НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СИСТЕМ ЛУЧИСТОГО ОТОПЛЕНИЯ

В настоящее время при решении вопросов лучистого отопле­ния с помощью нагрева ограждающих конструкций или специ­альных панелей применяются понятия средняя лучистая и ре­зультирующая температуры.

Средней лучистой температурой помещения называют ту поверхностную температуру, которую приняло бы тело при обмене излучением с окружающими ограждающими конструкциями, но без учета конвекции. Таким образом, средняя лучистая температура помещения регулирует тепло — потерю человека излучением, как и соответствующая темпе­ратура воздуха регулирует теплопотерю человека путем кон­векции.

Понятие о результирующей температуре, служа­щей критерием тепловых ощущений человека в окружающей среде, более полно учитывает основные переменные условия, ха­рактеризующие среду, физиологическое состояние человека и защитные свойства его одежды.

Как уже указывалось, теплоотдача телом человека зависит при определенном характере его деятельности и одежды, от температуры ограждения Тот, температуры воздуха Тв, степени влажности воздуха ф и от скорости движения воздуха V.

Результирующая температура равна одинаковым показани­ям сухого и смоченного термометров в эквивалентной среде (т. е. в среде, создающей такое же тепловое ощущение), в кото­рой температура ограждений равна температуре воздуха, а воз­дух неподвижен и имеет 100%-ную относительную влажность.

Таким образом, результирующую температуру можно выра­зить формулой

Тр = f (Т0г, Ть, ф, v).

В среде, имеющей вышеуказанные характеристики, Тог = Г»; ф = 100%; У = 0; Гр = Тот — Гв.

В условиях обычных жилых, общественных и других помеще­ний, где скорости движения воздуха сравнительно незначитель­ны, значением V можно пренебречь.

Кроме того, в условиях комфорта для человека, находящего­ся в покое или выполняющего легкий труд и нормально одетого, при температуре около 18—20° С также можно пренебречь и теплопотерей испарением. Таким образом, в этих условиях теп­ловые ощущения будут зависеть лишь от средней температуры ограждений и воздуха.

Тогда функция общего вида

Примет вид

Tp = f(Tor,TB).

Эту температуру в данном случае называют результирующей сухой температурой \ которая характеризует тепловые ощуще­ния человека в нормальных условиях в зависимости от средне­взвешенной (средней лучистой) температуры ограждений, «ви­димых» из центра его тела и от температуры воздуха по сухому термометру.

Результирующая сухая температура равна:

__________________________________ Тог ~Ь Г в

Р-с_ 2

Из данного выражения вытекает, что в помещении с темпе­ратурой ограждений, равной Тог, и температурой воздуха Тв Возникают такие же тепловые ощущения, как и в помещении, где температура ограждений и воздуха одинакова и равна Гр. с. Так, например (рис. 142), в помещении, где температура ограж­дений равна 20, а температура воздуха 16° С, тепловые ощуще­ния будут такими же, как и в помещении, где температура ограждений 21, а температура воздуха 15° С. Поскольку сумма

1 Во французском «Справочнике промышленной теплотехники» результи­рующую сухую температуру обозначают °М.

Тог+Тв в обоих случаях равна 36°С, такие же тепловые ощу­щения будут и в помещении с температурой ограждений и воз­духа 18° С. Рассмотренный "пример показывает, что при одина­ковой результирующей сухой температуре, т. е. при одинаковых комфортных условиях, в случае лучистого отопления температу­ра воздуха может быть значительно ниже, чем при конвек­тивном.

В производственных условиях, особенно где имеется искус­ственная вентиляция или повышенная влажность при определе-

Й=г0° R*21° f}=78° -.

ТВ=76°

Т6=Г5°

Te=J8"

20°

20° 21°

21" 180

200 21° 18°

Рис. 142. Помещения, в которых тепловые ощуще-

„ _ Т0Г -)- Тв Ния, определяемые величинои Гр. с=— , оди­наковы

Нии результирующей температуры, необходимо учитывать ве­личины ф и V.

Результирующая температура зависит от вида деятельно­сти человека, например при перемещении человека увеличи­вается относительная скорость движения тела и воздуха. При обычном хождении человек передвигается со скоростью 5 км/ч Или 1,4 м/сек. Коэффициент конвекции в этом случае повы­шается с 3,5 до 11.

В условиях воздушной среды с температурой 10° С при лу­чистом отоплении создается для человека, находящегося в со­стоянии покоя, результирующая сухая температура 16° М. При передвижении его результирующая сухая температура понизит­ся примерно до 12° М. Это благоприятно скажется на деятель­ности людей, одновременно находящихся в данном помещении, так как все они будут находиться в оптимальных, с физиологи­ческой точки зрения, условиях.

Миссенар считает, что предложенная им методика расчета систем лучистого отопления с нагреваемыми потолочными ограждающими конструкциями применима и для систем с под­весными панелями или горелками инфракрасного излучения при условии расположения их в так называемой «фиктивной» термической плоскости, суть которой заключается в том, что при расположении излучателей (панели, горелки ИК-излучения) на некоторой высоте от пола в помещениях больших размеров в плане в излучении участвует и потолок помещения. Миссенар
рекомендует формулу для определения средней температуры этой фиктивной термической плоскости

Где Т

T + ns

Т. п +1 ‘ нижней излучающей

Стороны пане-

Температура ли в °С;

П— расстояние между осями панелей в м; S— температура внутренней поверхности покрытия здания в °С (ширина панели составляет 1 м).

Одновременно с этим Миссенар дает графики физиологиче­ских пределов температур потолочных панелей для стоящего (рис. 143) и сидящего (рис. 144) человека при различной высо­те помещения и при различных размерах панелей.

В зависимости от расстояния между осями панелей п, от вы­соты расположения панелей Н и от размеров помещения в пла­не по указанным графикам находят величину предельной тем­пературы т этой фиктивной термической плоскости, исходя из которой определяют допустимую температуру панелей,

Т = х(п + 1) — ns.

Для одиночных панелей (горелок) рекомендуется опреде­лять разницу между результирующей сухой температурой в
уровнях головы и ступни, применяя закон квадратов расстоя­ний по формуле

Д =

Где А— разница между результирующей сухой температурой в уровнях головы и ступни в °С;

Н— высота подвеса в м;

H—разница уровней головы и ступни равна 1,6 м.

Одновременно с этим даются следующие формулы для опре­деления радиуса эквивалентной панели для различных геомет­рических форм реальных панелей.

1. Для квадратной панели со сторонами а радиус эквива­лентной круглой панели равен:

R = 0,56а.

2. Для прямоугольной панели со сторонами а и B

R= 1,12-1-.

А+ Ь

Для панели в виде кольца или замкнутой прямоугольной рамы дается формула, определяющая предельно допустимую температуру на ее поверхности:

F*Tt

J H]\

HTi

Где Т1— температура, которую должна была бы иметь

Круглая панель, эквивалентная внутреннему прямоугольнику; Т2~ то же, для внешнего прямоугольника; F> /1 и /г—температурные факторы.

Давая эти рекомендации, Миссенар в то же время указыва­ет, что они являются только теоретическими.

В отечественной практике при расчете лучистого отопления с использованием искусственно нагретых ограждающих конст­рукций или специальных панелей применяется методика, осно­ванная на определении среднего излучения помещения (от всех ограждающих конструкций), отнесенного к 1 м2 поверхности человека, исходя из известной формулы

8п F — f— gn.c ^и. с So К FpK gn.c FB.C 4~ £пол F ПОл

2F Fn + Fh.C + F ок + F в. с + ^пол

Где £ср. л— среднее излучение помещения, отнесенное

К 1 м2 поверхности человека; Ga,’ G».C И т. д.—излучение отдельных поверхностей ограждений, отнесенное на одного чело-

Века (от панели, наружных и внутренних стен, окон, пола, потолка); Fn> *Vc— поверхности ограждений.

Излучение отдельными поверхностями Gn, Gnc и т. д. опре­деляется по формуле

GBe (Tp — ккал/м2 ■ ч, Где b температурный фактор (°К)3, определяемый по фор-

Муле

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СИСТЕМ ЛУЧИСТОГО ОТОПЛЕНИЯ

H H

Где Ті и — абсолютная и в °С температура излучающего тела (ограждающей конструкции);

Тг и /а—соответственно температуры облучаемого тела (человека).

Температурный фактор обычно берется по специальным таб­лицам или графикам.

На общую интенсивность облучения человека оказывает су­щественное влияние излучение потолков (перекрытий). Пото­лок нагревается от излучения обратной стороны горелок (пане­лей), а также за счет поднимающихся кверху горячих продуктов сгорания. При панелях этот дополнительный нагрев потолка происходит за счет конвективного нагрева воздуха.

Нагрев потолков, а следовательно, и их излучение тем вы­ше, чем ближе к ним расположены горелки, чем меньше их теп­лопроводность и чем больше коэффициент поглощения лучистой энергии. Увеличение излучения потолков может быть также за счет повышения коэффициента отражения.

Как показывают исследования, допустимая температура из­лучающего потолка должна уменьшаться с понижением высо­ты помещения и увеличением площади потолка.

При малых высотах помещений (до 3—3,5 м) эта допусти­мая температура проходит через минимум, затем с увеличением площади потолка начинает снова увеличиваться.

Несмотря на то что нагретый потолок повышает результи­рующую температуру в рабочей зоне, Миссенар считает, что перегрев верхней части помещения является «напрасной затра­той средств и поэтому его следует по возможности уменьшать или совсем не допускать».

Обработка статистических данных о самочувствии людей, проведенная Миссенаром, показала, что 90% чувствуют себя удовлетворительно (с точки зрения теплового ощущения) при разнице между результирующей температуры в уровнях головы и ступни примерно в 1° для сидящих и меньше 2° ДЛЯ стоящих (сухая результирующая температура в уровне ступни равна приблизительно 18° М). Такие же результаты были получены и при конвективном отоплении, когда разница между темпера­турой воздуха на уровне головы и ступни составляла 1° для си­дящих и 2° для стоящих людей.

На основании этого сделаны выводы, что для обеспечения комфортных условий необходимо, чтобы разница между резуль­тирующей сухой температурой в уровнях головы и стопы для сидящих людей была не более 0,5° М, а для стоящих — не более 1°М. При этом допустимость более высокой разницы в темпе­ратурах для людей стоящих объясняется тем, что для них влия­ние радиационной (лучистой) температуры на результирующую сухую температуру, а следовательно, и на тепловые ощущения менее заметно.

По мнению Миссенара «этот критерий, основанный на раз­нице между результирующей сухой температурой в уровнях го­ловы и ступни, обладает тем преимуществом, что он дает воз­можность сравнивать комфортные условия при лучистом и кон­вективном отоплении».

Одновременно с этим Миссенар считает, что основной про­блемой при устройстве отопления подвесных излучателей (па­нелей) является осуществление панелей, отдающих книзу зна­чительную долю тепла.

Среди специалистов, занимающихся вопросами отопления с помощью инфракрасных излучателей, до настоящего времени нет единого мнения о системе расстановки (подвеса) этих излу­чателей в различных точках помещения.

На рис. 145 показаны различные варианты подвеса излуча­телей. Вариант а предусматривает максимальное облучение по-

О)

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СИСТЕМ ЛУЧИСТОГО ОТОПЛЕНИЯ

Рис. 145. Примеры расстановки излучателей в помещении

Ла помещения по периметру на ширину до 3 м от стен. При этом стены не облучаются. Вариант б показывает равномерное облу­чение на уровне роста человека (1,6—1,7 м). Вариант в дает равномерное облучение на уровне роста человека и нижней части стен. Вариант г предусматривает вертикальное прямое облучение человека (пола) излучателями и вторичное потолком, нагреваемым за счет излучения обратной стороны излучателей и конвективного нагрева продуктами сгорания.

Некоторые специалисты-теплотехники, гигиенисты и физио­логи считают, что постоянные температура, влажность и движе­ние среды, окружающей человека, с физиологической точки зре­ния изнеживают организм и не позволяют достигнуть макси­мальной производительности труда.

Для повышения жизнедеятельности людей некоторые специа­листы рекомендуют в течение рабочего дня в производственных помещениях менять комфортные условия путем периодического изменения (в небольших пределах от номинала до минимума) температуры внутреннего воздуха или интенсивности облучения.

Миссенар, например, рекомендует допускать колебания ре­зультирующей температуры в пределах 3°М, т. е. несколько более, чем обычно принято.

Из этого вытекает, что стремление к абсолютной равномер­ности облучения по площади помещения в уровне рабочей зоны неоправданно и можно допустить некоторую неравномерность этого облучения, особенно в помещениях, где люди не находятся длительное время на одном месте.

В литературе нередко положения, относящиеся к электро­ламповым инфракрасным излучателям, распространяются на панельные излучатели и даже на газовые горелки инфракрасно­го излучения, что никак нельзя считать правильным. В самом деле, если ламповые излучатели как излучатели точечные под­чиняются законам Кеплера (квадратичная зависимость интен­сивности излучения от расстояния до облучаемого объекта), Вина-Галицина (смещение максимума излучения в сторону вы­соких температур накала нити), Ламберта (зависимость интен­сивности излучения от косинуса угла падения излучения на плос­кость) и др., то панельные излучатели, а тем более газовые го­релки инфракрасного излучения во многом не подчиняются этим законам.

Сравнивая кривые (индикатриссы) излучения по сфере лам­пового излучателя и панельного (косвенного) излучателя, а также горелки инфракрасного излучения, легко заметить зна­чительное различие их между собой. Если, например, у лам­пового излучателя максимум энергии излучения лежит в направ­лении углов 75 и 105° (по отношению к плоскости излучения), то для панельного излучателя этот максимум лежит в на­правлении угла 90° (по нормали), а для горелки инфракрасного излучения угол максимума излучения меняется в зависимости от конструкции излучающего насадка (диаметр каналов в пер­форированных керамических решетках, величина ячеек в метал­лических сетках и др.). Следует также отметить, что эти пока­затели меняются для одного и того же излучателя в зависимости от расстояний между ним и точкой замера интенсивности излу­чения, от направления излучения, а также от мощности излу­чателя.

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СИСТЕМ ЛУЧИСТОГО ОТОПЛЕНИЯ

Рис. 146. Эпюра облучения поверхности в направлении по плоскости, перпендикулярной к излучающей поверхности горелки ГИИ-3, ГИИ-8 и расположенной по продольной ее оси (/—/). Цифры на кривых пока­зывают высоту подвеса горелки над облучаемой поверхностью

Применительно к горелкам инфракрасного излучения эти по­казатели зависят от размеров излучающей плоскости и направ­ления плоскости замера относительно плоскости излучения.

Как установлено, горелки инфракрасного излучения являют­ся селективными излучателями, т. е. положение максимума из­лучения по отношению к длине волны излучения у них не зави­сит от степени нагрева излучающей поверхности.

Отсюда существующие рекомендации по расчету облученно­сти для ламповых и иных излучателей не могут быть применимы для горелок инфракрасного излучения. Для этих горелок (при некруглой форме излучающей плоскости) нельзя ограничи­ваться построением только одной эпюры облучения плоскости, перпендикулярной к нормали, так как интенсивность излучения у горелок инфракрасного излучения меняется по сфере не толь­ко в зависимости от угла излучения и расстояний, но и от на­правления относительно осей симметрии излучающей поверхно­сти (рис. 146, 147, 148).

Указанные эпюры пригодны лишь для случая расположения излучателей параллельно облучаемой плоскости (например, по-

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СИСТЕМ ЛУЧИСТОГО ОТОПЛЕНИЯ

Рис. 147. Эпюра облучения поверхности в на­правлении по плоскости, перпендикулярной к излучающей поверхности горелки ГИИ-3, ГИИ-8 и расположенной по поперечной ее оси (II—II). Цифры на кривых показывают высоту подвеса горелки над облучаемой поверхностью

Лу). При наклоне излучателей облучение той же плоскости зна­чительно меняется.

Для каждого типоразмера горелок инфракрасного излучения некруглой формы должна быть составлена эпюра облучения к нормальной плоскости минимум по трем осям симметрии, к излучающей плоскости (поперечной, продольной, диагональной) для различных расстояний от нее (в пределах 3—15 м через каждый метр).

Эпюры облучения строятся на основании замеров прибором (радиометром, актинометром и т. п.) плотностей излучения в зависимости от высоты облучения и угла падения.

На основании эпюр того или иного типоразмера горелки можно построить эпюры суммарного облучения поверхности в направлении плоскости, перпендикулярной излучающей поверх­
ности горелки и расположенной по соответствующей ее оси сим­метрии (рис. 149). Построение этой эпюры сводится к тому, что на оси абсцисс в любом масштабе откладываются в обе стороны от нормали к каждой горелке расстояния (в м), а на оси ординат — суммарная облученность (плотность излучения), соответствующая принятой высоте подвеса горелок и расстоя­нию от нормалей. Затем концы отложенных отрезков соединя-

Ются. По полученной кривой судят о величине и степени равно­мерности облучения.

Таким образом, при надежно проверенных данных по допу­стимым дозам облучения эпюры суммарных облучений позволя­ют быстро определять требуемое количество горелок и расстоя­ние между ними. Здесь следует учитывать соответствие высоты подвеса расположению конструкций (мостовые краны, фермы).

Конечно, расчет отопления по эпюрам суммарных облучений нельзя считать совершенным, так как пока еще нет достаточно проверенных данных о комфортных условиях при соблюдении только допустимых доз облучения человека. Поэтому этот рас­чет можно рекомендовать только как приближенный при проек­тировании систем отопления с горелками инфракрасного излу­чения.

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СИСТЕМ ЛУЧИСТОГО ОТОПЛЕНИЯ

ЗI 12 10 8

To 12м

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА СИСТЕМ ЛУЧИСТОГО ОТОПЛЕНИЯ

Рис. 149. Построение эпюры суммарного облу­чения поверхности несколькими горелками инфракрасного излучения

А — облучение в направлении плоскости по продоль­ной оси симметрии; б — облучение в направлении пло­скости по поперечной оси симметрии горелкн; в — об­лучение в направлении плоскости по диагонали го­Релка

1 — облучение левой горелкой; 2 —- облучение правой горелкой; 3 — суммарное облучение обеими горелка­ми; H — высота подвеса горелки в м

В заключение следует сказать, что, хотя основной задачей отопления считается сохранение теплового баланса тела чело — 4 века, все же один этот фактор, видимо, еще не может являться объективным критерием в оценке нормального состояния и са­мочувствия человека. Шахбазян, например, указывает, что со­стояние комфорта определяется не только сохранением тепло­вого баланса, ибо такой баланс может быть результатом очень большого напряжения терморегуляторных механизмов.

С. И. Каплун также отмечает, что воздействие температур на организм нельзя трактовать только с калорийно-энергетически — термодинамических позиций. Летавет подчеркивает, что в изуче­нии вопросов лучистой энергии нельзя ограничиваться физиче­ской и узкобиологической стороной вопроса. В этой области еще больше, чем в других областях взаимоотношений человека

С окружающей средой, необходим широкий гигиенический син­тез. ,

Таким образом, несмотря на все большее расширение ис­пользования излучателей, особенно газовых горелок инфракрас­ного излучения, для целей отопления помещений и обогрева людей на открытых площадках диктуется необходимость даль­нейшего проведения всесторонних исследований в этой области, учитывающих как теплотехническую, так и физиологическую сторону, и создания стройной научно обоснованной методики расчета и проектирования систем отопления с газовыми горел­ками инфракрасного излучения.

Ваш отзыв

Рубрика: ГАЗОВЫЕ ГОРЕЛКИ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *