Отопительные устройства обычно имеют нагретые по­верхности, от которых теплота передается помещению (иск­лючение составляют воздушные системы отопления, в кото­рых теплота подается в помещение с нагретым воздухом). Поверхности наружных ограждений холодные и через них помещение теряет теплоту. Поэтому важной составляющей, формирующей тепловой режим помещения, является теп­лообмен на нагретой и охлажденной поверхностях.

Количество теплоты, которое воспринимает или отдает поверхность в результате сложного лучисто-конвективного теплообмена в помещении, равно количеству теплоты, кото­рое передается к поверхности или отводится от нее теплопро­водностью. Тепловой баланс на поверхности соблюдается в стационарных и нестационарных условиях.

Уравнение теплового баланса поверхности 1, имеющей температуру Tf, в стационарных условиях записывают в
Виде

«Д. 1 (Т! - TR) + «к. 1 (Т! - + K'L (П -1Ср. г) = о, (2 5) Где алд — коэффициент лучистого теплообмена

«л. 1 = С0еПр. (2-6)

С0 — коэффициент излучения абсолютно черного тела; ens~R— приведенный для теплообменивающихся поверхностей коэффициент относительного излучения; tpi_R— коэффициент облученности со стороны поверхности 1 в сторону остальных поверхностей, имеющих температуру TR; Bi^R — температурный коэффициент; (R — радиа­ционная температура (осреднеиная температура всех обращенных в помещение поверхностей) помещения, определенная относительно поверхности 1,

TR=z щ-т; (2.7)

Ф!_( — коэффициент облученности с поверхности 1 на поверхность (, имеющую температуру тг; aK. j — коэффициент конвективною теплообмена

= Рк У(Ц-

Рк — численный коэффициент, равный в условиях помещения для вертикальных поверхностей 1,66; для горизонтальных поверх­ностей: при потоке теплоты сверху вниз — 1,16, при потоке теплоты снизу вверх — 2,16; VB — общая подвижность воздуха в поме­щении; I — характерный размер поверхности; /с — теплоемкость потока воздуха, фильтрующегося через поверхность с интенсивно­стью /'; с — массовая теплоемкость воздуха; ki — коэффициент теплопередачи от поверхности 1 до внешней среды с температурой ^ср. ь от которой или к которой идет поток теплоты через поверх­ность.

Для определения общего потока теплоты, проходящего через поверхность, qi обычно пользуются общим коэффи­циентом теплообмена авЛ без разделения на лучистую и конвективную составляющие

<7I = «в. 1 (та — in)' (2.9)

Приравняв первые два слагаемых уравнения (2.5) к пра­вой части уравнения (2.9), получим

Ч 'п Тх — <П

Если в помещении Tn=TB=TR, То

АвЛ = ал.1+акЛ. (2.11)

Зависимость ав по (2.11) от разности температуры т— Tn для плоских поверхностей, различно расположенных в помещении, приведена на рис. 2.3.

Температура воздуха часто заметно изменяется по высоте помещения. Вдоль пола может расстилаться холодный воз­дух, а под потолком образовываться «тепловая подушка». Интенсивность конвективного теплообмена на поверхно­стях по высоте помещения будет различной. Лучистый теплообмен зависит также от расположения поверхности относительно остальных нагретых и охлажденных поверх­ностей, что необходимо учитывать. Для правильного рас­чета сложного теплообмена следует пользоваться полной системой уравнений теплообмена в помещении, рассмотрен­ной в курсе «Строительная теплофизика».

Проектирование отопления помещения прежде всего со­стоит в выборе обогревающего устройства, которое по ха­рактеру передачи теплоты помещению может быть:

Лучистым — слабо нагретая сильно развитая плоская поверхность в виде панели, расположенная в плоскости одного из ограждений;

Конвективным — подача в помещение подогретого воз­духа или подогрев внутреннего воздуха сильно оребренными поверхностями отопительного устройства, расположенного в помещении.

Наиболее общим является решение отопления с исполь­зованием обогревающей поверхности. Дефицит (недостаток теплоты) AQ„0M в тепловом балансе помещения в этом случае компенсируется теплоотдачей нагретой поверхности Qn. Температурная обстановка в помещении при этом долж­на удовлетворять двум условиям комфортности. В резуль­тате расчет поверхности обогрева помещения состоит в ре­шении системы (2.12), в которую наряду с уравнениями теплового баланса помещения (а) и теплообмена на поверх­ности нагрева (б) входят уравнение и неравенство (в, г), Определяющие требования двух условий комфортности:

TOC o "1-3" h z AQno« + Qn=0; (а)

Qn = Ki. п(тп — т„. о) + «к. п(тп — (б) I

<л=1,5*п(Я)-0,57/в± 1,5; (в) J

(Г) }

Искомыми при решении системы являются или площадь нагревательной поверхности А п при заданной температуре поверхности тп и других условиях, или температура по­верхности тп при заданной площади Ап, или варьируемые положение, форма, радиационные свойства нагревательной поверхности в помещении.

В уравнении теплообмена (б) составляющая лучистого теплообмена записана относительно разности температуры поверхности нагрева и осредненной температуры внутрен­ней поверхности теплотеряющих наружных ограждений ТП—тн. о)> поэтому

<Хл. N = CoeNp. n_Hi o®N-H. cAi-H. О» (2.13)

Где индексы п—н. о относят все величины к условиям теплообмена между панелью (п) и наружным ограждением (н. о), а Фп-но яв­ляется коэффициентом полной облученности с нагретой поверхности панели иа охлажденную поверхность наружных ограждений.

При воздушном (конвективном) отоплении дефицит в тепловом балансе AQn0M компенсируется подачей в поме­щение теплоты QB с перегретым (относительно TB) воздухом QB = Lcp(Tnp—TB). (2.14)

В (2.14) неизвестными могут быть температура tnv при­точного воздуха или количество воздуха L. В конечном итоге должна быть определена площадь оребрения поверхности обогревающего устройства в помещении или калориферной установки системы воздушного отопления.