Рекомендации по оптимизации параметров системы панельно-лучистого охлаждения

nl. Исходные положения рекомендаций

nl. l. Настоящие рекомендации предназначены для выбора устройства и определения параметров системы панельно-лучистого охлаждения в составе комплексной системы охлаждения-обогрева.

п1.2. Особенность формирования температурной обстановки при панельно­лучистом охлаждении состоит в том, что в отличие от конвективного охлаждения, температура воздуха при ПЛО оказывается ниже радиационной температуры и температуры помещения. Существенная доля теплообмена в СПЛО осуществляется лучистым путем, поэтому обоснованный выбор холодоотдачи поверхностей СПЛО следует вести на основе рассмотрения лучисто-конвективного теплообмена в помещении

п1.3. Рекомендуется обеспечивать температурные условия в помещении совместным действием двух систем:

— системой панельно-лучистого охлаждения, действующей круглосуточно (фоновая система);

— системой кондиционирования воздуха (приточной вентиляции), действующей с минимальным расходом наружного воздуха в течение рабочего времени.

Первая система обеспечивает охлаждение помещения и снижение среднесуточной температуры, вторая — обеспечивает поддержание температуры воздуха в рабочее время при переменной тепловой нагрузке за счет регулирования мощности. В задачу СКВ или СВ входит также обеспечение воздухообмена в объеме не менее санитарной нормы и влажности внутреннего воздуха.

п1.4. В качестве отправного пункта расчета параметров совместной работы СКВ и СПЛО рассматриваются температурные условия и расчетная мощность для традиционного случая обеспечения температуры воздуха одной системой — СКВ.

Таким образом, обеспечивается требование равноценного качества микроклимата и одинакового расхода холодильной мощности.

При круглосуточной работе фоновой СПЛО и пониженной мощности параллельно действующей СКВ снижается (по сравнению с работой одной СКВ) суммарная холодильная, в том числе и установочная мощность двух систем.

п2. Выбор расположения и определение холодоотдачи охлаждающей поверхности п2.1. Возможны различные способы расположения охлаждающих поверхностей в помещении. Выбор того или иного места расположения панели определяется рядом факторов. Первичным из них является — теплотехническая эффективность. На рис. п.1 показана схема возможного устройства охлаждающих поверхностей СПЛО.

Рис. п. 1. К моделированию лучисто­конвективного теплообмена в помещении с вариантным расположением охлаждающих поверхностей: 1- в потолке; 2- в полу; 3- в стенах у пола; 4- в стенах у потолка

Помимо указанных на рис. п.1 четырех основных вариантов расположения холодной поверхности возможны промежуточные варианты:

-3.1)- расположение панели высотой 2 м в одной боковой стене у пола;

-3.2)- расположение панели высотой 2 м в двух боковых стенах у пола;

-4.2.А)- расположение панели высотой 1м в двух боковых стенах у потолка;

-4.2.Б)- расположение панели высотой 2 м в двух боковых стенах у потолка;

-4.2.В)- расположение панели высотой 3 м в двух боковых стенах у потолка;

-4.1.А)- расположение панели высотой 1м в одной боковой стене у потолка;

і

-4.1.Б)- расположение панели высотой 2 м в одной боковой стене у потолка;

-4.1.В)- расположение панели высотой 3 м в одной боковой стене у потолка.

п2.2. С теплотехнической точки зрения эффективность того или иного варианта СПЛО характеризуется удельным показателем эффективности, равным доле холодильной мощности СПЛО, приходящейся на рабочую зону. Его величина равна:

q2 = С(1- Р), (П. 1)

где р — конвективная доля суммарной тепловой нагрузки на помещение.

Для варианта 1 коэффициент С=0.5; для варианта 3.1: С-0.43; для варианта 3.2: С=0.36; для варианта 4.1: С=0.56; для варианта 4.2: С=0.51. Для варианта 2 значения коэффициента С равно:

С=0.38-0.07 a/h. (п. 2)

Коэффициент С характеризует эффективность варианта расположения охлаждающей поверхности. Наибольшее его значение соответствует варианту 4.1 при расположении панели в верхней части стены с одной стороны помещения. Наименьшее значение величин q2 приходится на вариант 2. Сопоставление величин показателя для вариантов приведено на рис. п.2.

О

0.5

0.7

0.9 Р

Рис. п.2. Зависимость коэффициентов эффективности СПЛО q2 от определяющих факторов:

1 — для варианта 4.1; 2— для вариантов 1 и 4.2; 3 — для варианта 3.1; 4 — для варианта 3.2; 5 — для варианта 2 при a/h=l; 6 — то же при a/h=24; 7 — то же при a/h=3.

пЗ. Температурные условия в помещении при ПЛО

п3.1. При проектировании систем панельно-лучистого обогрева-охлаждения условия комфортности тепловой обстановки оценивается двумя факторами:

1) соотношением температуры воздуха, радиационной температуры и ‘результирующей температуры помещения tB;tK;tn,°C;

2) минимально допустимой средней температурой охлаждающей поверхности t0 °С. Первый фактор устанавливает комфортное сочетание видов теплоотдачи человека, второй — допустимый баланс лучистого теплообмена на поверхности человека и температуру в пограничных зонах.

Радиационная температура определяется как средневзвешенная по площади температура поверхностей ограждений в помещении:

(п-3)

где:

t{ — температура, °С;

Fi — площадь поверхности ограждения, м2.

Температура помещения определяется:

t„ =0.5/л +0.5гд, °С (п. 4)

п3.2. При охлаждении помещения поверхностью температуру воздуха tB следует принимать на 1-2 °С выше нормируемой температуры воздуха в рабочей зоне tg, p. Комфортное сочетание температур воздуха и помещения при охлаждении помещения следует определять в соответствии с данными рис. 3.1. Контроль сочетания tB и tn следует проводить после определения холодильной мощности и холодооотдачи СПЛО (рис. пЗ).

Рис. п. З. Зона теплового комфорта при панельно-лучистом охлаждении:

1- зона теплового комфорта при панельно-лучистом охлаждении;

2- зона теплового комфорта при конвективном охлаждении.

V

1

/

___

і

1

2

1

—- г/

Температура помещения, °С 29

27

26

25

25 26 27 28 29 30 31

Температура воздуха, °С

пЗ. З. Минимально допустимая температура охлаждающей поверхности принимается как средняя температура всей охлаждающей поверхности. Помимо этого значения следует оценивать минимальную локальную температуру на поверхности, которая должна быть не менее, чем на 1 °С выше температуры точки росы. Величина температуры точки росы в интервале температуры воздуха 22-30 °С и относительной влажности в помещении ф =40-60 % равна:

*т. р =(0.84 + 0.11фУв + 27.2^-23.1, °С (п.5)

где относительная влажность принята в долях единицы.

Средняя допустимая температура охлаждающей поверхности равна:

t0 — tB J, — At0, С (п.6)

Перепад температур At0 определяется положением охлаждающих поверхностей в помещении и равен при расположении:

— в потолке Лt0=20 °С;

— сбоку с одной стороны Д/0 =9 °С ;

— сбоку с двух сторон Дt0 =6 °С ;

— сбоку с трех сторон At0=5 °С.

При этом поверхностная плотность лучистого теплового потока на рабочем месте не должна превышать 35 Вт/м.

п3.4. На минимальную температуру вертикальных панелей налагается дополнительное требование не допускать переохлаждения воздуха у пола помещения (на расстоянии 1м от панели) более, чем на 2 °С ниже нормируемой температуры.

Максимальная осевая скорость в конвективной струе, ниспадающей по охлаждающей вертикальной поверхности, определяется по формуле:

SHAPE * MERGEFORMAT

V = 0.0l(qKXf’

а соответствующая избыточная температура на оси струи равна:

(п.7)

(п.8)

где:

qK — плотность конвективного теплового потока, постоянного по длине панели, Вт/м ;

X — высота панели, м.

(п.9)

Значения qK следует определять по формуле:

Чк ~~ ЧхЧрРсф j

где:

qx — удельная относительная холодоотдача поверхности;

qp — удельная холодоотдача поверхности при перепаде температур (tB —to), Вт/м ;

рСФ — доля конвективного потока теплоты от общего (таб. п.4).

Ширина ниспадающей струи в нижней части охлаждающей поверхности равна:

(п.10)

В=0.14Х, м

Оценку максимальных значений скорости и разности температуры следует проводить для зоны шириной 1 м, прилегающей к охлаждающей поверхности, т. е. в том случае, если 0.5В> 1м.

п4. Определение холодоотдачи СПЛО

п4.1. Исходные данные для определения холодоотдачи:

— тепловые потоки, составляющие тепловую нагрузку на систему, для каждого «і — го» потока должны быть известны: доля конвективной составляющей р,,

максимальное О, и среднее за рабочее время-суток значение Ош в Вт;

— температура воздуха в рабочей зоне при обеспечении параметров одной СКВ їв, р> °С;

— средняя температура охлаждающей поверхности t0, °С.

Таблица п.1

Конвективная доля тепловой нагрузки р

Значение qj для вариантов и относительного размера помещения

Вариант 1 при a/h—

Вариант 2 при a/h=

1

2

3

1

2

3

0,5

0,98

0,97

0,96

0,88

0,86

0,84

0,6

0,93

0,92

0,9

0,85

0,82

0,8

0,7

0,88

0,86

0,83

0,82

0,78

0,76

0,8

0,85

0,82

0,79

0,8

0,74

. 0,72

0,9

0,82

0,78

0,75

0,77

0,71

0,68

Таблица п.2

Вариант

панели

Конвектив­ная доля нагрузки р

Значения qj для высоты h, M и относительного размера a/h

h~3, a/h—

h=4, a/h—

h—5, a/h=

1

2

3

1

2

3

1

2

3

3.2

0,5

0,9

0,92

0,94

0,91

0,93

0,95

0,92

0,94

0,95

0,6

0,85

0,88

0,91

0,88

0,9

0,92

0,89

0,91

0,93

0,7

0,8

0,85

0,88

0,84

0,88

0,9

0,86

0,89

0,91

0,8

0,76

0,82

0,85

0,81

0,85

0,88

0,83

0,87

0,89

0,9

0,73

0,8

0,83

0,78

0,83

0,86

0,81

0,85

0,88

3.1

0,5

0,94

0,95

0,96

0,95

0,96

0,97

0,96

0,97

0,97

0,6

0,91

0,93

0,94

0,92

0,93

0,95

0,94

0,95

0,95

0,7

0,89

0,91

0,92

0,9

0,91

0,94

0,92

0,94

0,95

0,8

0;87

0,89

0,9

0,88

0,89

0,92

0,9

0,92

0,93

0,9

0,85

0,87

0,89

0,87

0,88

0,91

0,88

0,91

0,92

п4.2 Для расчета площади охлаждающей поверхности следует определить ее холодоотдачу:

Qn=qxQP. (п. 11)

Величина удельной относительной холодоотдачи qx определяется по формуле:

qx =qx (1.02-0.01 -)[0.94 + 0.01(^(п.12)

а

где величина qj приведена в табл. п.1 — п.3 в зависимости от размеров помещения а, Ъ, h (см. рис. п.1) и конвективной доли тепловой нагрузки, общей для помещения:

Р = I Qm, i Pt /IQ m. i • (п. 13)

Величина Qp — холодоотдача поверхности, рассчитанная относительно максимального перепада температур (tB-to):

Qp=Fn( А. 3jte-tQ +5.15) (tB-t0). (п. 14)

Коэффициент А,■ равен для охлаждающих поверхностей: 1.16- для пола, 1.66- для стен, 2.16- для потолка. Значения величины QP определяется по табл. п.4

Таблица п. З

Вариант

панели

Конвективная доля нагрузки р

Значения q; для высоты h, м и относительногсгразмера a/h

h=3, a/h=

h=4, a/h=

h—5, a/h—

1

2

3

1

2

3

1

2

3

4.2

0,5

0,94

0,95

0,96

0,92

0,94

0,95

0,91

0,93

0,94

0,6

0,91

0,92

0,94

0,88

0,91

0,92

0,86

0,89

0,92

0,7

0,88

0,9

0,92

0,85

0,88

0,9

0,82

0,86

0,88

0,8

0,86

0,88

0,88

0,83

0,85

0,88

0,79

0,83

0,86

0,9

0,84

0,86

0,84

0,79

0,83

0,86

0,76

0,81

0,84

4.1

0,5

0,96

0,97

0,98

0,95

0,96

0,97

0,94

0,95

0,96

0,6

0,94

0,95

0,96

0,92

0,94

0,95

0,91

0,93

0,94

0,7

0,93

0,94

0,95

0,9

0,92

0,94

0,88

0,91

0,93

0,8

0,92

0,93

0,94

0,88

0,9

0,92

0,85

0,89

0,91

0,9

0,91

0,92

0,93

0,86

0,89

0,91

0,83

0,87

0,9

Таблица п. 4

Расположение

поверхности

Значения величин для разности температур (t0-t0)

3

4

5

6

7

8

9

10

15

в потолке

-24,8

-34,4

-44,1

-54,3

-64,8

-75,5

-86,5

-97,7

-156,4

0,38

0,4

0,42

0,43

0,44

0,45

0,46

0,47

0,51

в стенах

-22,6

-31,1

-39,9

-48,9

-58,1

-67,6

-77,2

-37

-138,1

0,32

0,34

0,35

0,37

0,38

0,39

0,4

0,41

0,44

в полу

-20,5

-28

-35,6

-43,5

-51,5

-59,6

-67,9

-76,3

-120

0,24

0,26

0,28

0,29

0,3

0,31

0,32

0,33

0,36

Примечание’, верхнее число указывает величина QP, Bm, нижнее- рсф.

п5. Расчет параметров СКВ и СПЛО при совместной работе п5.1. Исходные данные для расчета тепловой мощности:

— суммарная площадь поверхности ограждений в помещении, м

— продолжительность рабочей части суток, Ат, ч и относительная продолжительность рабочей части суток т = Ат/24′,

— температуры приточного tnP и уходящего воздуха tyx, °С;

— расход приточного воздуха в количестве санитарной нормы Gh, кг/ч;

Расчет ведется в следующей последовательности:

п5.2. В качестве исходной величины расчета принимается мощность и температура помещения при работе только одной системы — СКВ. Определяется величины максимальной 0С1 и средней Qc, jm за рабочее время мощностей из

условия обеспечения заданной рабочей температуры воздуха tR P одной системой

СКВ:

Сс,. = — Х&; (п-15)

Qcm = — TQm. i • (п.16)

п5.3. Рассчитывается максимальная за сутки мощность СКВ, работающей совместно со СПЛО 0С1 при минимальном расходе приточного воздуха:

G

Qc,2 ~ ~Р~7 О П1‘ ~ tyx )С 5 Вт

(п. 17)

п5.4. Из условия равенства среднесуточной температуры помещения в обоих вариантах определяется тепловая нагрузка на фоновую СПЛО:

QC0 = niQc. i — Qc,2 )>Вт. (п. 18)

п5.5. По результатам расчета п. 5.2 определяется средняя за рабочее время величина температуры помещения tn :

(п.20)

где:

А гг показатель конвективного теплообмена в помещении, Вт/°С

Л // ~ а Fі з (^.21)

ак — осредненный в пределах помещения коэффициент конвективного

2

теплообмена на внутренних поверхностях ограждений, Вт/(м °С);

(п.22)

Qc. Xm +^Qm, iPi

ак =1.724,

п5.6. Определяют величину площади охлаждающей поверхности:

. ро = Осф>мз (п.23)

Чх

п5.7. Определяют величину tR, °С, по формуле:

+ (п.24)

ъв, щ

подставляя в нее величины по формулам (5.5) и (5.8).

п5.8. Определяют компенсирующую величину температуры воздуха из условия равенства температуры помещения в рабочее время при обеспечении ее одной СКВ и СКВ совместно с фоновой СПЛО:

tB=2tn-tR, °С (п.25)

Сочетание tB и tn должно удовлетворять условию комфорта, определенному в п. 1.2, в противном случае следует уточнить величину tB.

п.5.9. Полученное в результате расчета значение tB позволяет уточнить величину тепловых потоков, составляющих тепловую нагрузку, и повторно

провести расчет мощности и параметров работы систем СКВ и СПЛО по формулам (п.15)-(п.18) и (п.23).

Пример расчета:

Определить параметры совместной работы СПЛО и СКВ в офисном помещении реконструируемого здания в г. Санкт-Петербурге. Помещение имеет размеры в плане а=5.2; Ь=9.3 м, высота h= 5.7 м, площадь — 49 м, суммарная площадь поверхностей ограждений — T, F=255 м. Удельный трансмиссионный тепловой поток — 36 Вт/°С. Наружные стены и окна ориентированы на северо — восток.

Температура воздуха в рабочей зоне в теплое время года: tep = 25 °С.

Перепад температур уходящего и приточного воздуха (tyx— tnp)= 5 °С.

Средняя температура охлаждающей поверхности: t0 — 20 °С.

В помещении находятся б человек и установлены б компьютеров.

Расход наружного воздуха на 1 человека — 60 м3/ч.

Расчетная температура наружного воздуха в теплое время года 24 °С. Продолжительность рабочего времени: 10 ч. (с 9 до 19 ч.), т= 10/24= 0.42 •

Тепловая нагрузка складывается из теплопоступлений от солнечной радиации, за счет разности температур, от людей и работающего оборудования:

— тепловыделения от людей при tep = 25 °С приняты: 65×6 = 390 Вт явного тепла, доля конвективной составляющей: р= 0.7;

— тепловыделения от компьютеров 400×6 = 2400 Вт, доля конвективной составляющей: р =0.7;

— трансмиссионный тепловой поток (24-25)х36=-36 Вт, доля конвективной составляющей: р = 0.65;

— максимальное значение теплопоступления от солнечной радиации для рабочего времени: 896 Вт, р = 0;

— суммарное максимальное теплопоступление £0, =3650 Вт, среднее за рабочее время теплопоступление YjQm. i =3360 Вт, среднее за рабочее время поступление конвективного тепла Y/Qm. t Р,=1930 Вт.

Решение:

Принимаем расположение охлаждающей поверхности шириной 2 м в боковых стена у потолка (вариант 4.2.Б). Отношение а/к=5.2/5.7=0.91

Определяем долю конвективной составляющей тепловой нагрузки по формуле (п. 13):

р = 1930/3360=0.57

По табл. п.4, определяем максимальную холодоотдачу поверхности при разности температуры 5 °С:

QP= -39.9 Вт/м

По табл. п. З определяем относительную удельную холодоотдачу поверхности qi = 0.89, по формуле (п. 12) определяем удельную холодоотдачу:

qx = 0.89(1.02 — 0.01 х 0.91)[0.94 + 0.01(25 — 20)]= 0.891 По формуле (п. 11) холодоотдача поверхности равна:

qn = -39.9×0.891 =35.5 Вт/м2 По формуле (п. 15) определяем максимальную величину холодильной мощности СКВ:

Qc. i = — 3650 Вт

По формуле (п. 16) определяем среднюю за рабочее время холодильную мощность СКВ:

Qcjm = — 3360 Вт

По формуле (п. 17) определяем величину холодильной мощности СКВ, работающей совместно с СПЛО при минимальном расходе воздуха, равном санитарной норме:

Gh~ 6x60x1.2 = 432 кг/ч Ос,2 = 432×5/3.6 = -600 Вт По формуле (п. 18) определяем величину холодильной мощности фоновой СПЛО, работающей круглосуточно:

(ЇС. Ф = 0.42(- 3650 + 600)= — 1280 Вт

По формуле (п.22) определяем среднее значение коэффициента конвективного теплообмена на поверхностях ограждений в помещении:

-3360 + 1930

= 2,65-

м2 -°С

аг =1.7241

255

По формуле (п.21) определяем показатель конвективного теплообмена помещения:

АП = 2,65-255 = 675 —

п оС

По формуле (п.20) средняя за рабочее время температура помещения:

TOC o "1-5" h z tn = 253360 + 1930 =26.1 °С П 2-675

По формуле (п.23) определяем величину площади охлаждающей поверхности:

17 1280 ^

F0 =———— =- 36 м

35,5

Определяем величину tR по формуле (п.24), подставляя в нее величины по формулам (п.20) и (п.23):

tR = (2-26.1-25)-(1-—) + — -20 = 26,1 °С!{ 255 255

Определяем по формуле (п.25) компенсирующую величину температуры воздуха

из условия равенства температуры помещения в рабочее время при обеспечении ее

одной СКВ и СКВ совместно с фоновой СПЛО:

tB =2-26.1-26.1 = 26,1 °С

Сочетание tB и tn находится в пределах зоны комфортного сочетания

температуры при ПЛО и удовлетворяет условию комфорта.

При новом значении температуры воздуха в рабочей зоне повторяем расчет.

Корректируем тепловую нагрузку в связи с увеличением tB. Уменьшение

теплопоступлений от людей при увеличении tB на 1 °С составит 5 Вт на одного

человека, а для 6 человек — 30 Вт. Трансмиссионный тепловой поток изменится на

36 Вт.

Тепловая нагрузка равна YQi = 5584 Вт, YjQm. i = 3294 Вт, YjQm, i Р, = 1886 Вт. Доля конвективной составляющей тепловой нагрузки по формуле (п. 13):

По табл. п.4 максимальная холодоотдача поверхности при разности температуры 6 °С QP =-48.9 Вт/м2.

Относительная удельная холодоотдача поверхности по табл. п. З: qj =0.89, по

формуле (п. 12) удельная холодоотдача:

qx = 0.89 • (1.02 — 0.01 • 0.91) ■ [0.94 + 0.01 • (26 — 20)] = 0,9 По формуле (п. 11) холодоотдача поверхности равна:

qn = -48,9-0,9 = 44^ м

Мощность СКВ равна:

— максимальная по формуле (п. 15):

Qc, i ~ — 3584 Вт

— средняя за рабочее время холодильнґг мощность СКВ по формуле (п. 16):

Qcjm = — 3294 Вт

Холодильная мощность СКВ, работающей совместно с СПЛО при минимальном расходе воздуха и увеличенной на 1 °С разности температуры по формуле (п. 17):

QCi2 = 432×6/3.6 = -720 Вт Холодильная мощность фоновой СПЛО, работающей круглосуточно, по формуле (п. 18):

Qc.0 = 0.42(- 3584 + 720)= — 1203 Вт Уточненная площадь охлаждающей поверхности:

TOC o "1-5" h z 17 1203 07 о 2

F0 =—— = 27.3 м

0 44

При устройстве охлаждающих поверхностей с двух сторон помещения по всей длине боковых стен высота панелей равна 1.5 м.

Повторный расчет проведен в методических целях На практике следует сразу определить компенсирующее значение температуры воздуха на 1-2 °С выше обычно принятой величины и вести расчет при этой величине.

Posted in ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМ ПАНЕЛЬНО­ЛУЧИСТОГО ОХЛАЖДЕНИЯ


Добавить комментарий

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