Свойства энергетического поля солнечной радиации, теплопоступления в помещение от солнечной радиации



Выделим некоторые наиболее важные для гелиотехнических разработок свойства энергетического поля солнечной радиации, создаваемого в окрестностях строительных объектов как на поверхности планеты, так и в окружающем пространстве [1]:

– спектральный состав электромагнитных волн, соответствующий высокотемпературного источника, основная энергия которого переносится в диапазоне от 0,3 до 3,0 мкм;

– анизотропность поля излучения;

– периодичность и изменчивость направления и энергетического уровня потоков радиации во времени и пространстве для большинства вращающихся объектов и систем, например системы «Земля-здание»;

– взаимодействие с облучаемой конструкцией по поверхности облучения и в пределах глубины лучепрозрачного слоя;

– способность поглощаться строительными материалами с выделением теплоты.

Именно эти свойства как будет показано ниже, и определяют специфику гелиотехнического конструирования зданий и солнечных термостатирующих систем для них.

Дадим основных определения, необходимые для дальнейшего рассмотрения вопроса.

Радиация, поступающая к ограждениям облучаемого объекта в виде потока параллельных лучей, исходящих от диска солнца, называется прямой солнечной радиацией S [2]. Часть радиации, рассеянная атмосферой, поступает к ограждениям зданий и сооружений в виде диффузных потоков от небесного свода и называется рассеянной солнечной радиацией D. Общее поступление на наружные ограждения прямой, рассеянной и отраженной от окружения (D') радиации в актинометрии называют суммарной радиацией

(1)

Часть радиации, взаимодействуя с ограждениями объекта и отражаясь в окружающее пространство, образует отраженную коротковолновую радиацию R'. Остальная часть суммарной радиации образует поглощенную коротковолновую радиацию, пропорциональную коэффициенту поглощения ρ. Баланс коротковолновой радиации наружных ограждений может быть представлен в виде.

(2)

Отражательная способность ограждения характеризуется величиной интегрального альбедо поверхность A, %, определяемой отношением отраженной к поступающей суммарной радиации:

(3)

а коэффициент поглощения коротковолновой радиации коэффициенту тепловой черноты . Остальная часть отражается. Ограждения

(4)

Наряду с коротковолновой солнечной радиацией к строительному объекту на поверхности планеты, окруженной газовой оболочкой, поступает длинноволновое излучение атмосферы , называемое в актинометрии также тепловым противоизлучением. [2] Часть длинноволнового теплового противоизлучения атмосферы поглощается ограждением пропорционально строительных объектов, имеющие температуру выше абсолютного нуля, сами излучают в длинноволновом спектре — это так называемое собственное излучение ограждения . Основную часть (99 %) теплового излучения атмосферы и конструкций составляют электромагнитные волны ИК — диапазона длиной от 4 до 40 мкм.

Баланс длинноволнового излучения называется эффективным излучением ограждения . Актинометрическое определение эффективного излучения не совпадает с трактовкой эффективного излучения в теплотехнике. [2]

Величина, характеризующая приход-расход лучистой энергии в коротковолновом и длинноволновом спектре, представляет собой остаточную радиацию,

(5)

Для жилых зданий учет теплового потока, поступающего в комнаты и кухни в виде бытовых тепловыделений, производится согласно СН и П 2,04,05–86 в количестве 21 Вт на 1м² площади пола, т. е.

(6)

где — площадь пола рассматриваемого отапливаемого помещения, м².

В общественных, административных и производственных зданиях источниками дополнительных теплопоступлений могут быть: люди, искусственное освещение, электрооборудование, технологическое оборудование, нагретые материалы, солнечная радиация и пр. [3]

При расчете мощности отопительной установки учитывают только явные (т. е. излучением и конвекцией) тепловыделения, Вт, которые определяют по формуле

(7)

где — коэффициент, учитывающий интенсивность выполняемой человеком работы, равный для легкой работы 1, средней — 1,07, тяжелой — 1,15; — коэффициент, учитывающий теплозащитный свойства одежды и равный для легкой одежды 1, для обычной одежды-0,66, для утепленной-0,5; — подвижность воздуха в помещении (в жилых и административных зданиях ); - температура помещения.

При искусственном освещении работающем электрическом производственном оборудовании тепловыделения, Вт, равны

(8)

где - коэффициент, учитывающий фактически затрачиваемую мощность, одновременность работы электрооборудования, долю перехода электроэнергии в теплоту, которая поступает в помещение (в зависимости от технологического процесса); для электрических светильников ; - мощность осветительных приборов силового оборудования, Вт.

Поступление теплоты в помещение от нагретых материалов , Вт, и изделий, а также от горячих газов, подающих в помещение, можно подсчитать по формуле

Q_м=G_м·c·B(t_в-t_м), (9)

если подставлять в нее разность температур (-). [3]

Тепловой поток от нагретых поверхностей работающего технологического оборудования следует принимать по данным технологического проекта, данным тепловых испытаний теплопотребляющего оборудования или подсчитывать, используя законы и формулы теории теплообмена. Основную трудность в последнем случае составляет определение коэффициента теплоотдачи от нагретой поверхности за счет естественной конвекции, который во многих практически важных случаях неизвестен. Поэтому для ориентировочных расчетов теплового потока, Вт, можно использовать формулы: для печей, в которых сжигается твердое, жидкое или газообразное топливо

. (10)

для электрических печей

(11)

где - низшая теплота сгорания топлива, Дж/кг; - расход топлива, кг/с; - установочная мощность печей, кВт; - доля теплоты от или , выделяющаяся в помещение; для электрических печей , для других - коэффициент одновременности работы установленных печей (по данным технологического проекта). [3]

При наличии над печами вытяжных зонтов тепловыделения в помещение учитываются с коэффициентом 0,3 от величин, полученных по формулам (9) и (10).

Теплопоступления от солнечной радиации , Вт, учитывают при определении мощности отопительных установок только в районах с преобладанием зимой солнечной погоды для помещений с окнами, обращенными на юг. На практике этот учет осуществляется уменьшением теплопередача отопительных приборов для экономии топлива.

Литература:

1. Селиванов Н. П. «Энергоактивные солнечные здания».- М.: Знание. (сер. Стр-во и архитектура), 1982, № 2.
2. Кондратьев К. Я. «Актинометрия». — Л.: Стройиздат, 1965.
3. К. В. Тихомиров, Э. С. Сергеенко «Теплотехника, газоснабжение и вентиляция». Москва Стойиздат 1991 ст. 114