СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОИ ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

ЗАКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ

Опыт и практика строительства и эксплуатации зданий с пассив­ными системами показывает, что большей эффективностью, по сравне-
#

3ff 25

Го

15---------- T1F--------------- ^v. "

У...VIll

10 T-Flf——

** 2A [//У 0 4 8 11 16 20

Рис. 5.12. Результаты расчета пассивной системы

1 ... 5 - температуры внутреннего воздуха соответственно в ноябре, декабре, январе, феврале н марте; 1а... 5а - то же, наружного воздуха; 6 - требуемая температура внутрен­него воздуха

Нию с открытыми, обладают закрытые системы. Как правило, это системы с модифицированной стеной - теплоприемником Тромба - Мишеля [1,3].

Уравнение теплового баланса для закрытой системы (схема см. Рис. 5.3, б) имеет следующий вид:

Dt

~ (т'р)вн dx - ст^вн( «С) ~ *ст(- I, f )]<* вн''пок^вн( Г ) ~ W(-/, f )1

Rt

* ^в/пер^внСП - 'пернт)1 +oibh £ ^вн1гвн( ?■)' 'пок (-t ( t))lх *КокГокС4вн( г ) - 1н( г )1+ ^ср)гп^вн( Г ) - г - )J+ Увент вн( V)

~ гн()ЬFoK<Wn( T) - °вн( X )■ (5.39

Где mT_ - массовый расход нагретого воздуха, поступающего от теплоприемника; с_ .„ -

_п р»тл

Удельная теплоемкость воздуха от теплоприемника; *™Ых( <g - j - температура воздуха на 136

Рис. 5.13. Схема пассивного гелионагревателя с циркуляцией теплоносителя

1 — теплоприемный экран; 2 — тепловая изоляция; 3 — стена; 4,5 — входной и выходной каналы

ILs'S

Ж

Выходе из теплоприемника; FoK — площадь окон, через которые происходит инсоляция внутреннего объема.

Остальные обозначения см. к формуле (5.17).

В левой части уравнения - теплоаккумулирующая способность внутреннего воздуха, в правой части уравнения: первое слагаемое - теплопотери через стены; второе - то же, через покрытие последнего этажа; третье - то же, через перекрытие над подвалом; четвертое - . аккумулирование тепла внутренними перегородками; пятое - переда­ча тепла через окна; шестое - поступление тепла от теплоприемника (конвективный поток нагретого воздуха); седьмое - охлаждение внутреннего воздуха за счет поступления наружного вентиляцион­ного; восьмое - тепловой поток, поступающий через окна; девятое - внутренние тепловыделения.

Составляющие формулы (5.39) аналогичны (5.17), за исключением

Шэд — массовый расход нагретого воздуха, поступающего от теплообменника; ср тП — теплоемкость воздуха поступающего от теплоприемника; fTgbIX( <f)_ температура воздуха на выходе из теплоприемника; F0K — площадь окон, через которые происходит ин­соляция внутреннего объема.

В общем определение тепловых потерь, степени аккумулирования тепла ограждающими конструкциями, внешнее (инсоляция) и внутрен­нее теплопоступления не отличаются от методики, рассмотренной в (5.4).

Существенной особенностью уравнения (5.39) является определение поступления тепла от теплоприемника. Общие положения по исследо­ванию аэродинамической обстановки в теплоприемнике и методы расчета приведены в [1, 3]. Однако для практических расчетов и конструирования необходимы некоторые уточнения.

Ниже рассмотрена конструкция пассивного гелионагревателя, наиболее часто применяемого на практике - с вентиляционной воздушной прослойкой (рис. 5.13). В таких гелионагревателях естест­венная конвекция происходит у нагретого экрана в пограничном слое. Аэродинамическая обстановка в межстекольном пространстве может
610 м

Практический интерес при проектировании представляет определе­ние максимальной толщины пограничного слоя у абсорбера и средней скорости движения воздуха в пограничном слое (рис. 5.14• Здесь наиболее близкие к реальным результаты могут быть получены с» помощью уравнений [1,3].

№^у= 0,0295Рг7/15[1 + 0,494(Рг2/3)Г2/5Сг2/5;

М 2н

N%f ~ 5

= 0,9225 IJPr(]Ra)M(-

.)!%!, 2

2,44+Pr 2/3

Где Да - критерий Рэлея.

Для определения интенсивности теплосъема с поверхности абсор­бера необходим расчет среднего по высоте абсорбера значения коэффи­циента теплообмена (рис. 5.15):

^н = °'0179 "^Г1* + 0,445(Рг)2/3] (—)1/5 [С? нРг]2/5. (5>43)

Теплопроизводительность пассивного теплоприемника в общем случае определяют при решении следующих уравнений.

1. Температуру абсорбера, обладающего незначительной тепловой инерционностью, находят из зависимости

Лаб г

-(mcp>rt-^r - = FA6 {^аб(Г)~fnot()] ~4Nom(F)J > (5-44>

Где таg - масса абсорбера, кг; ср> ag - удельная теплоемкость материала абсорбера, Дж/кг.°С; ta6 - температура абсорбера, °С; Fa6 - площадь поверхности абсорбера, м2;

Среднее значение коэффициента теплообмена в пограничном слое, Вт/м2.°С; 'пот( tr ) температура воздуха в пограничном слое, °С; Я^тп( <£•) ~ плотность потока, солнечной радиации поглощенного поверхностью абсорбера, которая непосредственно

П

Преобразуется в тепло, Вт/м.

Решение (5.44) при условии рассмотрения функции таб(. ^ tn0T^ t у Q тогл( T) в дискретном изображении дает

{Аб(шУ 'аб(0 = | ['пог(ш)- 4аб(;)1 + ТТ^поЫш)} 1 - ехр [- ^(н|аб лт]

( <П> J ^ Cmep)a6 J

Где Д f — расчетный интервал дискретности функции, ч.

2. Изменение температуры воздуха, движущегося в пограничном слое, определяют из уравнения

*пот

- (™р)пот ^ ^аб(х)^-(н^пот(х) - 4аб(х)5 + Fa6(x)^fnoT(x) " ^(Т)]» (5.46)

Где X— координата расчетной точки по высоте абсорбера; К — коэффициент теплопередачи через остекление к наружному воздуху (значения К в широком диапазоне представлены в [3]); ) — температура наружного воздуха, °С.

Решение уравнения (5.46) имеет вид

'пот(т)-'bx(i) = ~tsx(i)1 ^н('н)"(вх(03} х

(5.47) 139

Совместное решение уравнений (5.45) и (5.46) дает

, + НО +1) - W

'пот(!н)-'вх(0= d '

Где

Л, Г Л Г 1

А »1 - expf-т—----------- Л % ];

("»cp)a6

Раб(х)( V*) (тср)пот

При проектировании практически важно знать температуру воздуха в верхней части абсорбера у канала входа в помещение, которая* в конечном итоге характеризует интенсивность теплосъема в тепло - приемнике пассивной системы. Для выявления этого значения в (5.48) величину Fa6(x) определяют при высоте н.

Необходимо также знать расход нагретого теплоносителя, поступаю­щего непосредственно в помещение. В общем случае расход воздуха по толщине пограничного слоя mnoi^ (рис. 5.16) определяют по формуле

Тпот(н) = 36°0 WV* <5-49)

Результаты определения расхода воздуха тпот{и) позволяют рассчи­
тать необходимую площадь живого сечения каналов для поступле­ния воздуха в помещение

Тпот(н)

3600Л Efj,

Ниже в качестве примера рассмотрена эффективность такой закры­той системы применительно к зданию примера 1.

Примерб.

Требуется определить эффективность пассивной системы и изменение средней 'по объему здания температуры внутреннего воздуха.

Для определения количества теплоты, поступающей от теплоприемника, используют формулу

От. п. = (тгр)п01[(п01-;вн](а-1),Вт, (5.51)

Где <вн - средняя ло объему здания температура внутреннего воздуха, °С; а — сторона здания, где расположен теплоприемник, м.

Температура воздуха, поступающего в помещение, определяется по формуле (5.48). Если абсорбер и выполнен из материала, имеющего высокий коэффициент теплопередачей имеет малую массу, то формула (5.48) существенно упрощается. При к = 2,9 Вт/(м2«°С^ и высокоэффективном уплотнении примыкания остекления

* Al[ (2 «Л2,9) 1 (2^<н? погл(ш)+ 2,91гн(ш)" вт} __________ (н)

'пот(ш) - bh(i) = 2,9 1 '

2 <С +2,9Л 1 (н)

Где

F (2 а +2,9)4,18 А»-!-*-- 86 ^

(ml,006)nol

Общая характеристика ограждающих конструкций аналогична в примере 1:

ДЛЯ наружных стен Kj = 0,56; к2 = 0,089; к3 = 0,0035; для покрытия последнего этажаKj = 0,51;К2 =0,09;К3-0,0037; для перекрытия над подвалом jt2 = 0,73; к2 = 0,08; размеры здания а = 6,0 м, ь = 6,0 м, с = 10,0 м; площадь оконных проемов fqk = 8,6 м2.

Теплоприемник пассивной системы размещают на южной стене здания.

Рис. 5.17. Значения температуры внутрен - ^ °с вето воздуха в здании с закрытой системой

1 - ноябрь; 2 — январь; 3 — требуемая температура

25 20

Подстановка конкретных исходных данных в (5.52) дает

'пот(ш) - <вн(0 = 0,009969Чапбогл(,.н)0,298(<н(1и) - <bh(i)). (5.53)

Температуру внутреннего воздуха в данном случае рассчитывают по формуле

(вн(1и) ~ (вн(0 - °.238«H(i + 1) - <в„(0 + 0,0129qa®orn(i + 1) • (5,54)

Результаты расчета представлены в виде графиков на рис. 5.17. Здесь показаны значения для наиболее характерных месяцев отопи­тельного периода: ноябрь - начало отопительного сезона; январь - наиболее холодный месяц отопительного периода. Анализ полученных данных показывает, что в здании с закрытой системой температурный режим более стабилен. Период, когда традиционная система отопления^ может быть отключена, больший, чем для открытых систем. Так, в ноябре этот период длится с 10.30 до 22.30 ч, т. е. 12 ч. В январе - с 11.00 до 21.00 ч, т. е. 10 ч. Необходимо отметить, что в дневные часы перегрев внутреннего воздуха в здании с закрытой системой меньше, чем с открытой, что несомненно важно для его обитателей. Еще боль­шего эффекта можно добиться, если использовать аккумулирование избыточного тепла, например, в грунтовом аккумуляторе. При такой системе представляется возможным практически полностью сгладить колебания температуры внутреннего воздуха в течение суток [1]. Вместе с тем полностью отказаться от вспомогательной системы отоп­ления невозможно, так как могут быть непредвиденные снижения температуры наружного воздуха, пасмурные дни. В связи с этим

Возникает важная для данных систем проблема - определение тепло­вой мощности традиционной'системы и взаимное согласование работы пассивной и традиционной систем.

Анализ функционирования рассмотренных систем позволяет также сделать вывод в том, что пассивная система без аккумулирования покрывает ориентировочно 40 ... 50 % относительной нагрузки. Применение аккумулятора увеличивает вклад пассивной системы до 60 ... 70 %. Таким образом, целесообразность использования пассивных систем очевидна. При широком их распространении экономия топлива в жилищном и промышленном строительстве может составить значи­тельный объем.