CC BY
27
ВЕСТНИК 3/2010
теплоустойчивость производственных сельскохозяйственных зданий
Ю.Я. Кувшинов, М.В. Бодров
МГСУ,ННГАСУ
Обоснованы методики расчета и стабилизации температурного режима производственных сельскохозяйственных зданий со стационарным и цикличным поступлением теплоты в течение суток.
Design procedures and stabilization of a temperature mode of industrial agricultural buildings with stationary and cyclic delivery of heat within day are proved.
Теплоустойчивость помещений определяет пх свойство поддерживать относительное постоянство температуры внутреннего воздуха при периодических тепловых воздействиях извне. Для обеспечения расчетного температурного режима производственных сельскохозяйственных помещений в холодный период года преимущество отдается естественным источникам энергии. Поэтому возникла необходимость в выявлении влияния теплоустойчивости сельскохозяйственных помещений различного назначения на эффективность использования в них естественной и искусственной энергии. Производственные сельскохозяйственные помещения можно разделить на два типа по поступлению тепловой энергии в течение суток в свободный объем сооружения: со стационарным поступление теплоты; с цикличным поступлением теплоты в течение суток.
В сельскохозяйственных помещениях со стационарными поступлениями тепловой энергии, например, животноводческие, в которых утилизируется естественная биологическая теплота животных, теплоустойчивость рассчитывается как для гражданских и промышленных зданий по известным зависимостям [1, 2, 3]. Для них соотношение между колебаниями теплового потока и температуры на поверхности ограждения определяется коэффициентом теплоустойчивости Y. Зависимость теплового потока от температуры воздуха выражается коэффициентом теплопоглощения ограждения B = Aq / At . Затухание амплитуды температуры воздуха At^ при переходе тепловой
волны от помещения к внутренней поверхности ограждения, на которой амплитуда колебания равна A^ , рассчитывается по формуле:
A /At = 1 + Y/a (1)
где Y1 - коэффициент теплоусвоения внутренней поверхности ограждения
Y1 = Aq / A^ ; индекс у коэффициента показывает порядок отсчета слоев в ограждении
по направлению движения теплового потока; aB _ коэффициент теплообмена на внутренней поверхности ограждения.
Коэффициент теплопоглощения В показывает колебания амплитуды теплового потока, проходящего через поверхность ограждения, к вызывающей этот поток амплитуде колебания температуры окружающего воздуха. Значение коэффициента теплопоглощения В равно:
_3/2010_М|ВУТНИК
B = Aq / A = YJd +11/a) = 1/(1/Y1 + 1/t^). (2)
Амплитуда изменения теплового потока Aq , поглощаемого поверхностью площадью F при колебаниях температуры среды At , составляет Aq = BFAt . В животноводческих помещениях амплитуда колебаний температуры воздуха для всех ограждающих поверхностей практически одинакова, в каждый момент между количеством теплоты, подаваемой в помещение и поглощаемой его поверхностями, существует равенство. Поэтому амплитуда теплопоступлений равна амплитуде теплопоглощений всеми поверхностями, т.е. Aq = BFAt .
Имеем основное уравнение теплоустойчивости:
AtB = AQ /P , (3)
где Р - показатель теплопоглощения помещения, равный суммарной теплопоглощаю-щей способности всех поверхностей в помещении: P = 2 YF . Приведенные зависимости позволяют с достаточной точностью провести расчет колебаний температуры воздуха в животноводческих помещениях.
Особенностью теплового режима овощекартофелехранилищ является цикличность (согласно режимам работы систем активной вентиляции) поступления теплоты в свободный объем помещения в течение суток. Выполненные по действующим нормам расчеты теплоустойчивости наружных ограждений типовых хранилищ дают значения показателя затухания температурных колебаний для бесчердачных покрытий v « 700 и для наружных стен v « 400, показателя запаздывания сквозного проникновения температур соответственно £ « 23 и 26 ч. Поэтому суточные колебания температуры наружного воздуха не оказывают практического влияния на температуру их внутренних поверхностей.
Для уточнения минимальной мощности систем отопления и для обоснования выбора объективных исходных данных при нормировании и расчете теплофизических характеристик наружных ограждений выявим периоды наиболее неблагоприятных температурных условий, создающихся в свободном объеме хранилища Vc при цикличной работе систем активной вентиляции (CAB).
Количество теплоты, поступающей в верхнюю зону хранилища во время цикла естественной конвекции (ЕК), когда CAB не работают, равно:
QeT = Qe t. (4)
Коэффициент ( шк = qK / qCPC ) показывает отношение удаляемой естественной конвекцией теплоты qK из насыпи высотой h к теплоте дыхания qCPC продукции. При допустимом перепаде температур по высоте насыпей большинства видов хранящегося сырья (AtK = 2 °С), теплоемкости воздуха св=1,25 кДж / (кг °С) и его плотности рв = 1,18 кг / м3 этот коэффициент равен:
t = 2,95ие /hqCFC . (5)
Интенсивность конвективных потоков воздуха в насыпях СРС зависит от разности средних температур внутри слоя tgP и вне его t^p. Полученные нами аппроксимирующие экспериментальные данные кривые для среднереализуемых в практике хранения насыпей картофеля и капусты представлены на рис. 1. Соответствующие зависимости имеют вид: для клубней ыЕ = 0,94 -10~3 AtBE ; для кочанов капусты до
—3 —3
усадки иЕ = 2,49 -10 AtB Е ; для кочанов капусты после усадки иЕ = 0,56 -10 AtB Е .
ВЕСТНИК 3/2010
Среднечасовое количество теплоты, вносимое за цикл ЕК в свободный объем хранилищ, составляет: О^ = ОШк* / 2 .
В период цикла вынужденной конвекции (ВК), длящегося ш ч, доля теплоты дыхания не превышает для картофеля и свеклы 1,8 %, для моркови - 1,9 %, для капусты - 2,8 %. Основное количество теплоты поступает в хранилище с воздухом, нагреваемым в слое. Выразим его среднеарифметической величиной теплопоступлений в начале и в конце цикла ВК: О* = (ОЩТ + ) / 2.
Ue-102,M/C
Рис. 1. Средняя скорость в порах насыпей иЕ: 1 - клубней; 2 - кочанов до усадки; 3 - кочанов
после усадки
При расчете теплоустойчивости помещений хранилищ возмущающие воздействия в свободной верхней зоне за полный цикл работы CAB можно представить количественно следующими величинами: подача теплоты отсутствует в период ЕК длительностью (l - KB), где Kв = m / Т - доля времени цикла вынужденной конвекции; количество теплоты равно постоянной величине £>вк в период цикла ВК длительностью KB (жирная пунктирная линия на рис.2).
Среднечасовое количество теплоты определяется из выражения:
бвк = [<?cpcGpKв + Q& (1 - Kв)]/ Kв. (6)
Отклонение температур внутренних поверхностей наружных ограждений и воздуха от их средних значений за полный цикл работы CAB проводим по общепринятой в строительной теплофизике методике: Лф.п / Yn . Коэффициент прерывистости
Q зависит от цикличности работы систем активной вентиляции и момента времени z / T , для которого определяется значение Аф, п . Максимальное повышение температуры поверхности ограждения соответствует моменту времени окончания подачи теплоты, т.е. моменту окончания цикла ВК (рис. 2).
Показатель теплопоглощения помещения определяется по значениям показателей теплопоглощения Yt и площадей Ft отдельных ограждений аналогично значению Р в (3): Y„ = I YiFi.
Полный перепад температур поверхностей за время Т составляет:
С - С = Ов'к {^max -^.in ) Y , (7)
3/2010 мв.ВЕСТНИК
где 0,тса и - максимальное и минимальное значения коэффициента прерывистости.
Полный перепад температуры воздуха за период Т выразится зависимостью:
О ЕК ВК ЕК ВК ЕК
Рис. 2. Интенсивность поступления теплоты в верхнюю зону хранилища
Разработанная методика расчета теплоустойчивости хранилищ позволила выявить, что наиболее неблагоприятные температурные условия в них создаются в цикле естественной конвекции, когда теплопоступления в верхнюю зону минимальны. Поэтому этот период должен приниматься в качестве расчетного при нормировании теплотехнических характеристик наружных ограждающих конструкций: минимальные температуры 4 и максимальные значения относительной влажности воздуха фв внутреннего воздуха из рекомендуемых [4] для каждого из видов хранящейся продукции.
Расчетным путем выявлено, что, например, для климатических условий г. Нижнего Новгорода (н = -31 °С) разница в теплопотерях хранилищем между началом цикла работы систем активной вентиляции и его концом составляет 11%.
Литература
1. Богословский В.Н. Строительная теплофизика. М., Стройиздат, 1982.
2. Кувшинов Ю.Я. Развитие теории теплоустойчивости // Сб. тр. II съезда АВОК. Т. 1, 1992, с. 35-43.
3. ОНТП-6-86. Общесоюзные нормы технологического проектирования зданий и сооружений для хранения и переработки картофеля и плодоовощной продукции.
4. СНиП П-3-79*. Строительная теплотехника, 1979, 2001.
Статья представленна редакционным советом «Вестник МГСУ»
Е-таИ автора: [email protected]
