Технические науки / 5. Энергетика

Д.т.н. Я.А. Гусенцова , С.А. Письменная, А.Ю. Сухоруков

Луганский национальный аграрный университет, Украина

Теплопередача через ограждающие конструкции помещений при нестационарном тепловом потоке

С учетом современных требований к энергосбережению актуальными являются вопросы совершенствования всех технологических процессов и инженерных систем, связанных с потреблением энергии, повышением экологической безопасности. При таких обстоятельствах экономичность, надежность и долговечность отопительно – вентиляционных систем, способов и методов их регулирования приобретает первостепенное значение [1, 2].

Для автоматизации систем воздушного отопления и вентиляции требуется определение статических и динамических свойств, которые реализуются в их моделях. Построение математических моделей объектов может производиться аналитическим или экспериментальным методом [1].

Проведенные исследования, показали, что для многих практических случаев время выравнивания температуры воздуха в помещении (с учетом процессов перемешивания) на порядок меньше времени инерционности передачи тепла через ограждения здания, что позволяет рассматривать объект регулирования как систему с сосредоточенными параметрами и описывать ее характеристики обыкновенными дифференциальными уравнениями [4].

Изменение величины потока, проходящего через ограждение, вызывает колебания температуры на внутренней его поверхности, которые имеют синусоидальный характер с некоторым запаздыванием во времени и характеризуются коэффициентом теплоусвоения

, (1)

где: A_Q – амплитуда колебаний теплового потока; А_t - амплитуда колебания температуры на внутренней поверхности ограждения.

Коэффициент теплоусвоения зависит от периода колебаний теплового потока z и от теплотехнических свойств самого ограждения и является важным свойством материала.

Колебания температуры на внутренней поверхности ограждения вызывают колебания температуры в его толще. По мере удаления от внутренней поверхности амплитуда колебания температуры в толще уменьшается и, следовательно, температурные, волны затухают (рис. 1).

Рис. 1. Схема затухания колебаний условной наружной

температуры в толще ограждения

Периодические изменения температуры наружного воздуха, а также неравномерная теплоотдача систем отопления вызывают колебания температуры внутренней поверхности ограждения, что неблагоприятно сказывается и на ее состоянии, и на обеспечении нормальных температурных условий воздушной среды помещения.

Под действием солнечной радиации и температуры наружного воздуха поверхность ограждения нагревается, в результате чего от нее происходит теплоотдача конвекцией и излучением. Часть тепла проникает через толщу ограждения к внутренней поверхности. Для упрощения теплотехнических расчетов, связанных со сложным воздействием температуры наружного воздуха и солнечной радиации, введено понятие условной наружной температуры , определяемой по формуле

(2)

где І_ср - среднее суточное значение суммарной солнечной радиации за июль, поступающей на наружную поверхность ограждения [3, 5]. Условная наружная температура вследствие суточного изменения температуры воздуха и солнечной радиации периодически меняется и характеризуется амплитудой колебаний

(3)

где: I_макс, I_ср - максимальное и среднее суточное значение суммарной солнечной радиации за июль;

- максимальная амплитуда колебания температуры наружного воздуха в июле.

Колебания условной температуры в толще ограждения постепенно затухают и на внутренней поверхности становятся минимальными. Воздействие солнечной радиации на ограждение оценивается по величине амплитуды колебания температуры на его внутренней поверхности А_tв,

, (4)

где ν - величина затухания колебаний температуры наружного воздуха.

Выводы

Проведенные исследования касаются широкого класса систем воздушного отопления и вентиляции помещений, которые могут быть представлены в виде объекта с сосредоточенными параметрами. В большинстве практических случаев это требование выполняется, иначе необходимо использовать математическую модель процесса теплообмена в виде дифференциальных уравнений в частных производных, что значительно осложняет анализ динамических характеристик и выбор регулятора.

Полученные расчетные зависимости позволяют уточнить результаты расчетов теплового баланса в помещениях, повысить экономичность отопительно-вентиляционных систем.

Литература

1. Автоматизация систем вентиляции и кондиционирования воздуха / Е. С. Бондарь, А. С. Гордиенко, В. А. Михайлов и др. – К. : Аванпост-Прим, 2005. – 560 с.

2. Ананьев В. А. Системы вентиляции и кондиционирования. Теория и практика / В. А. Ананьев, Л. Д. Балуева, А. Д. Гальперин и др. – М. : Евроклимат, из-во «Ариана», 2000. – 416 с.

3. Андрийчук Н. Д. Термодинамика для иженеров-строителей / Н. Д. Андрийчук, Е. А. Иващенко, А. А. Коваленко. – Луганск. : Издательство СНУ им. В. Даля, 2005. – 304 с.

4. Системы вентиляции: Моделирование, оптимизация / Я. А. Гусенцова, К. Н. Андрийчук, А. А. Коваленко и др. – Луганск. : Издательство СНУ им В. Даля, 2005. – 192 с.

5. Landerheinecke Klaus. Termodynamic für eingeniure / Klaus Landerheinecke, Peter Gany, Eugen Satter.– Vieveqes Fashbüsher Der Technik, 2003. – 336 p.