Коэффициенты облученности охлаждающих панелей на поверхности рабочей зоны вычисляются отдельно для каждого случая расположения панелей (рис. 3) по исходным зависимостям (таблица 1) с использованием традиционных свойств лучистых потоков в помещении.

Решение системы уравнений (1) и (2) относительно неизвестных температуры поверхности рабочей зоны и температуры промежуточных ограждений:

В силу нелинейности зависимости коэффициентов конвективного теплообмена в уравнениях (1) и (2) их решение осуществляется с помощью итераций.

С целью разработки упрощенных зависимостей, предназначенных для расчета системы при проектировании, проведено математическое моделирование. В результате моделирования определялись показатели СПЛО при различных вариантах расположения панелей и разной природе теплопоступлений в помещение.

Варианты расположения охлаждающих панелей (рис. 3): 1 - по всей площади потолка; 2 - по всей площади пола; 3 - в стенах у пола; 4 - в стенах у потолка; 3.2 - в двух боковых стенах у пола; 3.1 - в одной боковой стене у пола; 4.2 - в двух боковых стенах у потолка; 4.1 - в одной боковой стене у потолка.

Рис. 3. К моделированию лучисто-конвективного теплообмена в помещении с вариантным расположением охлаждающих поверхностей

Холодоотдача панели QП рассчитывается по формуле:

где: QP - величина холодопроизводительности, рассчитанная относительно максимального перепада температуры (tв-t1):

определяется по формуле:

В качестве примера на рис. 4 показана зависимость величины q1 от определяющих параметров.

Рис. 4. Зависимость величины q1 от размеров помещения а, h и общей для помещения конвективной доли тепловой нагрузки ? Уменьшение величины q1 с увеличением конвективной доли тепловой нагрузки свидетельствует о высокой эффективности использования СПЛО в помещениях с большими площадями остекления и теплопоступлениями от солнечной радиации. Относительная холодоотдача панели имеет наибольшее значение в варианте 1 (таблица 2).

0,9 0,8 0,86 0,86

В случае, когда площадь разных вариантов поверхностей оказывается достаточной для покрытия холодильной нагрузки, выбор того или иного места расположения панели зависит от теплотехнической эффективности варианта. Для оценки теплотехнической эффективности варианта охлаждающей поверхности предложен коэффициент, который показывает долю общей холодоотдачи СПЛО, приходящуюся на рабочую зону. Чем больше его значение, тем выше эффективность варианта СПЛО:

где: QРЗ - баланс тепла в пределах объема рабочей зоны:

где ?- конвективная доля тепловой нагрузки:

где: Qк и Qл – конвективная и лучистая части тепловой нагрузки, Вт.

Коэффициент С служит показателем эффективности расположения охлаждающей поверхности. Он равен: для варианта 1 - C=0.5; для варианта 3.1 - C=0.43; для варианта 3.2 - C=0.36; для варианта 4.1 - C=0.56; для варианта 4.2 - C=0.51. Для варианта 2: C=0.38-0.07(а/h).

приходится на вариант 2 (расположение панелей в полу).

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 а/h=1; 6 - то же при а/h=2; 7 - то же при а/h=3

0 В теплое время года система водяного охлаждения работает как фоновая круглосуточно, а воздушная СКВ - только в течение рабочей смены. При этом практически безинерционная СКВ рассчитывается на покрытие пиковой холодильной нагрузки. Такое сочетание систем повышает гибкость регулирования и, следовательно - эффективность обеспечения микроклимата. При этом две системы, работающие параллельно и подающие в помещение тепловые потоки разной природы и в разное время суток, по-разному воздействуют на формирование температурных условий в помещении.

В случае применения СПЛО в помещении ассимилируется существенное количество лучистого тепла, что позволяет понизить среднесуточную температуру поверхностей. При конвективном охлаждении (вариант 1) снижение температуры воздуха в рабочее время происходит от высокого температурного уровня (рис. 6.а), что требует излишней холодильной мощности СКВ. Во втором варианте - при круглосуточной работе фоновой СПЛО и работе СКВ в рабочее время (рис. 6.б) температура воздуха в рабочее время повышается относительно радиационной температуры в результате подогрева помещения внутренними теплопоступлениями, что позволяет понизить холодильную мощность СКВ.

Рис. 6. Процесс формирования температуры воздуха с помощью СКВ (а) и комплексной системы- (СКВ +СПЛО) (б).

Оценка температурных условий в помещении проводилась по методу расчета, разработанному ранее Ю.Я. Кувшиновым. Модель нестационарного теплового режима при этом была уточнена применительно к рассматриваемой задаче включением в нее решения (3) и (4). Соотношение температуры воздуха и радиационной температуры помещения tR в соответствии с уточнением имеет

где: Qj - возмущающие и регулирующие тепловые потоки, составляющие тепловую нагрузку на помещение, включая тепловой поток от конвективной системы, Вт; ?j - конвективная доля потока Qj , составляющего тепловую нагрузку; QП - холодоотдача охлаждающей поверхности, Вт; ?п - конвективная доля холодоотдачи охлаждающей поверхности.

Коэффициенты ?1, ?2, ?3, ?4 , уточняющие решение (12), зависят от теплофизических свойств помещения. Расчеты показывают, что коэффициенты ?3 и ?4 , меньше коэффициентов ?1 и ?2 на два порядка, что позволяет ими пренебречь и упростить расчетные формулы.

В таблице 3 в качестве примера приведены среднесуточные значения радиационной температуры для двух вариантов работы систем в различных тестовых помещениях. Как видно из таблицы 3, разница между значениями радиационной температуры для вариантов 1 и 2 составляет более 3 °С.

Значения температуры воздуха для часов суток в рассматриваемых помещениях для принятых вариантов показаны на рис. 7. Из рис. 7 видно, что в рабочее время температура воздуха изменяется в определенных пределах, принимая в среднем за смену заданное значение рабочей температуры 26 °С. При этом отклонение температуры в рабочее время составляет от -0.9 до 0.4 °С, что является допустимым.

Рис. 7. Суточный ход температур воздуха помещений

При обеспечении температурных условий в помещении двумя системами конвективной (СКВ) и лучисто-конвективной (СПЛО) необходимо разделить между ними общую холодильную нагрузку. Соотношение холодильной мощности СПЛО (QП) и СКВ (QC) определялось из уравнения баланса среднесуточных возмущающих и регулирующих тепловых потоков:

- коэффициенты нагрузки соответственно для СКВ, работающей часть суток, для СПЛО и для тепловых потоков, составляющих тепловую нагрузку на помещение. Коэффициенты нагрузки ?, предложенные Ю.Я. Кувшиновым, определяют теплотехнические и теплоинерционные свойства помещения, вид и функцию времени тепловых воздействий на помещение, а также вид и режим работы системы, обеспечивающей микроклимат.

Уравнение баланса тепловых потоков в помещении (13) позволяет выбрать соотношение долей холодильной мощности параллельно работающих систем в случае, когда мощность одной из них задана.

При совместном обеспечении температурных условий в помещении холодильная мощность СКВ может изменяться от минимальной величины, определяемой санитарной нормой воздухообмена и принятой температурой приточного воздуха, до максимальной, соответствующей работе только одной СКВ. Соответственно мощность СПЛО может изменяться от минимальной до максимальной величины. Соотношение холодильной мощности при совместной работы СКВ и СПЛО определяется показателем относительной мощности СПЛО:

где: QП.1 - тепловая мощность при одиночной работе СПЛО, Вт; QП - то же при совместной работе СПЛО и СКВ, Вт.

Для выбора целесообразного соотношения нагрузки на СПЛО и СКВ проведено численное моделирование режима их совместной работы в расчетных условиях. Рассмотрены 2 варианта планировки и назначения тестовых помещений, для каждого из помещений были приняты 2 варианта ориентации (южной и северной половины румбов) фасадов в трех характерных климатических зонах (Центр, Западная Сибирь, Юг России). Принятые к рассмотрению 12 вариантов помещений имеют холодильную нагрузку в расчетных условиях от 50 до 115 Вт на 1 м2 площади пола. Общее число рассмотренных вариантов, равное 70, представляет выборку, правомерно претендующую на высокую достоверность результатов.

Рис. 8. Диаграмма зависимости холодильной мощности от ?

Из рис. 8 видно, что с уменьшением величины ? имеет место нелинейное возрастание QСКВ, при этом возрастает суммарная холодильная установочная мощность охлаждающих систем; с уменьшением ? от 1 до 0.5 годовой расход холода уменьшается, а затем остается неизменным, несколько уменьшаясь или увеличиваясь; отмеченные ранее обстоятельства свидетельствуют о наличии оптимума в середине шкалы ?; внешние климатические условия оказывают существенное влияние на годовое потребление холода, т.к. расход холода, расходится в вариантах для разной ориентации помещений и в разных климатических зонах в 2-3 раза.

Для количественной оценки энергетической эффективности средств обеспечения микроклимата принята величина суммарного годового расхода энергии системами, которая определялась из рассмотрения годового режима работы систем.

Расход холода на охлаждение помещения для СПЛО:

где: М – число рабочих дней в рассматриваемом месяце; ?? - суточная продолжительность рабочего времени, ч; N1 и N2 - порядковые номера

месяцев начала (1) и конца (2) охладительного периода; Q - средняя за рабочее время суток холодильная мощность СПЛО, Вт.