Распределение температуры при предположении, что вся теплота, отдаваемая отопительным экраном путем конвекции, нагревает только потолок
Суть этого предположения изложена в п. 26.1.5. Уравнения теплового баланса в этом случае выглядят следующим образом:
Вновь следует подчеркнуть, что теплообмен, описываемый предыдущими уравнениями, естественно, нельзя осуществить, поскольку невозможно воспрепятствовать конвективной теплоотдаче отопительного экрана, движению нагревающегося воздуха вдоль отопительного экрана, теплообмену между воздухом и потолком и вследствие этого движению воздуха, направленному вниз, да это, как будет ясно ниже, и не требуется. Делая указанное предположение, необходимо оценить не только оптимум, но и интервал возможных результатов, ожидаемых при наиболее неблагоприятных условиях.
Эти условия характеризуются тем, что предполагаемый тепловой поток при температуре пола, задаваемой постоянно одинаковой, обеспечивает довольно высокую температуру потолка и только незначительно меньшую температуру на поверхности стен, что приводит к более высоким теплопотерям, в то время как температура воздуха формируется исключительно за счет теплообмена на ограждающих поверхностях, и поэтому она ниже. Получающаяся при этом меньшая результирующая температура tR и возрастающая разность температуры ts — tR обусловливают уменьшение коэффициента теплообмена as.
Следует обратить внимание на то, что разность между оптимальным и наиболее неблагоприятным значениями в случаях, важных с точки зрения практики, не существенна, но в то же время ею нельзя пренебречь.
Уравнения (26.84) — (26.87) в развернутом виде принимают следующий вид:
Решение системы уравнений производилось на ЭВМ в двух вариантах в зависимости от того, относится ли система уравнений, из которой получена величина qSM, к отопительным экранам с теплоизоляцией сверху или к неизолированным экранам.
После вычисления температуры поверхности теплопотери и удельная величина теплопотерь, приходящаяся на единицу поверхности пола, определяются по зависимостям (26.81) и (26.82). Они, естественно, должны соответствовать теплоотдаче отопительных экранов
Здесь числитель представляет собой полную теплоотдачу отопительного экрана Qs, Вт. Величина as устанавливается по зависимости (26.55).
Температурные условия и поступление теплоты при использовании отопительных экранов с теплоизоляцией на верхней стороне. На основе результатов, полученных при решении приведенной системы уравнений (см. табл. 26.6), можно сделать следующие выводы.
1. Утверждения, сделанные ранее относительно соотношения поверхности экрана и его температуры, действительны и для рассматриваемого случая, т. е. при использовании отопительных экранов с теплоизоляцией в еще большей степени выгоднее применять отопительные экраны с меньшей поверхностью, но с более высокой температурой.
2. Теплопотребность по сравнению с теоретической (рис. 26.5) при Фs-p 0,5 имеет превышение менее 3%, независимо от того, хорошая или слабая теплоизоляция здания (кривые bud).
Это превышение в интервале Ф5-Р=0,5 — 0,3 поднимается почти линейно до 8%. При Ф5_Р<0,3 для здания павильонного типа со слабой теплоизоляцией рост превышения действительных теплопотерь происходит быстрее и в процентном выражении превышает увеличение теплопотребности здания с хорошей теплоизоляцией. На рис. 26.5 приведены также кривые Ь и d, характеризующие отношение г,г = К/Ktr.
3. Коэффициент полного теплообмена на поверхности отопительных экранов с теплоизоляцией в рассмотренных случаях обычно больше или равен значениям, которые можно вычислить по зависимостям (25.6) и (25.15) — (25.18) (см. табл. 26.6). На рис. 26.6 приведены значения as, которые могут быть использованы при проектировании.
На рис. 26.7 показано соотношение коэффициентов теплообмена, вычисляемых по уравнениям теплового баланса и выражениям (25.6) и (25.15) —(25.18) в зависимости от Ф5_Р. Из рисунка видно, что коэффициент теплообмена отопительных экранов оптимален в таком здании, где коэффициент облученности плоскости отопительных экранов на пол Ф5_Р~0,6.
Здесь необходимо подчеркнуть, что в данных исследованиях расположение отопительных экранов из-за наличия подкрановых балок предполагается под потолком на расстоянии ог него максимум 0,8—1 м. Поэтому коэффициент облученности плоскости экранов лишь в ничтожно малой степени отличается от коэффициента облученности потолка на пол.
Температурные условия и теплопоступление при использовании отопительных экранов без теплоизоляции. Температуру, формирующуюся на поверхностях ограждающих конструкций здания павильонного типа, а также на поверхности отопительных приборов, также можно определить путем решения системы уравнений (26.88), (26.89) и (26.93). Различие по сравнению с п. 26.2.2.1 заключается в расчете значения дSM- В данном случае qSM получают путем решения системы уравнений, в которой р = 1
На основе результатов расчетов сделаны следующие выводы.
1. В отношении площади поверхности отопительного экрана и соответствующей ей температуры при отсутствии теплоизоляции экрана действительны те же закономерности, которые были установлены для изолированных экранов, хотя преимущества использования отопительных экранов с меньшей поверхностью и большей температурой с точки зрения теплопотерь здания сказываются не так заметно, как в предыдущем случае.
2. Теплопотери здесь во многом определяются тем, хорошую или слабую теплоизоляцию имеет здание (рис. 26.8). Особенно большое влияние оказывает коэффициент теплопередачи потолка. В этом убедились, неизменно принимая коэффициент теплопередачи потолка хЛ1 равным 1 в высоком узком здании, т. е. в слабо изолированном здании с наиболее неблагоприятной для лучистого отопления конфигурацией. Сравнительное увеличение теплопотерь было существенно меньше, чем можно было бы ожидать на основании исследований, проведенных в других зданиях с более благоприятным соотношением размеров.
Как видно из рис. 26.8, при Ф5_Р0,35 даже в здании павильонного типа с хорошей теплоизоляцией может быть такое существенное превышение по сравнению с теоретическими теплопотерями (е13%), что конкурентоспособность лучистого отопления при этом приходится анализировать путем проведения точного расчета. Увеличение теплопотерь в здании павильонного типа со слабой теплоизоляцией в практически недостижимом случае при Ф5_Р=1 составляет также 13%. Это позволяет сделать вывод, что о применении неизолированного отопительного экрана в здании со слабой теплоизоляцией может идти речь только в исключительном случае (в сооружении, предназначенном для кратковременного использования). Для здания с хорошей теплоизоляцией его можно принимать в расчет только при Ф5_Р0,5, поскольку при меньшем коэффициенте облученности теплопотери быстро возрастают. Естественно, в данном случае также нужно провести экономический расчет. Однако в равной мере необходимо учитывать формирование средней температуры поверхности отопительных экранов с теплоизоляцией и без нее при одинаковой температуре теплоносителя и современной технологии изготовления отопительных экранов. Этот вопрос будет рассмотрен ниже более подробно.
На рис. 26.8 приведена также кривая Е1г, которая иллюстрирует соотношение действительных теплопотерь при использовании отопительных экранов без теплоизоляции и теплопотерь, получающихся на основе расчета по стандарту.
3. Формирование полезной теплоотдачи отопительного экрана, не имеющего теплоизоляции, происходит иначе в рассмотренных выше случаях. Данные на рис. 26.9 для здания павильонного типа с хорошей теплоизоляцией показывают, что при Ф5_Р0,4 as почти на 5—8% больше значения, вычисляемого по зависимостям (25.6) и (26.15) — (25.18), но на 6—9% больше, чем удвоенное значение коэффициента теплообмена нижней стороны экрана.
Менее благоприятны условия в здании с плохой теплоизоляцией. Если ф5_р=1 (или приближается к 1), то коэффициент теплообмена еще достигает удвоенного значения коэффициента нижней стороны экрана, но уже при Ф5_Р<;0,4 он ниже почти на 6%.
Особого внимания заслуживает определение теплоотдачи отопительного экрана в узком высоком здании павильонного типа (ф5_р=0,13). Если, например, потолок снабжен хорошей теплоизоляцией [хм= 1 Вт/(м2• К)], а стены — слабой =7,84 Вт/(м2X ХК)], то коэффициент теплообмена несколько выше удвоенного коэффициента теплообмена нижней стороны экрана, т. е. находится в том же интервале, что и коэффициент теплообмена отопительного экрана, расположенного в здании павильонного типа с хорошей теплоизоляцией или в здании с плохой теплоизоляцией, но имеющем бесконечную площадь в плане.
Это заслуживает особого внимания еще и потому, что в узком здании с хорошей теплоизоляцией со всех сторон формирование коэффициента теплоообмена не столь благоприятно, так как на радиационную температуру преимущественное воздействие оказывает температура отопительного экрана, которая возрастает из-за плохой теплоизоляции стен.
Расчеты показывают, что при использовании отопительных экранов без теплоизоляции особенно важно обеспечивать соответствующую теплоизоляцию потолка.
На рис. 26.10 приведены соотношения между коэффициентами as, вычисляемыми путем решения уравнений теплового баланса н с помощью расчетных формул (25.6) и (25.15) — (25.18), в зависимости от Ф5_Р. Данный рисунок подтверждает важность степени теплоизоляции здания и соотношения его геометрических размеров при формировании величины as.
