Тепловой режим помещения

В сельскохозяйственных производственных помещениях необходимо создать оптимальный макроклимат, обеспечивающий наивысшую продуктивность животных и растений [1]. Под микроклиматом понимают совокупность параметров воздуха, которые характеризуют его состояние в помещении.

Основными показателями микроклимата являются температура, влажность среды, содержание вредных газов и скорость воздушного потока в помещении. При этом имеет значение сочетание этих параметров, например, температурно-влажностный фактор.

Совокупность факторов, обусловливающих тепловую обстановку в помещении, называют тепловым режимом помещения.

Вследствие выделения водяных паров и газов в помещении кроме теплообмена происходит массообмен. Эти взаимосвязанные процессы сложны и еще недостаточно изучены.

Температура окружающего воздуха изменяется не только в течение года, но и в течение суток. Поэтому процессы теплообмена через ограждающие конструкции имеют нестационарный характер.

Чтобы обеспечить комфортные условия в помещениях, а в первую очередь — требуемую температуру, необходимо знать закономерности передачи теплоты в помещении.

Тепловой баланс любой (i-й) поверхности ограждающих конструкций в помещении выражается уравнением:

Тi, Кi и Лi — кондуктивная (вследствие теплопроводности), конвективная и лучистая составляющие теплообмена в помещении и поверхности ограждающих конструкций.

Это уравнение учитывает параметры тепловых потоков в помещении, внутри ограждения и, следовательно, описывает тепловой режим помещения. На значение этих параметров влияют продукты жизнедеятельности животных и растений, а также внешние тепловые и аэродинамические воздействия.

Тепловой режим помещения зависит от теплофизических характеристик строительного материала ограждающих конструкций. В большинстве своем строительные материалы — это сложные капиллярно-пористые тела. Поры заполнены воздухом и влагой, которая может быть в разном агрегатном состоянии. С изменением климатических условий теплофизические характеристики строительных материалов могут заметно изменяться.

Основными теплофизическими характеристиками строительных материалов являются удельная теплоемкость с и теплопроводность .

К важным свойствам строительных материалов относят их влагои воздухопроницаемость.

С увеличением пористости материала уменьшается значение теплопроводности . Это вызвано тем, что в порах, особенно в мелких, находится воздух, обладающий низкой теплопроводностью.

Для материалов, используемых в строительстве, значения колеблются в пределах 0,1ч1,05 Вт/(м•К). Для изоляционных строительных материалов = 0,045ч0,1 Вт/(м•К).

К строительным конструкциям относят также светопрозрачные ограждения.

В сельскохозяйственных производственных сооружениях пол чаще всего расположен непосредственно на грунте, поэтому тепловой режим последнего играет немалую роль в тепловом балансе помещения.

Существенное влияние на тепловое состояние помещения оказывает влажностный режим ограждений.

Строительный материал представляет собой открытую гетерогенную систему, состоящую из скелета материала, влаги и воздуха. Между ними происходят сложные процессы тепломассопереноса. Перенос теплоты и массы зависит от разности потенциалов переноса. Потенциалом переноса теплоты является температура.

А. В. Лыков по аналогии с тепловым потенциалом ввел для массообмена понятие потенциала переноса влаги во влажных материалах: это некоторая функция влагосодержания и внешних параметров, характеризующая распределение влаги в теле или системе тел.

Потенциал влагопереноса играет такую же роль в процессе переноса влаги, как температура в процессе переноса теплоты. Тем самым потенциал является важной характеристикой для оценки влагообмена во влажных материалах.

Среднее значение потенциала влажности толщины ограждения СР можно принять равным полусумме потенциалов влажности внутреннего В и наружного Н воздуха:

По аналогии с процессом теплопроводности принимают, что плотность потока влаги j пропорциональна градиенту потенциала влажности:

— коэффициент влагопроводности;

— градиент потенциала влажности.

Тепловые потери и теплопоступления через ограждающие конструкции могут изменить тепловой режим помещения. Очевидно, что параметры воздуха внутри помещения должны быть устойчивыми по отношению к возможным колебаниям температуры наружного воздуха [2].

Интенсивность и колебательный характер стоков и истоков теплоты, а также теплофизические характеристики ограждения определяют теплоустойчивость помещения, под которой принято понимать свойство поддерживать относительно постоянное значение температуры воздуха в помещении при колебаниях тепловых потоков.

Для отопления сельскохозяйственных помещений можно применить обогреватели на топливе [8, 9, 10], обогреватели на солярке [11], керосиновые инфракрасные обогреватели [12], дизельные инфракрасные обогреватели — плита на солярке и керосине [13], дизельные топливные пушки прямого и непрямого нагрева [14, 16].

Этот надёжный и эффективный источник тепла известен уже давно. Обогреватели на топливе позволяют наслаждаться комфортной обстановкой в любое время года. Современные модели сделаны из крепких и надёжных материалов, тем не менее, их конструкция довольно лёгкая и проста в эксплуатации.

Использование обогревателей на топливе отличается следующими преимуществами:

• · электрический привод;
• · малый период окупаемости;
• · защита от перегрева;
• · мобильность;
• · высокая эффективность.

Кроме того, системы обогрева на топливе для производственных помещений и жилых комнат характеризуются долгим сроком службы. Это также отличный вариант для гаражей, мастерских, теплиц и прочих сооружений, где системы центрального отопления не предусмотрены вовсе. Современные обогреватели быстро повышают температуру воздуха даже в неутеплённых зданиях.

Колебания стоков и истоков теплоты могут быть как гармоническими, так и прерывистыми. К первым относится, например, воздействие солнечной энергии на ограждения в течение суток. Примером прерывистого воздействия может быть проникновение сквозь стекла потока солнечной радиации или холодного воздуха в открытые в зимнее время ворота. Поток теплоты от оборудования, находящегося в помещении, как правило, имеет прерывистый характер.

Соотношением между колебаниями теплового потока и температуры на поверхности ограждения определяется значение так называемого коэффициента теплоусвоения Y.

Для произвольного сечения ограждения в любой момент времени :

q (х, ф) и Т (х, ф) — соответственно плотность теплового потока и температура в сечении х в момент времени ф.

Коэффициент теплоусвоения Y и коэффициент теплоотдачи конвекцией бK определяют значение коэффициента теплопоглощения ограждения B.

Для отдельного i-го ограждения:

Значение коэффициента Ci колеблется в небольших пределах. Можно принять Сi = 1,05.

Произведение коэффициента теплопоглощения ограждений на площадь Аi всех поверхностей помещения определяет теплопоглощение помещения:

Следовательно, значение Р равно сумме теплопоглощающей поверхности всех помещений. Очевидно, чем больше значение Р, тем тепловой режим в помещении более устойчив к возможным колебаниям истоков и стоков теплоты.