ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМ ПАНЕЛЬНО­ЛУЧИСТОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Рекомендации по оптимизации параметров системы панельно-лучистого охлаждения

nl. Исходные положения рекомендаций

nl. l. Настоящие рекомендации предназначены для выбора устройства и определения параметров системы панельно-лучистого охлаждения в составе комплексной системы охлаждения-обогрева.

п1.2. Особенность формирования температурной обстановки при панельно­лучистом охлаждении состоит в том, что в отличие от конвективного охлаждения, температура воздуха при ПЛО оказывается ниже радиационной температуры и температуры помещения. Существенная доля теплообмена в СПЛО осуществляется лучистым путем, поэтому обоснованный выбор холодоотдачи поверхностей СПЛО следует вести на основе рассмотрения лучисто-конвективного теплообмена в помещении

п1.3. Рекомендуется обеспечивать температурные условия в помещении совместным действием двух систем:

- системой панельно-лучистого охлаждения, действующей круглосуточно (фоновая система);

- системой кондиционирования воздуха (приточной вентиляции), действующей с минимальным расходом наружного воздуха в течение рабочего времени.

Первая система обеспечивает охлаждение помещения и снижение среднесуточной температуры, вторая - обеспечивает поддержание температуры воздуха в рабочее время при переменной тепловой нагрузке за счет регулирования мощности. В задачу СКВ или СВ входит также обеспечение воздухообмена в объеме не менее санитарной нормы и влажности внутреннего воздуха.

п1.4. В качестве отправного пункта расчета параметров совместной работы СКВ и СПЛО рассматриваются температурные условия и расчетная мощность для традиционного случая обеспечения температуры воздуха одной системой - СКВ.

Таким образом, обеспечивается требование равноценного качества микроклимата и одинакового расхода холодильной мощности.

При круглосуточной работе фоновой СПЛО и пониженной мощности параллельно действующей СКВ снижается (по сравнению с работой одной СКВ) суммарная холодильная, в том числе и установочная мощность двух систем.

п2. Выбор расположения и определение холодоотдачи охлаждающей поверхности п2.1. Возможны различные способы расположения охлаждающих поверхностей в помещении. Выбор того или иного места расположения панели определяется рядом факторов. Первичным из них является - теплотехническая эффективность. На рис. п.1 показана схема возможного устройства охлаждающих поверхностей СПЛО.

Рис. п. 1. К моделированию лучисто­конвективного теплообмена в помещении с вариантным расположением охлаждающих поверхностей: 1- в потолке; 2- в полу; 3- в стенах у пола; 4- в стенах у потолка

Помимо указанных на рис. п.1 четырех основных вариантов расположения холодной поверхности возможны промежуточные варианты:

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

-3.2)- расположение панели высотой 2 м в двух боковых стенах 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 1м 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.

п2.2. С теплотехнической точки зрения эффективность того или иного варианта СПЛО характеризуется удельным показателем эффективности, равным доле холодильной мощности СПЛО, приходящейся на рабочую зону. Его величина равна:

q2 = С(1- Р), (П. 1)

где р - конвективная доля суммарной тепловой нагрузки на помещение.

Для варианта 1 коэффициент С=0.5; для варианта 3.1: С-0.43; для варианта 3.2: С=0.36; для варианта 4.1: С=0.56; для варианта 4.2: С=0.51. Для варианта 2 значения коэффициента С равно:

С=0.38-0.07 a/h. (п. 2)

Коэффициент С характеризует эффективность варианта 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. Сопоставление величин показателя для вариантов приведено на рис. п.2.

Рис. п.2. 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.

пЗ. Температурные условия в помещении при ПЛО

п3.1. При проектировании систем панельно-лучистого обогрева-охлаждения условия комфортности тепловой обстановки оценивается двумя факторами:

1) соотношением температуры воздуха, радиационной температуры и 'результирующей температуры помещения tB;tK;tn,°C;

2) минимально допустимой средней температурой охлаждающей поверхности t0 °С. Первый фактор устанавливает комфортное сочетание видов теплоотдачи человека, второй - допустимый баланс лучистого теплообмена на поверхности человека и температуру в пограничных зонах.

Радиационная температура определяется как средневзвешенная по площади температура поверхностей ограждений в помещении:

(п-3)

где:

t{ - температура, °С;

Fi - площадь поверхности ограждения, м2.

Температура помещения определяется:

t„ =0.5/л +0.5гд, °С (п. 4)

п3.2. При охлаждении помещения поверхностью температуру воздуха tB следует принимать на 1-2 °С выше нормируемой температуры воздуха в рабочей зоне tg, p. Комфортное сочетание температур воздуха и помещения при охлаждении помещения следует определять в соответствии с данными рис. 3.1. Контроль сочетания tB и tn следует проводить после определения холодильной мощности и холодооотдачи СПЛО (рис. пЗ).

пЗ. З. Минимально допустимая температура охлаждающей поверхности принимается как средняя температура всей охлаждающей поверхности. Помимо этого значения следует оценивать минимальную локальную температуру на поверхности, которая должна быть не менее, чем на 1 °С выше температуры точки росы. Величина температуры точки росы в интервале температуры воздуха 22-30 °С и относительной влажности в помещении ф =40-60 % равна:

*т. р =(0.84 + 0.11фУв + 27.2^-23.1, °С (п.5)

где относительная влажность принята в долях единицы.

Средняя допустимая температура охлаждающей поверхности равна:

t0 — tB J, — At0, С (п.6)

Перепад температур At0 определяется положением охлаждающих поверхностей в помещении и равен при расположении:

- в потолке Лt0=20 °С;

- сбоку с одной стороны Д/0 =9 °С ;

- сбоку с двух сторон Дt0 =6 °С ;

- сбоку с трех сторон At0=5 °С.

При этом поверхностная плотность лучистого теплового потока на рабочем месте не должна превышать 35 Вт/м.

п3.4. На минимальную температуру вертикальных панелей налагается дополнительное требование не допускать переохлаждения воздуха у пола помещения (на расстоянии 1м от панели) более, чем на 2 °С ниже нормируемой температуры.

Максимальная осевая скорость в конвективной струе, ниспадающей по охлаждающей вертикальной поверхности, определяется по формуле:

SHAPE * MERGEFORMAT

(п.7)

(п.8)

где:

qK - плотность конвективного теплового потока, постоянного по длине панели, Вт/м ;

X - высота панели, м.

Значения qK следует определять по формуле:

Чк ~~ ЧхЧрРсф j

где:

qx - удельная относительная холодоотдача поверхности;

qp - удельная холодоотдача поверхности при перепаде температур (tB —to), Вт/м ;

рСФ - доля конвективного потока теплоты от общего (таб. п.4).

Ширина ниспадающей струи в нижней части охлаждающей поверхности равна:

В=0.14Х, м

Оценку максимальных значений скорости и разности температуры следует проводить для зоны шириной 1 м, прилегающей к охлаждающей поверхности, т. е. в том случае, если 0.5В> 1м.

п4. Определение холодоотдачи СПЛО

п4.1. Исходные данные для определения холодоотдачи:

- тепловые потоки, составляющие тепловую нагрузку на систему, для каждого «і - го» потока должны быть известны: доля конвективной составляющей р,,

максимальное О, и среднее за рабочее время-суток значение Ош в Вт;

- температура воздуха в рабочей зоне при обеспечении параметров одной СКВ їв, р> °С;

- средняя температура охлаждающей поверхности t0, °С.

п4.2 Для расчета площади охлаждающей поверхности следует определить ее холодоотдачу:

Qn=qxQP. (п. 11)

Величина удельной относительной холодоотдачи qx определяется по формуле:

qx =qx (1.02-0.01 -)[0.94 + 0.01(^(п.12)

а

где величина qj приведена в табл. п.1 — п.3 в зависимости от размеров помещения а, Ъ, h (см. рис. п.1) и конвективной доли тепловой нагрузки, общей для помещения:

Р = I Qm, i Pt /IQ m. i • (п. 13)

Величина Qp - холодоотдача поверхности, рассчитанная относительно максимального перепада температур (tB-to):

Qp=Fn( А. 3jte-tQ +5.15) (tB-t0). (п. 14)

Коэффициент А,■ равен для охлаждающих поверхностей: 1.16- для пола, 1.66- для стен, 2.16- для потолка. Значения величины QP определяется по табл. п.4

п5. Расчет параметров СКВ и СПЛО при совместной работе п5.1. Исходные данные для расчета тепловой мощности:

- суммарная площадь поверхности ограждений в помещении, м

- продолжительность рабочей части суток, Ат, ч и относительная продолжительность рабочей части суток т = Ат/24',

- температуры приточного tnP и уходящего воздуха tyx, °С;

- расход приточного воздуха в количестве санитарной нормы Gh, кг/ч;

Расчет ведется в следующей последовательности:

п5.2. В качестве исходной величины расчета принимается мощность и температура помещения при работе только одной системы - СКВ. Определяется величины максимальной 0С1 и средней Qc, jm за рабочее время мощностей из

условия обеспечения заданной рабочей температуры воздуха tR P одной системой

СКВ:

Сс,. = - Х&; (п-15)

Qcm = - TQm. i • (п.16)

п5.3. Рассчитывается максимальная за сутки мощность СКВ, работающей совместно со СПЛО 0С1 при минимальном расходе приточного воздуха:

G

Qc,2 ~ ~Р~7 О П1‘ ~ tyx )С 5 Вт

(п. 17)

п5.4. Из условия равенства среднесуточной температуры помещения в обоих вариантах определяется тепловая нагрузка на фоновую СПЛО:

QC0 = niQc. i - Qc,2 )>Вт. (п. 18)

п5.5. По результатам расчета п. 5.2 определяется средняя за рабочее время величина температуры помещения tn :

(п.20)

где:

А гг показатель конвективного теплообмена в помещении, Вт/°С

Л // ~ а Fі з (^.21)

ак - осредненный в пределах помещения коэффициент конвективного

2

теплообмена на внутренних поверхностях ограждений, Вт/(м °С);

Qc. Xm +^Qm, iPi

ак =1.724,

п5.6. Определяют величину площади охлаждающей поверхности:

. ро = Осф>мз (п.23)

Чх

п5.7. Определяют величину tR, °С, по формуле:

+ (п.24)

ъв, щ

подставляя в нее величины по формулам (5.5) и (5.8).

п5.8. Определяют компенсирующую величину температуры воздуха из условия равенства температуры помещения в рабочее время при обеспечении ее одной СКВ и СКВ совместно с фоновой СПЛО:

tB=2tn-tR, °С (п.25)

Сочетание tB и tn должно удовлетворять условию комфорта, определенному в п. 1.2, в противном случае следует уточнить величину tB.

п.5.9. Полученное в результате расчета значение tB позволяет уточнить величину тепловых потоков, составляющих тепловую нагрузку, и повторно

провести расчет мощности и параметров работы систем СКВ и СПЛО по формулам (п.15)-(п.18) и (п.23).

Пример расчета:

Определить параметры совместной работы СПЛО и СКВ в офисном помещении реконструируемого здания в г. Санкт-Петербурге. Помещение имеет размеры в плане а=5.2; Ь=9.3 м, высота h= 5.7 м, площадь - 49 м, суммарная площадь поверхностей ограждений - T, F=255 м. Удельный трансмиссионный тепловой поток - 36 Вт/°С. Наружные стены и окна ориентированы на северо - восток.

Температура воздуха в рабочей зоне в теплое время года: tep = 25 °С.

Перепад температур уходящего и приточного воздуха (tyx— tnp)= 5 °С.

Средняя температура охлаждающей поверхности: t0 — 20 °С.

В помещении находятся б человек и установлены б компьютеров.

Расход наружного воздуха на 1 человека - 60 м3/ч.

Расчетная температура наружного воздуха в теплое время года 24 °С. Продолжительность рабочего времени: 10 ч. (с 9 до 19 ч.), т= 10/24= 0.42 •

Тепловая нагрузка складывается из теплопоступлений от солнечной радиации, за счет разности температур, от людей и работающего оборудования:

- тепловыделения от людей при tep = 25 °С приняты: 65x6 = 390 Вт явного тепла, доля конвективной составляющей: р= 0.7;

- тепловыделения от компьютеров 400x6 = 2400 Вт, доля конвективной составляющей: р =0.7;

- трансмиссионный тепловой поток (24-25)х36=-36 Вт, доля конвективной составляющей: р = 0.65;

- максимальное значение теплопоступления от солнечной радиации для рабочего времени: 896 Вт, р = 0;

- суммарное максимальное теплопоступление £0, =3650 Вт, среднее за рабочее время теплопоступление YjQm. i =3360 Вт, среднее за рабочее время поступление конвективного тепла Y/Qm. t Р,=1930 Вт.

Решение:

Принимаем расположение охлаждающей поверхности шириной 2 м в боковых стена у потолка (вариант 4.2.Б). Отношение а/к=5.2/5.7=0.91

Определяем долю конвективной составляющей тепловой нагрузки по формуле (п. 13):

р = 1930/3360=0.57

По табл. п.4, определяем максимальную холодоотдачу поверхности при разности температуры 5 °С:

QP= -39.9 Вт/м

По табл. п. З определяем относительную удельную холодоотдачу поверхности qi = 0.89, по формуле (п. 12) определяем удельную холодоотдачу:

qx = 0.89(1.02 - 0.01 х 0.91)[0.94 + 0.01(25 - 20)]= 0.891 По формуле (п. 11) холодоотдача поверхности равна:

qn = -39.9x0.891 =35.5 Вт/м2 По формуле (п. 15) определяем максимальную величину холодильной мощности СКВ:

Qc. i = - 3650 Вт

По формуле (п. 16) определяем среднюю за рабочее время холодильную мощность СКВ:

Qcjm = - 3360 Вт

По формуле (п. 17) определяем величину холодильной мощности СКВ, работающей совместно с СПЛО при минимальном расходе воздуха, равном санитарной норме:

Gh~ 6x60x1.2 = 432 кг/ч Ос,2 = 432x5/3.6 = -600 Вт По формуле (п. 18) определяем величину холодильной мощности фоновой СПЛО, работающей круглосуточно:

(ЇС. Ф = 0.42(- 3650 + 600)= - 1280 Вт

По формуле (п.22) определяем среднее значение коэффициента конвективного теплообмена на поверхностях ограждений в помещении:

-3360 + 1930

аг =1.7241

255

По формуле (п.21) определяем показатель конвективного теплообмена помещения:

АП = 2,65-255 = 675 —

п оС

По формуле (п.20) средняя за рабочее время температура помещения:

TOC o "1-5" h z tn = 253360 + 1930 =26.1 °С П 2-675

По формуле (п.23) определяем величину площади охлаждающей поверхности:

17 1280 ^

F0 =----------- =- 36 м

35,5

Определяем величину tR по формуле (п.24), подставляя в нее величины по формулам (п.20) и (п.23):

tR = (2-26.1-25)-(1-—) + — -20 = 26,1 °С!{ 255 255

Определяем по формуле (п.25) компенсирующую величину температуры воздуха

из условия равенства температуры помещения в рабочее время при обеспечении ее

одной СКВ и СКВ совместно с фоновой СПЛО:

tB =2-26.1-26.1 = 26,1 °С

Сочетание tB и tn находится в пределах зоны комфортного сочетания

температуры при ПЛО и удовлетворяет условию комфорта.

При новом значении температуры воздуха в рабочей зоне повторяем расчет.

Корректируем тепловую нагрузку в связи с увеличением tB. 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 изменится на

36 Вт.

Тепловая нагрузка равна YQi = 5584 Вт, YjQm. i = 3294 Вт, YjQm, i Р, = 1886 Вт. Доля конвективной составляющей тепловой нагрузки по формуле (п. 13):

По табл. п.4 максимальная холодоотдача поверхности при разности температуры 6 °С QP =-48.9 Вт/м2.

Относительная удельная холодоотдача поверхности по табл. п. З: qj =0.89, по

формуле (п. 12) удельная холодоотдача:

qx = 0.89 • (1.02 - 0.01 • 0.91) ■ [0.94 + 0.01 • (26 - 20)] = 0,9 По формуле (п. 11) холодоотдача поверхности равна:

qn = -48,9-0,9 = 44^ м

Мощность СКВ равна:

- максимальная по формуле (п. 15):

Qc, i ~ - 3584 Вт

- средняя за рабочее время холодильнґг мощность СКВ по формуле (п. 16):

Qcjm = - 3294 Вт

Холодильная мощность СКВ, работающей совместно с СПЛО при минимальном расходе воздуха и увеличенной на 1 °С разности температуры по формуле (п. 17):

QCi2 = 432x6/3.6 = -720 Вт Холодильная мощность фоновой СПЛО, работающей круглосуточно, по формуле (п. 18):

Qc.0 = 0.42(- 3584 + 720)= - 1203 Вт Уточненная площадь охлаждающей поверхности:

TOC o "1-5" h z 17 1203 07 о 2

F0 =------ = 27.3 м

0 44

При устройстве охлаждающих поверхностей с двух сторон помещения по всей длине боковых стен высота панелей равна 1.5 м.

Повторный расчет проведен в методических целях На практике следует сразу определить компенсирующее значение температуры воздуха на 1-2 °С выше обычно принятой величины и вести расчет при этой величине.