Особенности проектирования систем водяного отопления с внутрипольными конвекторами

В. А. Пухкал, канд. техн. наук, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Окончание. Начало статьи читайте в «АВОК», № 7, 2017

Исходные данные для примера (г. Санкт-Петербург):

- расчетная температура наружного воздуха: tн = –24 °C; - расчетная температура внутреннего воздуха: tв = 20 °C; - высота остекления: h = 3 м; - средняя температура теплоотдающей поверхности: t0 = 82,5 0C; - нормируемое значение приведенного сопротивления теплопередаче остекления (без учета отопительного прибора): R0 = 0,43 (м2·0C)/Вт; - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности: αв = 8 Вт/(м2·0C); - коэффициент теплопроводности воздуха при температуре tв: λв = 0,0259 Вт/(м·0C); - кинематический коэффициент вязкости воздуха при температуре tв: υв = 15,06·10–6 м2/с; - длина конвектора равна длине светового проема.

Параметры в восходящей теплой конвективной струе:

• средняя температура на внутренней поверхности остекления: τ_в = 16,88 ⁰C;
• координата точки встречи теплой и холодной струй: х_в = 2,77 м;
• среднее значение коэффициента конвективной теплоотдачи: α_{к.н.стр.} = 8,81 Вт/(м²·⁰C);
• средний температурный напор: t_m – τ_в =9,78 ⁰C;
• средняя температура воздуха на оси восходящей теплой конвективной струи: t_m = 26,66 ⁰C;
• cреднее значение коэффициента теплоотдачи излучением: α_{д.н.стр.} = 4,95 Вт/(м²·⁰C);
• средний коэффициент теплоотдачи на поверхности остекления в зоне действия нагретой струи: α_{в.н.стр.} = 13,76 Вт/(м²·⁰C).

Удельные (на 1 м длины остекления) конвективные теплопотери в зоне действия нагретой струи:

Q_{к.н.стр.уд} = α_{к.н.стр.}(t_m – τ_в)x_в, Вт/м;               (18)

Q_{к.н.стр.уд} = 8,81 · 9,78 · 2,77 = 238,7 Вт/м.

Коэффициент конвективной теплоотдачи поверхности остекления в ниспадающей холодной конвективной струе воздуха:

                   α_{к.х.стр.} = 1,68 (t_в – τ^'_в)^0,333, Вт/ (м²·⁰C);           (19)

α_{к.х.стр.} = 1,68 · (20 – 7,21)0,333 = 3,93 Вт/(м²·⁰C).

Удельные (на 1 м длины остекления) конвективные теплопотери в зоне действия холодной струи:

                  Q_{к.х.стр.уд} =α_{к.х.стр.} (t_в – τ^'_в)(h – x_в), Вт/м;           (20)

Q_{к.х.стр.уд} = 3,93 · (20 – 7,21) · (3 – 2,77) = 11,6 Вт/м.

Удельные конвективные теплопотери в зоне действия нагретой и холодной струй:

                       Q_к.уд = Q_{к.н.стр.уд} + Q_{к.х.стр.уд}, Вт/м;               (21)

Q_к.уд = 238,7 + 11,6 = 250,3 Вт/м.

Для локализации ниспадающего холодного потока воздуха необходимо, чтобы конвективный тепловой поток отопительного прибора был не менее конвективных тепловых потерь через остекление. Поэтому проверяем выполнения условия:

Q_{к.о.п.уд} ≥ Q_к.уд Вт/м;

251 > 250,3 Вт/м, которое в данном случае выполняется.

Если это условие не выполняется, то следует принять новое значение эквивалентного диаметра.

Удельные полные теплопотери через остекление:

       Q_уд = α_{в.н.стр.} (t_m – τ_в)x_в + α_в(t_в – τ^'_в)(h – x_в), Вт/м;       (22)

Q_уд = 13,76 · 9,78 · 2,77 + 8 · (20 – 7,21) · (3 – 2,77) = = 396 Вт/м.

Таким образом, наличие восходящей полуограниченной струи, настилающейся на остекление, вызывает увеличение тепловых потерь на [(396– 307)/ 307] · 100 % = 29 %.

Теплопотери через остекление:

                                  Q_ост = Q_уд · l_ост, Вт,           (23)

где

l_ост – длина остекления, м;

Q_ост = 396 · 3 = 1188 Вт.

Удельный тепловой поток отопительного прибора: Q_о.п.уд = 396 Вт/м.

Поправочный коэффициент, учитывающий увеличение тепловых потерь:

            K_Q = Q_уд / Q^'_уд (24)

K_Q = 396 / 307 = 1,29.

Рисунок 2. Зависимость коэффициента увеличения тепловых потерь через остекление от сопротивления теплопередаче остекления

Для условий примера выполнен расчет при различных значениях сопротивления теплопередаче остекления. Результаты расчета представлены на рис. 2 в виде зависимости коэффициента увеличения тепловых потерь от сопротивления теплопередаче остекления. Точка встречи нагретой и охлажденной конвективных струй находится на высоте от пола 1,5–2,7 м в зависимости от сопротивления теплопередаче остекления. Эти данные могут быть использованы для ориентировочной оценки величины тепловых потерь через остекление при сходных условиях применения.

Заключение

1. Предложена методика расчета систем водяного отопления с внутрипольными конвекторами, расположенными у остекления и имеющими длину конвекторов, равную длине остекления.
2. Для защиты помещения от ниспадающего потока холодного воздуха внутрипольные конвекторы размещаются на расстоянии от остекления до конвектора до 400 мм. При этом происходит настилание потока теплого воздуха от конвектора на остекление.
3. При настилании потока теплого воздуха на остекление увеличиваются тепловые потери через остекление, что должно быть учтено в расчете.
4. Для уменьшения тепловых потерь через остекление целесообразно повышать термическое сопротивление остекления. Для варианта подбора внутрипольных конвекторов из условий восполнения конвективных тепловых потерь через остекление наименьшими будут тепловые потери при термическом сопротивлении остекления в пределах 0,55–0,65 (м²·⁰C)/Вт (коэффициент увеличения тепловых потерь – 1,18).