- •Теплонаджодження і тепловтрати без врахування теплоакумулювальної здатності огорож та меблів
- •5.1. Кількість теплоти, вологи і газових (пилових) забрудників, які переміщуються притікально-витікальними повітряними потоками
- •5.2. Теплонадлишки і теплонедостачі приміщення
- •5.2.1. Тепловиділення від людей
- •5.2.2. Теплонадходження від електричного освітлення
- •Питомі тепловиділення від люмінісцентних ламп [4]
- •Частка окремих складових теплонадходжень від освітлювальних приладів в умовно нерухоме внутрішнє повітря є наступною:
- •Номінальне напруження освітленості згідно din 5035 і встановлена потужність освітленості приміщень різного призначення* [5, 9]
- •Номінальне напруження освітленості е згідно din 5035, т (10.79) [25] і показники освітленості місць праці
- •Вентильовані оправи світильників
- •Коефіцієнт теплового навантаження (навантаги) приміщення μв при вентильованих оправах світильників [9]
- •5.2.3. Тепловиділення від електричних машин, механізмів і обладнання
- •Ккд трифазних індукційних електродвигунів за повного їх завантаження [9]
- •Теплонадходження від різного електропобутового обладнання [9]
- •5.2.4. Теплонадходження від нагрітого обладнання [1]
- •Значення коефіцієнтів b і а
- •5.2.5. Тепловиділення від нагрівних приладів системи фонового (чергового) обігрівання
- •5.2.6. Теплонадходження від сонячного випромінення
- •Коефіцієнт пропускання сонячного випромінення gпр різними видами шибок за нормального падіння променів [9,11]
- •Потужність повного сонячного променистого потоку, який проникає через одинарно засклену поверхню в Вт/м2 (величини з vdi 2078 (08.77); т – показник (коефіцієнт) захмарення
- •Частка поверхні скла g* в різних конструкціях віконних блоків [9]
- •Коефіцієнт пропускальності сонячного проміння b для різних типів скла і різних протисонячних заслонів [9]
- •Температура повітря в прилеглих приміщеннях (за відсутності в них ск), і грунту влітку, згідно vdi 2078 (08.77) [ 21 ]
- •Сонячна температура зовнішнього повітря
- •Температури навколишнього (зовнішнього) повітря і сонячні температури повітря
- •Рівноважна еквівалентна різниця температур Δtекв в 0с для освітлених сонцем і затінених стін [9]
- •Рівноважна еквівалентна різниця температур Δtекв в оС для дахів освітлених сонцем і затінених [9]
- •5.2.7. Тепловиділення від страв в приміщеннях підприємств громадського харчування
- •5.2.8. Тепловиділення від зовнішньої поверхні трубопроводів
- •5.2.9. Тепло- і вологовиділення від поверхні нагрітої води
- •5.2.10. Тепло- і вологовиділення за температури випаровування води [24]
- •5.3. Тепловтрати приміщень
- •Розрахунок тепловтрат приміщень, що обігріваються безперервно
- •Додаткові втрати теплоти на нагрівання інфільтраційного повітря
- •Поправний коефіцієнт k на зміну швидкісного тиску вітру
- •Витрати теплоти на нагрівання деревинних матеріялів
- •Витрати теплоти qт на нагрівання залізничного товарного вагона [9,10]
- •Витрати теплоти на нагрівання автомобіля [29,10]
- •5.4. Вологовиділення в приміщення
- •5.4.1. Виділення водяної пари
- •Кількість вологи Мвл.Гор , яка утворюється при згоранні 1 кг палива
- •5.4.2. Випаровування різних речовин
- •Вміст летких розбавників в емалях m, %
- •Вміст летких розріджувачів в шпатлівках і грунтах та клеях m, %
- •5.4.3. Випаровування рідких хімічних речовин з відкритих поверхонь розчинів [24]
- •Молекулярна маса Мр і парціальний тиск р насиченої пари деяких рідких речовин при температурі 20 оС
- •5.5. Газовиділення в приміщення
- •Виділення со2 дорослою людиною
- •Концентрації окремих газових забрудників в газовій суміші, яка утворюється в циліндрах двигуна Сц і в картері Ск, мг/л [1]
- •Газовиділення при роботі автомобільних двигунів [30]
- •Потужності автомобільних двигунів [30]
- •Коефіцієнт ki врахування інтенсивності руху автомобілів [30]
- •Розподілення газовиділень по поверхах в багатоповерхових гаражах [30]
- •Масовий вміст забрудників у спрацьованих газах
- •Час перебування автомобіля в приміщенні з включеним двигуном
- •Кількість летких речовин, які виділяються у внутрішнє повітря при фарбуванні різними методами
- •Значення коефіцієнта с, який враховує вихід по струму металу при електрохімічних процесах
- •Питомий винос забрудника із технологічної ванни [30]
- •Кількість шкідливих газів, які виділяються в приміщення при спалюванні 1 кг палива [30]
- •5.6. Пиловиділення в приміщення
- •Питомі виділення і хімічний склад пилу при зварюванні електродами [30]
- •Питомі виділення пилу і оксидів марганцю [30]
- •Зведена таблиця виділень забрудників в приміщеннях
- •5.7. Вибухливість газових, парових і пилоподібних речовин в сумішах з повітрям
- •Вибухонебезпечні концентрації Свиб газових і парових речовин в повітрі [1]
- •Література до розділу 5
5.2.10. Тепло- і вологовиділення за температури випаровування води [24]
Експериментально встановлено, що швидкість випаровування води з відкритої поверхні пропорційна різниці тисків пари у безпосередній близькості від поверхні води при температурі випаровування і 100 % насиченні р1 і парціальним тиском водяної пари у повітрі р2. За нормального барометричного тиску ця експериментальна залежність має вигляд
де D/(zF) – кількість пари, що випарувалась з одиниці водної поверхні за одиницю часу, кг/(м2год); z – час випаровування, год; F – поверхня дзеркала води (випаровування), м2; - коефіцієнт випаровування.
Було також встановлено, що швидкість випаровування води у навколишнє повітря є обернено пропорційною до барометричного тиску, тобто
,
де РБ – фактичний барометричний тиск, Па; 101325 – нормальний барометричний тиск, Па.
Чисельне значення коефіцієнта залежить від швидкості і напрямку руху повітряного потоку щодо поверхні рідини, форми поверхні випаровування та інших чинників.
Рідина випаровується, якщо температура її поверхні вища (рис. 5.17,а) або нижча (рис.5.17, б) від температури навколишнього середовища. У першому випадку потік теплоти, що потрібний для випаровування, скерований від поверхні рідини в навколишнє середовище, а у другому випадку – від навколишнього середовища до поверхні рідини.
t1
> t2
t1
< t2
Рис. 5.17. Схеми скерування потоків теплоти у залежності від температур поверхні води t1
і навколишнього середовища: а – тепловий потік скерований від поверхні води в навколишнє середовище; б – те ж від навколишнього середовища до поверхні води
Рівняння теплообміну поверхні води з навколишнім повітрям має вигляд
, Вт/м2
де - коефіцієнт теплообміну, Вт/(м2К); ; - температура поверхні води, оС (для випадку t1 t2); t2 – температура навколишнього середовища (повітря), оС.
Маса води, що випарувалась
, або ,
де С1 – концентрація пари при 100 % її насиченні за температури поверхні води, кг/м3; С2 – концентрація пари в навколишньому повітрі, кг/м3; - коефіцієнти масообміну, що віднесені відповідно до різниці парціальних тисків і до різниці концентрацій.
Точність визначення кількісних характеристик тепло- і масообміну в кожному конкретному випадку залежить від правильності обрахування значень коефіцієнтів і . Для цього записують процес тепло- і масообміну у вигляді залежності
,
де – критерії, відповідно, Нуссельта, Архімеда, Рейнольдса, Прандтля, Ломоносова.
Критерій Архімеда застосовують для аналізу руху повітряного потоку спричиненого різницею густин за умов природної конвекції:
,
де – прискорення сили тяжіння, м/с2; – визначальний розмір поверхні тепло- і масообміну, м; - коефіцієнт кінематичної вязкості повітря, м2/с; і – густини повітря відповідно в приграничному (межовому) шарі і на довільній відстані від нього, кг/м3.
Якщо теплообмін не супроводжується масообміном, то за умов природної конвекції можна замість критерія Ar застосувати критерій Грасгофа (Gr), у якому густини повітря заміняються температурами:
,
де – температури поверхні рідини (води) і навколишнього повітря, оС; .
Критерій Рейнольдса () характеризує гідродинамічну подібність процесу:
,
де - середня швидкість повітряного потоку над поверхнею води, м/с.
Критерій Прандтля () характеризує процеси теплообміну (процес тепловіддавання):
,
де – коефіцієнт температуропровідності, м2/с.
Критерій Прандтля дифузійний () характеризує процеси масоперенесення ( в т.ч. і в процесах випаровування):
,
де D – коефіцієнт дифузії, м2/с.
Критерій Ломоносова (Lo) характеризує співвідношення природної і вимушеної конвекції:
.
Нестеренко А.В. і Петровим Л.В. [26] запропоновані залежності для процесів тепло- і масообміну за неізотермічних умов випаровування води:
при Re 2 104 і Ar 6 107, ; (5.47)
; (5.48)
при і , (5.49)
. (5.50)
В формулах (5.47) – (5.50) відповідно і – критерії Нуссельта термічний і дифузійний.
Критерій Нуссельта (термічний) визначає подібність температурних полів
. (5.51)
Критерій Нуссельта (дифузійний) визначає подібність полів парціальних тисків
. (5.52)
В формулах (5.51) і (5.52) – коефіцієнт конвективного теплообміну, Вт/(м2К); - коефіцієнт теплопровідності, Вт/(мК); - коефіцієнт масообміну, м/год або м/с; D - коефіцієнт дифузії, м2/год або м2/с; - визначальний розмір джерела тепло- і масообміну, м; – площа поверхні тепло- і масообміну, м2.
Кількість теплоти Q і масу випаруваної води можна визначити скориставшись критеріями Нуссельта:
; Вт (5.53)
, кг/год (5.54)
де – температури відповідно поверхні рідини і навколишнього середовища, оС; – парціальні тиски пари на поверхні рідини і в навколишньому середовищі, Па; – коефіцієнт дифузії, що віднесений до градієнта парціальних тисків.
Формулу (5.54) можна також записати у вигляді
(5.55)
де – концентрації пари на поверхні рідини і в навколишньому середовищі, кг/м3.
Коефіцієнт конвективного теплообміну, із врахуванням геометричного чинника , визначається за формулою
,
де - коефіцієнт теплопровідності повітряно-парової суміші, який залежить від середньої температури води і навколишнього повітря; – розмір посудини з водою у напрямку руху повітряного потоку; – термічний критерій Нуссельта; - геометричний чинник, який враховує вплив відстані від поверхні рідини до країв водної місткості на інтенсивність випаровування.
Термічний критерій Нуссельта визначають за формулами (5.47) і (5.49).
Геометричний чинник визначають за рівністю
,
де – відстань по вертикалі від поверхні рідини до країв місткості.
Кількість теплоти, що виділяється від поверхні води випромінюванням, можна визначити за формулою
,
де – приведений коефіцієнт випромінювання, Вт/(м2К4); F - площа поверхні води, м2; – температури відповідно поверхні води і навколишнього повітря, К; - кутовий коефіцієнт взаємоопромінення поверхні води з навколишніми поверхнями теплообміну.
Приклад 5.11. Визначити кількість явної теплоти, яка виділяється в приміщення з відкритої водної поверхні ванни.
Розміри ванни b l = 1,2 1 м, температура води в її товщі tводи=35 оС, рівень води знаходиться на відстані h=0,08 м від верхніх країв ванни. Параметри навколишнього середовища: tв=18 оС; в = 50 %, точка роси tр = 7,5 оС. Повітряний потік скерований вздовж сторони ванни l = 1 м, а середня швидкість цього потоку над поверхнею ванни = 1 м/c.
Розв’язування.
Визначаємо коефіцієнт конвективного теплообміну між поверхнею води і повітряним потоком
де = 2,63 10-2 Вт/(мК) – теплопровідність повітря; l = 1 м.
Обраховуємо значення критеріїв Рейнольдса, Архімеда і Ломоносова:
;
,
де о – густина навколишнього повітря, кг/м3; пов – густина повітря безпосередньо над поверхнею води, яка приймається для його температури, що на 2 оС нижча від температури в товщі води, тобто:
оС.
Тоді значення критерія Ломоносова буде рівним
Критерій Прандтля ; при температурі оС, .
Оскільки і , то процес теплообміну відбувається за переважального впливу вимушеної конвекції. Тому для визначення критерію Nu скористаємось формулою (5.49):
Коефіцієнт конвективного теплообміну
,
де
Тоді
Вт/(м2К),
а конвективні тепловиділення від поверхні води
Вт.
Кількість променистої теплоти, яка виділяється від поверхні води
де прийнято рівним 0,9 ; 5,6 – приведений коефіцієнт взаємоопромінення поверхні води і поверхонь огорож верхньої зони приміщення.
Визначаємо явні тепловиділення від поверхні води в приміщення
Вт.
Приклад 5.12. Визначити кількість води, яка випаровується в приміщення з відкритої водної поверхні ванни.
Розміри ванни b l =1,2 1 м, температура води в її товщі tрід=35 оС, рівень води на відстані h = 0,08 м від верхніх країв ванни. Параметри навколишнього середовища: tв = 18 оС; в = 50 %; точка роси tр =7,5 оС. Повітряний потік скерований вздовж сторони ванни l = 1 м, а швидкість цього потоку над поверхнею ванни = 1 м/с. Барометричний тиск атмосферного повітря РБ = 745 мм.рт.ст = 99308 Па. Парціальний тиск водяної пари в навколишньому повітрі рп1 = 7,74 мм.рт.ст =1031,7 Па (при t = 7,5 оС).
Розв’язування.
Попередньо знайдемо: середню температуру поверхні випаровування води і навколишнього повітря tсер (тобто середню температуру повітряно-парової суміші); коефіцієнт кінематичної в’язкості повітряно-парової суміші , який залежить від tсер і РБ ; коефіцієнт дифузії D; густини навколишнього повітря в і повітряно-парової суміші в приграничному шарі п, критерії Pr*, Re, Ar, Lо.
Орієнтовно приймаємо температуру поверхні рідини на 2 оС нижчою від температури її товщі, тобто оС. Цій температурі відповідає тиск насиченої водяної пари мм рт.ст = 5029,4 Па.
Визначаємо tсер із врахуванням того, що температура поверхні води на 2 оС нижча від температури в її товщі оС.
Температурі 25,5 оС відповідають: коефіцієнт кінематичної в’язкості м2/с і ; Вт/(мK) ккал/(мгодoC); (Pr – одна із величин для визначення виду формули, за якою розраховується критерій Nu).
З врахуванням поправки на барометричний тиск коефіцієнт
м2/с.
Значення коефіцієнта дифузії обраховуємо за формулою
,
де Тсер – температура повітряно-парової суміші, К;
м2/год.
Густину вологого повітря в приграничному шарі обраховуємо за формулою
;
кг/м3;
кг/м3.
Знаходимо значення критеріїв:
Оскільки і (див. умови використання формул для визначення Nu), то визначаючи критерій Nu* скористаємось формулою:
Визначаємо величину геометричного чинника , який впливає на швидкість випаровування:
Тоді
Визначаємо концентрації водяної пари в приграничному шарі Cп і в навколишньому повітрі Св:
кг/м3;
кг/м3.
Зробимо перевірку попередньо прийнятої температури поверхні випаровування (tпов=33 оС) за формулою Л.Петрова [24]:
, (5.56)
де А і Б – характеристичні величини [24];
ккал/(мгодoC)
, ккал/(мгод);
де - коефіцієнт теплопровідності повітря, ккал/(мгод0С) ; r – повна (прихована) теплота пароутворення, ккал/кг; m – коефіцієнт пропорційності, кг/(м30С); D – коефіцієнт дифузії, м2/год ; tрід – температура в товщі води, оС; tпов – температура поверхні води, оС; l - визначальний розмір; b* – коефіцієнт гідродинамічних умов.
Величина b* залежить від гідродинамічних умов протікання процесу і має такі значення:
при і ; при і
Визначаємо коефіцієнт пропорційності m за співвідношенням
кг/(м3оС).
Повна (прихована) теплота пароутворення при tпов= 33 оС
кДж/кг = 672,6 Вт/кг.
Обраховуємо значення характеристичних величин А і Б:
ккал/(мгодоС);
Підставивши значення А і Б в формулу (5.56) отримуємо
Отримана величина підтверджує правильність розрахунків за tпов=33 оС, яку прийнято попередньо.
Визначаємо коефіцієнт масообміну
,
де – параметр Стефана, який можна визначити за формулою
.
Обраховуємо значення :
Тоді значення коефіцієнта масообміну буде рівним
м/год.
Визначаємо масообмін, тобто кількість води, яка випаровується з ванни
кг/год.
Знайдемо кількість повної (прихованої) теплоти , яка надходить в повітря приміщення з водяною парою
Вт