Справочник строителя | Отопление

ПЕРЕДАЧА ТЕПЛОТЫ

Особенности процессов передачи теплоты от теплоносителя на отопление помещений здания

Теплота на нагрев помещений передается двумя сопутствующими процессами - конвективным и лучистым теплообменами.

Конвективный теплообмен обусловлен явлениями передачи теплоты через разделительную стенку при наличии разности температур сред, проходящих (контактирующих) по обе ее стороны.

На рис. 1 представлена принципиальная схема процесса конвективного теплообмена между водой и воздухом через разделительную поверхность при наличии разности температур (t_w - t_в), °С. В ядре потока жидкости с температурой t_wг, °С при расходе G_wг, кг/с и скорости w, м/с, у разделительной поверхности толщиной δ, м, и теплопроводностью λ, Вт/м·°С, устанавливается температура стенки t_ст1.

Рисунок 1. Схема конвективного теплообмена «вода-воздух»

Передача теплоты от потока жидкости к поверхности разделительной стенки определяется уравнением:

В уравнении (1) F - поверхность разделительной стенки, на которой со стороны движущейся жидкости G_wг устанавливается температура стенки t_ст1.

Передача теплоты от жидкости к разделительной стенке характеризуется коэффициентом пропорциональности α_вн, называемым коэффициентом теплоотдачи и равным количеству теплоты в Вт, переданного жидкостью к разделительной стенке площадью 1 м² при разности температур между жидкостью и поверхностью в один градус, его размерность Вт/(м²·°С). Коэффициент теплоотдачи от воды к стенке зависит от скорости воды w и в режимах развитого турбулентного движения достигает значений 800-1400 Вт/(м²·°С).

Разделительная стенка толщиной δ, м, и поверхностью F, м², воспринимает теплоту Q_T, Вт, и благодаря теплопроводности, оцениваемой коэффициентом теплопроводности λ, эта теплота перейдет на другую сторону. В условиях установившегося теплового режима поступившая на стенку теплота Q_T будет передана на другую сторону, имеющую на поверхности температуру t_cт2, что определяется уравнением:

Тот же тепловой поток передается от наружной поверхности F разделительной стенки к потоку воздуха, что определяется уравнением:

Коэффициент тепловосприятия α_н, Вт/(м²·°С), характеризует теплоотдачу от стенки к воздушному потоку. В условиях движения воздуха над горячей поверхностью под воздействием градиента плотностей холодного и нагреваемого воздуха, что называется естественной конвекцией, величина α_н колеблется от 6 до 12 Вт/(м²·°С).
При движении воздушного потока под воздействием нагнетателей (работа вентилятора или эжектора) - при создании искусственного конвективного потока - величины α_н достигают значений 60-80 Вт/(м²·°С).

Преобразуя уравнения (1)-(3), можем получить частные температурные напоры:

Путем сложения частных температурных напоров (левых ц правых частей уравнений) получим новое уравнение:

Выражение в скобках в правой части уравнения характеризует условия передачи теплоты от одной среды через разделительную стенку к другой и получило название коэффициента термического сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции R, имеющего размерность м²·°С/Вт.

Величина К, обратная коэффициенту термического сопротивления R, характеризует интенсивность передачи теплоты и называется коэффициентом теплопередачи ограждения, имеет размерность Вт/(м²·°С).

Используя коэффициент теплопередачи К и средний по поверхности перепад температур ∆t_ср, получим выражение для нахождения количества переданной теплоты от отопительного прибора к воздуху через разделительную поверхность F, м²:

Величину среднего перепада температур для условий нагрева воздуха горячей водой ∆t_ср допустимо определять по формуле средней арифметической разности:

где t_wг1 и t_wг2 - начальная и конечная температура горячей воды на входе и выходе из отопительного прибора, °С; t_в2 и t_в1 - температуры нагретого и поступающего к отопительному прибору воздуха, °С.

Для интенсификации процессов передачи теплоты к воздуху на разделительной стенке со стороны низких значений α_н устраивают развитие поверхности путем создания ребер различной конструкции.

Вторым видом передачи теплоты от отопительного прибора в нагреваемое помещение является тепловое излучение. Лучистая теплота возникает и передается от нагретой поверхности к более холодной. Интенсивность передачи теплоты излучением определяется степенью нагрева поверхности отопительного прибора по отношению к температурам на поверхностях в нагреваемом помещении. Воздух помещения прозрачен для лучистой энергии, которая задерживается только на поверхности строительных конструкций, мебели, служебном оборудовании и других предметах, находящихся в отапливаемом помещении.

В общем случае поток лучистой энергии оценивается по формуле:

где С - коэффициент, учитывающий особенности процессов образования лучистого потока теплоты, Вт/[м²(К/100)⁴]; F - тепло-излучающая поверхность стенки, м²; Т_ст и Т_пов - абсолютные температуры поверхностей образования лучистого потока (стенки) и поверхностей восприятия этой теплоты, К (градусы Кельвина).

Проводить расчеты по формуле (7) очень сложно, так как определение коэффициента С требует многих допущений. Поэтому на практике отопительные приборы лучистого нагрева исследуют экспериментально и по результатам опытов устанавливают зависимость удельных потоков лучистой теплоты q_тл, Вт/м², от разности температур на поверхности отопительных приборов лучистого нагрева и воздуха в отапливаемом помещении (t_ст.л - t_в). В дальнейшем изложении будут приведены графики для определения лучистых тепловых потоков для некоторых конструкций отопительных приборов лучистого нагрева помещения.

обсудить на форуме

объявления: стройка и ремонт

Поделитесь ссылкой в социальных сетях