Теплоприток, возникающий под влиянием разности температур, определяют по выражению

(2)

где k — коэффициент теплопередачи ограждения; F — площадь теплопередающей поверхности ограждения; R — термическое сопротивление ограждения (численные значения полного термического сопротивления определяются по данным прил. 1-7, в литературе Курылев, Явнель).

Общий теплоприток Q_lT в данное охлаждаемое помещение является суммой теплопритоков через каждое из ограждений, ограничивающих это помещение.

Размеры поверхности ограждений определяют в соответствии со следующими правилами:

- для угловых помещений за длину наружных стен принимают расстояние от внешней поверхности наружной стены до оси внутренней стены (размеры а и б на рис. 1);

- для неугловых помещений длину наружной стены находят по расстоянию между осями внутренних стен (размер в);

- за длину внутренних стен (перегородок) принимают расстояние от внутренней поверхности наружных стен до оси перпендикулярных внутренних стен (размеры г и д), или между осями внутренних стен (размер в);

- размеры пола и потолка определяют по размерам внутренних стен (размеры г и д или в и е);

- высоту стен промежуточных этажей и первого этажа многоэтажного холодильника, имеющего пол, расположенный на грунте, считают от уровня пола одного этажа до пола вышележащего, т. е. в размер высоты включается толщина перекрытия над данным помещением;

- в верхнем этаже многоэтажного холодильника и при определении высоты стен одноэтажного — от уровня пола до верха засыпки покрытия;

- первом этаже над неохлаждаемым подвалом — от уровня потолка подвала до уровня пола вышележащего этажа.

Если теплота передается через наружные ограждения, то температура t_н является расчетной температурой наружного воздуха. Ее расчет представляет определенные трудности даже в том случае, когда расчетный период установлен, например самый жар­кий месяц года.

Выбор среднемесячной температуры воздуха в качестве расчетной приводит к недоучету возможных значительных колебаний температуры, вследствие чего в жаркие дни могут возникнуть теплопритоки, отвести которые с помощью холодильной установки будет невозможно из-за недостаточной ее холодопроизводительности. Возможное влияние, которое оказывают колебания температуры наружного воздуха на состояние воздуха внутри помещений, зависит от теплоустойчивости ограждения или, иными словами, от его массивности. Чем легче ограждение, тем быстрее и с большей амплитудой передадутся через него к внутренней поверхности ограждения колебания температуры на­ружного воздуха. Напротив, в массивном ограждении температурные колебания будут затухать в большей степени и к внутренней поверхности проникать с более заметным отставанием по фазе. Таким образом, выбор расчетной температуры наружного воздуха связан с конструкцией ограждения, так как для каждой конструкции могут существовать такие колебания температуры наружного воздуха, которые могут привести к недопустимым колебаниям температуры на внутренней поверхности ограждения.

Для массивных ограждений, какими являются ограждения обычных холодильных сооружений, кратковременные циклические изменения температуры наружного воздуха вызывают колебания теплового потока, существенно затухающие внутри ограждения. В связи с этим за расчетную температуру наружного воздуха t_н принимают среднюю температуру наиболее жаркой пятидневки (которую вычисляют как среднее значение для восьми наиболее жарких пятидневок за пятьдесят лет). При отсутствии этих данных можно пользоваться формулой

(2)

где — среднемесячная температура самого жаркого месяца; — температура абсолютного максимума, т. Е. наивысшая температура воздуха, наблюдавшаяся в данном районе.

Проектные организации обычно используют зависимость

(2а)

Для местностей, характеризуемых высокой среднемесячной температурой более приемлема зависимость (2а).

Для легких ограждений расчетное значение принимают на 10 К выше температуры наружного воздуха, полученного по зависимости (2а). Полученное значение расчетной температуры округляют до целых значений.

Что касается t_пм, то она задается технологическими условиями. Разность между расчетной температурой наружного воздуха и температурой охлаждаемого помещения называется расчетной разностью температур.

В ряде случаев при расчете приходится вычислять теплопритоки из неохлаждаемых и неотапливаемых помещений, температура которых не фиксирована. Температура в таких помещениях самоустанавливается в результате подвода теплоты со стороны наружного воздуха и теплоотвода в смежные помещения и может быть вычислена из теплового баланса. Так как такие расчеты каждый раз выполнять затруднительно, то обычно пользуются приближенными зависимостями, которые позволяют определить теплоприток, но не дают возможности вычислить температуру неохлаждаемого и неотапливаемого помещения.

Так, для определения теплопритоков через стены из неохлаждаемых помещений, имеющих непосредственный выход наружу, разность температур принимается равной 70% от расчетной разности температур для наружных стен. Если неохлаждаемое помещение не имеет непосредственного выхода наружу, то разность температур принимается равной 60% от расчетной разности температур.

При определении теплопритока через пол из неохлаждаемого подвала, не имеющего окон, разность температур составляет 50% от расчетной разности температур для наружных стен. При наличии в подвале окон разность температур принимают равной 60% от расчетной разности температур для наружных стен. При расчете теплопритоков через ограждения следовало бы в каждом конкретном случае определять оптимальное значение коэффициента теплопередачи, обеспечивающее минимальное значение приведенных затрат, т.е. максимальную эффективность теплоизоляционной конструкции. Однако, эти расчеты весьма трудоемкие, поэтому в практической деятельности при расчете теплопритоков, при проектировании тепловой изоляции используют нормативные значения полного термического сопротивления теплоизолированных ограждений, регламентируемые нормативной документацией.

При расчете теплопритоков через наружные стены требуемое значение полного термического сопротивления выбирают в зависимости от среднегодовой температуры наружного воздуха и температуры наружного воздуха и температуры охлаждаемых помещений. Значения полного термического сопротивления для наружных и внутренних стен и покрытий приводятся в литературе [Курылев, ТКП].

Значительное количество теплоты проникает в холодильные сооружения через фундамент и пол здания со стороны наружного воздуха. Поэтому через участки пола, лежащего на грунте, примыкающие к наружным стенам, проходит больший тепловой поток, чем в удалении от стен.

Расчетный метод определения теплопритока т грунта состоит в приближенном интегрировании зависимости плотности теплового потока от расстояния до наружной стены путем разбивки площади пола на зоны, шириной 2 м, начиная от наружной стены, причем в каждой зоне плотность теплового потока принимают постоянной. Данные показывают, что область резкого изменения теплового потока располагается в пределах трех первых зон. Начиная с 6 м от наружной стены, тепловой поток стабилизируется и его численное значение становится сравнительно небольшим. Поэтому и разбивка на зоны имеет смысл только в пределах 6 м от наружной стены, а вся остальная площадь пола относится к четвертой зоне.

Теплоприток через какую-либо зону i может быть вычислен:

(3).

Тепловой поток через весь пол будет получен суммированием теплопритоков через все отдельные зоны:

(4)

Особенностью расчета угловых помещений является то, что площадь заштрихованного на рисунке 2 квадрата размерами 2х2 м, примыкающего к углу наружных стен, учитывают дважды, чтобы учесть усиленный теплоприток через углы здания.

Если пол, лежащий на грунте, изолирован, то к термическому сопротивлению пола добавляют термическое сопротивление слоев теплоизоляционной конструкции, т.е.

.

с учетом коэффициента запаса (незнания), равного 1,25, теплоприток через изолированный пол

(5)

В этом выражении т — коэффициент, учитывающий относительное возрастание термического сопротивления пола при наличии изоляции,

где — толщина i-ro слоя конструкции пола, м; — теплопроводность i-го слоя конструкции пола, Вт/(м×К).

Для неизолированных полов т = 1.

В связи с тем, что плотность теплового потока резко различается для отдельных зон, не обязательно одинаково изолировать всю площадь пола, напротив, целесообразно усиливать теплоизоляционный слой в пределах первых зон и уменьшать его в пределах последних зон.

Вышеизложенное иллюстрирует физическую картину движения теплоты через пол охлаждаемых помещений. ТКП предусматривает, что полы охлаждаемых помещений, располагаемые на необогреваемых грунтах, при температуре хранения минус 4 °С и выше должны иметь по периметру наружных стен на ширину 1,5 м теплоизоляцию с сопротивлением теплопередаче, равным сопротивлению теплопередаче наружных стен; при температуре хранения ниже минус 4 °С вся поверхность пола должна иметь теплоизоляцию с сопротивлением теплопередаче не менее 2,0 м×°С/Вт.

При использовании системы защиты грунта под охлаждаемыми помещениями от про­мерзания полное термическое сопротивление пола задают в соответствии с нормативной документацией в зависимости от температуры воздуха в охлаждаемом помещении (ТКП).

При этом, если пол обогревается электронагревателями, уложенными в бетонную плиту, а также жидкостью, протекающей по трубам, уложенным в слой бетона, или паром хладагента, конденсирующимся в трубах, за расчетную температуру принимают среднюю температуру плиты t = 1 °С. При использовании шанцевого пола, учитывая неравномерность температур по длине воздушных каналов, среднюю температуру слоя с каналами принимают t = 3 °С.

В тех случаях, когда для защиты от промерзания под зданием устраивается проветриваемое подполье, полное термическое сопротивление перекрытия над проветриваемым подпольем регламентируется в зависимости от среднегодовой температуры в районе строительства в соответствии с приложениями [Курылев, пособие холод]

Нормативная документация регламентирует перепад температур между температурой внутренней поверхности теплоизолированного ограждения и температурой воздуха в охлаждаемом помещении, предназначенном для хранения фруктов и овощей. В соответствии с этими материалами требуемое полное термическое сопротивление наружных стен и покрытий охлаждаемых помещений для хранения картофеля, овощей и фруктов, а также дру­гих продуктов, которые хранятся при температурах -4 °С и выше, определяют для условий эксплуатации в зимнее время. При этом температуру охлаждаемого помещения t_пм принимают по нормам технологического проектирования, а нормативное значение перепада температур между температурой помещения и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции — по табл. 8 ТКП.

Нормативные документы регламентируют не только полное термическое сопротивление теплоизоляционной конструкции, но и полное сопротивление паропроницанию изоляционных конструкций холодильников. Так, сопротивление паропроницанию наружных ограждений должно определяться по данным ТКП.При промежуточных значениях температур в охлаждаемых помещениях полное термическое сопротивление и полное сопротивление паропроницанию определяют интерполяцией. При определении теплопритока Q_lT возникает разница между расчетными нагрузками на компрессор и камерное оборудование из-за различного отнесения на эти статьи теплопритоков через внутренние ограждения, отделяющие охлаждаемые помещения с различными температурами друг от друга. Для выяснения этой разницы рассмотрен пример расчета теплопритока в помещении 1 и 2 только через общую наружную северную стену (НСС) и через внутреннюю стену (ВС), разделяющую эти помещения. Все данные, необходимые для расчета, представлены на рис. 3.

Теплопритоки через наружные ограждения, покрытия, полы, а также через внутренние стены и перекрытия, отделяющие неохлаждаемые и отапливаемые помещения, одинаково учитывают и на компрессор, и на оборудование. Если же обратить внимание на теплоприток через внутреннюю стену между помещениями 1 и 2, то можно видеть, что для помещения 1 этот теплоприток отрицателен, так как температура этого помещения выше, чем соседнего 2, в то время как для помещения 2 этот же теплоприток имеет положительный знак. При сложении теплопритоков помещений 1 и 2 для получения нагрузки на компрессор, обслуживающий эти помещения, теплопритоки через стену как одинаковые по значению, но имеющие различные знаки сократятся. Таким образом, в нагрузку на общий компрессор не следует включать теплопритоки через внутренние ограждения. Если же для охлаждения каждого из смежных помещений используют самостоятельные компрессоры, работающие при разных температурах кипения, то теплопритоки через внутренние ограждения войдут в нагрузку каждый на свою температуру кипения, а потому должны быть учтены.

Что касается нагрузки на камерное оборудование, то для ее определения исходят из следующих соображений. В рассматриваемый момент времени работа оборудования помещения 2 с более низкой температурой как бы помогает оборудованию помещения 1 с более высокой температурой, поскольку в низкотемпературную камеру отводится часть теплопритоков; однако могут быть периоды, когда в помещении 2 не будет поддерживаться столь низкая температура, и тогда ее оборудование не будет помогать работе оборудования помещения 1. Такие периоды будут более тяжелыми для оборудования помещения 1. Поэтому отрицательные теплопритоки не включают в нагрузку на оборудование. В период же работы помещения 2 с повышенной температурой нагрузка на компрессор будет наоборот понижена.

Некоторые охлаждаемые помещения (из числа имеющих температуру выше нуля) нуждаются в отоплении для поддержания заданных условий в зимнее время. Для таких помещений определяют теплопотери, которые могут быть в зимнее время, что позволяет установить необходимую производительность отопительных приборов для каждого из таких помещений.

Метод расчета теплопотерь аналогичен методу определения теплопритоков. В качестве расчетной температуры наружного воздуха принимают среднюю температуру наиболее холодной пятидневки (вычисляют как среднее значение для восьми наиболее холодных пятидневок за пятьдесят лет) или определяют по формуле, аналогичной (2а).

2. Теплоприток от солнечной радиации. Источником теплопритока от солнечной радиации является солнце, имеющее на поверхности фотосферы температуру 6000 °С. Интенсивность солнечной радиации за пределами земной атмосферы оказывается практически неизменной, что позволяет характеризовать интенсивность солнечного излучения величиной так называемой солнечной постоянной J₀ (Вт/м²), под которой понимают количество теплоты, получаемое единицей поверхности, перпендикулярной к солнечным лучам, на границе земной атмосферы. J₀ = 1350 Вт/м².

При прохождении через земную атмосферу интенсивность солнечного излучения изменяется вследствие его рассеяния и поглощения составными частями атмосферы. К поверхности земли проникает примерно половина солнечной энергии, пришедшей к границам атмосферы. В свою очередь, атмосфера излучает часть рассеянной теплоты в направлении земной поверхности. Количественный учет полной радиации, включающей прямое и рассеянное излучение, ведется при помощи величины, называемой напряжением солнечной радиации J, под которым понимают количество теплоты, приходящееся на 1 м² поверхности.

Напряжение солнечной радиации зависит от географического положения пункта, ориентации поверхности по отношению к странам света и угла наклона поверхности.

Воздействие солнечного излучения на поверхность ограждения приводит к повышению ее температуры t`_н, до более высокого значения, чем температура наружного воздуха t_н. Часть теплоты, поглощенной поверхностью, проникает через ограждение внутрь охлаждаемого помещения. Для определения этого количества теплоты можно представить, что некоторая часть ограждения подвергается воздействию солнечного излучения с напряжением J. Часть этой теплоты J×a поглощается поверхностью (где а – коэффициент поглощения, величина которого зависит от цвета и степени шероховатости поверхности). Другая часть J×(1-a) будет отражаться от поверхности. Так как поверхность, нагретая солнцем, имеет температуру выше температуры наружного воздуха, то часть теплоты, полученной единицей поверхности, будет передаваться в окружающую среду. q_о.с. = a_н×(t’_н-t_н).

От поверхности внутрь ограждения направится тепловой поток J×a – q_о.с. В условиях стационарного процесса этот поток проникал бы и внутрь помещения. Так как в действительности поток не может быть стационарным, то часть теплоты будет нагревать элементы ограждения. Для учета доли теплового потока, которая в действительности проходит через ограждения, вводят коэффициент проницания р, равный 0,75…1,0. Тогда можно считать, что через ограждения проходит тепловой поток плотностью

.

Для стационарного процесса в однородном ограждении можно записать уравнение плотности теплового потока:

.

После ряда математических преобразований можно получить: (оставить справа только разности температур, а все остальные члены перенести влево и затем сложить эти уравнения)

. (6)

Первое слагаемое выражения (6) представляет собой плотность теплового потока, проходящего через ограждения под действием разности температур (q_{1 т} ). Следовательно, найденный поток радиационной теплоты включает в себя два тепловых потока: q_p = q_1т + q_1с, второй из которых является дополнительным потоком, вызванным действием солнечной радиации. Поскольку плотность теплого потока q=k×∆t, то плотность потока q_1с можно представить в таком же виде, обозначив J×a/a_н = ∆t_с и назвав эту величину избыточной разностью температур, обусловленной действием солнечной радиации. Тога с учетом коэффициента проницания

(7)

Так как коэффициент проницания часто принимают равным 0,75, а коэффициент теплопередачи со стороны наружного воздуха а = 23,3 Вт/(м² ×К), то выражение для ∆t_с можно представить в виде

t_c = 0,75 J×a/23,3. (8)

Количество теплоты солнечной радиации, проникающей через ограждение с площадью поверхности F,

Q_lc=kF t_c. (9)

Для расчетов можно воспользоваться значениями избыточной разности температур для наружных стен ∆t_с, представленными в литературе [Курылев].

Вышеприведенный метод нельзя применять для определения теплопритока от солнечной радиации через чердачные покрытия. В этом случае пользуются следующими значениями избыточной разности температур:

 

Географическая широта j, 0
Избыточная разность температур, ∆tс

 

Для плоских кровель с темной окраской принимают t_c =17,7 °С, при светлой окраске — t_c = 14,9 °С, при покрытии плоской кровли асфальтом — t_c = 18,5 °С.

Необходимо выяснить также, через какие поверхности здания следует учитывать теплоприток от солнечной радиации, имея ввиду, что в течение дня все стороны здания, кроме северной, последовательно подвергаются действию солнечного излучения. Так как облучение различных сторон здания происходит в разное время дня, то естественно, что в расчет нельзя принимать теплопритоки через все облучаемые поверхности. Если здание имеет несколько охлаждаемых помещений, то в расчет нагрузки на компрессор принимают теплоприток через покрытие и теплоприток через ту наружную стену, через которую проникает наибольшее количество теплоты во все помещения, обслуживаемые этим компрессором, в один и тот же момент времени. Таковой является стена, которой соответствует наибольшее произведение площади поверхности на расчетное напряжение солнечной радиации.

В расчет нагрузки на камерное оборудование следует принимать теплоприток через ту стену, через которую от солнечной радиации проникает наибольшее в течение суток количество теплоты для данного помещения, и, конечно, через покрытие, если речь идет о расчете помещения, находящегося непосредственно под покрытием. Для пояснения этого положения приведен пример определения теплопритока от солнечной радиации в здание, план которого по- _Казан на рис. 4. Так как южная стена здания имеет площадь поверхности значительно большую, чем поверхность других облучаемых стен, то, хотя напряжение солнечной радиации для южной стены меньше, чем для восточной и западной стен, произведение J×F для нее наибольшее, а потому и теплоприток от солнечной радиации через южную стену окажется наибольшим для всего здания и его следует отнести к компрессору; для помещения 1 наибольшим окажется теплоприток через западную стену, а потому его необходимо отнести к камерному оборудованию этого помещения. Аналогично положение для помещения 3, где наибольшим является теплоприток через восточную стену. В помещении 2 теплопритоки через стену от солнечной радиации на компрессор и камерное оборудование совпадают по численному значению, так как здесь солнцем облучается только южная стена.

Дополнительная разница между расчетной нагрузкой на камерное оборудование и компрессор возникает в том случае, если максимальные теплопритоки при холодильной обработке не совпадают с самым теплым временем года. На некоторых предприятиях максимальное поступление грузов на холодильную обработку может быть в весеннее или осеннее время, т. е. тогда, когда температура наружного воздуха заметно ниже, чем в самый жаркий период года, что приведет к уменьшению расчетной разности температур. Соответственно меньшей разности температур по обе стороны ограждения следует уменьшить нагрузку на компрессор, вычисленную для самого теплого периода. В качестве одного из возможных вариантов пересчета предлагается учитывать теплоприток Q₁ на компрессор в следующей доле от вычисленного для самого жаркого времени:

Температура помещения tпм, °С	-23 и ниже	-18
Доля теплопритока, вычисленного для самого жаркого времени, %

Теплоприток на камерное оборудование должен быть оставлен без изменений, так как для любого отдельного помещения возможно совпадение времени максимальной нагрузки от термической обработки продуктов с наиболее жарким временем года.

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: