Вопросы для самоконтроля

1. Какая математическая зависимость использована при построении диаграммы i - d?

2. Перечислить параметры состояния воздуха, определяемые с помощью диаграммы i – d?

3. Дать определение параметрам: относительная влажность воздуха, точка росы, влагосодержание, температура мокрого термометра.

4. Имеется ли зависимость относительной влажности воздуха от влагосодержания и наоборот?

5. Как определяются параметры смеси двух объемов воздуха с различными параметрами, входящих в смесь?

6. Какие процессы изменения состояния воздуха сопровождаются выпадением росы (конденсата)?

7. Какие процессы изменения состояния воздуха сопровождаются выпадением тумана?

Практическая работа №2 определение теплопритоков в судовых и стационарных помещениях

Цель работы

Целью работы является изучение особенностей и практическое освоение расчета теплопритоков (теплопотерь) в судовые и стационарные помещения за счет различных источников.

Теоретический материал

В разделе перечислены основные источники теплопритоков, даны формулы их расчета и приведены самые необходимые справочные данные.

Источники теплопритоков в судовые и стационарные помещения при соответствующем их назначении одинаковы. Суммарные теплопритоки в помещение ΣQ, кВт, определяются по формуле:

ΣQ = Q_огр + Q_ср.н. + Q_ср.о. + Q_л + Q_осв + Q_об + Q_др,

где Q_огр - теплопритоки через ограждения под воздействием разности температур (борта, палубу, подволок, стены, пол, потолок), кВт;

Q_ср.н. - теплопритоки от солнечной радиации через неостекленные поверхности борта, стены, кВт;

Q_ср.о - теплопритоки от солнечной радиации через остекленные поверхности борта, стены, кВт;

Q_л - теплопритоки от людей, работающих в помещении, кВт;

Q_осв, Q_об - теплопритоки от освещения и оборудования, кВт;

Q_др - теплопритоки от других источников (для столовых, камбузов, прачечных и др. помещений, включая скрытое тепло, поступающее с паром), кВт.

Определение теплопритоков от отдельных источников для судовых и стационарных помещений имеет некоторые особенности.

Теплопритоки через ограждения

Теплопритоки (летом) и теплопотери (зимой), кВт, для данного помещения определяются по формуле:

Q_огр = ∙ F_i ∙ Δt_i,

где i = 1 - n - номер ограждения;

k_i - коэффициент теплопередачи отдельного ограждения,

Вт/м^{2 0}С

F_i - площадь поверхности ограждения; м²;

Δt_i - разность температур воздуха с обеих сторон

ограждения, ⁰С.

Коэффициенты теплопередачи ограждений для судовых помещений рекомендуется принимать следующими:

k = 0,93 - 1,16 - для борта, наружных стенок, подволока и полубака над машинно-котельным отделением;

k = 2,9 - для палубы над машинно-котельным отделением;

k = 0,58 - для палубы над рефрижераторными помещениями (трюмами);

k = 4,65 - для остекленных поверхностей;

k = 0,46 - 0,8 - для ограждений рефрижераторных трюмов и провизионных камер.

Для теплоизоляции ограждений судовых помещений используются плиты из пенопласта ФС-7 толщиной до 50 мм, пенополиуретан толщиной 25-30 мм и другие близкие к ним по теплоизоляционным свойствам материалы. Изоляционные конструкции ограждений должны исключать отпотевание внутренних поверхностей ограждений в зимний период; температура внутренних поверхностей ограждений должна отличаться от температуры точки росы t_р, а также и от температуры воздуха в помещении не более чем на 2k

t_ст.п. = t_р + (2÷3), ⁰С

t_ст.п. = t_п – 2, ⁰С

Коэффициент теплопередачи борта или стены определяется по формуле

k = ,

где λ_д, λ_из, λ_м, λ_ш, λ_с - коэффициенты теплопроводности соответственно, декоративного покрытия, изоляции, металлической стенки, штукатурки, материала стены, Вт/м∙⁰С.

Расчетные величины физических показателей строительных материалов приведены в приложении 4.

С небольшим запасом в расчете термическим сопротивлением декоративного покрытия и металлической стенки можно пренебречь.

При малой подвижности воздуха в помещении α_п = 8÷12 Вт/(м^{2 0}С). '

Величина коэффициента теплоотдачи от α_н воздуха к наружным поверхностям (борту) определяется по эмпирическим формулам:

При скорости ω < 5 м/с, α_н =6,16 + 4,19 ∙ω,

при скорости ω >5 м/с, α_н = 7,53 ∙ ω^0.78

где ω - скорость воздуха, м/с, принимаемая равной скорости судна.

Коэффициент теплоотдачи для подводной части борта судна определяется по критериальному уравнению

Nu = 0,0365 ∙ Re^0,8 ∙ Pr^0,4 ,

где Nu = α_н ∙ - критерий Нуссельта;

Ne = v_w ∙ - критерий Рейнольдса;

Pr = - критерий Прандтля;

- определяющий размер, м;

_w - коэффициент теплопроводности воды, Вт/м ∙ ⁰C;

v_w - скорость движения воды, м/с;

= - коэффициент кинематической вязкости, м²/с;

a = - коэффициент температуропроводности, м²/с;

- коэффициент динамической вязкости, кг/(м ∙ с).

Толщина изоляции для недопущения отпотевания внутренней поверхности ограждения может быть определена из формулы удельного теплового потока.

q = ∙ (t_п – t_ст.п) = ,

δ_из = λ_из ∙ ()

следовательно, толщина δ_из = f(t_ст.п) т.е. определяется по допустимой температуре внутренней поверхности стенки.

Расчетная величина толщины изоляции должна быть не меньше, чем определяемая из условия недопущения отпотевания стенки. В зимнем режиме толщина изоляции больше, чем требуется для недопущения отпотевания поверхности стенки.

Изолированные ограждения стационарных помещений, разделяющие кондиционируемые и охлаждаемые помещения, должны проверяться на отсутствие зоны конденсации влаги внутри изолированной конструкции. Толщина гидропароизоляционного слоя определяется по формуле

δ_г.п = ΔP ∙ μ,

где δ_г.п - толщина гидропароизоляционного слоя, м;

ΔP = 2,13 (Р_н – Р_п) - сопротивление паропроницанию гидропароизоляционного слоя, м² ∙ ч ∙ Па/кг;

Р_н, Р_п - парциальное давление водяного пара воздуха

снаружи и в помещении, Па;

μ - коэффициент паропроницаемости гидропароизляционного материала, кг/(м² ∙ ч ∙ Па/кг).

Расчетные величины сопротивления паропроницанию R_п = - для некоторых материалов приведены в приложении 4.

Рисунок 6. Теплотехническая характеристика ограждения (борта):

δ_д, δ_из, δ_м - толщины соответственно декоративного покрытия, изоляции и металлического борта, м;

α_п, α_н - коэффициенты теплоотдачи со стороны помещения и снаружи, Вт/(м^{2 0}С);

Т_ст.п, Т_ст.н - температура стенки в помещении и снаружи, ⁰С;

q - удельный тепловой поток, Вт/м².

Коэффициенты теплопередачи ограждений стационарных помещений рассчитываются для каждой принятой конструкции ограждения. Коэффициенты теплопередачи остекленных поверхностей могут приниматься следующими:

K_ок = 3 Вт/(м² • К) - для одинарного остеклении;

k_ок = 1,5 Вт/(м² • К) - для двойного остекления.

Коэффициенты теплоотдачи для ограждений стационарных помещений принимаются в соответствии табл.6.

Расчетные параметры наружного воздуха и воздуха стационарных помещений принимаются по данным литературных источников СНиП II 33-75.

Таблица 6. Коэффициенты теплоотдачи наружные и внутренние.

Род поверхности

α, Вт/(м^2 С)

Поверхности, соприкасающиеся с наружным воздухом (наружные стены, безчердачные покрытия и др.) Поверхности, непосредственно не соприкасающиеся с наружным воздухом (выходящие на чердак, над холодными подвалами и подпольями) Внутренние поверхности стен, полов, потолков, гладких или со слабовыступающими ребрами, отшение высоты h, которых к расстоянию между гранями соседних ребер а: <0,2 Потолки, имеющие ребристую поверхность: с = 0.2 - 0,3 с >0,3

23.26 8,14÷5,82 8,72 8,14 7,56

Расчетные параметры наружного воздуха и температура забортной воды принимаются в зависимости от разрешенных районов плавания для данного типа судна (ГОСТ 24389-80, СТ СЭВ 1589 -79). Некоторые расчетные параметры приведены в табл. 7. Нормы микроклимата судовых помещений принимаются в соответствии с санитарными-правилами для морских и речных судов СССР, табл. 8,9.

При расчете изоляции, а также теплопритоков, температура поверхности подводного борта может быть принята при большой величине коэффициента теплоотдачи от борта к воде t_н = t_w -2 °С. При плавании в южных широтах температура поверхности надводного борта, облучаемого солнцем, может быть принята равной +44°С при окраске в черный цвет и +35 °С - в светлые тона; палубы соответственно +55°С и - 45 ^оС.

Таблица 7. Расчетные параметры воздуха и забортной воды.

Расч. условия	Тип судна	tнл, К (°С)	нл, %	twл, К (°С)	tнз, К (°С)	нз, %	twз, К (°С)
Для судов с неограниченным районом плавания
ОМ	морские суда (с уч. тропиков)	307 (34)	70	303 (30)	248 (-25)	85	273 (0)
ОМ1	Суда смешанного плавания	303 (30)	60	300 (27)	250 (-23)	85 85	- -
ОМ2	Суда внутреннего плавания	301 (28)	55	297 (24)	261 (-12)	85	- -
Для судов с ограниченным районом плавания
01	Сев. часть Беренгова моря, Чукотское море, Сев. часть Охотского	285 (12) 288 (15)	80 75	281 (8) 284 (11)	233 (-40) 233 (-40)	85 85	271 (-2) 271 (-2)
02	Сев. часть Японского моря	298 (25)	75	293 (20)	250 (-23)	85	273 (0)

Примечание: индексы н - наружная, л - летняя, з - зимняя,

w - вода.

В соответствие с требованиями Санитарных правил морских судов промыслового флота СССР (1980 г.) в жилых и общественных помещениях должны поддерживаться следующие результирующие температуры РТ с точностью ±2  4 °С.

Таблица 8. Расчетные параметры воздуха судовых помещении

Параметры	Расчетные условия
	ОМ	ОМ1 ОМ2 О5	01	03	04	06
Каюты
Относительная влажность п,%	40-60
Температура: при кондиционировании воздуха летом tплк, ^0С	25	23	20	ниже на 11^0С tнл	25	27
При вентиляции помещений летом tплв, ^0С	На 5 ^0С выше tнл			-	-	-
При кондиционировании и отоплении зимой tпз	20			20

Таблица 9. Результирующие температуры, С

Район плавания	РТ
	Летом	Зимой
Ограниченный до 30  северной и южной широты	24,1	-
от 30  до 45  северной и южной широты	23,2	19,2
от 45  до 60  северной и южной широты	19,7	18,1
более 60  северной и южной широты	20,5	19,0
Неограниченный	24,1	18,1

При этом перепад температур наружного воздуха t_н и воздуха помещения t_п не должен превышать значений, приведенных на рис.7.

Рисунок 7. Допустимый перепад температур наружного воздуха

и воздуха помещений

При направленных струях подачи обработанного воздуха в помещение разность температур воздуха не должна превышать 5 °С, при этом в качестве воздухораспредедителя используется решетка. При малой подвижности воздуха в зоне пребывания людей перепад температур воздуха приточного и помещения может быть доведен до 12 °С и в некоторых случаях до 14 - 16 °С; при этом должны использоваться специальные воздухораспределители.

Теплопритоки от солнечной радиации

В судовые помещения теплопритоки от солнечной радиации как максимальная величина для одного из бортов судна определяются в летний период через все неостекленные поверхности по формуле:

Q_н.ср. = ,

где k_i - коэффициент теплопередачи рассчитываемого ограждения, Вт/(м² К);

_н - коэффициент теплоотдачи с наружной стороны, Вт/(м² К);

q_н - напряжение солнечной радиации, Вт/м², табл. 10.

_р – коэффициент поглощения солнечной радиации;

для гладкой окрашенной поверхности белого цвета - 0,4;

- серого цвета - 0,7;

- черного цвета - 0,9;

- окрашенной суриком - 0,9;

- окрашенной серебрянкой - 0,45;

для штор белых – 0,35; темных – 0,8;

для оцинкованного железа – 0,64; меди полированной – 0,2 и меди тусклой – 0,64;

F_i - площадь поверхности ограждения, м².

Теплопритоки в судовые помещения от солнечной радиации через остекленные поверхности определяются в летний период по формуле:

Q_о.ср. = ,

где  - коэффициент пропускания солнечной радиации

для стекла, %, толщиной 8 мм – 88,6;

10 мм - 85,8;

20 мм - 83,1;

30 мм – 81,5;

_р - коэффициент поглощения солнечной радиации при зашторивании;

F₀ - площадь поверхности остекления.

Таблица 10. Напряжение солнечной радиации

Район плавания	qн, Вт/м^2
	вертикальная поверхность, qнВ	горизонтальная поверхность, qнГ
Неограниченный Черное море с выходом в тропические районы Каспийское море Черное и Азовское моря, Японское, Охотское моря и Тихий океан без выхода в тропические районы	721 721 710 698	1047 1047 988 872

В стационарные помещения теплопритоки от солнечной радиации через неостекленные поверхности могут определяться по формуле:

Q_н.р.н. = _,

где k_c - коэффициент теплопередачи наружной стены,

Вт/(м² К);

а = 0,7 – 0,3 - коэффициент затенения стены кровлей;

F_c - суммарная площадь поверхности всех стен, кроме северной, освещаемых солнцем, м²;

F_з - суммарная площадь поверхности всех затененных стен, включая северную, м²;

t_c = 0,5 - 25 - условный температурный напор воздуха снаружи и внутри помещения; зависит от характеристики ограждения.

В зимний период Q_с.р.н принимается равным нулю.

Теплопритоки через остекленные поверхности

Теплопритоки через остекленные поверхности стационарных помещений могут определяться по формуле:

Q_с.р.о. = F_o k₁ k₂ k₃ q_c+k_o (t_н – t_п),

где F_o - суммарная площадь остекленных поверхностей, м²; k₁, k₂, k₃ - коэффициенты соответственно затенения

переплетом, загрязнения стекла, затенения затеняющими устройствами;

q_c - удельный теплоприток от солнечной радиации через одинарное стекло, табл. 11;

k_o – коэффициент теплопередачи окна.

Теплопритоки через полы

Теплоприток через полы в летний период принимается равным 0, в зимний – определяется по зонам.

Полные теплоизбытки (в зимний период теплопотери) через пол в зимний период будут составлять

Q_пол. = к_зоны  F_зоны  (t_н – t_п),

где F_зоны – площадь четырех зон пола, отложенных от наружной стены помещения, м²;

к_зоны - действительный коэффициент теплопередачи пола каждой зоны, Вт/(м² · ^oC);

t_н – температура снаружи ограждения, ^oC;

t_п – температура воздуха кондиционируемого помещения, ^oC;

Значения действительного коэффициента теплопередачи (К_зоны) пола каждой зоны принимаются следующие:

1-я зона 0,4 Вт/(м² · ^oC);

2-я зона 0,3 Вт/(м² · ^oC);

3-я зона 0,2 Вт/(м² · ^oC);

4-я зона 0,06 Вт/(м² · ^oC).

Таблица 11. Количество тепла максимальное - прямой q_сп (числитель) и рассеянной q_ср солнечной радиации в июле, поступающего в помещение через одинарное остекление вертикального

и горизонтального заполнения световых проёмов, Вт, до полудня (после полудня)

Географическая широта градус широта	Вертикальное заполнение световых проемов при ориентации qсп / qср							Горизонтальное заполнение
	СВ(СЗ)	В(З)	ЮВ((ЮЗ)	Ю	ЮЗ(ЮВ)	З(В)	СЗ(В)
36	369 (114)	435 (134)	307 (108)	110 (78)	3.5 (69)	- (67)	- (65)	716 (104)
40	345 (112)	493 (133)	354 (108)	257 (81)	45 (72)	- (65)	- (65)	692 (104)
44	357 (110)	509 (110)	397 (108)	288 (85)	73 (77)	- (65)	- (65)	668 (97)
48	349 (107)	542 (129)	427 (112)	317 (88)	100 (78)	- (65)	- (65)	643 (98)
52	391 (106)	545 (129)	448 (114)	344 (91)	150 (78)	- (65)	- (63)	630 (98)
60	404 (86)	556 (110)	501 (98)	449 (91)	215 (71)	- (56)	- (54)	578 (80)
68	475 (78)	588 (99)	583 (99)	523 (102)	302 (71)	- (51)	- (51)	520 (67)

Теплопритоки от людей

Теплопритоки от людей определяются по формуле

Q_л = n q_чел,

где n - число людей, одновременно находящихся в помещении;

q_чел - тепловыделение одним человеком, при определенном характере выполняемой работы, Вт.

Тепловыделения одного человека могут быть приняты следующими в зависимости от тяжести физических нагрузок:

покой (зрелищные помещения)- 115,

умственная работа -145,

легкая физическая работа, сидя (столовые) – 160,

легкая физическая работа, стоя (магазин) – 175,

средней тяжести физическая работа

(производственные помещения) – 230,

тяжелая физическая работа – 380,

очень тяжелая физическая работа – 660.

Теплопритоки от освещения

Теплопритоки от освещения определяются по формуле

Q_осв. = F  q_осв.  Е,

где F – площадь пола, м²;

q_осв. – удельные тепловыделения от освещения, Вт/(м²  лк) (таблица 12);

Е – освещенность, лк.

Таблица 12. Удельные тепловыделения от освещения,

Вт/(м²  лк)

Светильник	Лампы
	Люминисцентные	Накаливания
Прямого света	0,056	0,130
Рассеянного света	0,078	0,175
Отраженного света	0,132	0,260

Освещенность Е зависит от назначения помещения. Нормы освещенности (10-500 лк) для различных помещений:

- стационарные производственные помещения при общем освещении в зависимости от характеристики зрительной работы 100-1500 лк;

- при комбинированном освещении 200-5000лк;

- помещение вентиляторов 100 лк;

-помещения кондиционеров, насосов, тепловых пунктов 75 лк;

- машинные залы насосных, компрессорных, воздуходувов 100-150 лк;

- жилые помещения 50-100 лк; - комната отдыха 75-500 лк;

- помещения учебных заведений 50-500 лк;

- предприятия общественного питания 75-300 лк;

- судовые помещения: каюты 50-200 лк: общественные помещения (кают-компании, салоны, библиотека) 75-200 лк; помещения пищеблока 30-300 лк; помещения реф.установок, насосных 30-150 лк; грузовые трюмы 20-30 лк.

Теплопритоки от оборудования

Количество теплоты, выделяемой механическим оборудованием с электроприводом, определяется по формуле

Q_обор. = ,

где N – мощность электродвигателя, кВт;

n – число единиц оборудования;

а – коэффициент загрузки электродвигателя;

в – коэффициент рабочего времени оборудования;

ξ =   1 – часть мощности, расходуемой внутри помещения;

 = 0,8  0,92 – коэффициент полезного действия электродвигателя.

Теплопритоки от других источников

В стационарных и судовых условиях при кондиционировании воздуха в столовых, ресторанах, камбузах (кухнях), прачечных и других должны определяться теплопритоки от остывающей пищи и технологического оборудования.

Явные теплопритоки от остывающей пищи в обеденных залах, столовых и ресторанах определяется по уравнению

Q_явн = n q_явн,

где n- число посадочных мест;

q_явн =29 Вт – явные теплопритоки от остывающей пищи на одно посадочное место.

Тепловыделения камбузного (куханного) оборудования могут быть приняты по опытным данным, приведенные в табл. 13.

Таблица13. Тепловыделения камбузного оборудования.

Оборудование	Единицы измерения	Тепловыделения кВт
		без ширмы	с ширмой
Плиты камбузные Плиты электрокамбузные Мармитная электроплита Котлы пищеварочные паровые емкостью, л: 100 250 Котлы пищеварочные электрическиеемкостью, л: 50 100 250 Хлебопекарные печи	1 м^2 горячей поверхности то же то же на 1 котел то же на 1 котел то же то же 1 м^2 площади пола	4,07 5,23 2,33 1,98 2.67 0,93 1,63 3,6 0,93	1,63 2,09 0,93 0,81 1,05 - - - -

Таблица 14. Тепловыделения в прачечных.

Оборудование	Производи-ность по сухому белью, кг\ч	Потребляемая мощность, кВт	Тепловыделения кВт
			явные	скрытые
Стиральная машина Стиральная машина Чан для полоскания Чан для полоскания Каток паровой с пятью вальцами Электроутюг Сушилка (на 1 кулису) Мокрое белье 100 кг Пол (на 1 м^2 помещения)	85 24 106 75 60 - 65 - -	2,2 1,75 0,75 0,75 1,3 - - - -	1,93 0,91 - - 7,91 0,48 0,58 - -	2.67 1,98 1,92 1,51 2,97 0,22 - 3.6 -