Локальный обогрев лучистым отоплением Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 697. 245. 38

ЛОКАЛЬНЫЙ ОБОГРЕВ ЛУЧИСТЫМ ОТОПЛЕНИЕМ

Л.М. ДЫСКИН, В.В. ШИВАНОВ

(Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, г. Н.Новгород)

Рассмотрена схема локального обогрева с помощью газового лучистого отопления. Приведены уравнения, определяющие лучистый теплообмен человека с окружающей средой.

В настоящее время основной задачей в области теплоэнергетики является снижение энергозатрат, в частности, в системах отопления помещений. Эта задача успешно решается путем использования систем газового лучистого отопления (ГЛО). Тепловой расчет таких систем основан на теории теплообмена излучением [1, 2]. Конкретные вопросы, связанные с использованием систем газового лучистого отопления, рассмотрены в работах [3, 4, 5].

Рассмотрим теплообмен человека с неравномерно облучаемой внутренней поверхностью наружного ограждения помещения. Для этого необходимо знать распределение температуры на этой поверхности. Разобьем ее на элементарные площадки й¥ и запишем тепловой баланс каждой из них:

где к - неполный коэффициент теплопередачи от элементарной площадки й¥ облучаемой поверхности к наружному воздуху; ^ - температура элементарной площадки ^¥; гн - температура наружного воздуха; а ( - коэффициент конвективной теплоотдачи элементарной площадки й¥ к внутреннему воздуху; гв - температура внутреннего воздуха; с0 - коэффициент излучения абсолютно черного тела; Ь - температурный коэффициент; г / - степень черноты элементарной площадки ^¥; *0 - средняя температура остальных внутренних поверхностей помещения; г - степень черноты излучающей поверхности прибора ГЛО; ф э.пл.-^т - угловой коэффициент излучения от элементарной площадки на поверхности прибора ГЛО к элементарной площадке ^¥; Гэ пл. - температура элементарной площадки на поверхности прибора ГЛО. Если принять, что поверхность излучателя - элементарная площадка, то угловой коэффициент можно найти по уравнению

к - г н )й¥ + а I - г в )й¥ + с о Ьг ,• - г о )й¥ =

с о гф э.пл.-¿¥

{ 100 ) \ 100)

(1)

ф э.пл.-й¥ = 2

пЯ 2

со« в 1 со« в 2

1

© Л.М. Дыскин, В.В. Шиванов

Проблемы энергетики, 2008, № 5-6

При этом cos в i находится из теоремы косинусов и треугольника rdFN (рис. 1), где N - точка пересечения нормали поверхности излучения прибора ГЛО с осью X; cos в 2 находим из прямоугольного треугольника ОГdF.

Рис. 1. Схема к расчету температурного поля облучаемой поверхности: Г - инфракрасная горелка; Г - облучаемая поверхность; Я - расстояние между горелкой и элементарной площадкой йГ облучаемой поверхности; к - высота подвеса горелки относительно облучаемой поверхности, П1- нормаль поверхности горелки; п - нормаль облучаемой поверхности

В уравнении (1) теплового баланса элементарной площадки первый член левой части уравнения определяет тепловой поток, который отдает элементарная площадка йГ наружному воздуху через ограждение помещения, второй - тепловой поток, который отдает эта площадка конвективным путем воздуху внутри помещения, третий - поток теплового излучения от элементарной площадки йГ к другим внутренним поверхностям помещения. Правая часть уравнения (1) определяет величину потока теплового излучения от прибора системы ГЛО к элементарной площадке йГ. Из этого уравнения можно найти температуру каждой точки облучаемой поверхности:

со ъФ

э.пл.-dF

f Т Л

э.пл. 100

4

f Т Л _____i_

100

v

+ к t н + а it в + с0 Ьъ it о

к + а і + со Ь&i

(2)

Уравнение (2) решается методом итераций при заданных значениях ^, ^, 4,

и Тэ.пл.

Поток теплового излучения & от человека к каждой элементарной площадке йЕ (рис. 2) определяется уравнением

Qi = coъib(tч - ti )-2 F4/эф/од/рdF »

nRt

(3)

где ^ - температура поверхности человека; Гч - площадь поверхности тела человека; /эф - коэффициент эффективности, который учитывает самозатенение человека; /од - коэффициент, который учитывает увеличение площади

© Проблемы энергетики, 2008, № 5-6

4

теплообмена одетого человека в сравнении с раздетым; - проекционный

коэффициент человека; угол в и расстояние Я1 показаны на рис. 2.

Рис.2. Схема к расчету теплообмена человека с облучаемой поверхностью: L- расстояние от облучаемой поверхности до середины высоты человека; R1- расстояние от середины высоты человека до элементарной площадки dF облучаемой поверхности F

Если просуммировать Qi по всей облучаемой поверхности F, то получим г , \ cos в

Qf = J с о в ib(t ч - ti )-Fч /эф /од /р dF. (4)

F tR2

При этом следует помнить, что местонахождение человека может не совпадать с началом координат, которое было выбрано на рис. 1. Тогда необходимо определить координаты местонахождения человека хч, уч и ввести их в уравнение (4). В результате, если cos в и расстояние R1 записать через координаты х и у, получим

QF = сoвibF4/эф/од U f p (tч — ti )х

V(x- xч )2 + (У -Уч )2 (5)

-dxdy.

п((x - xч )2 + (у - у ч )2 + h) ’

Таким образом, при известном тепловом режиме помещения можно найти распределение температур на поверхности облучаемой поверхности (2), а затем -теплоотдачу человека в сторону облучаемой плоскости (3)-(5). В свою очередь, теплоотдача влияет на тепловое состояние человека, а поэтому и на тепловой режим помещения.

Summary

Considered scheme о/ local heating by means o/ gas radiant heating. Brought equations, de/ining reception o/heat by person /rom surround ambience.

Литература

1. Блох А.Г. Теплообмен излучением: Справочник/ А.Г. Блох, Ю.А. Журавлев, Л.Н Рыжков. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 432 с.

© Проблемы энергетики, 2008, № 5-6

2. Родин А. К. Газовое лучистое отопление / А. К. Родин. - Л.: Недра, 1987.187 с.

3. Идрисов А.З. Системы лучистого обогрева с газовыми инфракрасными излучателями/АВОК. - 1996. - №1. - С. 25-27.

4. Строй А.Ф. Расчет энергосберегающей системы микроклимата с применением горелок инфракрасного излучения/ А.Ф. Строй, В.В. Рома // Пути повышения эффективности строительства: сб. - Киев, 1993. - С. 124-131.

5. Рекомендации по применению систем обогрева с газовыми инфракрасными излучателями. - М.: АВОК, 2005. - 7 с.

Поступила 04.06.2007

© Проблемы энергетики, 2008, № 5-6