Тепловой баланс воздуха в помещении

Воздух помещения, соприкасаясь с нагретыми и охлажденными по­верхностями, нагревается или охлаждается. Кроме того, он получает или отдает тепло в процессе воздухообмена. В небольших помещениях под влиянием конвективных токов и вентиляционных струй воздух достаточно хорошо перемешивается, вследствие чего его температуру при расчете теплообмена можно считать постоянной во всем объеме помещения. Осредненная температура характерных поверхностей также принимается постоянной. Уравнение теплового баланса воздуха в помещении имеет вид:

 

(3.1)

 

где α_кi – средние значения коэффициента конвективного теплообмена, на поверхностях;

Q_в – количество конвективного тепла, которое не­посредственно передается воздуху помещения или забирается из него.

В величину Q_B входит тепло, вносимое приточной вентиляцией и в результате неорганизованного проветривания помещения, а также конвективное тепло, получаемое воздухом от закрытых поверхностей. Это может быть, на пример, тепло, полученное воздухом в конвективных каналах нагревательных приборов и другого теплового оборудования, т. е. от поверхностей, которые не участвуют в лучистом теплообмене в помещении и не вошли под знак суммы уравнения (2.6).

Если приточный воздух настилается на одну из поверхностей и его температура заметно отличается от температуры воздуха в помещении, как это имеет место при воздушном отоплении или охлаждении помеще­ния, то для воздушной струи необходимо составить самостоятельные, уравнения теплового баланса. В направлении движения струю разбивают на элементарные объемы в соответствии с разбивкой на элемен­тарные площадки омываемой поверхности.

Уравнение теплового баланса для каждого элементарного объема (рисунок 3.1) (их границы на рисунке 3.1 обозначены пунктиром) можно написать в виде:

(3.2)

 

где L_n-1, L_n – объемные расходы воздуха в струе между элементарными объемами (n-1) и n - (n + 1);

ср – объемная теплоемкость воздуха;

t_n-1 и t_n – средние температуры в пределах элемен­тарных объемов струи n-1 и n;

∆L_n – объемный расход, который подмешивается к струе из помещения с температурой t_в в пределах элементарного объема n;

τ_n – средняя температура поверхности в пределах элементарного объема n;

α_кn – средний коэффициент конвективного теплообмена на поверхности в пределах элементарного объема n.

 

Рисунок 3.1 – Теплообмен настилающейся струи:

а –тепловой баланс элементарного объема воздуха в струе;

б – тепловой баланс воздуха помещения

Так как

 

(3.3)

 

то уравнение (3.2) перепишем в виде:

(3.4)

 

В этом случае, когда составлено отдельное уравнение для настилающейся неизотермической струи, из уравнения теплового баланса воздуха (3.1) нужно исключить составляющую теплообмена с по­верхностью, омываемой струей. В то же время в нем необходимо до­полнительно учесть тепло, вносимое в конце последнего k-го элемен­тарного объема струи (рис. 3.1, б) L_kcpt_k, и тепло, отдаваемое возду­хом помещения всем элементарным объемам настилающейся струи .

Расход в элементарном объеме k струи равен:

 

(3.5)

 

В общем случае, когда температура уходящего из помещения воз­духа t_ух не равна t_в,

 

(3.6)

 

где L_k и t_k – расход воздуха и температура в конце последнего элементарного объема k на границе с воздухом помещения, где условно заканчивается струя;

L₀–количество приточного воздуха, подавае­мого вентиляцией.

Уравнение теплового баланса воздуха помещения в этом случае (3.1) имеет вид:

 

. (3.7)

 

В сумму первого слагаемого уравнения (3.7) входят все составляющие конвективного теплообмена, кроме поверхности, омываемой струей. Второе и третье слагаемые учитывают тепло приточной насти­лающейся струи.

Если приточный воздух подается в помещение свободной не насти­лающейся струей, то и в этом случае также можно составить отдельно уравнения для элементарных объемов струи и для воздуха помещения. Уравнения для элементарных объемов будут отличаться от (3.4) отсутствием последнего слагаемого конвективного теплообмена с поверх­ностью.

Для свободной струи в помещении получены (3.6) обобщенные за­висимости, с помощью которых можно определить все ее параметры, необходимые для расчета общего теплообмена в помещении. Поэтому при свободных струях обычно не нужно прибегать к разбивке на элементарные объемы.