5W\m

16

12

10

10

1Z

16 %4

1,5 1,3

il

0,9 0,1 0,5

Рис 5.14. Звачевия скорости движения воздуха VJ^ и юящивы пограничного слоя ^Jf^^

рассматриваться как движение воздуха в свободном объеме, если межстекольное пространство велико, т.е. w » 5 (где 5 - толщина пограничного слоя). Конструктивно теплоприемник пассивной системы обычно вписывается в высоту этажа. Исследования тепловых и аэродинамических режимов работы теплоприемника позволяют сделать вывод о том, что уже на расстоянии, большем, чем 0,7 ... 0,8 м от нижнего выходного канала, наблюдается полностью развитое турбулентное движение [1,3].

Практический интерес при проектировании представляет определение максимальной толщины пограничного слоя у абсорбера и средней скорости движения воздуха в пограничном слое (рис. 5.1^. Здесь наиболее близкие к реальным результаты могут быть получены с* помощью уравнений [1,3].

N\j^,= 0,0295Рг/15[1 + 0,494(Рг2/3)]-2/5сг2/5.

Рг

2/3

V= 0,9225 •lJPr(Ra)l/2(-^2,44-1-Рг2/3

гдеЛа - критерий Рэлея. 138

(5.40) (5.41) (5.42)

Для определения интенсивности теплосъема с поверхности абсорбера необходим расчет среднего по высоте абсорбера значения коэффициента теплообмена [рис. 5.IS):

Л (Рг)1/15я

"^н = 0.0179[1 + 0,445(Рг)2/3] (—)1/5 [Сг^^г]2/5.

(5.43)"

Теплопроизводительность пассивного теплоприемника в общем случае определяют при решении следующих уравнений.

1. Температуру абсорбера, обладающего незначительной тепловой инерционностью, находят из зависимости

-("^р)а6= ■Раб {<^н(*аб{ Г)" *iiot( «Г )1" « погл{t)} •(^•*)

где m^g - масса абсорбера, кг; с^^ ^g - удельная теплоемкость материала абсорбера, Дж/кг .°С; igg - температура абсорбера, °С; ~ площадь поверхности абсорбера, м^; •(н) ~ среднее значение коэффициента теплообмена в пограничном слое, Вт/ м2. °С ; пот( t) ~ температура воздуха в пограничном слое, °С;f ) ~ плотность потока,

солнечной радиации поглощенного поверхностью абсорбера, которая непосредственно преобразуется в тепло, Вт/м2,

Решение (5.44) при условии рассмотрения функции T^g^ ^ ^; t^^^ ^ у 9 тогл( t) ^ дискретном изображении дает

*аб(ш);*аб(0 =

tWO-H)- *аб(01 ^1^7?погл(ш)( 1 -ехр [-J^^^J

Где Д f — расчетный интервал дискретности функции, ч.

("^р)аб J(5.45)

2. Изменение температуры воздуха, движущегося в пограничном слое, определяют из уравнения

- ("«^пот —^ = ■Раб(х)с^(н[*пот(х) - аб(х)] + ^аб(х)^*пот(х) " Ut)^ (5-46)

где X— координата расчетной точки по высоте абсорбера; К — коэффициент теплопередачи через остекл^е к наружному воздуху (значения К в широком диапазоне представлены в {3]);температура наружного воздуха, °С.

Решение уравнения (5.46) имеет вид

пот(!н) ~ вх(!) = 5j^^fjKl*a6(!H) ~ *вх(!)1 ^е^н)* к~ ^(О^

пот

(5.47) 139

m, кг/ч

гг

18 %Ч

Рнс. 5.15. Значевня коэффициеап теплообмета н в овив из x^aioep-ных дней работы пассивной системы

Ьис 5.16. Звачевия расхода воздуха в пограничном слое в ojpiB из характерных дней работы пассивной системы

Совместное решение уравнений (5.45) и (5.46) дает

пот(.н)-вх(1Г^

где

л , г Wa6 , A-l-expf-T—;-й€ ];

(*^)а6

В = 1-ехр[--

аб(х)^ ^^t«^

(5.48)

(те.);

р^пот

При проектировании практически важно знать температуру воздуха в верхней части абсорбера у канала входа в помещение, которая-в конечном итоге характеризует интенсивность теплосъема в тепло-приемнике пассивной системы. Для выявления этого значения в (5.48) величину Fa6(x) определяют при высоте н.

Необходимо также знать расход нагретого теплоносителя, поступающего непосредственно в помещение. В общем случае расход воздуха по толщине пограничного слоя т^^^^ (рис. 5.i6) определяют по формуле

»noT(H) = 36"6(„)>>VH-(5-^^)

Результаты определения расхода воздуха т.^^ позволяют рассчи-

тать необходимую площадь живого сечения каналов для поступления воздуха в помещение

Ж.С.

ътр

пот(н)_

(5.50)

Ниже в качестве примера рассмотрена эффективность такой закрытой системы применительно к зданию примера 1.

Примфб.

Требуется определить эффективность пассивной системы и изменение средней по объему здания температуры внутреннего воздуха.

Для определения количества теплоты, поступающей от теплоприемника, используют формулу

От.п. = ("Упот1пот-вн](-1).Вт.

(5.51)

где - средняя то объему здания температура внутреннего воздуха, *С; о - сторона здания, где расположен теплоприемник, м.

Температура воздуха, поступающего в помещение, определяется по формуле (5.48). Если абсорбер и выполнен из материала, имеющего высокий коэффициент 1еплопереяач1^и имеет малую массу, то формула (5.48) существенно упрощается. При fc = 2,9 Вт/(м2.°С^ и высокоэффективном уплотнении примыкания остекления

пот(1н) - вн(0-

(2^/.2.9)Ч(н?погл(,н)^^-^^н(.и)-

_ (н)

ВН1

{1-

— »

где

2 «С +2,9 (н)

Al = l-expt-

F (2 Л +2,9)4.18 аб (н)

(ml,006)„^„

Общая характеристика ограждающих конструкций аналогична в Примере 1:

для наружных стен к^^ 0,56; = 0,089; к^ = 0,0035;

для покрытия последнего этажа к^^ 0,51; ^2 = 0,09; ку 0,0037;

для перекрытия над подвалом ki = 0,73; к2 = 0,08;

размеры здания а = 6,0 м, ь = 6,0 м, с = 10,о м;

площадь оконных проемов F^j^ = 8,6 м^.

Теплоприемник пассивной системы размещают на южной стене здания.

Рис 5.17. Звачевия темп^атуры внутрен- ■ ^

вето воэлуха в апании с saiqnaot сиоемой

1 - ноябрь; 2 — январь; 3 - требуемая температура

t. С 30

25

20

15

W

5

«

2(7 Г, V

Подстановка конкретных исходных данных в (5.52) дает

«пот(ш) - «вн(0 = 0.009969qf„rnaH)0.298(H(.H) " вн(,))-

(5.53) I

Температуру внутреннего воздуха в данном случае рассчитывают по формуле

«вн(.и) - «внО) = 0.238«H(i + 1) - вн(0 + 0,0129д«б^,„(,- + I) •

(5.54)

возникает важная для данных систем проблема - определение тепловой мощности традиционнойсистемы и взаимное согласование работы пассивной и традиционной систем.

Анализ функционирования рассмотренных систем позволяет также сделать вывод в том, что пассивная система без аккумулирования покрывает ориентировочно 40 ... 50 % относительной нагрузки. Применение аккумулятора увеличивает вклад пассивной системы до 60 ... 70 %. Таким образом, целесообразность использования пассивных систем очевидна. При широком их распространении экономия топлива в жилищном и промышленном строительстве может составить значительный объем.

Литература

1.Двеэов Р.?., Орлов А.Ю. Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения. Ташкент: ФАН, 1988,- 285 с.

2.Богословский В.Н, Строительная теплофизика - М.: Высшая школа, 1982. - 415 с.

3.Даффи Д.А., Бекман У .А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. -М.: Мир, 1977. - 420 с.

4.Справочник по теплоснабжению и вентиляции / Щекин Р.В. и др. — Киев: Будивель-ник, 1976.-416с.

Глава 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО- И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Результаты расчета представлены в виде графиков на рис. 5.17. Здесь показаны значения для наиболее характерных месяцев отопительного периода: ноябрь - начало отопительного сезона; январь -наиболее холодный месяц отопительного периода. Анализ полученных данных показывает, что в здании с закрытой системой температурный режим более стабилен. Период, когда традиционная система отопления _ может быть отключена, больший, чем для открытых систем. Так, в ноябре этот период длится с 10.30 до 22.30 ч, т.е. 12 ч. В январе - с 11.00 до 21.00 ч, т.е. 10 ч. Необходимо отметить, что в дневные часы перегрев внутреннего воздуха в здании с закрытой системой меньше, чем с открытой, что несомненно важно для его обитателей. Еще большего эффекта можно добиться, если использовать аккумулирование избыточного тепла, например, в грунтовом аккумуляторе. При такой системе представляется возможным практически полностью сгладить колебания температуры внутреннего воздуха в течение суток [1]. Вместе с тем полностью отказаться от вспомогательной системы отопления невозможно, так как могут быть непредвиденные снижения температуры наружного воздуха, пасмурные дни. В связи с этим

6.1. РАСЧЕТ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ, ПАДАЮЩЕЙ НА КОЛЛЕКТОР

Наиболее широко распространенные в настоящее время в системах солнечного тепло- и хладоснабжения плоские коллекторы устанавливают неподвижно и в силу этого их производительность связана как с суточным изменением интенсивности солнечной радиации, так и с их пространственным положением.

В Справочнике по климату СССР наиболее подробно приведены данные об интенсивности солнечной радиации, приходящейся на горизонтальную поверхность.

Интенсивность (плотность) потока падающей солнечной радиации для любого пространственного положения солнечного коллектора и каждого часа светового дня определяют по формуле

(6.1)

■•де /з - интенсивность (плотносп^ потока прямой солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность, Вт/м^; 1^ - интенсивность (плотность) потока диффузной