С другой — при переходе лучистой теплоты в конвективную (от нагрева внутренних поверхностей ограждений лучистым потоком) более теплоустойчивые ограждающие конструкции сильнее сглаживают пики лучистых теплопоступлений и отводят вглубь себя теплоту [10]. Поэтому холодильная нагрузка от лучистых теплопоступлений при ассимиляции их конвективной системой уменьшается.

Потребление энергии на охлаждение зданий следует считать актуальной задачей в связи с необходимостью экономии энергии. Правильная оценка потребления энергии системами кондиционирования воздуха невозможна без учёта нестационарности процесса кондиционирования и влияния теплоустойчивости ограждающих конструкций и помещения в целом на мощность систем и их энергопотребление.

Тепловой режим помещения в летний период формируется за счёт поступлений теплоты через наружные ограждающие конструкции, от внутренних бытовых или технологических источников и людей. Особенностью летнего теплового режима является периодичность, связанная с суточной изменчивостью параметров наружного воздуха и интенсивности солнечной радиации. К тому же характерное для современного строительства стремление к облегчению конструкций и увеличению световых проёмов приводит к резким колебаниям теплопоступлений в помещение, вызывающим нестационарность происходящих в нем теплообменных процессов. В большой части случаев системы кондиционирования воздуха работают не полные сутки. Следовательно, система кондиционирования воздуха в первые часы работы должна не только ассимилировать теплопоступления, поступающие в помещение в течение рабочего дня, но и снять перегрев помещения, сформировавшийся перед началом рабочего дня.

Тепловому режиму помещений в нестационарном процессе повсеместно уделяется большое внимание [1,2, 3, 4, 5, 6, 7].

Как известно из работ А. М. Шкловера [8], теплопоступления и нагрузка на охлаждение при нестационарном тепловом режиме не равны друг другу. Причиной неравенства между поступающей в помещение или выделяемой в нем теплотой и ассимилируемой системой кондиционирования воздуха является трансформация лучистой природы теплопоступлений в конвективную. При переходе лучистой теплоты в конвективную, которую снимает кондиционирование, нагрузка на кондиционер оказывается меньше поступившей лучистой теплоты.

Зависимость нагрузки на воздушную систему охлаждения помещения от его внутренней теплоустойчивости . 12/2015. Фото 1

Решение задачи выбора мощности систем в значительной мере определяется правильностью расчёта теплового режима помещения. Для уточнения реальной максимальной и в течение рабочего дня нагрузки помещения на системы кондиционирования воздуха необходим расчёт нестационарного теплового режима кондиционируемого помещения в течение суток.

Цель работы — определение расчётным путём зависимости холодильной максимальной и суточной (в пределах рабочих часов) нагрузки помещения от его теплоустойчивости при преимущественно лучистых теплопоступлениях.

Для расчёта нестационарного теплового режима кондиционируемого неполный день помещения применена программа для ПЭВМ [9, 10], которая использует интегрально-интерполяционный метод конечноразностного расчёта, позволяющий осуществить решение задачи в наиболее полной постановке при разнообразных изменениях условий на границах ограждений, в том числе изменений коэффициентов конвективной и лучистой теплоотдачи на их поверхностях. Метод позволяет выполнить пошаговое изменение характеристик теплового процесса во времени без привязки величины шагов во времени к шагам по координате при достаточной точности получения результата.

Модернизация программы для ЭВМ путём введения в неё возможности задания и учёта в расчёте теплоты проникающей через окна солнечной радиации, отдельного расчёта суммарных теплопоступлений в помещение и ассимилирующих потоков холода от системы кондиционирования воздуха позволила выявить зависимость холодильной нагрузки помещения на систему кондиционирования воздуха от теплоустойчивости помещения.

На величину теплового потока, ассимилирующего теплоизбытки (то есть на холодильную нагрузку), теплоустойчивость влияет в двух противоположно направленных процессах. С одной стороны, холода требуется тем меньше, чем легче отделка помещения, так как в этом случае теплоизолирующая лёгкая отделка препятствует уходу холода вглубь ограждающей конструкции [9]. С другой — при переходе лучистой теплоты от нагрева лучистым потоком внутренних поверхностей ограждений в конвективную более теплоустойчивые ограждающие конструкции сильнее сглаживают пики лучистых теплопоступлений и отводят вглубь себя теплоту [10]. Поэтому холодильная нагрузка от лучистых теплопоступлений при ассимиляции их конвективной системой уменьшается.

Проверить, как в случае ассимиляции конвективной системой лучистых теплопоступлений в течение летнего сезона, было решено для условий города Сочи. В качестве наружных условий принимались средние за каждый летний месяц суточные изменения температуры и интенсивности солнечной радиации.

На величину теплового потока, ассимилирующего теплоизбытки (то есть на холодильную нагрузку), теплоустойчивость влияет в двух противоположно направленных процессах

Зависимость нагрузки на воздушную систему охлаждения помещения от его внутренней теплоустойчивости . 12/2015. Фото 2

Для расчётов приняты рядовые помещения, имеющие «лёгкие» и «тяжёлые» ограждающие конструкции. Размеры помещения: ширина 4,74 м, глубина 6,32 м, высота 3,7 м. Размеры окна: ширина 2,56 м, высота 2,2 м. Толщина утеплителя в наружных стенах, подбиралась исходя из обеспечения приведённого сопротивления теплопередаче, равного требуемому 1,49 м2⋅°C/Вт. Внутренняя теплоустойчивость помещения в периодическом процессе с суточным периодом оценивалась показателем теплоусвоения помещения Yп [8]. Значения безразмерного отношения показателя теплоусвоения помещения Yп [Вт/°С] к показателю конвективного теплообмена Λ [Вт/°С] равны: при лёгкой отделке помещения Yп/Λ = 1,48, при тяжёлой — Yп/Λ = 7,39.

В помещении поддерживалась температура воздуха 23,5-24,5°C в течение рабочего дня с 9:00 до 18:00 часов.

В табл. 1 приведены результаты расчёта тепловой нагрузки на систему кондиционирования воздуха помещения, окна которого обращены на юг и восток. Следует иметь в виду, что в расчётах учитывались все теплопоступления в помещение: и от солнечной радиации через окна, и теплопоступления за счёт теплопередачи через наружные ограждающие конструкции. Влияние лёгкой или тяжёлой отделки сказывается незначительно, хотя преимущество тяжёлой отделки прослеживается явно. Это означает, что процессы трансформации лучистой теплоты в конвективную превалируют над процессами теплоустойчивости по отношению к прерывистому охлаждению помещения.

Выводы

1. На потребление холода для кондиционирования воздуха оказывает влияние не только теплоустойчивость помещения, но и природа (конвективная или лучистая) теплопоступления, формирующего нагрузку.

2. При кондиционировании воздуха, когда ассимиляция теплопоступлений осуществляется конвективным путём, выбор лёгкой внутренней отделки для помещения целесообразен при превалировании конвективных теплопоступлений в помещение, а тяжёлой — при превалировании лучистых.

Расчёты нестационарного теплового режима помещения с лучистыми теплоизбытками показали меньшие затраты холода для помещений с тяжёлыми ограждающими конструкциями. Причём экономия холода по сравнению с теплопоступлениями в Сочи за сезон составляет более 8 %.