t, I + 5.15) • (/„ - ), Вт (2.13)

Показатель эффективности представляет собой относительную долю холодопроизводительности поверхности, приходящуюся на рабочую зону. Его величина определяется по формуле:

7,=^-, (2.14)

Urr

где:

QP3- баланс тепла в пределах объема рабочей зоны:

Орз — F3 • сскЪ ’{іа —13) + ■ <х, ъ • (t2 — /3) + Qnjj • ^,_з 5 Вт (2.15)

Радиационная температура помещения определена как средняя по площади температура поверхностей:

Ниже приводятся результаты моделирования лучисто-конвективного теплообмена в опытном помещении 314 (Приложение №2 рис. п. 4).

Расчеты проводились для следующих вариантов расположения охлаждающих поверхностей (рис. 2.2):

1. По всей площади потолка (Fj=45 м ).

2. По всей площади пола (Fj=45 м ).

3. В продольных стенах в нижней зоне помещения высотой 2 м от пола (Fi=38 м2).

4. В продольных стенах в верхней зоне помещения шириной 2 м от потолка (F,=38 м2).

Результаты расчетов приведены в табл. 2.3.

Как видно из табл. 2.3, наибольшей удельной и относительной удельной холодоотдачей обладает первый вариант расположения поверхности. При этом ему соответствует средняя эффективность охлаждения рабочей зоны. Наиболее эффективно охлаждается рабочая зона во втором варианте. В этом случае следует ожидать некоторого положительного градиента температурных условий по высоте, что способствует эффективности ПЛО. Одинаковые показатели холодоотдачи у вариантов 3 и 4, но у варианта 3 показатель эффективности

меньше. Наименьший показатель холодоотдачи у варианта 2. С учетом условий эксплуатации помещения оптимальным вариантом расположения представляется вариант 4.

Целью моделирования является разработка упрощенной аналитической модели теплового режима помещения при ПЛО, предназначенной для расчета системы при проектировании. Такая модель основана на аппроксимации численных результатов расчетов по представленной выше системе уравнений теплообмена. Схема моделируемого помещения приведена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. К моделированию лучисто-конвективного теплообмена в помещении с вариантным расположением охлаждающих поверхностей: 1- в потолке; 2~ в полу;

3- в стенах у пола; 4- в стенах у потолка

В расчетах определялись показатели сравнения д1 и д2 по формулам (2.12) и (2.14) для принятых вариантов расположения поверхностей охлаждения. Варьировались основные параметры, определяющие решение уравнений (2.6) и (2.7): размеры помещения h от 3 до 5 м; (a/h) от 1 до 3; (b/а) от 1 до 3. Площадь помещения при этом изменялась от 9 до 450 м2, площадь охлаждающей поверхности от 9 до 300 м2. Разность температуры воздуха и охлаждающей поверхности (te-ti) варьировалась от 5 до 8 °С, доля конвективной составляющей тепловой нагрузки на помещение р от 0.5 до 0.9.

р - конвективная доля тепловой нагрузки;

QK - конвективная тепловая нагрузка, Вт;

Qj,- лучистая тепловая нагрузка, Вт.

Помимо принятых выше 4-х вариантов расположения холодной поверхности к рассмотрению приняты промежуточные варианты:

- 3.2)- расположение панели высотой 2 м в двух боковых стенах у пола;

- 3.1)- расположение панели высотой 2 м в одной боковой стене у пола;

- 4.2.А)- расположение панели высотой 1м в двух боковых стенах у потолка;

- 4.2.Б)- расположение панели высотой 2 м в двух боковых стенах у потолка;

- 4.2.В)- расположение панели высотой 3 м в двух боковых стенах у потолка;

- 4.1.А)- расположение панели высотой 1 м в одной боковой стене у потолка;

- 4.1.Б)- расположение панели высотой 2 м в одной боковой стене у потолка;

- 4.1.В)- расположение панели высотой 3 м в одной боковой стене у потолка.

В табл. 2.4 приведены значения коэффициента облученности поверхности рабочей зоны охлаждающей поверхностью при разной геометрии помещения для принятых вариантов расположения поверхности.

По результатам расчетов установлено, что величина qx в наибольшей степени является функцией конвективной доли тепловой нагрузки на помещение р ив меньшей степени функцией перепада температуры (te-t]) и относительных размеров помещения. Причем для всех вариантов расположения охлаждающей панели относительная глубина помещения (b/а) не оказывает существенного влияния на удельную холодоотдачу поверхности, а для вариантов 1 и 2 из рассмотрения исключается высота помещения h. Величину qx можно определить по формуле:

qx =?, • (1.02-0.01 —)• [0.94 + 0.01 • (7д -/[)], (2.18)

а

где величина qx определяется «о табл. (2.5-2.7).

Как видно из таблиц, приведенных ниже, величина qx существенно уменьшается с увеличением конвективной доли тепловой нагрузки, что свидетельствует о высокой эффективности использования СПЛО в помещениях с большими площадями остекления и теплопоступлениями от солнечной радиации, которые по своей природе являются преимущественно лучистыми. Удельная холодоотдача панелей имеет наибольшее значение для варианта 1.

Расчет относительного показателя эффективности СПЛО q2 для разных вариантов расположения панели при разном соотношении сторон помещения и разной конвективной доле тепловой нагрузки показал, что исследуемая величина наиболее существенно зависит от величины р. Геометрическими параметрами

помещения можно пренебречь во всех вариантах расчета, кроме 2-го. Значения q2 представлены из. рис. 2.3 и аппроксимируются зависимостью:

q2 = C(l-p) (2 Л 9)

Для варианта 1- С—0.5; для варианта 3.1- С—0.43 для варианта 3.2- С—0.36; для варианта 4.1- С=0.5б; для варианта 4.2- С—0.51. Для варианта 2:

С—0.38-0.07(a/h) (2.20)

Коэффициент С в определенной мере служит показателем эффективности расположения охлаждающей поверхности. Наибольшее его значение соответствует варианту 4.1 при расположении панели в верхней части стены с одной стороны помещения. Наименьшее значение величин q2 приходится на вариант 2.

Помимо удельных показателей холодоотдачи и эффективности СПЛО проведены расчеты радиационной температуры помещения tR. Имеет место устойчивое снижение величины радиационной температуры с увеличением конвективной доли тепловой нагрузки. Вместе с тем, зависимость tR от других параметров помещения неоднозначна.

Следует отметить, что величина радиационной температуры в значительном числе случаев опускается до величин, выходящих за пределы границы комфорта, определенной ранее.

Рис. 2.3. Зависимость коэффициентов эффективности СПЛО q2 от определяющих факторов: 1 - для варианта 4.1; 2 - для вариантов 1 и 4.2; 3 - для варианта 3.1; 4 - для варианта 3.2; 5 - для варианта 2 при a/h=l; 6 - то же при a/h=24; 7 - то же при a/h=3

При обеспечении температурных условий в помещении двумя системами - конвективной (СКВ) и лучисто-конвективной (СПЛО) - необходимо разделить между ними общую холодильную нагрузку. Для этого следует рассмотреть понятие тепловой нагрузки на систему.

В известных методах расчета тепловую нагрузку принимают равной теплоизбыткам или теплопотерям в виде алгебраической суммы тепловых потоков, поступающих в данный момент времени в помещение. При параллельной работе двух систем, подающих в помещение тепловые потоки разной природы и в разное время суток, они по-разному воздействуют на формирование температуры воздуха. Причем из-за нестационарности процессов реакция температуры воздуха на то или иное тепловое воздействие происходит с различным запаздыванием.

В общем случае система отопления-охлаждения может работать или круглые сутки или рабочую часть суток. Введем [8] понятие средней за время работы А г, ч тепловой мощности системы Qc. Уравнение баланса среднесуточных возмущающих и регулирующих тепловых потоков, поступивших в помещение, имеет вид:

^Qtpo + ^Qjo +Qc-m = 0, (2-21)

где:

Qtpo “ среднесуточные тепловые трансмиссионные потоки через наружные ограждения, Вт;

Qj0 - среднесуточные тепловые потоки от внутренних источников, солнечной

радиации, инфильтрации и других источников, Вт; т - относительная продолжительность рабочей части суток.

Уравнение баланса содержит два неизвестных: искомую величину Qc и

среднесуточную температуру помещения, определяющую трансмиссионный

тепловой поток. Представим величину температуры помещения tn, °С в виде

зависимости от температуры воздуха:

^Q і ’ Рj ~^~Q с'Рс

■ <2-23>

где:

Qj - тепловые потоки, составляющие тепловую нагрузку, Вт;

Ап - показатель конвективного теплообмена в помещении, Вт/°С;

Ап=ак-Щ (2.24)

ак - осредненный в пределах помещения коэффициент конвективного

Вт

теплообмена на внутренних поверхностях ограждений,

ZF, - сумма площадей поверхности ограждений, обращенных в помещение, м ;

pc, pj - конвективная доля теплового потока соответственно от системы и

теплового потока, составляющего тепловую нагрузку.

Величину среднего коэффициента конвективного теплообмена до

^ Вт

уточнения принимается равным ак = 3 —~0— • По итогам расчета тепловой

м ■ °С

нагрузки на систему появляется возможность определить сумму потоков конвективного тепла в помещении и уточнить величину ак:

Рассмотрим три варианта определения мощности системы:

А - в рабочее время суток система обеспечивает заданную температуру воздуха; В - в рабочее время суток система обеспечивает заданную температуру помещения;

В - внутренние условия обеспечивают параллельно две системы.

Вариант А. Рабочую температуру воздуха tB, °С представим в виде:

tB~ tВО ^Вт J (2.26)

где:

tBO - среднесуточная температура воздуха, °С;

AtBm - среднее за рабочую часть суток отклонение температуры от

среднесуточного значения, °С.

Величина среднего за рабочее время отклонения температуры воздуха равна

=бс ■ [^+^ л - «и+£ бг +-г - ■ - а)Д (2-27)

TOC o "1-5" h z •‘я Ая *п

где:

Вт

Yn - показатель теплоусвоения помещения, - 2 .

м • С

Г„=Щ-Г„ (2.28)

j. л. 5/я

^ - коэффициент теплоусвоения поверхности ограждения, - 2 —;

лГ • °С

Qc, Q - средние за рабочее время значения температурных коэффициентов для

теплового потока от системы и «у'»-го потока, составляющего тепловую нагрузку; Qm, Q0- средние за рабочее время (индекс «т») и средние за сутки (индекс «О») значения теплового потока, составляющего нагрузку, отнесенную к максимальному за сутки значению Q3.

Подстановка (2.27) в (2.26), (2.26) в (2.23) и (2.23) в формулу баланса (2.21) позволяет определить искомую величину Qc в виде:

(Qtp+ЩП,) (2.29)

Пс

где:

QTP - трансмиссионный тепловой поток, проходящий через наружные ограждения и определенный относительно рабочей температуры воздуха tB;

коэффициенты нагрузки соответственно для системы и составляющих нагрузку тепловых потоков:

Лс =^Г'пс +-7~'Рс-(1-0.5я7) + т (2.30)

-*/7 А. п

К - удельный трансмиссионный тепловой поток через наружные ограждения:

K = IKmFm (2.32)

KHOFHO - произведение коэффициентов теплопередачи на площадь наружного Вт

ограждения, —.

Конкретизируем формулы (2.30), (2.31) для отдельных составляющих тепловых потоков, вида и режима работы системы. Так, для постоянных в течение суток тепловых потоков Q. J = 0, Qm = Q0 = 1. Одним из потоков, составляющих

искомую тепловую нагрузку на основную систему, может быть тепловая мощность дежурной, или фоновой, или параллельной системы. Для системы, действующей круглосуточно Qc =0, т—1. Для чисто конвективных потоков (например, от инфильтрации) р} = 1, а для чисто лучистых Pj = 0, соответственно,

для воздушных систем отопления, систем вентиляции и кондиционирования воздуха pj = 1.

Входящие в (2.27), (2.30), (2.31) средние за рабочую часть суток значения температурных коэффициентов определяются по формуле:

(233)

А т

где:

значения коэффициентов для времени соответственно конца хк и начала гн рабочей части суток.

Значения температурных коэффициентов тепловых потоков для системы и составляющих ее нагрузку приведены в таблице 2.8.

Приведенные формулы получены для случая поддержания температуры внутреннего воздуха на заданном уровне. Для систем вентиляции приточным является наружный воздух, а тепловая нагрузка на систему равна:
где:

G - расход приточного воздуха, кг/ч;

tНт ~ среднее за рабочее время значение температуры наружного воздуха, °С.

Решение для системы вентиляции имеет тот же вид (2.29), в котором при определении трансмиссионного теплового потока вместо tB следует подставлять

К

величину tHm, а формулу (2.32) дополнить членом 3.6—.

G

Вариант Б. В качестве исходной задается средняя за рабочее время температура помещения. Последовательность определения величины нагрузки остается той же, что и представленная выше. Величина нагрузки определяется по формуле (2.29), причем величина среднесуточного трансмиссионного теплового потока в ней рассчитывается при средней за рабочее время температуре помещения. Коэффициенты нагрузки равны:

(2.34)

(2.35)

Вариант В. Одновременное действие двух систем вносит коррективы в формулы для определения нагрузки. Рассмотрим случай, когда фоновая СПЛО работает круглосуточно, а вместе с ней в течение рабочего времени заданную температуру воздуха обеспечивает конвективная СКВ. Следует иметь в виду, что при совместной работе конвективной и лучисто-конвективной систем следует исходить из задания в качестве рабочей величины температуры помещения tn, поэтому рабочая температура воздуха должна отличаться от значения, которое является исходным при расчете чисто конвективной системы.

Формула (2.29) приобретает вид:

Qc ~ (Qtp Qc0 ^Qj7!j ), Вт,

где:

QC0 - средняя за сутки тепловая мощность фоновой СПЛО, Вт, а расчет коэффициентов нагрузки в этом случае ведется по формулам (234), (235). Величина нагрузки QC0 раскрывается относительно составляющих:

QC0 = Fnccn (t0-tn), Вт, (2.37)

где:

2

Fn - площадь охлаждающей поверхности, м ; tQ - температура охлаждающей поверхности, °С;

ап - коэффициент теплообмена на охлаждающей поверхности, —т~р~ ■

м ■ °С

Решение задачи расчета мощности при совместном действии двух систем уточняется за счет учета колебания температуры помещения, которая в рабочий период суток обеспечивается двумя системами. В этом случае трансформированный коэффициент нагрузки для теплового потока от системы становится равным:

Vc-m(anF„^L + ^fa~)

”'с=--------------- о g F (238)

L Ь/-< СС Г/П Л гг

1 - ccnFn — ----- ——~

У 2А

Отношение коэффициентов равно:

'J _ _________________ п ~JYn

Yn 2Ая

где:

акп - коэффициент конвективного теплообмена на охлаждающей поверхности, Вт

?IC, Tjj - коэффициенты, определяемые по формулам (2.34) и (2.35) соответственно.

В этом случае формула (2.32) приобретет следующий вид:

K = ZKHO-F„0+Fn-a„ (2.40)

Расчетное значение мощности определяется как максимальное из часовых значений Ос(г) за время работы системы при расчетных параметрах наружной среды и микроклимата помещения по формуле (3.41). Величина расчетной мощности по полному теплу равна:

Qc. n = Ос я Qckp, Вт, (2.43)

где:

Оскг - скрытые тепловыделения в помещении, Вт.

Исходные данные для расчета:

- сумма произведений коэффициентов теплопередачи наружных ограждений

на их площадь по формуле (2.32), —-;

- сумма площадей ограждений и оборудования, обращенных внутрь помещения EF,, м2;

- время начала и конца рабочего времени системы тн, тк и относительная продолжительность рабочего времени m;

- доля конвективной теплоотдачи основной системы рс.

Тепловые потоки, составляющие тепловую нагрузку:

- среднесуточные тепловые потоки, проходящие через наружные ограждения (трансмиссионный QTI,, инфильтрационный Q,,, от прямой Qs и диффузной Qu солнечной радиации, проходящей через окна, Вт), величины QTP и Ои рассчитываются при заданной (рабочей) температуре воздуха в помещении;

- средние за время работы тепловые потоки от внутреннего источника QH, Вт, и доля рв конвективного потока. При наличии нескольких источников тепловых потоков данные приводятся для каждого источника;

- среднесуточный поток от фоновой системы 0СФ, Вт, и доля конвективной теплоотдачи системы рСФ.

Тепловая мощность системы определяется по формуле:

(2.44)

Коэффициент нагрузки для случая обеспечения в рабочее время заданной температуры воздуха равен:

- для теплового потока от системы:

Т]с = т + ■ [(0.5 - 0.04 • т) • рс + 0.1 - 0.23 • т

ZF,

- для теплового потока от внутреннего источника:

Т]в = m + • [(0.5 - 0.04 - т)- рв + 0.1 - 0.23 • т

(2.48)

Температурные коэффициенты для потоков тепла от солнечной радиации Q в формулах (2.47) и (2.48) определяются по табл. 2.12 в зависимости от момента начала и конца рабочего времени и вида потока. Приведенные в табл. 2.12 коэффициенты для разной ориентации соответствуют теплопоступлению через остекление от прямой солнечной радиации. Для теплопоступлений от диффузной солнечной радиации следует принимать коэффициенты, указанные в табл. 2.12 для горизонтальной поверхности.

При делении общей тепловой нагрузки в помещении между двумя системами следует исходить из следующих условий:

- потребляемая холодильная мощность двумя системами СПЛО и СКВ (вариант

2) в целом за сутки не должна превышать такую же величину при работе одной СКВ (вариант 1), что достигается равенством для обоих случаев средней за рабочее время температуры помещения tn, °С;

- в случае превышения величиной tn комфортного значения в варианте 1, ее следует уменьшить в варианте 2

- мощность СКВ в варианте 2 следует определять для минимального расхода приточного воздуха, при этом должна быть возможна осушка приточного воздуха, обеспечивающая заданную относительную влажность воздуха в рабочей зоне.

Расчет ведется в следующей последовательности:

1. Определяется величина средней за рабочее время мощности СКВ Ос, из

условия обеспечения заданной рабочей температуры воздуха tK. Расчет проводится по формулам (2,33)-(2.35) или по приближенному методу - формулы

(2.44) -(2.48) при рс =1.

2. По результатам расчета п.1, определяется величина температуры помещения

Сочетание tB и tn должно удовлетворять условию комфорта, в противном случае следует уточнить величину tB.

3. Рассчитывается тепловая мощность СКВ QC1, Вт, в варианте 2 при

минимальном расходе приточного воздуха G, кг/ч, задавшись температурой приточного воздуха t,°С, равной этой величине в варианте 1

(2.50)

где:

tyx - температура уходящего воздуха, °С.

4. Из условия равенства температуры помещения в обоих вариантах определяется тепловая мощность фоновой СПЛО по формуле:

всФ ~ Лс (вс. 1 вс,2 ) 5

где г}с - коэффициент нагрузки, определяемый по формуле (2.34).

5. При заданной разности температуры помещения и охлаждающей поверхности

АТ = tn -10 определяется значение коэффициентов теплообмена, —-—-, на

м • °С

охлаждающей поверхности:

- конвективный коэффициент:

(2.52)

- общий коэффициент:

(2.53)

Коэффициент Л принимается равным для охлаждающих поверхностей: 1.16 для пола, 1.66 для стен, 2.16 для потолка.

6. Определяется величина:

и определяют величину tR по формуле, подставляя в нее величины по формулам

(2.49) и (2.54).

+ (2.55)

7. С учетом полученных величин по формулам (2.49) и (2.55) уточняется величина температуры воздуха из условия равенства температуры помещения в 1 и 2 вариантах:

^R = 2^7—(2.56)

Полученный результат позволяет уточнить величину тепловых потоков, составляющих тепловую нагрузку, и провести перерасчет тепловой нагрузки по формулам (2.38)-(2.40).

Если в качестве условия принять равенство среднесуточной температуры помещения в обоих вариантах, то величину нагрузки на фоновую СПЛО можно определить из соотношения:

Qt0=m-(.Qc. x-Qca)^Bm (2-5?)

8. Рассчитываются по формуле (2.41) часовые значения тепловой нагрузки на СКВ для выбора расчетной величины.

Примеры оптимизации тепловой мощности при совместной работе СКВ и СПЛО:

Рассматриваются офисные помещения на 3-м этаже реконструируемого здания в г. Санкт-Петербург (приложение №2 рис. п.4). Помещения имеют прямоугольную форму и размеры в плане 9.3 на 5.2 м. Высота более 5 м. Наружные стены и окна ориентированы на северо-восток и выходят во внутренний двор. Помещение № 314 имеет 2 окна, а помещения № 315 и № 316- по 3 окна размером 845x3200 мм. Температура воздуха в холодное время года 20 °С, в теплое - 25 °С (в случае обеспечения по варианту 1, т. е. системой кондиционирования воздуха).

Тепловая нагрузка складывается из теплопоступлений от солнечной радиации, за счет разности температуры, от людей и работающего оборудования. Тепловыделения от одного человека приняты 65 Вт явного тепла, от одного компьютера - 400 Вт. Расчетная температура наружного воздуха - 24 °С. Расход наружного воздуха на 1 человека - 60 м3/ч. Продолжительность рабочего времени - 70 часов (с 9 до 19 ч.).

Помещение №314

В помещении находятся 6 человек и установлено 6 компьютеров.

Характеристика помещения:

- площадь помещения 43 м2;

- суммарная площадь поверхностей ограждений SF, =255 м2

- показатель конвективного теплообмена в помещении по формуле (2.24):

АП =3-255 = 765—;

п оС

Вїґі

- коэффициент теплоусвоения помещения по формуле (2.28): Yn = 1450-^-;

Вїґі

- удельный трансмиссионный тепловой поток по формуле (2.32): К = 36-^-.

Принимаем разность температуры воздуха помещения и охлаждающей поверхности СПЛО равной 5 °С, такой же перепад принимаем между средней за время работы системы температурой уходящего воздуха и температурой приточного воздуха.

Определяем данные для расчета нагрузки на конвективную СКВ (вариант

1)-

- для теплового потока от системы по формуле (2.30): rjc =0.465, рс = 1;

- для теплового потока от внутренних источников: рв =0.7, QB =2790 Вт, по формуле (2.31)- г]в = 0.45;

- для теплового потока от прямой солнечной радиации Qs =448 Вт, по формуле

(2.47) - ?]s =0.083;

- для теплового потока от диффузной солнечной радиации 0D =642 Вт, по формуле (2.48)- jjd =0.543.

Величина теплопотерь через наружные ограждения QTP = -36 Вт.

Средняя за рабочее время величина тепловой мощности СКВ по формуле

(2.44):

Qr =------------- —--- ■ [(-36 + 2790 - 0.45 + 448 • 0.083 + 642 • 0.543)1 = -34525m

с 0.465 L J

Средняя за рабочее время температура помещения по формуле (2.49):

,„=25--3452 + 2-79°.:°-7=26°С п 2-765

Холодильная мощность системы кондиционирования воздуха по формуле 432

(2.50) : QC2 = — -5 = 6005m.

3,6

Коэффициент нагрузки по формуле (2.34): г/с =0.443.

Тепловая мощность фоновой СПЛО по формуле (2.51): дсф = 0.443 • (-3452 + 600) = -12635т

Коэффициент конвективного теплообмена на охлаждающей поверхности

стен по формуле (2.52): акп = 1,66-50,33 = 2,84- .

м • °С

По формуле (2.53) общий коэффициент теплообмена на охлаждающей

Вт

поверхности стен: ап = 2,84 + 4,9 = 7,74

Требуемая площадь охлаждающей поверхности по формуле (2.54):

TOC o "1-5" h z г-. 1263 2

Fn =------------ = 32,6м

0 7.74-5

Средняя за рабочее время радиационная температура помещения при панельном охлаждении по формуле (2.55):

tR =(2-26-25)-(1-—) + —-20 = 26,1 °С л 255 255

Соответствующая полученным температурным условиям температура

воздуха в рабочее время по формуле (2.56):

=2-26-26.1 = 25,9°С

Учтем изменение температуры воздуха в расчете тепловой мощности. Уменьшение теплопоступлений от людей при увеличении tB на 1 °С составит 5 Вт на одного человека, а для 6 человек - 30 Вт; трансмиссионный тепловой поток будет равен 72 Вт. Мощность СКВ при этом составит:

Qc, = -3322Вт

Мощность СПЛО будет равна (вариант 2);

Qc<p = 0.443 • (-3222 + 600) = -1206Вт

Уточненная площадь охлаждающей поверхности по формуле (2.54):

_ 1206 =31Лм2 0 7.74-5

С учетом увеличения температуры воздуха в рабочее время до 26 °С возрастает холодильная мощность СКВ:

432

Qc. i - ' 6 = 720Вт.,

3,6

что позволяет сократить мощность СПЛО и площадь охлаждающей поверхности (при условии сохранения температуры поверхности 20 °С):

QC0 = 0.443 • (-3222 + 720) = -1108Вт ;

р 1Ю8 2

гп —-------------- = 28.6л/

7.74-5

При устройстве охлаждающих поверхностей с двух сторон помещения по всей длине боковых стен высота панели равна 1.54 м.

Помещение Ns315

В помещении находится 5 человек и установлены 5 компьютеров. Характеристика помещения:

- площадь помещения 49 м ;

- суммарная площадь поверхностей ограждений EF, = 264л*2;

- коэффициент конвективного теплообмена в помещении по формуле (2.24):

- коэффициент теплоусвоения помещения по формуле (2.28): Yn = 1500-^;

- удельный трансмиссионный тепловой поток по формуле (2.32): К = 47,5-^-.

Остальные условия те же, что в помещении №314.

Определяем данные для расчета нагрузки на конвективную СКВ (вариант 1):

- для теплового потока от системы по формуле (2.30): rjc=0.48, рс = 1;

- для теплового потока от внутренних источников величины рв =0.7, QB= 2300Вт; по формуле (2.31): г/в = 0,466;

- для теплового потока от прямой солнечной радиации Qs = 612Вт, по формуле

(2.47) : ijs =0.083;

- для теплового потока от диффузной солнечной радиации Оп = 9635m; по формуле (2.48): rjD = 0,546.

Величина теплопотерь через наружные ограждения QTP = -47,55m.

Средняя за рабочее время величина тепловой мощности СКВ, по формуле

(2.44):

а. =------ — ■ [(-47,5 + 2300 ■ 0.466 + 672 • 0.083 + 963 • 0.546)1 = -33475т

с 0.48 1 1

Средняя за рабочее время температура помещения по формуле (2.49):

-3347 + 2300-0 7

= 25------------------------- = 26.1°С

П 2-792

Холодильная мощность системы кондиционирования воздуха по формуле

(2.50):

qC2 =~.5 = 500Вт

3,6

Коэффициент нагрузки по формуле (2.34): г]с = 0,466.

Тепловая мощность фоновой СПЛО по формуле (2.51):

QC0 = 0.466 • (-3347 + 500) = -1327Вт

Требуемая площадь охлаждающей поверхности по формуле (2.54):

Средняя за рабочее время радиационная температура помещения при панельном охлаждении по формуле (2.55):

34.3 34 3

tR = (2 • 26.1 - 25) • (1 - —) + — • 20 = 26.2°С R v v 255 255

Соответствующая полученным температурным условиям температура воздуха в рабочее время по формуле (2.56):

tB =2-26.1-26.2 = 26°С Учтем изменение температуры воздуха в расчете тепловой мощности. Уменьшение теплопоступлений от людей при увеличении tB на 1 °С составит 5 Вт на одного человека, а для 5 человек 25 Вт-, трансмиссионный тепловой поток будет равен 95 Вт. Мощность СКВ при этом составит:

QC = -31255m,

а нагрузка на СПЛО будет равна (вариант 2):

QC0 =0.466 -(-3125 + 500) = -12235m

Уточненная площадь охлаждающей поверхности по формуле (2.54):

к 1223 А 2

Fn =--------- = 31.6 м

7.74-5

С учетом увеличения температуры воздуха в рабочее время до 26 °С возрастает холодильная мощность СКВ:

QC2 =--6 = 600Bm,

3,6

что позволяет сократить мощность СПЛО и площадь охлаждающей поверхности (при условии сохранения температуры поверхности 20 °С):

QC0 = 0.466 ■ (-3125 + 600) = -1 111 Вт;

_ 1177 i = 3Q 5^2 0 7.74-5

При устройстве охлаждающих поверхностей с двух сторон помещения по всей длине боковых стен высота панели равна 1.62 м.

Помещение №316

В помещении находится 6 человек и установлены 6 компьютеров.

Характеристика помещения:

- площадь помещения 55.5 м ;

- суммарная площадь поверхностей ограждений = 300л*2;

- коэффициент конвективного теплообмена в помещении по формуле (2.24):

Ап =3-300 = 900—; п оС

- коэффициент теплоусвоения помещения по формуле (2.28): Yn = 1700—;

С

- удельный трансмиссионный тепловой поток по формуле (2.32): К = 46,3

Остальные условия те же, что в помещениях №314 и №315.

Определяем данные для расчета нагрузки на конвективную СКВ (вариант

D-.

- для теплового потока от системы по формуле (2.30): tjc = 0,47, рс = 1;

- для теплового потока от внутренних источников: рв=0.7, QB=2790 Вт, по формуле (2.31): Г)п =0.46;

- для теплового потока от прямой солнечной радиации Qs = 672 Вт, по формуле

(2.47) : щ =0.083;

- для теплового потока от диффузной солнечной радиации QD = 963 Вт, по формуле (2.48): rjD =0.54.

Величина теплопотерь через наружные ограждения QTP = -46,3 Вт.

Средняя за рабочее время величина тепловой мощности СКВ по формуле

(2.44):

Ог =----- — • [(-46,3 + 2790 • 0.46 + 672 • 0.083 + 963 ■ 0.54)1 = -3857 Вт

с 0.47 L J

Средняя за рабочее время температура помещения по формуле (2.49):

5_-3857±2790^ = 26 „с п 2-900

Холодильная мощность системы кондиционирования воздуха по формуле

(2.50):

Коэффициент нагрузки по формуле (2.34): tjc =0.446.

Тепловая мощность фоновой СПЛО по формуле (2.51): дСФ = 0.446 • (-3857 + 600) = -1693 Вт

Требуемая площадь охлаждающей поверхности по формуле (2.54):

= 1693 =43 8 м2 0 7.74-5

Средняя за рабочее время радиационная температура помещения при панельном охлаждении по формуле (2.55):

43 8 43 8

tR = (2-26-25)-(1-—) + — -20 = 26 °С R 300 300

Соответствующая полученным температурным условиям температура

воздуха в рабочее время по формуле (2.56):

tB =2-26-26 = 26 °С

Учтем изменение температуры воздуха в расчете тепловой мощности. Уменьшение теплопоступлений от людей при увеличении ів на 1 °С составит 5 Вт на одного человека, а для 6 человек -30 Вт; трансмиссионный тепловой поток будет равен 92.6 Вт. Мощность СКВ при этом составит:

qca = -3788 Вт,

а мощность СПЛО будет равна (вариант 2):

<дсф = 0.446 • (-3788 + 600) = -1422 Вт

Уточненная площадь охлаждающей поверхности по формуле (2.54):

142?

F0 = ———- = 36.7 м2

7.74-5

С учетом увеличения температуры воздуха в рабочее время до 26 °С возрастает холодильная мощность СКВ:

432

Qc<2=-f--6 = 120Bm,

3,6

что позволяет сократить мощность СПЛО и площадь охлаждающей поверхности (при условии сохранения температуры поверхности 20 °С):

При устройстве охлаждающих поверхностей с двух сторон помещения по всей длине боковых стен высота панели равна 1.78 м.

В сумме для трех помещений средняя за рабочее время холодильная нагрузка на системы составляет:

- для варианта 1 при обеспечении температуры воздуха одной СКВ - 10656 Вт.

- для варианта 2:

- системой кондиционирования воздуха - 2040 Вт’,

- панельно-лучистой системой - 3696 Вт;

- всего - 5736 Вт или на 46 % меньше, чем в варианте 1.

Суммарный за сутки расход холода составляет:

- для варианта 1 - 106560 Вт;

- для варианта 2 - 109104 Вт.

Суточный расход холода по варианту 2 на 2,5 % больше, чем в варианте 1, что не выходит за пределы погрешности расчетов.

В случае применения СПЛО в помещение поступает достаточно существенное количество лучистого тепла, что позволяет эффективно снижать температуру поверхностей. Если сравнивать чисто конвективное и смешанное лучисто-конвективное охлаждение помещения, то в первом случае радиационная температура оказывается выше температуры воздуха, а во втором — ниже. В результате процесс формирования температуры воздуха в том и другом случае оказывается различным.

При конвективном охлаждении происходит охлаждение помещения от высокого температурного уровня (рис. 2.4), во втором случае (при

круглосуточной работе фоновой СПЛО) допускается дисбаланс теплопоступлений и холодильной мощности СКВ, и температура воздуха формируется в результате подогрева помещения.

Среднесуточная радиационная температура помещения равна:

I

tB

24

Время суток, ч

Рис. 2.4. Процесс формирования температуры воздуха с помощью СКВ (а) и комплексной системы - (СКВ +СПЛО) (б).

Значения среднесуточной радиационной температуры помещения для принятых к рассмотрению помещений приведены в табл. 2.12.

Значения температуры приведены для варианта а - обеспечение температуры одной СКВ и б - обеспечение температуры комплексом систем: фоновой СПЛО, работающей круглые сутки, и СКВ, подающей в помещение санитарную норму наружного воздуха.

Как видно из табл. 2.12, разница между значениями радиационной температуры для вариантов составляет более 3 °С. Значения температуры воздуха для всех часов суток в рассматриваемых помещениях для принятых вариантов сведены в табл. 2.13.

Как видно из табл. 2.13, в рабочее время температура воздуха изменяется в определенных пределах, принимая в среднем за смену заданное значение рабочей температуры 26 °С. При этом отклонение температуры в рабочее время составляет от -0.9 до 0.4 °С, что является допустимым.

Представленные данные рассчитаны для случая постоянной величины холодильной мощности систем, равной средней за рабочее время величине Qci и Ос2 и постоянной в течение суток Qco. Для обеспечения постоянства температуры требуется регулирование мощности систем. Наиболее эффективно регулирование мощности воздушных систем. Величину отклонения мощности СКВ от средней можно определить по формуле (2.41), предварительно уточнив по формуле (2.25) коэффициент конвективного теплообмена в помещении.

Увеличение мощности потребует снижения температуры притока или увеличения расхода воздуха. Это в свою очередь приведет к увеличению Qc2 и некоторому изменению величины Qc0-

Так, в помещении №314 (Приложение №2 рис. п. 4) расчетная величина Осі с учетом ее увеличения равна (-3454) Вт, а величина 0С2=-895 Вт. Тогда по формуле (2.54): QC0=-1134 Вт. Увеличение 0СФ составляет 2%, что исключает необходимость повторной итерации. Для помещений №315 и №316 (Приложение №2 рис. п. 4) изменение QC0 аналогичное.

В табл. 2.13 жирной чертой отделены часы рабочего времени суток.