WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

Pages:   || 2 |

«Научно-технические основы формирования микроклимата промышленных объектов с лучистыми системами отопления ...»

-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и наук

и РФ

ФГБОУ ВПО Тюменский государственный архитектурностроительный университет

на правах рукописи

Куриленко Николай Ильич

Научно-технические основы формирования микроклимата промышленных

объектов с лучистыми системами отопления

Специальность: «Теплоснабжение, вентиляция,

05.23.03 кондиционирование воздуха,

газоснабжение и освещение».

Диссертация на соискание ученой степени

доктора технических наук

Научный консультант доктор физико-математических наук, профессор Кузнецов Г. В.

Тюмень - 2015 СОДЕРЖАНИЕ

1. Основные обозначения и сокращения…………………………….....…………..4

2. Введение………………………………………………………………….....…….6

3. Глава 1. Современное состояние теории и практики использования газовых инфракрасных излучателей для формирования микроклимата производственных помещений………………………

4. Глава Экспериментальные исследования температурных полей 2.

поверхностей и температуры внутреннего воздуха в производственных помещениях при работе газовых инфракрасных излучателей…………………..47

2.1. Исследования распределения температуры воздуха над поверхностью пола……………..………………………………

Исследование распределения температуры по высоте 2.2.

помещения…………………………………………………..................………….….82

2.3. Исследование распределения температуры под перекрытием здания……………………………………………………



5. Глава 3. Экспериментальное определение распределения плотности потока излучения при работе газовых инфракрасных излучателей……..……………………....114

6. Глава 4. Математическое моделирование сопряжённого теплопереноса в системе с радиационным источником нагрева………………………...………….142

4.1 Теплоперенос в закрытой системе с радиационным источником нагрева…………………………………………………………………………………………………144

4.2 Теплоперенос в системе с одной открытой границей и радиационным источником нагрева……………………………………………………………....…158

4.3 Анализ применения современных строительных материалов в для крупногабаритных производственных помещений………………………………164

4.4 Распределение тепловой энергии между газом и ограждающими конструкциями…………………………………………………………………….…171 Сопряжённый теплоперенос при работе газовых инфракрасных 4.5 излучателей, смещённых относительно верхней границы обогреваемой области………………………………………………………………………….……175

4.6 Влияние расположения ГИИ на тепловые режимы в крупногабаритных помещениях………………………………………………………………………..…184

4.7 Анализ влияния теплоотвода с поверхности ограждающей конструкции на тепловые режимы производственных помещений………………….....……...….194

7. Глава 5. Примеры разработки лучистых систем отопления для производственных объектов с использованием разработанного в диссертации подхода.……………..……………………………..……… …………………..……200

7.1 Объекты базы Управления аварийно-восстановительного ремонта ООО «Пермтрансгаз», пос. Волковский, Удмуртия…

7.2 Объекты ОАО «Запсибгазпром», г. Тюмень………………

8. Рекомендации по использованию результатов, полученных при выполнении диссертации……………………..……

9. Заключение…..……………………………………………………………...223

10. Литература…………………………...……………………………….…....225

Основные обозначения и сокращения

t температура, С;

Т – температура термодинамическая. К;





скорость движения, м/с;

Q –теплоотдача, Вт;

– коэффициент облученности, влажность, %;

– длина электромагнитной волны, мкм;

– коэффициент теплопроводности, Вт/(мград);

Qн.о. теплопотери через наружные ограждения, Вт;

Qвент. затраты тепла на вентиляцию помещений, Вт;

F – площадь поверхности, м2;

k коэффициент теплопередачи, Вт/(м2град);

Р – давление, кПа, МПа;

R2 – коэффициент детерминации;

R2 – коэффициент множественной детерминации;

Sbi –стандартное отклонение случайной величины bi;

S отклонение плотности теплового потока от среднего значения, %;

D(Х) – дисперсия случайной величины;

(Х) - средне квадратическое отклонение дисперсии случайной величины;

q – плотность теплового потока, Вт/м2;

– степень черноты;

– постоянная Стефана-Больцмана, Вт/(м2•град);

– коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2•град);

Н, h – расстояние, м;

x, y – координаты, м;

u, v – скорости по осям x, y, м2/с;

X, Y – безразмерные декартовы координаты;

–время, c;

U, V – безразмерные скорости;

V0 – масштаб скорости (скорость конвекции), м2/с;

– безразмерная температура;

Tit – масштаб температуры, К;

– функция тока, м2/с;

0 – масштаб функции тока, м2/с;

– безразмерный аналог ;

– вихрь скорости, 1/с;

0 – масштаб вихря скорости, 1/с;

– безразмерный аналог.

– температурный коэффициент объемного расширения, К-1;

g – ускорение массовых сил, м/с2;

L – расстояние от проекции центра излучающей поверхности на плоскость пола до термопары, ширина области решения, м;

– коэффициент кинематической вязкости, м2/с;

а – коэффициент температуропроводности, м2/с.

–  –  –

Актуальность проблемы. Одним из важнейших этапов реализации программы энергосбережения является научное обоснование решений задач формирования оптимального микроклимата в производственных помещениях [1].

Необходимость энергосбережения усилилась в последние годы по разным причинам: расточительное расходование энергии и резкий рост тарифов на энергоресурсы [2], наметившийся подъем промышленного производства в России и др. Вступление России во Всемирную торговую организацию (ВТО) влечёт за собой выравнивание внутренних и внешних цен на энергоносители, а это по некоторым сведениям [3] - повышение (до 8 раз) цен на природный газ и электроэнергию.

Актуальность энергосбережения в России подтверждается принятием в ноябре 2009 г. Федерального закона «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» и вслед за ним Государственной программы РФ «Энергосбережение и повышение энергоэффективности на период до 2020 года», утвержденной Распоряжением Правительства РФ от 27 декабря 2010 г. № 2446-р с изменениями и дополнениями от 18.08.11 и 16.02.13 г. г.

Современные архитектурные и конструктивные решения основных элементов промышленных зданий из облегченных конструкций требуют использования новых энергоэффективных и энергосберегающих систем отопления [1]. Но, если при строительстве новых производственных корпусов здание проектируется с учётом системы его отопления, то много проблем возникает, если приходится использовать объекты промышленной инфраструктуры, оставшиеся нам в наследство от прошлого. Они характеризуются, как правило, огромными, зачастую пустующими производственными площадями с теплотехническими свойствами, не соответствующими современным требованиям. Отапливать такие объекты «по старинке» объективно нецелесообразно и невозможно - это приводит к не оправданным энергозатратам.

Из-за несовершенства систем отопления зданий, особенно производственных, имеет место значительный (в ряде случаев до 50%) перерасход топлива и неудовлетворительные условия теплового комфорта в помещениях. В настоящее время основная часть общего теплопотребления в городах Российской Федерации покрывается системами централизованного теплоснабжения от котельных с единичной мощностью свыше 17 МВт и системами теплофикации с использованием ТЭЦ [4].

У централизованных и децентрализованных систем отопления есть свои преимущества и недостатки. Однако в современных рыночных условиях доля автономных источников теплоснабжения возрастает.

Многолетняя практика показывает, что традиционные конвективные системы отопления не способны эффективно обогревать помещения периодического и кратковременного использования; помещения с частично используемой площадью; помещения значительной высоты; помещения, удалённые от тепловых сетей, а также открытые и полуоткрытые площадки в силу присущего им ряда принципиальных недостатков.

Развитие теплотехники [5] создаёт реальные предпосылки использования для обеспечения теплового режима промышленных объектов, новых технических устройств, систем и технологий [6, 7]. В настоящее время становится целесообразным установка энергоэффективных автономных систем лучистого отопления (как электрических, так и газовых) в общественных и промышленных зданиях.

Решение задач создания оптимальных условий микроклимата в рабочей зоне промышленного помещения и экономии топливно-энергетических ресурсов при использовании газовых инфракрасных излучателей (ГИИ) неразрывно связано с необходимостью изучения процесса сложного теплопереноса в областях с многослойными ограждающими конструкциями, кровлей и габаритным оборудованием.

Следует отметить, что в настоящее время отсутствует единая классификация инфракрасных излучателей [8, 9, 10, 11], что затрудняет их выбор и оценку эффективности систем лучистого отопления. Не существует также более или менее общепринятых методов расчёта радиационных систем отопления, которыми могли бы пользоваться разработчики проектов при формировании микроклимата промышленных объектов.

Относительная малочисленность работ в этом направлении обусловлена тем, что исследование, являющееся сложным само по себе, в случае большой части аспектов, влияющих на формирование температурных полей объекта теплоснабжения, сопряжено с необходимостью учета требований к микроклимату в рабочей зоне и преодолением математических трудностей, связанных с решением задач сложного теплопереноса.

В настоящее время не разработаны методы расчёта, связывающие результаты экспериментальных исследований работы ГИИ и современную теорию теплопереноса и характеристики микроклимата промышленных объектов.

Необходима общая теория, построенная на анализе и обобщении результатов экспериментальных исследований основных закономерностей теплопереноса в условиях работы высокотемпературных ГИИ.

Принимая во внимание широкую сферу возможных приложений, создание научно-технических основ формирования микроклимата промышленных объектов с локальными лучистыми источниками нагрева с учётом основных значимых факторов является весьма актуальной крупномасштабной научнотехнической проблемой.

Степень разработанности темы исследования. Основным фактором при выборе темы диссертационного исследования послужили работы таких учёных и инженеров, как Б.С. Ициксон, А.К. Родин, Ю.А. Суринов, В.Н. Богословский, А.Н. Сканави, Ж. В. Мирзоян, О.Н. Брюханов, Д.Я. Вигдорчик, М.А. Маевский, А.М. Левин М.Б. Равич., Л.Д. Богуславский, А. Миссенар, А. Мачкаши, Л.

Банхиди и др., посвящённые конструкциям ГИИ и возможности их применения для отопления зданий. К числу наиболее общих и эффективных методов исследования и расчета радиационного теплообмена, разработанных в нашей стране, относятся обобщенные зональные методы. Классиками зональных методов расчета считают Ю. А. Суринова, А. С. Невского, В. Н. Адрианова и их последователей: Ю.А. Журавлева, В. Г. Лисиенко, С. П. Деткова, С. А.

Крупенникова и В. В. Бухмирова. В строительной теплофизике многие задачи анализа тепловых режимов объектов теплоснабжения решаются с использованием простых балансных моделей в виде систем обыкновенных дифференциальных уравнений, не учитывающих возможную пространственную неоднородность температурных полей области нагрева. При этом мало внимания уделяется восходящим конвективным потокам, формирующим температурное поле в объёме помещения.

Для анализа теплового режима помещений при работе ГИИ необходимо разработать физические и математические модели, учитывающие основные механизмы теплопереноса и особенности формирования микроклимата при лучистом отоплении, согласующиеся с результатами экспериментов и натурных испытаний.

Целью диссертационной работы является разработка научно-технических основ формирования микроклимата промышленных объектов с системами отопления на базе высокотемпературных ГИИ.

Достижение этой цели сопряжено с решением следующих задач:

методик экспериментальных исследований процессов

-разработка теплопереноса в помещениях промышленных объектов с лучистыми системами отопления;

исследования основных закономерностей

-экспериментальные теплопереноса в условиях нагрева локальных объёмов газовыми инфракрасными излучателями;

-разработка физических моделей процессов теплопереноса в помещениях промышленных объектов с лучистыми системами отопления;

-разработка нового подхода к формированию микроклимата промышленных объектов с локальными лучистыми источниками нагрева;

математической модели сопряжённого конвективноразработка кондуктивного теплообмена в области с источником радиационного нагрева в рамках модели свободной конвекции и теплопроводности для воздуха и теплопроводности для ограждающих конструкций;

исследование основных закономерностей процессов

-численное теплопереноса в помещениях с лучистыми системами отопления;

на основании анализа и обобщения результатов

-разработка экспериментальных и теоретических исследований научно-технических основ формирования микроклимата промышленных объектов с локальными лучистыми источниками нагрева;

по результатам экспериментальных и теоретических

-разработка исследований методик выбора параметров лучистых систем отопления помещений промышленных объектов;

-разработка систем лучистого отопления помещений производственных объектов, обеспечивающих нормируемые параметры микроклимата;

-внедрение систем лучистого отопления в группе промышленных объектов Западной Сибири;

-разработка рекомендаций для проектных и производственных организаций по расчёту и эксплуатации системы отопления на базе ГИИ и по устройству или реконструкции существующих конструкций кровель, оптимальному размещению ГИИ по высоте с учетом излучения в рабочую зону и зону между излучателями и покрытием, выбору конструкции и единичной мощности ГИИ.

Методологические основы исследования.

Методологической основой исследования послужили работы учёных и инженеров в области лучистого отопления. В работе использовались как эмпирические, так и теоретические методы исследования. К эмпирическим методам относятся: изучение литературы, документов и результатов деятельности предшественников в области лучистого отопления производственных зданий;

наблюдение за работой лучистых систем отопления; измерение параметров действующих систем; экспертная оценка параметров. В результате выявилась необходимость нового подхода к процессу формирования теплового режима помещений, обогреваемых высокотемпературными газовыми инфракрасными излучателями. Была построена физическая модель формирования теплового режима помещений, учитывающая конвективную природу формирования температурного поля с учётом теплоотвода в ограждающие конструкции. Модель обосновывалась проведёнными экспериментами.

Теоретические методы исследования заключались в разработке математической модели процесса формирования теплового режима помещений, обогреваемых высокотемпературными ГИИ, с использованием дифференциальных уравнений в частных производных в сопряжённой постановке и численной реализации поставленных задач.

На защиту выносятся:

результаты экспериментальных исследований, обосновывающие новый подход к моделированию тепловых режимов помещений с системами отопления на базе ГИИ;

эмпирические зависимости, описывающие температурные поля в рабочей зоне помещения, обогреваемого газовыми инфракрасными излучателями;

экспериментальные зависимости, описывающие температурные поля в верхней части и на поверхностях помещения, обогреваемого ГИИ;

эмпирические зависимости, отражающих влияние лучистого отопления на теплозащитные свойства покрытий;

новый подход к формированию микроклимата производственных помещений, обогреваемых газовыми инфракрасными излучателями;

математическая модель, описывающая существенно нестационарные и неоднородные поля температур и тепловых потоков в области нагрева газовыми инфракрасными излучателями;

результаты численных исследований сопряжённого теплопереноса в области нагрева газовыми инфракрасными излучателями;

рекомендации по проектированию систем радиационного отопления.

Достоверность результатов подтверждается обоснованием принятых допущений при проведении теоретических исследований анализом погрешности результатов эксперимента; использованием современных методов проведения экспериментальных исследований на основе поверенного сертифицированного измерительного оборудования; сравнением результатов исследований, полученных теоретически и в экспериментах и с результатами других исследователей.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложений и списка литературы. Во введении дана общая характеристика и отражено содержание работы, формулируется цель и задачи исследования, обосновывается актуальность, научная новизна и практическая значимость, формулируются выносимые на защиту результаты и положения.

В первой главе, носящей обзорный характер, описано современное состояние экспериментальных и теоретических исследований по проблеме применения источников лучистого нагрева к отоплению производственных зданий и сооружений. На основании проведенного анализа литературы по проблеме сделано заключение, что большинство работ посвящено конструированию горелок инфракрасного излучения и санитарно-гигиеническим проблемам обогрева рабочих зон с использованием систем радиационного нагрева.

Известны методы [12, 13] расчёта теплопереноса, базирующиеся на решении систем линейных алгебраических уравнений, аппроксимирующих соответствующие интегральные уравнения излучения. Методы [12, 13] широко используются при математическом моделировании процессов радиационного и сложного теплообмена в теплотехнических системах различного назначения.

Установлено [12], что, вследствие нелинейности задачи радиационного теплообмена и необходимости интегрирования уравнений переноса излучения, получить решение в замкнутом виде не представляется возможным. В связи с этим необходимо использование численных методов решения сопряженных задач конвективного и радиационно-конвективного теплообмена.

По результатам проведённого анализа установлено, что до настоящего времени не разработаны методы расчёта, опирающиеся на анализ и обобщение результатов экспериментальных исследований основных закономерностей теплопереноса при отоплении производственных зданий и сооружений системами на базе высокотемпературных газовых инфракрасных излучателей.

Во второй и третьей главах приведены результаты экспериментальных исследований основных закономерностей теплопереноса на модельных объектах в условиях нагрева локальных объёмов газовыми инфракрасными излучателями.

Во второй главе приведены результаты экспериментов по анализу закономерностей теплопереноса в воздухе и ограждающих конструкциях модельных объектов. Приведены результаты экспериментов по изучению влияния различных факторов на условия сопряжённого конвективно-кондуктивного теплообмена в объектах исследования. Впервые по результатам анализа и обобщения полученных экспериментальных данных сформулированы физические модели сложного теплопереноса в условиях работы ГИИ.

В третьей главе приведены результаты экспериментов по исследованию основной характеристики излучателей – плотности теплового потока излучения.

Измерялась плотность излучения по направлению продольной и поперечной оси индивидуального излучателя, плотность излучения в различных точках объёма модельного объекта. По результатам экспериментов были построены эпюры облучения для типичных излучателей и сформулированы заключения по физике процессов теплопереноса в условиях работы ГИИ в замкнутых объемах с локальными источниками радиационного нагрева.

В четвёртой главе приведено описание нового подхода к моделированию сопряжённого конвективно-кондуктивного теплообмена в объектах теплоснабжения при работе источников инфракрасного излучения высокотемпературных газовых инфракрасных горелок. Такой подход к моделированию температурных полей в замкнутых объемах при использовании газовых инфракрасных излучателей разработан впервые. Установлено в результате исследований, что в лучистых системах отопления энергия радиационных источников нагрева аккумулируется в тонких приповерхностных слоях ограждающих конструкций. В результате возникают конвективные потоки, обеспечивающие нагрев объектов рабочих зон.

В четвёртой главе представлены результаты численных исследований теплопереноса в режиме свободной конвекции в закрытой прямоугольной области и в системе с одной открытой границей, нагреваемой инфракрасным излучением.

Решена система уравнений Навье-Стокса в приближении Буссинеска, уравнения энергии для газа, находящегося внутри исследуемого контура, и уравнений теплопроводности для вертикальных и горизонтальных ограждающих конструкций. Решена задача сопряжённого теплопереноса при работе газовых инфракрасных излучателей, смещённых относительно верхней границы обогреваемой области. Проведён сравнительный анализ типичных свободноконвективных режимов теплопереноса в рассматриваемой области. Установлена существенная нестационарность анализируемого процесса теплопереноса.

Выделены особенности формирования температурных полей при работе инфракрасных излучателей.

По результатам проведённых экспериментальных и теоретических исследований разработаны методики расчёта для выбора мощности излучателей, их расположения и компоновки.

В пятой главе приведены результаты работ по созданию систем лучистого отопления на промышленных объектах, запроектированных и построенных с использованием разработанных при выполнении диссертации методов прогностического моделирования тепловых режимов.

Системы радиационного отопления созданы, в частности, для группы производственных зданий предприятий «Запсибгазпрома», расположенных на территории Тюменской области, и для ряда объектов на базе УАВР ООО «Пермтрансгаз» на территории Пермской области и Республики Удмуртия.

Испытания этих систем, проводившиеся неоднократно в зимний период при температурах наружного воздуха от минус 5 до минус 42 °C включительно, показали их высокую эффективность.

Производственные здания, для которых разработаны системы лучистого отопления, различаются по ряду значимых факторов (вид технологического процесса, микроклимат помещения, геометрические размеры).

Исследования параметров микроклимата в цехах с системами лучистого отопления (температурных полей воздуха, температуры внутренних поверхностей ограждающих конструкций, тепловых потоков) подтвердили перспективность использования разработанного в диссертации подхода при создании систем лучистого нагрева производственных объектов.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы.

Научная новизна. В работе впервые:

методики экспериментальных исследований процессов

-разработаны теплопереноса в помещениях промышленных объектов с лучистыми системами отопления;

-экспериментально изучено влияние работы газовых горелок инфракрасного излучения на формирование температурных полей в зонах нагрева модельных объектов и в малой окрестности горелок инфракрасного излучения;

-разработана физическая модель процессов теплопереноса в помещениях промышленных объектов с лучистыми системами отопления;

математическая модель сопряжённого конвективноразработана кондуктивного теплообмена в области с источником радиационного нагрева в рамках свободной конвекции для воздуха и теплопроводности для ограждающих конструкций;

методика численного решения сопряжённых задач

-разработана теплопереноса в помещения с источником теплоты - газовой горелкой инфракрасного излучения, численно исследованы основные закономерности процессов теплопереноса в помещениях с лучистыми системами отопления;

-разработан новый подход к формированию микроклимата промышленных объектов с локальными лучистыми источниками нагрева, основанный на необходимости учёта конвективного теплообмена и теплоотвода в ограждающие конструкции и конструкции кровель производственных зданий;

-разработан новый комплексный метод проведения теплотехнического тепловизионного измерения влияния ГИИ на теплозащитные свойства покрытий, экспериментально изучено влияние теплового потока от газовых горелок инфракрасного излучения на теплотехнические свойства покрытий производственных зданий;

результатам экспериментальных и теоретических исследований

-по разработаны методики выбора параметров лучистых систем отопления помещений промышленных объектов;

-на основании анализа и обобщения результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны научно-технические основы формирования микроклимата промышленных объектов с локальными лучистыми источниками нагрева;

-разработаны и внедрены системы лучистого отопления, обеспечивающие нормированный микроклимат, на группе промышленных объектов;

рекомендации для проектных и производственных

-разработаны организаций по расчёту и эксплуатации системы отопления на базе ГИИ и по устройству или реконструкции существующих конструкций кровель, оптимальному размещению ГИИ по высоте с учетом излучения в рабочую зону и зону между излучателями и покрытием, выбору конструкции и единичной мощности ГИИ.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в том, что она является научно обоснованной системой знаний для проектирования конкретных устройств систем радиационного отопления производственных зданий и сооружений, применение которой обеспечивает снижение расхода тепловой энергии для отопления в среднем на 30…40% и материальных ресурсов на устройство систем отопления в среднем на 10…15% по сравнению с наиболее современными системами конвективного отопления производственных зданий.

Впервые экспериментально обоснована конвективная природа формирования теплового режима в объёме обогреваемого помещения и необходимость учёта теплоотвода в ограждающие конструкции при расчёте систем лучистого отопления. Разработаны не имеющие аналогов математические модели формирования теплового режима помещения при лучистом отоплении. Численное моделирование позволило установить основные закономерности процесса формирования микроклимата промышленных объектов с локальными лучистыми источниками нагрева.

Основные положения диссертации используются автором при чтении курсов лекций "Инженерный эксперимент", «Проектирование и расчёт энергосберегающих систем теплогазоснабжения» для магистров направления 270800 «Строительство» по программе: «Системы теплогазоснабжения и вентиляции, энергоаудит».

Достоверность результатов подтверждается обоснованием принятых допущений при проведении теоретических и экспериментальных исследований и обеспечена:

использованием современных методов проведения экспериментальных исследований на основе поверенного сертифицированного измерительного оборудования;

хорошим соответствием результатов исследований, полученных теоретически и в экспериментах.

Работа выполнена в Тюменском государственном архитектурностроительном университете и Национальном исследовательском Томском политехническом университете в рамках НИР госзадания «Наука» (шифр федеральной целевой научно-технической программы 2.1321.2014).

На защиту выносятся:

новый подход к формированию микроклимата производственных помещений, обогреваемых газовыми инфракрасными излучателями;

результаты экспериментальных исследований, обосновывающие новый подход к моделированию тепловых режимов помещений с системами отопления на базе ГИИ путём решения задач свободной конвекции и теплопроводности в сопряжённой постановке с учётом теплоотвода в ограждающие конструкции и аккумуляции в них энергии;

эмпирические зависимости, описывающие температурные поля в рабочей зоне помещения, обогреваемого газовыми инфракрасными излучателями;

эмпирические зависимости, описывающие температурные поля в верхней части и на поверхности покрытия помещения, обогреваемого газовыми инфракрасными излучателями;

эмпирические зависимости, отражающих влияние лучистого отопления на теплозащитные свойства покрытий;

математическая модель, описывающая существенно нестационарные во времени и неоднородные поля температур и тепловых потоков в области нагрева газовыми инфракрасными излучателями;

результаты численных исследований сопряжённого теплопереноса в области нагрева газовыми инфракрасными излучателями;

рекомендации по проектированию систем радиационного отопления;

рекомендации по устройству и реконструкции кровель производственных зданий и сооружений, отапливаемых лучистой системой отопления.

Работа выполнена в Тюменском государственном архитектурностроительном университете, г. Тюмень, и Национальном исследовательском Томском политехническом университете, г. Томск, в рамках НИР госзадания «Наука» (шифр федеральной целевой научно-технической программы 2.1321.2014).

Апробация Доклады по диссертации обсуждались на научных семинарах кафедр промышленной теплоэнергетики и теплогазоснабжения, вентиляции и кондиционирования Тюменского государственного архитектурно-строительного университета, на научном семинаре кафедры теплогазоснабжения Томского государственного архитектурно-строительного университета, а также на следующих конференциях:

Международная научно-практическая конференция, ОАО «Мега-Групп», г.

Тюмень, 2004 г.

Международная практическая конференция «Реконструкция СанктПетербург – 2005», г. Санкт-Петербург, 2005 г.

Всероссийская научно-практическая конференция «Энергосберегающие технологии, оборудование и материалы при строительстве объектов в Западной Сибири». Тюменская государственная архитектурно-строительная академия, г.

Тюмень, 2005 г.

Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири», Тюменский государственный архитектурно-строительный университет, г.

Тюмень, 2008 г.

III Международная научно-техническая конференция «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции», Московский государственный строительный университет, г. Москва, 2009 г.

II Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Теплофизические основы энергетических технологий» Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, 06-08 октября 2011 г.

III Всероссийская научная конференция с международным участием «Теплофизические основы энергетических технологий» Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, 06-08 октября 2012 г.

XIV Минский международный форум по тепло- и массообмену, Институт тепло- и массообмена им. Лыкова, г. Минск, 10-13 сентября 2012 г.

Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири», Тюменский государственный архитектурно-строительный университет, г.

Тюмень, 15 апреля 2014 г.

10-й Международный научный симпозиум Передовые технические системы и технологии (ИТСТ-2014), 12 – 20 сентября 2014 г. Мыс Фиолент, Севастополь, Крым, Россия.

IV Всероссийская научная конференция с международным участием «Теплофизические основы энергетических технологий» Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, 15-17 октября 2014 г.

Международная научная школа-семинар «Тепломассоперенос в системах обеспечения тепловых режимов энергонасыщенного технического и технологического оборудования». Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, 22-23 апреля 2015 г.

Публикации Основные результаты диссертации опубликованы в 38 печатных работах, из которых 11 статей в журналах, рекомендованных ВАК для публикации материалов докторских диссертаций, два патента на изобретение и две монографии.

Куриленко, Н.И. Лучисто-конвективный теплообмен газовых 1.

инфракрасных излучателей с многослойной конструкцией кровли / Н.И.

Куриленко, Р.Р. Давлятчин // Приволжский журнал. - 2009. -№3. - С. 74-78.

Куриленко, Н.И. Теплообмен газовых инфракрасных излучателей с 2.

многослойной конструкцией кровли / Н.И. Куриленко, Р.Р. Давлятчин // Вестник Томского государственного архитектурно - строительного университета. - 2009. С. 132-141.

Куриленко, Н.И. Математическое моделирование сопряженного 3.

теплопереноса в системе с радиационным источником нагрева / Г.Я. Мамонтов Н.И. Куриленко, В.И. Максимов, Т.А. Нагорнова // Научно-технические ведомости СПбГПУ. - 2012. - № 147. С. 48-53.

Куриленко, Н.И. Нестационарный метод измерения коэффициента 4.

излучения теплозащитных материалов / В.А. Архипов, И.К. Жарова, Н.И.

Куриленко, И.К. Гольдин // Приборы. – 2012. - № 2. - С. 43-46.

Анализ нестационарного метода измерения интегрального 5.

коэффициента излучения / Н.И. Куриленко [и др.] // Теплофизика и аэромеханика.

- 2012. - Т. 19. - № 6. С. 751-760.

Свободно-конвективный перенос в отапливаемых с использованием 6.

газовых инфракрасных излучателей производственных помещениях / Н.И.

Куриленко [и др.] // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики.

- 2013. - № 1/2. С. 18-25.

Теплоперенос при нагреве локальной области крупногабаритного 7.

производственного помещения газовыми инфракрасными излучателями / Н.И.

Куриленко [и др.] // Инженерно-физический журнал. – 2013. – Т. 86. - № 3. С. 489Куриленко, Н.И. Тепловые режимы локальных рабочих зон 8.

крупногабаритных производственных помещений при нагреве газовыми инфракрасными излучателями / Г.В. Кузнецов, В.И. Максимов, Т.А. Нагорнова, Н.И. Куриленко, Г.Я. Мамонтов // Промышленная энергетика. - 2013. - № 5. С. 37Куриленко, Н.И. Анализ свободноконвективных режимов 9.

теплопереноса в замкнутой области при работе инфракрасных излучателей / Г.В.

Кузнецов, Г.Я. Мамонтов Н.И. Куриленко, В.И. Максимов, Т.А. Нагорнова // Известия российской академии наук. Энергетика. - 2014. - № 5. С. 37-44.

Куриленко, Н.И. О методе анализа энергоэффективности применения 10.

газовых инфракрасных излучателей в системах отопления / В.И. Максимов, Т.А.

Нагорнова, Г.Я. Мамонтов // Энергетик. - 2015. - № 5. С. 11-13.

Куриленко, Н.И. Сопряжённый теплоперенос при работе газовых 11.

инфракрасных излучателей, смещённых относительно верхней границы обогреваемой области / Г.В. Кузнецов, В.И. Максимов, Г.Я. Мамонтов, Т.А.

Нагорнова // Энергосбережение и водоподготовка. - 2015.- № 2 (94). С. 46-51.

Патенты Пат. 2468360 Российская Федерация, МПК G01N 25/18, G01K 7/02.

12.

Способ измерения интегрального коэффициента излучения поверхности теплозащитных материалов / Н.И. Куриленко, В.А. Архипов, И.К. Жарова, В.Д.

Гольдин. № 2011131606/28, заяв. 27.07.2011, опубл. 27.11.12, Бюл № 33. – 13 с.

Пат. 2497044 Российская Федерация, МПК F23D 14/12. Источник 13.

направленного инфракрасного излучения / Н.И. Куриленко [и др.] № 20121106363/06, заяв. 27.02.2012, опубл. 27.10.13, Бюл № 30. – 10 с.

Монографии Куриленко, Н.И. Тепловые режимы производственных помещений с 14.

системами отопления на базе газовых инфракрасных излучателей: монография/ Н.И. Куриленко, В.И. Максимов, Г.Я. Мамонтов, Т.А. Нагорнова; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. – 101 с.

Куриленко, Н.И. Газовые инфракрасные излучатели: Эксперимент, 15.

теория, практика: монография/ Н.И. Куриленко, В.И. Максимов, Г.Я. Мамонтов, Т.А. Нагорнова; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. – 133 с.

Публикации в других изданиях Куриленко, Н.И. Энергосбережение и автономные газовые системы 16.

отопления / А.Б. Пуртов, И.В. Козел // Энергосбережение при освоении и разработке северных месторождений Западно-Сибирского региона: сборник материалов научно-практической конференции. – Тюмень: ОАО «Запсибгазпром», 1997 г. – С. 13-16.

Куриленко, Н.И. Системы лучистого отопления / Н.И. Куриленко // 17.

Строительный вестник Тюменской области. – Тюмень, 1999. № 2. – С. 105-108.

Куриленко, Н.И. Энергосберегающие системы отопления / Н.И.

18.

Куриленко. // известия вузов. Нефть и газ. – Тюмень, 1998. № 1. – С. 112-115.

Куриленко, Н.И. Газовые инфракрасные излучатели / Н.И. Куриленко, 19.

Д.М. Зверев // Строительный вестник Тюменской области. – Тюмень, 1999. № 2.

– С. 58-59.

Куриленко, Н.И. Лучистые системы отопления / Н.И. Куриленко, Д.М.

20.

Зверев // Строительный вестник Тюменской области. – Тюмень, 2000. № 2. – С.

67-70.

Куриленко, Н.И. Определение угловых коэффициентов облученности 21.

при произвольном расположении газового инфракрасного излучателя / Н.И.

Куриленко, Л.Ю. Михайлова // Сборник материалов научно-практической конференции ТюмГАСА. – Тюмень: РИО ТюмГАСА, 2004. – С. 120-123.

Куриленко, Н.И. О выборе мощности светлых газовых инфракрасных 22.

излучателей / Н.И. Куриленко. Л.Ю. Михайлова // Строительный вестник Тюменской области. – Тюмень, 2005. № 1. – С. 96-97.

Куриленко, Н.И. Оценка ожидаемого значения теплоощущения 23.

человека в производственном помещении при лучистом отоплении / Н.И.

Куриленко, Л.Ю. Михайлова // Актуальные проблемы строительства, экологии в Западной Сибири: сборник материалов научно-практической конференции. – Тюмень: РИО ТюмГАСА, 2005. – С. 52-57.

Куриленко, Н.И. Постановка задачи расчета теплового режима 24.

производственного помещения при лучистом отоплении газовыми инфракрасными излучателями / Н.И. Куриленко, Л.Ю. Михайлова // Энергосберегающие технологии, оборудование и материалы при строительстве объектов в Западной Сибири: сборник материалов научно-практической конференции. – Тюмень: РИО ТюмГАСА, 2005. – С. 52-57.

Куриленко, Н.И. О высоте подвески светлых газовых инфракрасных 25.

излучателей / Н.И. Куриленко, Л.Ю. Михайлова // Реконструкция СанктПетербург 2005: сборник материалов международной научно-практической конференции. – Санкт-Петербург: СПбГАСУ, 2005. – С. 306-309.

Куриленко, Н.И. Лучистое отопление и теплоизолирующие свойства 26.

покрытий промышленных зданий / Н.И. Куриленко, Р.Р. Давлятчин //Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири: сборник материалов международной научно-практической конференции.

– Тюмень: РИО ТюмГАСУ, 2008. – С. 149-152.

Куриленко, Н.И. Методы определения лучистых характеристик 27.

газовых инфракрасных излучателей / Н.И. Куриленко, Р.Р. Давлятчин // VIII научная конференции молодых ученых, аспирантов и соискателей ТюмГАСУ:

сборник материалов конференции. – Тюмень: РИО ТюмГАСУ, 2009. – с. 67-69.

Куриленко, Н.И. Комплексный метод исследования 28.

энергоэффективности производственных зданий / Н.И. Куриленко, Р.Р.

Давлятчин, Л.Ю. Михайлова, Л.Н. Гуревич // Строительный вестник Тюменской области. – Тюмень, 2009. – № 1. – С. 67-69.

Куриленко, Н.И. Аспекты радиационного отопления / Н.И.

29.

Куриленко, Р.Р. Давлятчин // Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции: сборник материалов третьей международной научно-практической конференции. – Москва: МГСУ, 2009. – С. 153-157.

Куриленко, Н.И. Повышение энергоэффективности производственных 30.

зданий использующих лучистую систему отопления / Н.И. Куриленко, Р.Р.

Давлятчин, Л.Ю. Михайлова // Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов: сборник трудов Международной научнотехнической конференции студентов, магистрантов, аспирантов. – Тольятти, 2009.

– С. 236-239.

Куриленко, Н.И. Учёт неоднородности температурного поля при 31.

измерении интегрального коэффициента излучения теплозащитных материалов / В.А. Архипов, И.К. Жарова, Н.И. Куриленко, В.Д. Гольдин // Теплофизические основы энергетических технологий: сборник докладов научной конференции (Томск, 06 – 08 октября 2011 г.) – Томск, 2011. – С. 127-131.

Источник направленного излучения / Н.И. Куриленко [и др.] // 32.

Теплофизические основы энергетических технологий: сборник докладов научной конференции (Томск, 04 – 06 октября 2012 г.) – Томск, 2012. – С. 236-239.

Применение струи низкотемпературных продуктов сгорания для 33.

тепловой защиты корпуса РДТТ с вкладным зарядом / Н.И. Куриленко [и др.] // XXIII семинар по струйным, отрывным и нестационарным течениям: сб. науч. тр.

/ Томский политехн. ун-т. – Томск, 2012. – С. 41-46.

Исследование коэффициентов излучения теплозащитных материалов / 34.

Н.И. Куриленко [и др.] // XIV Минский международный форум по тепло- и массообмену: тез. докл. и сообщ. (Минск, 10 – 13 сентября 2012 г.). – Минск,

2012. С 37-40.

Сопряженный теплоперенос в системе с радиационным источником 35.

нагрева / Н.И. Куриленко [и др.] // XIV Минский международный форум по тепло- и массообмену: тез. докл. и сообщ. (Минск, 10 - 13 сентября 2012 г.). Минск, 2012. С 147-151.

Куриленко, Н.И. Оптимизация работы инфракрасного обогрева 36.

рабочих мест общественных и производственных зданий / Н.И. Куриленко, Л.Ю.

Михайлова, Р.Р. Давлятчин, А.Н.

Ермолаев // Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири:

сборник материалов международной научно-практической конференции. В 3-х т. – Тюмень: РИО ТюмГАСУ, 2014. – С. 115-119.

37. Kurilenko, N.I. Experimental determination of the temperature in a small neighborhood of the gas infrared sources / G.V. Kuznetsov, N.I. Kurilenko, G.Ya.

Mamontov and L.Yu. Mikhailova // EPJ Web of Conferences 82, 01021 (2015)

38. Kurilenko, N.I. Analytical Approach to Predict the Draft Intensiti in the Premises with the Heat Producing Facuities / N.I. Kurilenko, L.Yu. Mikhailova and P.A. Artamonov // EPJ Web of Conferences 82, 01021 (2015) Глава 1. Современное состояние теории и практики использования газовых инфракрасных излучателей для формирования микроклимата производственных помещений Одним из наиболее перспективных по энергоэффективным и экономическим показателям является лучистый (радиационный) способ отопления производственных помещений, т. е передача тепловой энергии от её источника (генератора) к объекту за счет излучения [14 - 22].

Еще в XIX веке предпринимались попытки с помощью лучистой системы отопления уйти от недостатков традиционной конвективной: необходимость устройства в отапливаемых помещениях нагревательных приборов, занимающих часть полезной площади; трудность очистки поверхностей самих нагревательных приборов от пыли и накипи; неравномерность распределения температуры воздуха как по высоте, так и в поперечном направлении помещения и т. д.

В начале XX века стала интенсивно развиваться «Теория отопления лучеиспускающими поверхностями». Из работ, посвящённых теоретическим обоснованиям расчётов систем лучистого отопления и опубликованным в иностранной технической периодике в те годы, наиболее значимы [23 - 26].

Известно, что любая система отопления должна создавать благоприятный для человека микроклимат - в первую очередь тепловую обстановку [14].

Дополнительно к этому необходимо соблюдение определенных санитарногигиенических требований в рабочей зоне [27]. В промышленных зданиях требуется поддерживать необходимый для человека и технологических процессов микроклимат. Конструкции наружных ограждений во многих случаях недостаточно препятствуют теплоотводу из отапливаемых помещений в условиях интенсивного охлаждающего воздействия внешней среды. Нормативные тепловые режимы обеспечиваются за счет работы систем отопления.

Исходной базой для развития радиационного отопления в России были результаты исследований К.Л. Боброва [28], С.А. Оцепа [29], В.Н. Богословского [14, 30], А.К. Родина [10, 11, 31], А.Е. Малышевой [32], Ф. Колмара и В. Лизе [33], А. Мачкаши [34], Л. Банхиди [20], Р. Брохерта [35], П. Фангера [21] и других исследователей. Усилия большинства из этих авторов были направлены на исследование панельно-лучистых (низкотемпературных) систем отопления.

Более широкому распространению лучистого отопления в недавнем прошлом препятствовало несколько факторов. Во-первых, данный способ отопления требовал больших капитальных вложений. Например, в одноэтажных промышленных зданиях удельные капитальные затраты на установку экранов лучистого отопления почти в 4 раза выше по сравнению отоплением воздушными агрегатами, и в два раза выше, чем при воздушном отоплении, совмещённом с вентиляцией [10].

Во-вторых, было принято считать, что в помещениях с повышенной необходимостью искусственной вентиляции (там, где работает персонал) нецелесообразно применять лучистое отопление. Причина – потери теплоты, за счет конвекции при скорости движения воздуха более 0.5 м/с нельзя компенсировать только лучистым отоплением. Для этого необходима подача горячего воздуха, что требует очень высоких капитальных затрат как на лучистое отопление, так и централизованную подачу горячего воздуха.

В-третьих, не были проработаны вопросы расчёта теплового режима персонала. В связи с этим предполагалось, что есть ограничения по скоростям движения горячего воздуха. Действующие нормативы расчёта теплоощущения персонала (например, диаграммы Кренко [36]) были завышенными, т. е.

допускалась такая низкая температура нагревательных устройств, что часто последние не обеспечивали возможности восполнения теплопотерь.

Однако, в настоящее время вышеперечисленные проблемы, да и многие другие (менее значимые), стали не актуальны. Обоснована возможность экономии 30 – 40 % энергии и допустимость комбинации лучистого отопления с вентиляцией [37]. Удалось решить важные вопросы, связанные с расчётом тепловых режимов персонала. Несмотря на то, что есть ещё нерешённые задачи в этой сфере, достигнута возможность более точной оценки теплоощущений человека.

Микроклимат помещения, в котором работает система отопления, в основном характеризуется следующими параметрами: температурой воздуха tв, радиационной температурой tR, скоростью движения в и относительной влажностью воздуха в [38].

Изучению санитарно-гигиенических аспектов радиационного теплообмена человека с окружающей средой посвящены работы А.Е. Малышевой [32], Н.К.

Пономаревой [39] и др. Установлена возможность снижения температуры воздуха при лучистом отоплении без нарушения условия теплового комфорта. Такой температурный режим в рабочей зоне [14] и более равномерное распределение температуры по высоте помещения позволяет уменьшить (по сравнению с конвективной системой отопления) расход тепловой энергии на обогрев здания [40].

С.А. Оцепом [29] и Л.А. Тилиным [41] предпринята попытка определить сочетания tв и tR, соответствующие состоянию теплового комфорта человека, находящегося в покое, исходя из анализа уравнения теплового баланса тела человека. Однако расчеты не были подтверждены экспериментальными исследованиями, что привело, как показал В.Н. Богословский [30], к завышенным значениям температур в помещении по сравнению с температурами, реально соответствующими условиям теплового комфорта.

Е.А.Насоновым [42] предложено проводить оценку радиационного режима нагреваемого объема воздуха с помощью «изорад» (линий с равной плотностью потока теплового излучения) по степени неравномерности поля лучистой энергии.

Неравномерность определяется по отклонениям максимального (и минимального) значения плотности потока лучистого тепла в данной точке от средневзвешенного по помещению. Оценка соблюдения условий теплового комфорта базировалась на экспериментальных данных физиолого–гигиенических испытаний Ф. Кренко [36], А. Миссенара [43], полученных применительно к условиям систем отопления социальных объектов.

Результаты работ отечественных и зарубежных исследователей [20, 33, 44, 45, 46], хотя и не решают в полном объеме проблему анализа тепловых режимов в помещении, свидетельствуют о необходимости обязательного учета фактора теплового излучения.

Анализ результатов исследований многих авторов показал, что допустимым для длительного пребывания людей в помещении считается значение максимальной плотности потока теплового излучения в диапазоне от 36 до 130 Вт/м2. Такое расхождение объясняется, скорее всего, существенным различием методик физиолого-гигиенических исследований.

По действующим нормативам интенсивность облучения 140 Вт/м2 и менее не налагает при избыточном тепловом потоке дополнительных требований к вентиляции [45]. Можно принять тепловой поток 140 Вт/м2 за допустимый верхний предел облучения.

Стандарт Некоммерческого партнёрства «Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике» (АВОК) [47] (со ссылкой на [48]) рекомендует максимально допустимую интенсивность инфракрасного облучения «поверхности туловища, рук и ног» 150 Вт/м2.

Л.А. Гвозденко [46] приведен анализ гигиенических аспектов применения инфракрасных излучателей.

На основании данных о том, что инфракрасные лучи с разной длиной волн по-разному воспринимается организмом работающих в зоне облучения, предложено классифицировать аппараты инфракрасного излучения на основании температурных характеристик и спектрального состава излучения:

-источники с температурой 35-300 С и максимальной энергией в диапазоне 5.8-9 мкм (тёмное свечение);

-источники с температурой 300-700 С и максимумом энергии в диапазоне 3.5-5 мкм (тёмно-красное свечение);

-источники с температурой 700-1000 С и максимумом энергии в диапазоне 2.3-3.5 мкм (красное свечение);

-источники с температурой 1000-1500 С и максимумом энергии в диапазоне 0.76-2.5 мкм (белое свечение).

–  –  –

Тем не менее, в действующих в нашей стране документах по нормированию параметров микроклимата: СанПиН 2.2.4.54896 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» [27], СП 60.13330.2012 (актуализированный CНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха») [48] отсутствуют требования к поддержанию определенных значений радиационной температуры помещения tR в зависимости от температуры tв и скорости движения воздуха в (при влажности в=60 – 70 %).

Только СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» [49] нормирует допустимый перепад между температурой воздуха и температурой внутренней поверхности наружного ограждения из условия недопустимости конденсации водяных паров и радиационного переохлаждения человека.

За рубежом разработаны методы определения условий теплового комфорта в помещении с учетом теплового излучения. Исследованиями в этой области занимались Л. Банхиди [20], А. Коллмар и В.Лизе [33], Ф. Кренко [36], А.

Миссенар [43], А. Мачкаши [44] и др.

Разработка методов оценки параметров микроклимата при лучистом отоплении велась по двум направлениям: определению сочетаний радиационной температуры tR и температуры воздуха tв (при определенных значениях его влажности в и скорости движения в), соответствующих условиям теплового комфорта, и выявлению максимально допустимой плотности потока теплового излучения на уровне головы человека. В большинстве случаев, однако, исследования проводились применительно к условиям непромышленных объектов [27, 43, 45, 46] при в 0 и без учета степени тяжести работы и вида одежды.

Наиболее научно обоснованным методом оценки воздействия теплового излучения на человека, скорее всего, является метод Фангера [21], получивший широкое распространение в Западной Европе. На основании большого числа экспериментов, проведенных в климатической камере, и анализа теплового баланса человека, им составлены специальные диаграммы. По ним можно определять сочетания tв, tR, в, обеспечивающие состояние теплового комфорта человека для различных степеней тяжести работы и различного термического сопротивления одежды при в = 50%.

На рисунке 1.1 представлены сочетания tв и tR при в = 0,1 м/с для работы средней тяжести и термическом сопротивлении одежды 1 кло (0,155 м2·°С/Вт) [37].

Критерием оценки комфортности тепловой обстановки при проведении физиолого - гигиенических исследований [21] служила субъективная оценка теплоощущений испытуемых. В методе Фангера отсутствуют нижний и верхний пределы возможных сочетаний радиационной температуры и температуры воздуха, хотя неограниченное повышение (или понижение) значений tв и tR вряд ли возможно.

Л. Банхиди [20] отмечал, что метод Фангера применим при расчете лучистого отопления постоянных рабочих мест в одноэтажных промышленных зданиях, но натурных испытаний, подтверждающих достоверность его прогнозов, проведено не было.

O tR, C O tB, C

– – – – - Берфорд и Лизе; – – – – - Фангер; –––– - Рублак; –––– Гайя; –––– - Рабер и Хатчинсон; –––– –––– -Богословский.

Рисунок 1.1 - Первое условие тепловой комфортности рабочей зоны [37] К.

Туркевич [50] установил, что использование в методе Фангера средних по высоте рабочей зоны значений температуры и скорости воздуха может привести к достаточно высоким погрешностям в оценке тепловой обстановки помещения при лучистом отоплении. Как отмечает Л. Банхиди [20], ряд авторов приводит данные о допустимой разнице температур воздуха на уровне головы и ступней человека t 2 °С.

При применении радиационной потолочной системы отопления температура поверхности пола повышается. По этой причине, как показал А.

Мачкаши [44], температура воздуха остается практически постоянной по всей высоте рабочей зоны.

В книге С.А.

Оцепа [29] приведено выражение, отражающее связь между комфортными значениями tв и температурой помещения tп при различных интенсивностях теплоотдачи человека Qч:

(18 t в ) 2 750 3Qч tп = (1.1) Но вычисления tп по формуле (1.1) дают завышенные температуры по сравнению с принятыми в нашей стране нормами.

В. Н. Богословским [30, предложен наиболее совершенный 38] методический подход к оценке тепловой обстановки в помещении.

Сформулированы два условия комфортности, при которых человек, находясь в пределах рабочей зоны помещения, испытывает ощущение теплового комфорта.

Эти условия получены в предположении, что тепловая обстановка в основном определяется температурой воздуха и окружающих человека поверхностей, что соответствует действительности при радиационной потолочной системе отопления.

Первое условие комфортности температурной обстановки определяет сочетание tв и tR, при которых человек, находясь в центре помещения (обслуживаемой зоны), будет отдавать все явное тепло, не испытывая чувства перегрева или переохлаждения.

Для зимнего периода времени первое условие комфортности записывают в виде [38]:

tR=29–0,57tв±1,5 (1.2) Формула (1.2), полученная в результате анализа теплового баланса человека, хорошо согласуется с данными гигиенических испытаний, проведенных Н.К. Пономаревой [39] при относительной влажности воздуха в = 30–50 %, в=0,1 м/с и теплопродукции человека 120 Вт. Графическая интерпретация формулы (1.2) представлена на рисунке 1.1.

Второе условие комфортности тепловой обстановки, сформулированное В.Н. Богословским [14, 30, 38], определяет допустимые температуры нагретых и охлажденных поверхностей при положении человека на границах обслуживаемой зоны помещения, т.е. в непосредственной близости от этих поверхностей в соответствии с рисунком 1.2.

Условие (1.2) получено из анализа уравнения теплообмена излучением на уровне верхней части головы человека, стоящего непосредственно под центром

–  –  –

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2

–  –  –

Рисунок 1.2 Второе условие тепловой комфортности тепловой обстановки в помещении Зависимость (1.

3) уточнена В. И. Минчуком [51] (на основании данных Ф.

Кренко [36] применительно к различным значениям температуры воздуха помещения tв. Она хорошо согласуется с данными А. Мачкаши [44], А. Коллмара и В. Лизе [33].

Интенсивные исследования горелок с инфракрасными излучателями проводились в 40 - 60 годы XX века. В результате было созданы конструкции горелок различной теплопроизводительности и назначения. Теоретические положения горения топлива в инфракрасных излучателях, основы лучистого теплообмена, достижения в области конструирования и опыт использования инфракрасных горелок в СССР и за рубежом приведены в работах [9, 10, 11, 31, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76].

В справочнике [22] и монографии [63] дано систематическое описание основных типичных конструкций ГИИ и подробно указаны сферы их использования. В монографии Г.Н. Северинца [63] рассмотрено использование ГИИ в процессах сушки и нагрева. Книги А.К. Родина [11, 62] посвящены применению ГИИ для отопления промышленных и сельскохозяйственных зданий.

В монографии О. Н. Брюханова [58] дано теоретическое обобщение процесса горения в ГИИ как разновидности микрофакельного сжигания газов. Наиболее подробная классификация методов беспламенного горения дана М. Б. Равичем [61]. Им предложено выделить восемь методов беспламенного горения.

Монография В.В. Харина [64] посвящена устройствам автоматического управления работой ГИИ.

В 2012 г. группой учёных г. г. Томска и Тюмени разработан источник направленного инфракрасного излучения [77], расположенный в фокусе параболического рефлектора. Излучатель может быть изготовлен в виде полого шара из пористого интерметаллида «алюминий/никель» или пористой керамики на основе карбида кремния.

В России с 40-х по 90-е годы прошлого века ГИИ не применялись для обогрева рабочих мест с постоянным пребыванием людей. В 90-х годах XX века при участии специалистов АВОК, ОАО ЗапСибГазпром (г. Тюмень) и Тюменской государственной архитектурно-строительной академии были развёрнуты работы по внедрению газовых инфракрасных излучателей для обогрева рабочих мест промышленных и гражданских зданий и сооружений. В 1996 г. вышел первый нормативный документ – «Рекомендации по применению систем обогрева с газовыми инфракрасными излучателями» [78]. В 2006 г. АВОК выпущен Стандарт [47] «Системы отопления и обогрева с газовыми инфракрасными излучателями».

Система лучистого отопления с газовыми инфракрасными излучателями отличается от других систем отопления последовательностью создания требуемой температуры воздуха в рабочей зоне. Лучистые отопительные приборы отличаются от так называемых конвективных прежде всего своей конструкцией, благодаря которой доля лучистой составляющей теплоотдачи становится преобладающей. Поток теплового излучения от ГИИ поступает в основном в рабочую зону помещения. Непосредственное воздействие теплового излучения на работающих и повышенная температура поверхностей пола и стен здания создают условия теплового комфорта в рабочей зоне при более низкой, чем при конвективной системе отопления, температуре воздуха. В производственных помещениях с системами лучистого отопления температура воздуха в рабочей зоне всегда ниже в среднем на 3-4 градуса [40], чем при конвективной системе отопления. Это является основным различием между традиционным конвективным и лучистым отоплением.

Газовые инфракрасные излучатели можно применять для отопления локальных участков территорий цехов или открытых площадок. В работе Идрисова А.З. [79] рассмотрена возможность такого отопления рабочих зон на открытых площадках.

Наиболее активно радиационный теплообмен исследуется для обеспечения производственно-технологических требований в электронике, металлургии и др.

Современная теория радиационного и сложного теплообмена теснейшим образом связана с различными инженерными приложениями, в том числе с отоплением зданий и сооружений.

Кроме решения производственно-технологических задач важны исследования радиационного теплообмена для разработки современных систем отопления.

Решение группы теоретических задач, связанных с данным способом отопления, а также широкое распространение его на практике являлось целью авторов монографии [34].

Известно, что теплоотдача от конвективных отопительных приборов (за исключением устройств воздушного отопления) происходит также путём излучения. Соотношение лучистой и конвективной теплоотдачи при различных способах отопления показано на рисунке 1.3.

Инфракрасное излучение - разновидность электромагнитного излучения. В спектре всех электромагнитных волн участок инфракрасного излучения находится в пределах от 0.76 до 420 мкм. Инфракрасные лучи могут распространяться прямолинейно, преломляться, отражаться и поляризоваться. В то же время, подобно радиоволнам, они могут проходить сквозь некоторые материалы, непрозрачные для видимых лучей [9, 10, 57, 61].

Рисунок 1.3 – Соотношение лучистой и конвективной теплоотдачи при различных способах отопления [34] Азот и кислород воздуха не поглощают инфракрасное излучение и ослабляют его лишь в результате рассеяния [57].

Пары воды, углекислый газ, озон и другие газы атмосферы, селективно поглощают инфракрасное излучение [57].

Наличие в атмосфере взвешенных частиц - дыма, пыли, мелких капель воды (туман) приводит к дополнительному ослаблению инфракрасного излучения в результате рассеяния его на этих частицах, причём величина рассеяния зависит от соотношения размеров частиц и длины волны инфракрасного излучения [80, 81].

Рисунок 1.4 иллюстрирует положение инфракрасного спектра в общем спектре электромагнитных колебаний [34].

Рисунок 1.4 – Положение инфракрасного спектра в общем спектре электромагнитных колебаний Каждый участок спектра связан с определёнными процессами и физикой явлений.

Границы диапазонов не являются абсолютными, и методы генерирования или приёма излучения обычно перекрывают условные рубежи [34]. Нижний предел инфракрасной области лежит у длинноволновой границы чувствительности человеческого глаза ~0.77 мкм, верхний - ~340 мкм 1000 мкм.

На рисунке 1.5 представлена инфракрасная область спектра от 0.7 до 1000 мкм включительно с условным делением на коротковолновую, средневолновую и длинноволновую.

В работе А.В. Афонина [82] показано, что в спектре всех электромагнитных волн участок инфракрасного излучения находится в пределах от 0,76 до 1000 мкм.

Большая часть ученых выделяют 4 области в инфракрасном спектре: ближняя = 0,76 3,0 мкм, средняя =3,0 6,0 мкм, дальняя - = 6,0 15,0 мкм и сверхдальняя области = 15,0 1000,0 мкм.

Области: 1 – коротковолновая; 2 – средневолновая;3 – длинноволновая;

4 - переходная.

Рисунок 1.5 – Инфракрасная область спектра Авторы [81] область инфракрасного излучения подразделяют на 3 диапазона: коротковолновый (ближний) - = 0,76 1,4 мкм, средневолновый (средний) = 1,4 3,0 мкм, длинноволновый (дальний) = 3.

0 1000,0 мкм.

Основная доля энергии теплового излучения переносится инфракрасным излучением в диапазоне длин волн = 0,76 15,0 мкм.

Ряд авторов [83] по температуре излучающей поверхности разделяют ГИИ на: светлые высокотемпературные ( 1000 °С), светлые средне-температурные 1000 °С), светлые низкотемпературные (600 800 °С), тёмные (800 600°C) и субтёмные (200 400°C).

(400 Предлагаются и иные границы распределения инфракрасного спектра [82].

Инфракрасные лучи обладают такими же оптическими свойствами, как видимые и ультрафиолетовые, т. е. распространяются прямолинейно, преломляются, отражаются и поляризуются. Когда лучистый поток падает на поверхность тела, одна часть потока отражается, другая проходит сквозь тело и в зависимости от его коэффициента преломления изменяет своё направление, третья часть целиком поглощается телом [34, 80].

Условно газовые инфракрасные излучатели подразделяют на «светлые» и «темные». Используемые в настоящее время «светлые» излучатели имеют температуру излучающей поверхности от 800 до 1200 °С и длину волны от 1,55 до 2,55 мкм. Такие излучатели оснащены открытой атмосферной газовой горелкой без организованного отвода продуктов сгорания в окружающую среду. Согласно закона Вина максимум излучения при температуре 950 °С на поверхности излучателя находится на длине волны 2,36 мкм. «Тёмные» излучатели имеют температуру поверхности 300 – 550 °С. «Тёмные» излучатели передают большую часть лучистой энергии волнами с длиной 3,0 – 6,0 мкм. Такие ГИИ оборудованы дутьевым газогорелочным блоком и системой отвода продуктов сгорания в атмосферу. Максимум излучения при температуре 350 – 400 °С находится на длине волны 4,3 – 4,8 мкм.

Одна из задач лучистого отопления нашла отражение в работе Давлятчина Р.Р. [84], где впервые изучено влияние тепловой радиации ГИИ на теплотехнические свойства покрытий отапливаемых производственных зданий.

Однозначного ответа на вопрос о недостатках лучистой системы отопления дать сложно, так как каждая такая система отопления должна соответствовать конкретному объекту с заданными параметрами. И, если в этом случае проявляются недостатки, то они носят объективный характер. Поэтому утверждение авторов [85], что ГИИ с температурой излучающей поверхности 600 – 1000 °С «могут вызвать негативные последствия для здоровья человека, поэтому их применение возможно для помещения без постоянно обслуживающего персонала», представляется не достаточно обоснованным.

Как уже было сказано, целью использования любой системы отопления являются комфортные условия работающего. Оптимальные параметры микроклимата в помещении можно создать путем изменения параметров воздушной среды и ограждающих конструкций.

Основой создания комфортных условий для человека является оптимальное распределение температур и тепловых потоков по всем направлениям [16].

Целью расчёта теплового режима при проектировании систем лучистого отопления является определение требуемой суммарной тепловой мощности излучающих поверхностей, необходимой для поддержания условий теплового баланса в помещении, количество излучающих поверхностей, места их размещения, интенсивности излучения в рабочей зоне [86, 87, 88].

В строительной теплофизике многие задачи анализа тепловых режимов объектов теплоснабжения решаются с использованием простых балансных моделей в виде систем обыкновенных дифференциальных уравнений, не учитывающих возможную пространственную неоднородность температурных полей области нагрева [12, 13, 87, 88, 89]. При этом в работах [87, 88] не учитываются восходящие конвективные потоки при формировании температурного поля в помещении, что никак не объясняет причину нагрева воздуха.

Все известные способы расчета тепловой мощности системы лучистого отопления можно условно разделить на три большие группы. К первой относятся разработанные на основании опыта проектирования и эксплуатации подобных систем. Во вторую группу объединяются способы, в которых теплопотери помещения определяются традиционным способом, а для расчета мощности системы отопления вводятся разного рода поправочные коэффициенты. К третьей группе относятся способы, авторы которых стремятся (с теми или иными допущениями) определить тепловую мощность отопительных приборов из решения системы уравнений лучисто-конвективного теплообмена в помещении.

В первую группу можно включить способ, предложенный Поллманом Ф [90]. Предполагается [90], что расчет мощности системы лучистого отопления надо проводить по обогреваемой площади пола помещения. Тепловая мощность системы лучистого отопления определяется из расчета плотности потока 100-400 Вт/м2 нагреваемой площади (при различной степени тяжести работы).

Высота установки излучателей (из опыта эксплуатации) должна быть не менее 4.0 м [47]. Критерием здесь служит предельное значение плотности потока теплового излучения на уровне головы человека. Подобные способы расчета разработаны для определенных климатических районов, конкретных объемнопланировочных решений зданий и конструкций излучающих панелей [9].

Поэтому они имеют ограниченное применение.

Ко второй группе относятся способы, предлагаемые С.А.Оцепом [29] и Г.

Скунка [91]. Г. Скунка рекомендует проводить расчет теплопотерь по традиционной методике, используя уменьшенный, по сравнению с нормативным, коэффициент теплообмена на внутренних поверхностях ограждений.

В Германии теплопотребление здания, оборудованного системой лучистого отопления, рассчитывается по традиционной методике в соответствии с нормами [92], но при этом в расчет закладывается температура воздуха на 2 градуса ниже соответствующей температуры воздуха при конвективном отоплении.

С.А. Оцеп [29] проводит расчет тепловой нагрузки на систему лучистого топления, исходя из теплопотерь, определяемых по традиционной методике, с последующей проверкой условия теплового комфорта при помощи средней лучистой температуры ts, которая определяется как средневзвешенная температура поверхностей ограждений.

Германские фирмы Go Gas, Schwank [91] рекомендуют следующую последовательность расчета теплопотребности помещения при лучистом топлении: вначале по традиционной методике вычисляют теплопотери через наружные ограждения Qн.о. и затраты тепла на вентиляцию помещений Qвент, затем вводится понижающий коэффициент k. Тепловая нагрузка на систему лучистого отопления определяется как: k (Qвент +Qн.о.).

В ряде методов [32, 38, 48, 93] расчет тепловой мощности ведется не по температуре воздуха tв, а по комплексным показателям, характеризующим тепловую обстановку в помещении: tп = tв + b·tR, где, b - численные коэффициенты, = 1 - b.

Наиболее научно обоснованными являются способы третьей группы, в разработке которых большая заслуга В.Н. Богословского [14, 30, 38], А.К. Родина [10], Ж.В. Мирзояна [52], М.И. Киссина [94], Г.В. Колпакова [93], А.Н. Сканави [15, 95], Л.А. Тилина [41] и других.

Лучисто-конвективный теплообмен на внутренних поверхностях ограждений помещения описывается системой интегральных уравнений теплового баланса [14].

С. Н. Шорин [96] предложил заменить интегральные уравнения лучистоконвективного теплообмена на поверхностях алгебраическими уравнениями на основании использования средних угловых коэффициентов лучистого обмена и постоянства температур и коэффициентов конвективного теплообмена на поверхности однородных ограждений.

В работе [38] В. Н. Богословский отмечал: "На теплообмен в помещении существенно влияют происходящие в нём аэродинамические процессы, возникающие под действием аэродинамических струй. Вентиляционные и тепловые струи взаимодействуют между собой, с ограждениями и предметами в помещении. В итоге этого взаимодействия в объёме помещения возникает циркуляция воздуха, формируются определённые скоростные и температурные поля. Их расчёт может быть выполнен на основе законов сохранения количества движения, массы и энергии". В. Н. Богословским [30, 38, 97] сформулирована полная физико-математическая модель теплообмена в помещении, которая включает систему, состоящую из уравнений теплового баланса поверхностей, элементарных поверхностей и объемов настилающихся струй, объемов свободных струй и уравнения теплового баланса воздуха. Применительно к невентилируемому помещению система сводится к уравнениям теплового баланса поверхностей и воздуха помещения. Решение этой системы в общем виде затруднительно.

В. Н. Богословский [30] ввёл следующее упрощение: поскольку для ограждений в помещении степень черноты поверхности 0,9, многократным отражением лучистых потоков можно пренебречь.

Ю.Л. Табунщиковым при разработке алгоритма и программы расчета на ЭВМ нестационарного теплового режима зданий [98] были использованы уравнения лучисто-конвективного теплообмена в помещении. Решение получено при допущении о постоянстве в каждый момент времени температуры воздуха во всем объеме помещения.

М.И. Киссин [94] в качестве расчетной схемы принял здание, имеющее форму прямоугольного параллелепипеда, и ограничился рассмотрением шести уравнений теплового баланса поверхностей.

A.M. Листовым [99] предложено все поверхности помещения разделить на три категории: нагревательные (отопительные панели), пассивные (внутренние ограждения) и охлаждающие (наружные ограждения). Система уравнений теплового баланса состоит из уравнений лучисто-конвективного теплообмена для каждой категории поверхностей и уравнения теплового баланса воздуха помещения.

Для дальнейшего упрощения практических расчётов система уравнений теплового баланса поверхностей [99] приводится к одному уравнению, определяющему теплообмен между нагретой поверхностью и остальными поверхностями помещения. Расчёты могут проводиться двумя способами.

Первый с использованием коэффициента полной облученности, предложенного В. Н Богословским [14, 97]. Способ основан на решении задачи лучистого теплообмена между нагретой и холодной поверхностью при наличии адиабатических поверхностей [96]. За адиабатические поверхности приняты поверхности внутренних ограждений помещения. Тепловой поток от панели и поверхности наружного ограждения передается прямым и косвенным (вторичным) излучением, что и учитывается введением коэффициента «полной облученности» наружных ограждений излучающей поверхностью.

Второй - с применением эквивалентного коэффициента теплопередачи всех ограждений помещения [15]. Способ основан на замене реального помещения эквивалентным (по геометрическим и теплотехническим характеристикам), в котором вся внутренняя поверхность F0 состоит из двух частей: отопительной поверхности Fп и поверхности, не обогреваемой теплоносителем Fо-Fп. Неполный эквивалентный коэффициент теплопередачи k выражается формулой k F н.ст k F ок k F пл k F пт k F в.ст.

k, Fо Fп где k - коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения.

Способы расчёта [15, 94, 99] разработаны применительно к схемам отопления жилых и общественных зданий, в которых нагревательная поверхность панели совмещена с поверхностью ограждения. Их нельзя использовать для расчета требуемой тепловой мощности подвесных излучающих панелей, располагаемых на значительном (2 - 8 м) расстоянии от поверхностей помещений.

Коэффициент теплопередачи пола промышленного здания существенно меньше, чем у наружных стен или покрытия. Поэтому при применении подвесных излучающих панелей покрытие пола имеет температуру выше окружающего воздуха, и является не только теплотеряющей, но и теплоотдающей поверхностью по отношению к воздуху и другим ограждениям помещения.

Можно отметить, что к числу наиболее общих и эффективных методов исследования и расчета радиационного теплообмена, разработанных в нашей стране, относятся обобщенные зональные методы. Классиками зональных методов расчета считают Ю. А. Суринова [12, 13], А. С. Невского [100], В. Н.

Адрианова [101] и их последователей: Ю.А. Журавлева [102, 103, 104], В. Г.

Лисиенко [105], С. П. Деткова [106, 107], С. А. Крупенникова и В. В. Бухмирова [108, 109, 110, 111]. Зональные методы, базирующиеся на решении конечных систем линейных алгебраических уравнений, аппроксимирующих соответствующие интегральные уравнения излучения, широко используются при математическом моделировании задач радиационного и сложного теплообмена в теплофизических и теплотехнических системах различного назначения.

В работах Л. Ю. Михайловой [37], В. В. Шиванова [45, 83] использованы основные идеи зонального метода.

Практически значимым является вопрос о целесообразности моделирования температурных полей в зоне нагрева с использованием моделей на базе нестационарных дифференциальных уравнений в частных производных.

На основании проведенного анализа, можно сделать следующие выводы:

- результаты расчётов систем радиационного отопления недостаточно подтверждены экспериментальными данными;

- не существует единой нормативной методики расчёта параметров системы отопления для закрытых помещений и открытых площадок с инфракрасными излучателями;

- для расчёта систем лучистого отопления чаще всего применяют интегральные (балансовые) методы;

- применяемые в настоящее время методы расчёта лучистого отопления сводятся только к определению параметров, связанных с излучением, но не учитывают возможной конвективной природы формирования температурных полей в обогреваемом помещении;

- не разработаны математические модели и соответствующие методы расчёта, учитывающие возможную пространственную неоднородность температурных полей области нагрева;

- для анализа теплового режима помещений при работе ГИИ необходимо разработать физические и математические модели, учитывающие основные механизмы теплопереноса и особенности формирования микроклимата при лучистом отоплении, согласующиеся с результатами экспериментов и натурных испытаний.

Глава 2. Экспериментальные исследования температурных полей поверхностей и температуры внутреннего воздуха в производственных помещениях при работе газовых инфракрасных излучателей В Российской Федерации только во второй половине 90-х годов прошлого столетия разрешено использование средне- и высокотемпературных ГИИ для обогрева рабочих зон с постоянным пребыванием людей.

По этой причине формирование температурных полей в рабочих зонах, расположенных в области облучения ГИИ, и во всём объеме объекта исследованы слабо. От условий формирования температурных полей в большой мере зависят функционирование ограждающих конструкций, гигиенические и биологические особенности воздействия инфракрасного излучения на персонал [36].

Для устранения неопределенностей в установлении допустимых пределов инфракрасного облучения и исключения возможности субъективной оценки достоинств и недостатков газового инфракрасного отопления, для изучения формирования температурных полей на поверхности ограждающих конструкций и в объёме отапливаемого производственного помещения автором диссертации в период с 2001 г. по 2015 г. был выполнен цикл экспериментальных исследований.

Эксперименты выполнялись в модельных производственных зданиях, отличающихся по виду технологического процесса и геометрическим размерам, а также на специально созданных экспериментальных установках в соответствии с рисунком 2.1.

Целью экспериментальных исследований было изучение температурных полей модельных объектов, формирующихся в результате конвективного и кондуктивного теплообмена при работе ГИИ, и определение эффективности работы систем отопления с такими нагревателями.

Модельные здания - отдельно стоящие производственные здания, имеющие в плане прямоугольную форму. Следует отметить, что у этих объектов стены в основном были выполнены из железобетонных стеновых панелей или трехслойных «сэндвич» - панелей. Материал полов практически во всех зданиях идентичен – монолитные железобетонные полы по песчано-щебеночному основанию. Кровля – совмещенная, из ребристых или пустотных железобетонных плит перекрытий, а также «сэндвич» - панелей.

Нагрев объектов осуществлялся газовыми инфракрасными излучателями «светлого» и «темного» типа производства «Сибшванк» и «Термошвак» (Россия), «Шванк» и «GoGas» (Германия).

Рисунок 2.1 - Экспериментальные стенды

Расположение излучателей во всех экспериментах было параллельно полу или под углом, не превышающим 60 градусов. При этом минимальное расстояние от пола до поверхности ГИИ во всех экспериментах было 4,0 м.

Тепловая мощность ГИИ изменялась от 10,0 до 40,0 кВт.

Для измерения температуры выполнены работы по выявлению всех внешних и внутренних факторов, влияющих на тепловой режим зданий. С этой

–  –  –

Расчётная тепловая мощность системы отопления каждого исследуемого объекта составляла 150 - 300 кВт при кратности воздухообмена 0,5 – 1.0 1/ч.

На рисунке 2.2а показан план типового модельного экспериментального объекта, а на рисунке 2.2б - его разрез.

2.1 Исследование распределения температуры воздуха над поверхностью пола.

В первой серии экспериментов подвод энергии в модельное помещение высотой 12,5 м осуществлялось «светлыми» газовыми инфракрасными излучателями «ТехноШванк – 20», тепловой мощностью 15,4 кВт. Пол был выполнен из монолитного железобетона, стены и перекрытие выполнены из «сэндвич»-панелей. Относительная влажность воздуха составляла 48 %, скорость его движения – 0,1 м/с.

Измерения температуры воздуха вблизи поверхности пола выполнялись в продольном направлении относительно излучателя, а температуры поверхности пола выполнялись одновременно в пяти точках при разной высоте подвески ГИИ.

Датчики были расположены на расстоянии 0,5 м друг от друга.

Высота подвески излучателя и схема размещения датчиков показана на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Высота подвески излучателя и схема размещения датчиков На рисунках 2.

4 – 2.7 приведены результаты измерения температуры пола при различной высоте подвески излучателя.

–  –  –

Рисунок 2.4 - Распределение температур поверхности пола по направлению Х модельного помещения в стационарном режиме при продольном расположении датчиков и подвеске излучателей на высоте 6,42 м

–  –  –

Рисунок 2.5 - Распределение температур поверхности пола по направлению Х модельного помещения в стационарном режиме при продольном расположении датчиков и подвеске излучателей на высоте 6.

19 м

–  –  –

Рисунок 2.6 - Распределение температур поверхности пола по направлению Х модельного помещения в стационарном режиме при продольном расположении датчиков и подвеске излучателей на высоте 5.

74 м

–  –  –

Рисунок 2.7 - Распределение температур поверхности пола по направлению Х модельного помещения в стационарном режиме при продольном расположении датчиков и подвеске излучателей на высоте 4.

76 м

–  –  –

Рисунок 2.8 - Распределение температур поверхности пола по направлению Х модельного помещения в стационарном режиме при продольном расположении датчиков и подвеске излучателей на высоте 4.

00 м В ходе экспериментов зафиксировано систематическое превышение температуры воздуха в точке на расстоянии 1.0 м от проекции центра излучателя на поверхность пола относительно температуры в точке под центром излучателя.

Этот эффект обусловлен тем, что у горелок инфракрасного излучения с керамическими излучающими поверхностями интенсивность излучения в различных направлениях по полусфере от нормали к излучающей поверхности не одинакова [57]. На близких расстояниях от излучающей поверхности плотность излучения меньше, чем под углом 75 и 45. При приближении к краям плоскости горелки плотность излучения снижается. Этим объясняется некоторое увеличение температуры пола на отдельных участках.

Были проведены эксперименты в модельных зданиях при сопоставимых условиях с большим количеством датчиков температуры.

Во второй серии экспериментов отопление модельного помещения осуществлялось «светлыми» газовыми инфракрасными излучателями «ТехноШванк – 20», тепловой мощностью 15,4 кВт.

Измерение температуры поверхности пола проводились одновременно как в продольном, так и в поперечном направлении в двадцати одной точке (21 датчик:

11 - вдоль продольной оси и 10 – вдоль поперечной оси) при разной высоте подвески излучателей.

Высота подвески излучателей менялась от 3,0 м до 5,0 м.

Измерения выполнялись в нестационарном и стационарном режимах.

Шаг между датчиками – 10,0 см.

Эксперименты выполнялись в помещении высотой 12,5 м.

Пол был выполнен из монолитного железобетона, стены и перекрытие - из «сэндвич»-панелей. Относительная влажность воздуха составляла 48 %, скорость его движения – 0,1 м/с.

Измерения температуры воздуха и поверхности пола проводились одновременно как в продольном, так и в поперечном направлении относительно излучателя. Датчики температуры устанавливались в двадцати одной точке на расстоянии 10,0 см друг от друга.

На рисунке 2.9 показан общий вид помещения, в котором проводились эксперименты.

Рисунок 2.9 - Модельное здание, в котором проводились эксперименты Схема расположения датчиков представлена на рисунке 2.

10.

На рисунках 2.11 - 2.12, 2.18 - 2.19, 2.25 - 2.26 показано изменение температуры во времени в контролируемых точках пола, на рисунках 2.13 - 2.14, 2.19 - 2.20, 2.26 - 2.27 - изменение распределения температуры пола по мере удаления от центра излучателя до выхода на стационар. Нижние зависимости на перечисленных рисунках отражают изменение температуры до выхода на стационар в рабочей зоне на расстоянии 1,5 м от пола.

Значения температуры регистрировались через каждую минуту.

На рисунках 2.15-2.16, 2.22 - 2.23, 2.29 - 2.30, показаны распределения температуры, полученные в результате регрессионного анализа.

Рисунок 2.10 - Схема экспериментальной установки и расположения датчиков при высоте подвески излучателей – 3.

0 м

–  –  –

3:29:45 3:30:45 3:31:45 3:32:45 3:33:46 3:34:46 3:35:46 3:36:46 3:37:46 3:38:46 3:39:47 3:40:47 3:41:47 3:42:47 3:43:47 3:44:47 3:45:47 3:46:48 3:47:48 3:49:20

–  –  –

Для измерения температур поверхностей пола и стены был использован измерительный комплекс на основе измерителя ИТ-2, принимающий значения по 48 каналам.

В качестве крепления к стене и предотвращения прямого влияния теплового излучения на датчики температуры - преобразователи термоэлектрические ТХК 0006 - использовался термоинтерфейс «Термопаста».

Кроме того, указанный комплекс использовался для определения температуры воздуха. Преобразователи термоэлектрические ТХК 0006 были изолированы от прямого воздействия теплового излучения. Датчики крепились на специально подготовленную и установленную на расстоянии стремянку.

Для подтверждения полученных значений температур пола и стены параллельно проводилась тепловизионная съёмка поверхностей пола и стены при работе газового инфракрасного излучателя.

Представленные на рисунке 2.11 зависимости t() иллюстрируют две важные закономерности, которые проявлялись и во всех последующих экспериментах.

Во-первых, температура воздуха на высоте 1,5 м от пола ниже на 2-3 градуса температуры в точке пола, соответствующей перпендикуляру к поверхности последнего, проходящему через датчики № 11 и № 12. Этот результат иллюстрирует механизм нагрева воздуха в помещении, обогреваемом за счёт работы ГИИ. Такое распределение температур по высоте соответствует механизму естественной конвекции, когда нагретый при взаимодействии с «горячей» поверхностью пола воздух поднимается вверх, охлаждаясь при этом.

Во-вторых, флуктуации показаний датчика № 12 иллюстрируют движение воздуха, скорость которого очевидно изменяется во времени. Соответствующим образом измеряется и температура на 0,54,0 градуса. Аналогичных флуктуаций показаний датчиков, установленных на поверхности пола, не зарегистрировано, что, очевидно, обусловлено большей тепловой инерционностью материала пола по сравнению с воздухом.

Сравнение представленных на рисунках 2.11 и 2.12 распределений температур позволяет сделать два важных вывода по механизму теплопереноса в рассматриваемых условиях работы ГИИ.

Первый – температуры поверхности пола на одинаковых расстояниях от центра симметрии на эту поверхность в направлениях Х и Y практически не отличаются. Но при этом температуры воздуха в местах расположения датчиков № 12 и № 23 (рисунок 2.10) в идентичные моменты времени отличаются почти на 3.0 градуса. Последнее иллюстрирует, во-первых, пространственное распределение температуры в достаточно типичном модельном помещении при работе системы лучистого отопления. Очевидно, что неоднородность температурных полей такого масштаба (2-3 градуса) нельзя игнорировать при анализе микроклимата производственных помещений. Этот фактор, безусловно, является значимым. Кроме того, такие отклонения температур иллюстрируют и протекание достаточно интенсивного процесса естественной конвекции воздуха в области, нагреваемой излучателем.

Распределения температуры на рисунке 2.13 показывают нестационарность процесса формирования температурного поля нагревающей помещение поверхности в рассматриваемых условиях в интервале изменения времени от начала работы до 80-й минуты Кроме того, хорошо видна неоднородность температурного поля по направлению Х, которую при анализе микроклимата также нельзя не учитывать. Отклонения в 2 градуса являются значимыми при любых методиках расчёта параметров микроклимата производственных помещений. Характер распределений t(х), установленных по результатам экспериментов, достаточно наглядно отражает специфику распределения плотности потока излучения при работе ГИИ. Неоднородность температур по координатному направлению Х является также фактором интенсификации процессов естественной конвекции воздуха в пристенной области.

Также следует отметить, что неоднородность температурного поля с ростом времени проявляется всё более и более отчётливо, что иллюстрирует нестационарность исследуемого процесса теплопереноса в условиях работы ГИИ.

–  –  –

3:29:45 3:30:45 3:31:45 3:32:45 3:33:46 3:34:46 3:35:46 3:36:46 3:37:46 3:38:46 3:39:47 3:40:47 3:41:47 3:42:47 3:43:47 3:44:47 3:45:47 3:46:48 3:47:48 3:49:20 3:50:20

–  –  –

Рисунок 2.13 - Распределения температуры поверхности пола по направлению Х модельного помещения до выхода на стационарный режим при продольном расположении датчиков.

Каждая линия на рисунке соответствует кривой t(x) датчиков №№ 1 – 11 с интервалом в 1 мин t, °С 34,000 32,000

–  –  –

Рисунок 2.14 - Распределения температуры поверхности пола по направлению Х модельного помещения до выхода на стационарный режим при продольном расположении датчиков.

Каждая линия на рисунке соответствует кривой t(x) датчиков №№ 1, 13 – 22 с интервалом в 1 мин

–  –  –

Рисунок 2.15 - Распределение температур поверхности пола по направлению Х модельного помещения в стационарном режиме при продольном расположении датчиков

–  –  –

Рисунок 2.16 - Распределение температур поверхности пола по направлению Х модельного помещения в стационарном режиме при поперечном расположении датчиков

–  –  –

5:56:25 5:57:25 5:58:25 5:59:25 6:00:25 6:01:25 6:02:26 6:03:26 6:04:26 6:05:26 6:06:26 6:07:26 6:08:27 6:09:27 6:10:27 6:11:27 6:12:27 6:13:27 6:14:27 6:15:28 6:16:28 6:17:49 6:18:49 6:19:49 6:20:49

–  –  –

5:58:25 5:59:25 6:00:25 6:01:25 6:02:26 6:03:26 6:04:26 6:05:26 6:06:26 6:07:26 6:08:27 6:09:27 6:10:27 6:11:27 6:12:27 6:13:27 6:14:27 6:15:28 6:16:28 6:17:49 6:18:49 6:19:49 6:20:49 6:21:49

–  –  –

Рисунок 2.20 - Распределения температуры поверхности пола по направлению Х модельного помещения до выхода на стационарный режим при продольном расположении датчиков.

Каждая линия на рисунке соответствует распределению t(x) датчиков №№ 1 – 11 с интервалом в 1 мин t, °С 32,000 30,000

–  –  –

Рисунок 2.21 - Распределения температуры поверхности пола по направлению Х модельного помещения до выхода на стационарный режим при продольном расположении датчиков.

Каждая линия на рисунке соответствует кривой t(x) датчиков №№ 1, 13 – 22 с интервалом в 1 мин

–  –  –

Рисунок 2.25 - Зависимости температур в точках установки датчиков от времени при их продольном расположении.

Линии распределения t() соответствуют (сверху вниз) датчикам №№ 1 – 11. Нижняя линия соответствует датчику № Согласно [27] температура поверхности пола в производственном помещении не может превышать 26 °С. По приведённым распределениям можно судить о возможности подвески излучателя той или иной мощности на предполагаемой высоте в реальных условиях.

Приведённые на рисунке 2.25 зависимости показывают, что увеличение расстояния от ГИИ до пола достаточно существенно влияет как на распределения температур по направлению Х, так и на их абсолютные значения.

Сравнение с вышеприведёнными иллюстрациями показывает величину отклонений температур поверхности пола при разных высотах подвески излучателей. Результаты экспериментов также иллюстрируют процесс стабилизации показаний датчиков температуры воздуха на высоте 1,5 м с ростом расстояния ГИИ от пола. Последнее показывает, что интенсивность нагрева при работе ГИИ поверхности пола определяет и интенсивность естественной конвекции. Флуктуации показаний датчиков температуры являются следствием движения поднимающегося вверх нагретого за счёт теплообмена с поверхностью пола воздуха. Высокие скорости этого движения и приводят к флуктуациям в показаниях датчиков. Интенсивность же термогравитационной конвекции определяется перепадом температур воздуха по высоте. Также можно отметить более стабильные во времени значения температур во всех точках установки датчиков на поверхности пола.

Приведённые на рисунках 2.11-2.16, 2.18-2.23, 2.24-2.30 распределения температуры иллюстрируют достаточно наглядно неоднородность температурного поля в зоне воздействия излучателя, а также нестационарность процесса теплопереноса при разных расстояниях от излучателя до поверхности пола. Так, в начальный период времени работы ГИИ разность температуры воздуха вблизи поверхности пола и температуры в точке на высоте 1.5 м (рисунок 2.11) составляет около 2 градусов. Через интервал времени около 500 сек. эта разность составляет менее 1 градуса. С дальнейшим ростом времени происходит изменение температуры в точках регистрации таким образом, что примерно через 2400 сек. разность температур воздуха вблизи поверхности пола и в точке на t °С

–  –  –

Рисунок 2.26 - Зависимости температур в точках установки датчиков от времени при их поперечном расположении.

Линии распределения t() соответствуют (сверху вниз) датчикам №№ 1, 13 – 22. Нижняя линия соответствует датчику № t °С 30,000

–  –  –

Рисунок 2.27 - Распределения температуры поверхности пола по направлению Х модельного помещения до выхода на стационарный режим при продольном расположении датчиков.

Каждая линия на рисунке соответствует кривой t(x) датчиков №№ 1 – 11 с интервалом в 1 мин t °С 30,000

–  –  –

Рисунок 2.28 Распределения температуры поверхности пола по направлению Х модельного помещения до выхода на стационарный режим при продольном расположении датчиков.

Каждая линия на рисунке соответствует кривой t(x) датчиков №№ 1, 13 – 22 с интервалом в 1 мин. Нижняя линия соответствует датчику № 23

–  –  –

Рисунок 2.29 - Распределение температур поверхности пола по направлению Х модельного помещения в стационарном режиме при продольном расположении датчиков

–  –  –

Рисунок 2.30 - Распределение температур поверхности пола по направлению Х модельного помещения в стационарном режиме при поперечном расположении датчиков

–  –  –

сек. после включения ГИИ перепад температур на расстоянии 1,0 м составляет уже 4 градуса (рисунки 2.12, 2.13, 2.18, 2.19, 2.25, 2.26). Последнее, скорее всего, обусловлено как неоднородностью потока излучения (снижением плотности теплового потока по мере удаления от центра ГИИ), так и оттоком теплоты по бетону не только по направлению, совпадающему с вектором потока излучения, но и в плоскости пола.

Так следует отметить, что с ростом времени и, соответственно, прогрева и воздуха и ограждающих конструкций датчик температуры на высоте 1,5 м от поверхности пола продолжает регистрировать колебания температуры.

Последнее, скорее всего, характеризует (учитывая, что в начальный период времени таких колебаний нет) достаточно интенсивную конвекцию, формирующуюся в результате прогрева воздуха вблизи нижней границы. Также можно сделать вывод о том, что в условиях проводимых экспериментов достаточно вероятна (если судить по виду кривых t()) турбулентная термогравитационная конвекция.

В дополнение к вышеизложенному, можно отметить достаточно очевидный выход на стационарное значение (если не учитывать обусловленные турбулентностью флуктуации) температуры воздуха в наиболее значимой для анализа теплового режима точке.

Анализ представленных на рисунках 2.11-2.14, 2.18-2.21, 2.25-2.28 распределений t() показывает, что ориентация ГИИ существенно влияет как на абсолютные значения температуры в точках установки датчиков, так и на перепад температуры по высоте. Хорошо видно, что температура воздуха на высоте 1.5 м в зоне (рисунок 2.19), которую условно можно назвать «теневой», на 4 градуса ниже температуры воздуха в точке на такой же высоте, но попадающей в зону прямого воздействия ГИИ (рисунок 2.18). В точке установки датчика № 12 температурное поле определяется восходящими потоками. Воздух нагревается за счёт теплоотдачи от пола. В точке же установки датчика № 24, скорее всего, это влияние проявляется в меньшей степени, потому что интенсивность нагрева пола модельного помещения снижается, очевидно, по мере удаления от проекции Рисунок 2.31 - Схема экспериментальной установки и положения датчиков при высоте подвески излучателей – 4,74 м

–  –  –

Рисунок 2.32 - Распределение температур по поверхности пола по направлению Х модельного помещения в стационарном режиме при поперечном расположении датчиков

–  –  –

Рисунок 2.33 - Распределение температур поверхности пола по направлению Х модельного помещения в стационарном режиме при продольном расположении датчиков

–  –  –

Рисунок 2.34 - Распределение температур поверхности стены по направлению Х модельного помещения в стационарном режиме Рисунок 2.

35 - Схема экспериментальной установки и расположения датчиков

–  –  –

Рисунок 2.38 - Распределение температур поверхности пола по направлению Х в стационарном режиме при поперечном расположении датчиков ГИИ на плоскость пола.

Этот фактор в дальнейшем будет исследован более подробно.

Можно отметить, что флуктуации температур воздуха, регистрируемые датчиком № 23, много меньше аналогичных флуктуаций показаний датчика № 12 (следует из сравнения рисунков 2.11 и 2.12). Такое отличие кривых t() в точках, расположенных на достаточно небольшом удалении одной от другой, иллюстрирует влияние восходящих потоков нагретого воздуха. Можно сделать вывод о целесообразности учёта при моделировании процессов теплопереноса в рассматриваемых условиях термогравитационной конвекции. Отклонения температуры воздуха на 4 градуса являются безусловно значимыми при анализе микроклимата в рабочей зоне. Кроме того, учёт возможного роста температур воздуха на 3 - 5 градусов создаёт предпосылки для снижения затрат энергии как на работу непосредственно ГИИ, так и системы вентиляции производственных помещений.

Можно сделать вывод, что результаты выполненных крупномасштабных экспериментальных исследований дают основания для реализации комплекса мероприятий по энергосбережению при проектировании систем лучистого отопления производственных помещений. Как будет показано в дальнейшем, системы отопления на основе ГИИ имеют большой потенциал энергосбережения.

Распределения температуры поверхности пола как по направлению Х, так и по направлению также иллюстрирует влияние термогравитационной Y, конвекции на температурные поля в рассматриваемой системе. Хорошо видны локальные максимумы температуры (например, в соответствии с рисунком 2.13) вблизи границ проекции ГИИ на плоскость пола. Распределения t(х) показывают, что интенсивность нагрева в разных точках поверхности пола непосредственно под излучателем разная. При этом с ростом времени характер распределения сохраняется, что свидетельствует об устойчивости регистрируемых распределений t(). В то же время, с ростом t происходит выравнивание температур, что наглядно иллюстрирует нестационарность процесса теплопереноса в рассматриваемой системе, обусловленную, очевидно, отводом энергии в бетон и её аккумуляцией. С ростом времени происходит прогрев прилегающего к поверхности полового покрытия тонкого слоя бетона по всем трём координатным направлениям. Соответственно, с изменением происходит выравнивание температуры по поверхности пола.

2.2 Исследование распределения температуры по высоте помещения Основная роль в получении значений температур поверхности ограждающих конструкций уделялась термоэлектрическим преобразователям «ТХК». Однако в ряде случаев использовался тепловизор Testo 880-3. Это было обусловлено большим объемом проводимых экспериментальных исследований.

Следует отметить, что проведение тепловизионных измерений на объектах с лучистой системой отопления крайне затруднительно, так как тепловизоры фиксируют температуру, которая формируется под действием высокотемпературных излучателей. В этих условиях тепловизионный метод не гарантирует высокой точности. Результаты теплового дистанционного бесконтактного измерения температуры поверхности недостаточно точно отражают действительные температуры поверхности [84].

В свою очередь, использование термоэлектрических преобразователей при измерениях в условиях работы ГИИ также затруднительно, так как датчики обладают своей индивидуальной излучательной способностью, что сказывается в конечном итоге на их показаниях.

Для устранения возможных расхождений измеренных величин от истинных, был использован метод, при котором проводилась взаимная калибровка контактных и бесконтактных измерительных устройств, а также исследовалось влияние отдельных факторов на общий характер теплообмена в здании.

Измерения выполнялись в центре симметрии объекта между излучателями на одинаковом расстоянии один от другого и непосредственно под излучателями.

Последние подвешивались к фермам перекрытия параллельно полу и наклонно к стенам на различных высотах.

Измерения проводились через заданные интервалы времени в зимний период времени при температурах наружного воздуха от -5 до -42 °С включительно.

Установочная мощность радиационной системы отопления в проведённых экспериментах составляла 300,0 кВт. Доля тепловой энергии, отдаваемой излучением, была близка к 57 % от общей выделяемой теплоты.

Установлено, что в непосредственной близости от излучателей температура воздуха за счет теплопередачи от рефлекторов и уходящих газов достигает высоких значений (до 350 С).

В результате проведенных экспериментов получены распределения температур (в таблице 2.2 приведены типичные).

Первичная статистическая обработка результатов экспериментов показала, что выборочное среднее (таблица 2.2) равно =19,05 °С при несмещённой оценке среднеквадратичного отклонения S=2,01. Можно сделать вывод, что 95% экспериментальных значений температур находятся в интервале (15,03; 23,07).

–  –  –

Рассчитан коэффициент корреляции, который равен 0,65, что свидетельствует о наличии связи (h). Построенная зависимость подтверждает нелинейность этой связи.

Методами регрессионного анализа в пакете Excel получено уравнение регрессии.

Спецификация по графическому изображению в соответствии с рисунком 2.39 показала, что наилучшей является нелинейная регрессионная модель в виде полинома 4-ой степени:

–  –  –

Оценки коэффициентов проведены методом наименьших квадратов для множественной регрессии с помощью функции ЛИНЕН() в Microsoft Excel. Для доказательства статистической значимости коэффициентов полученного уравнения регрессии были определены стандартные ошибки оценок его коэффициентов (введены ниже) и найдены их t-статистики по

–  –  –

Стьюдента установлено по соответствующим таблицам критических точек при уровне значимости 5%.

Рисунок 2.39 - Распределение температуры воздуха по высоте в центре модельного объекта между рядами излучателей при радиационной системе отопления Так как для всех коэффициентов выполнилось условие, то все коэффициенты полученного уравнения регрессии являются статистически значимыми.

О высоком качестве построенной модели свидетельствует и коэффициент детерминации, статистическая значимость которого была также установлена при 5% уровне значимости с помощью статистики распределения Фишера (F-статистики).

В таблице 2.4 приведены значения опытных данных и температур, вычисленных по полученной формуле регрессии.

–  –  –

Значение =12,706 при 5% уровне значимости найдено по таблице критических точек Стьюдента. Таким образом, выполняется условие, т.е. тестовая статистика попадает в область принятия решения о наличии гомоскедастичности дисперсии отклонений). Следовательно, (постоянстве выводы, полученные выше на основе F-статистики, являются надежными.

На рисунке 2.40 показано распределение температуры воздуха по высоте рабочей зоны модельного объекта.

Рисунок 2.40 - Распределение температуры воздуха по высоте рабочей зоны модельного объекта Более низкая температура воздуха в рабочей зоне по сравнению с температурой пола объясняется тем, что воздух, будучи практически «прозрачным» для инфракрасного излучения, нагревается в основном только за счет конвекции от пола, ограждающих конструкций и оборудования, которые поглощают и отражают инфракрасное излучение.

Рисунок 2.41 - Изменение температуры воздуха под излучателем мощностью 30 кВт На рисунке 2.

41 приведены типичные результаты измерений температуры в области на умеренном (до 1,5 м) расстоянии от излучателя.

Распределения температуры, полученные в десяти экспериментах, представлены в таблице 2.6.

–  –  –

Для определения вида зависимости t(h) применялись методы линейного регрессионного анализа.

Корреляционное поле в соответствии с рисунком 2.42 свидетельствует о том, что рассматриваемая зависимость близка к линейной:

.

где – коэффициент регрессии (характеризует наклон линии регрессии), который показывает, на сколько единиц в среднем изменяется переменная при изменении переменной на одну единицу.

–  –  –

Для оценки неизвестных параметров использован метод наименьших квадратов. Значения b0 и b1 выбирались таким образом, чтобы сумма квадратов отклонений экспериментальных (эмпирических) значений от их расчетных (теоретических) значений была минимальной, т.е.

где – значение, вычисленное по уравнению регрессии:

–  –  –

где е - погрешность эксперимента.

Для получения наилучших результатов по методу наименьших квадратов необходимо было проверить одно из условий Гаусса – Маркова: – математическое ожидание отклонений равно нулю для всех наблюдений (таблица 2.8), т.е. показать, что случайные отклонения в среднем не оказывают влияния на зависимые переменные.

Коэффициент детерминации полученной модели равен =0,943.

Для проверки значимости коэффициентов регрессии были выдвинуты нулевая и альтернативная гипотезы:.

В качестве статистического критерия выбраны t-статистика, имеющая распределение Стьюдента:

–  –  –

Критическое значение t-статистики найдено по таблице критических точек распределения Стьюдента с числом степеней свободы (n-2) и уровнем значимости. Если выполнялось условие, то соответствующий коэффициент регрессии считался статистически значимым. В данном случае при. Для каждого коэффициента выполнялось условие, следовательно, они являются статистически значимыми.

Далее проверялась возможность представления уравнения регрессии в виде нелинейной зависимости (в виде полинома 2-ой степени), т.к. линия регрессии может иметь вид параболы в соответствии с рисунком 2.43.

–  –  –

В экспериментах установлено, что при лучистом отоплении характерная особенность изменения температуры воздуха по высоте помещения заключается в повышении ее у пола в соответствии с рисунком 2.39.

Для примера ниже приведено изменение температуры по высоте в рабочей зоне для аналогичного объекта с конвективным отоплением (усреднённые результаты замеров в соответствии с рисунками 2.44, 2.45).

При конвективной системе отопления у пола зарегистрировано понижение температуры воздуха за счет повышенной теплоотдачи. Это обстоятельство подчеркивает, в частности, гигиеническое преимущество системы лучистого отопления.

Измерения температуры воздуха также показали её более равномерное распределение по горизонтальным зонам при использовании радиационной системы отопления.

–  –  –

Рисунок 2.45 - Изменение температуры воздуха по высоте рабочей зоны объекта при конвективной системе отопления Скорость движения воздуха, измеренная кататермометром, в рабочей зоне (на высоте 1,5 м от пола) составляла 0,06 - 0,07 м/с, а у пола 0,1 - 0,4 м/с.

Повышение ее у пола зарегистрировано в зоне у входа в здание.

Температура поверхности пола, облучаемого инфракрасными излучателями, составила плюс 22 °С, а температура поверхности перекрытия 23 °С.

Средняя температура внутренней поверхности наружных ограждающих конструкций на уровне рабочей зоны составила 21 °С.

Эксперименты показали, что при работе лучистой системы отопления на внутренних поверхностях ограждающих конструкций конденсации водяных паров не происходит.

По результатам измерений также установлено, что до пуска системы лучистого отопления относительная влажность воздуха составляла 75 %; после 1,5 часов работы системы отопления она понизилась до 60 % в рабочей зоне, а в зоне выше излучателей достигла 80 %, что обусловлено значительным содержанием водяных паров в продуктах сгорания. Понижение влажности воздуха в рабочей зоне можно объяснить изменением температуры после включения системы отопления, но достаточный воздухообмен препятствовал уменьшению влажности ниже 60 %.

На основании анализа и обобщения результатов выполненных экспериментов можно сделать вывод, что при лучистой системе отопления разность температур у пола и на уровне подвески излучателей составляет 1,5 – 2,0 градуса. При конвективной системе отопления разность температур у пола и под перекрытием достигает 9,0 – 10,0 градусов. Таким образом, при лучистой системе отопления не происходит перегрева верхней зоны здания, и, как следствие, обеспечивается экономия тепловой энергии по сравнению с традиционной конвективной системой отопления.

2.3. Исследование распределения температуры под перекрытием здания

Для детального изучения характера распределения температур над и под излучателями на базе предприятия «Сибшванк» была смонтирована экспериментальная установка в соответствии с рисунком 2.46.

Измерять температуру в различных точках исследуемого помещения можно было различного типа термометрами. Однако на качество измерений такими приборами оказывают влияние лучистый тепловой поток и инерционность средств измерений (в данном случае термометров). Вследствие этого особое

–  –  –

внимание уделялось установке термометров и анализу погрешностей результатов измерений [33, 112].

Для определения температуры воздуха над ГИИ был использован комплекс на основе измерителя ИТ-2, регистрирующего значения t по 48 каналам (рисунок 2.47). Комплекс состоит из: непосредственно измерителя ИТ-2; набора клеммных коробок (устройств компенсации) УК-4 (по 1 шт. на каждые 16 каналов);

преобразователей термоэлектрических ТХК 0006; портативного компьютера.

Комплекс ИТ-2 соединяется с компьютером по интерфейсу RS-232. Каждое устройство УК-4 содержит интегральный датчик температуры холодных концов термопары, что позволяет подключать к ней термопарные датчики. Схема подключения прибора показана на рисунке 2.48.

Комплекс ИТ-2 измерял значение напряжения по каждому из каналов, регистрировал показания датчиков температуры холодных концов термопары и передавал значения на компьютер. Компьютер с помощью программы «Эталон»

на основе полученных данных рассчитывал температуру. Результаты выводились на экран в виде значений температуры.

Рисунок 2.47 - Измерительный комплекс температур воздуха над ГИИ Комплекс ИТ-2 соединяется с компьютером по интерфейсу RS-232.

Каждое устройство УК-4 содержит интегральный датчик температуры холодных концов термопары, что позволяет подключать к ней термопарные датчики. Схема подключения прибора показана на рисунке 2.48.

Комплекс ИТ-2 измерял значение напряжения по каждому из каналов, регистрировал показания датчиков температуры холодных концов термопары и передавал значения на компьютер. Компьютер с помощью программы «Эталон»

на основе полученных данных рассчитывал температуру. Результаты выводились на экран в виде значений температуры.

Измерения производились циклами. В ходе одного цикла блок ИТ-2 выполнял измерения по всем каналам и передавал результаты на компьютер.

Все операции выполнялись с программируемой задержкой между циклами измерений от 1 с до 60 мин.

ВК – датчик температуры Рисунок 2.48 - Схема подключения прибора

Задача определения радиационной температуры исследуемой поверхности при лучистом отоплении модельного здания решалась контактными и бесконтактными методами.

Модельные здания с радиационной системой отопления, как правило, имеют значительные геометрические размеры, поэтому поле измеряемых характеристик неоднородно. В связи с этим возникает необходимость выбора средств измерений, позволяющих использовать всю поверхность для регистрации характеристик.

Выбор измерительных приборов при исследовании процесса лучистоконвективного теплообмена газовых инфракрасных излучателей с исследуемыми поверхностями проводился с учетом следующих требований:

-отсутствие влияния внешних второстепенных факторов на результат измерений (в том числе влияние тепловых волн);

инерционности при регистрации быстропротекающих

-отсутствие процессов.

Практика показала, что удовлетворить этим требованиям при получении информации о радиационной температуре поверхностей модельных зданий при лучистой системе отопления традиционными методами (с использованием температурных датчиков) невозможно по следующим причинам: существенная разница в излучательных способностях датчика и исследуемой поверхности, влияние теплоемкости датчика при измерении нестационарных температур, необходимость установки большого числа термодатчиков для определения теплофизического состояния всей поверхности кровли.

Дистанционно измерения температурных полей поверхности конструкций проводились пирометром для одновременного измерения температуртепловизором в различных точках нагретой поверхности с последующей визуализацией температурных полей в соответствии с рисунком 2.49.

Рисунок 2.49 - Тепловизор Testo 880-3, пирометр «Техно-АС» 110

К преимуществам данного метода измерения относятся:

получения значений температур поверхности при

-возможность значительном удалении до покрытий;

-отсутствие инерционных явлений;

визуального наблюдения за процессом с помощью

-возможность термограмм (спектральных изображений нагретого тела);

- совмещение видео- и термоизображения.

Качество тепловизионного обследования зависит от многих факторов, определяющих погрешность регистрации температурного поля исследуемых поверхностей, например, ограждающих конструкций. К систематическим погрешностям относятся ошибки, вызванные неправильным выбором коэффициента отражения материалов, а также влиянием внешней среды, то есть влиянием внешнего электромагнитного излучения (солнца, нагретых поверхностей и т.д.). Грубые ошибки связаны с неоднородностью измеряемой поверхности. Случайные ошибки являются следствием возможной нестабильности процесса теплообмена.

Используемые современные тепловизоры регистрируют инфракрасное излучение с высокой пространственной разрешающей способностью и степенью чувствительности абсолютных температур до 0,02 °С, позволяющих провести детальное изучение тепловых полей с выявлением минимальных перепадов температур.

Погрешность измерения температур составляет при этом не более 2 °С, что, в свою очередь, является достаточным при изучении формирования микроклимата производственного здания.

Сложность учета факторов, присущих современным производственным зданиям с лучистой системой отопления, таких, как влага, пыль, окисление металла на поверхности покрытий, приводят к изменению коэффициента черноты поверхности (основа тепловизионного исследования).

Немаловажными факторами при анализе влияния ГИИ на теплоизолирующие свойства покрытий являются: изменение характера теплообмена вследствие конвекции, непрозрачность среды, погрешность в расшифровке термограмм.

В связи с вышеизложенным тепловизионный метод не обладает высокой точностью. Проведение экспериментальных исследований лучисто-конвективного теплообмена ГИИ с поверхностью кровли возможно лишь при использовании более точных методов.

С этой целью впервые был разработан и опробован новый, комплексный способ анализа влияния ГИИ на формирование температурных полей в модельных зданиях: на обследуемой поверхности (над ГИИ) выбирались характерные (реперные) точки. С помощью пирометра определялись температуры в этих точках (реперные значения), далее выполнялись измерение поля температур тепловизором. При этом реперные значения являлись критерием достоверности тепловизионного измерения и служили ориентиром при анализе термограмм в соответствии с рисунком 2.50.

Рисунок 2.50 - Измерение температурного поля кровли над ГИИ в реперной точке Так определялась совокупность параметров, определяющих условия теплообмена (температуры внутреннего и наружного воздуха, над ГИИ, интенсивность излучения над ГИИ, влажность и подвижность воздуха, температуры поверхностей) с учетом нестационарности теплового режима.

При этом выполнялось сравнение нагреваемых ГИИ участков ограждающих конструкций с аналогичными ненагреваемыми участками при тех же условиях и оценка достоверности получаемых результатов.

Соответствующее компьютерное программное обеспечение обеспечивало возможность проведения качественных и количественных оценок, а также построения гистограммы (распределений температур вдоль заданных линий на поверхности объекта контроля), получения пространственных термографических изображений в соответствии с рисунком 2.51.

Рисунок 2.51 - Распределение температур над ГИИ

Результатом выполненных измерений были характерные распределения температуры над корпусом ГИИ для разного типа излучателей производства «Сибшванк», «Мегашванк», «Schwank» и «GoGaz».

В качестве примера ниже приведены характерные распределения температур для ГИИ-30, ГИИ-20, ГИИ-15 производства «Сибшванк» в соответствии с рисунками 2.52 – 2.55) и современной модели ГИИ-20 производства «Schwank» в соответствии с рисунками 2.56, 2.57.

Рисунок 2.52 - Распределение температуры воздуха по направлению Х над корпусом ГИИ-30 на расстоянии 50 мм.

Схема установки датчиков Результаты проведённых экспериментов в соответствии с рисунком 2.52 показывают высокий уровень подогрева воздуха над корпусом горизонтально расположенного излучателя. На рисунке 2.53 приведены аналогичные распределения температуры воздуха над корпусом наклонно расположенного ГИИ-20 на том же, что и в случае горизонтально расположенного излучателя расстоянии от поверхности последнего. Существенные отличия как абсолютных значений температуры, так и характера их распределения по координате Х показывают влияние термогравитационной конвекции на процесс формирования температурных полей вблизи ГИИ. Очевидно, что в этой области перенос теплоты происходит как за счёт кондукции, так и за счёт конвекции. Но зона такого влияния ГИИ мала по размерам в соответствии с рисунками 2.52, 2.53.

Уже на расстоянии нескольких десятков миллиметров от боковой поверхности излучателя температура воздуха немногим превышает 20 С. Этот результат позволяет сделать вывод о том, что ГИИ оказывают только локальное воздействие на кровлю в зоне своего расположения. В целом их влияние в связи с малой долей занимаемой излучателем площади невелика.

Рисунок 2.53 - Распределение температур воздуха по направлению Х над корпусом наклонно расположенного ГИИ-20 на расстоянии 50 мм.

Схема установки датчиков Рисунок 2.54 - Распределение температур воздуха по направлению Х над корпусом наклонно расположенного ГИИ-15 на расстоянии 50 мм. Схема установки датчиков Рисунок 2.55 - Распределение температур воздуха по направлению Z над корпусом наклонно расположенного ГИИ-15. Схема установки датчиков Полученные значения t зафиксированы при установившемся режиме теплообмена. Важно отметить, что среднее значение времени выхода на стационарные условия составляло не более 15 минут. При сопоставлении со временем остывания корпуса ГИИ, осуществлялась возможность определения теплоемкости ГИИ, что давало возможность оценить тепловую инерционность всей системы лучистого отопления.

Такая возможность значима с точки зрения оптимизации процесса отопления. Для многих технологических процессов интервалы времени 1015 минут малы по сравнению с общей продолжительностью работ.

Рисунок 2.56 - Распределение температур воздуха по направлению Х над корпусом наклонно расположенного ГИИ-20 на расстоянии 80 мм.

Схема установки датчиков

–  –  –

Рисунок 2.57 - Распределение температуры воздуха по направлению Z над корпусом наклонно расположенного ГИИ-20-техно.

Схема установки датчиков Сопоставление значений температуры над корпусами ГИИ-30, расположенными под различным углом наклона к плоскости пола и горизонтально, позволило выявить угол наклона, при котором нагрев воздуха, максимален. Для ГИИ-30 этот угол наклона составляет 45 – 50 градусов, при этом максимальное значение температуры воздуха в непосредственной близости с ГИИ составляет 270 С.

Для ГИИ-20 такой оптимальный угол наклона составляет 30. При этом максимальное значение температуры воздуха в непосредственной близости с ГИИ составляет 200 С.

Распределение температуры воздуха по направлению Z над корпусом ГИИ характеризует зону теплового влияния излучателя на характер распределения температур (до 4-х метров от корпуса ГИИ).

Анализ распределений температур воздуха над корпусом ГИИ выявил следующие закономерности: для каждого излучателя характерны две области максимальных значений температур, которые расположены симметрично друг другу относительно длинной стороны корпуса. Однако следует отметить, что с увеличением расстояния от корпуса форма кривой приобретает вид параболы, то есть образуется область с одним максимальным значением t.

Анализ полученных результатов экспериментальных исследований указывает на значительные локальные тепловые потоки над корпусом ГИИ, что, в свою очередь, сказывается на тепловлажностном состоянии кровли в областях расположения излучателей.

Подводя итог проведённым экспериментам можно отметить, что результаты выполненных экспериментальных исследований дают основания для вывода о влиянии конвективного механизма теплопереноса на формирование температурных полей и, соответственно, микроклимата производственных помещений с системами лучистого отопления. Распределения температур, полученные в достаточно широком диапазоне изменения условий нагрева в соответствии с рисунками 2.4 – 2.8, 2.11 – 2.16, 2.18 – 2.23, 2.25 – 2.30, 2.32 – 2.34, 2.36, 2.38, 2.39, 2.40, 2.42, 2.51 – 2.57, иллюстрируют интенсивную теплопередачу от поверхности нагретого пола в воздух, который прогревается, в том числе, до высот 1,52,0 м в соответствии с рисунком 2.41. Следовательно, можно сделать вывод о том, что вклад конвекции в формирование температурного поля в окрестности объекта нагрева будет значительным. При начальной температуре воздуха в модельном помещении t=5, например, через 0,5 часа работы ГИИ происходил ее подъем до 18. Такое изменение теплового режима, с одной стороны, нельзя не учитывать при проектировании систем лучистого отопления, с другой стороны, влияние конвекции является резервом, обеспечивающим возможность значимого снижения энергозатрат на работу газовых излучателей.

Как показывают проведенные экспериментальные исследования, учет влияния процессов естественной конвекции на формирование микроклимата рабочей зоны возможен опытным путем, но при достаточно больших затратах времени и средств на испытания систем лучистого отопления. Поэтому целесообразна разработка математической модели рассматриваемого процесса сопряженного (во многих реально значимых вариантах, например, при расположении рабочих зон вблизи ограждающих конструкций) теплообмена с учетом всего комплекса значимых процессов теплопереноса в условиях работы систем лучистого отопления (излучения, теплопроводности и конвекции), а также методов решения соответствующих задач теплопереноса.

Также на основании анализа и обобщения выполненных экспериментальных исследований можно сформулировать новый подход к разработке систем лучистого отопления, обеспечивающих регламентный микроклимат промышленных объектов.

Основные отличия сформулированного подхода от принятых при анализе микроклимата в помещениях с системами «конвективного» отопления заключаются в следующих новых положениях:

Доминирующими являются процессы термогравитационной 1.

конвекции при движении нагретого воздуха, который рассматривался как диатермичная для инфракрасного излучения среда (предполагалось, что воздух не содержит частиц пыли и капель воды).

Движение воздуха является следствием нагрева излучением 2.

приповерхностного слоя пола помещения.

Теплоотвод в ограждающие конструкции и аккумуляция теплоты в 3.

них влечет за собой изменения температуры газовой среды и параметров теплопереноса (местных коэффициентов теплоотдачи) в рабочей зоне помещения.

Возможны два варианта практической реализации этого нового подхода.

Первый – на основании полученных в результате специальных экспериментов температурных полей. Выбор основного параметра микроклимата

– температуры в такой постановке проводился исходя не из анализа баланса теплоты во всем помещении в предположении, что вся энергия излучения расходуется на нагрев воздуха, и поиске эмпирического коэффициента, обеспечивающего корреляционную связь между потоком лучистой энергии и температурой воздуха. Выбор температуры поверхности объект теплоснабжения (Тп) проводился по результатам итерационной процедуры ее вычисления при использовании уравнения теплового баланса на поверхности этого объекта. в качестве математической модели процесса.

Тепловой баланс на поверхности объекта нагрева в этом случае в соответствии с основными положениями [14] можно представить в виде:

, где q – плотность теплового потока, «падающего» на работающего, Вт/м2,

– температура поверхности одежды и головного убора работающего температура воздуха в рабочей зоне, – приведённая степень черноты пр поверхности одежды работающего, – постоянная Стефана-Больцмана, Вт/(м2•град), – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2•град).

При постановке задачи основным допущением являлась гипотеза об отсутствии стока тепла через поверхность раздела «воздух – объект» во внутренний объем последнего. Это допущение вполне обосновано в связи с тем, что температуры воздуха, соответствующие регламентному микроклимату, много меньше (на 10-15оС) реальных температур объекта.

При этом исходными данными для расчета были тепловой поток от излучателей в рабочей зоне (определяется экспериментально для типичных условий работы систем лучистого отопления) и температура воздуха в этой зоне, также определяемая экспериментально для определенного типа инфракрасных излучателей. Решение уравнения (1) может быть проведено методом Ньютона или простых итераций.

Если полученные в результате расчетов значения не соответствуют нормативным требованиям, то проводится расчет при больших (или меньших) значениях q. Для реализации такого рода итерационного цикла расчетов необходимо по результатам предварительно проведенных экспериментов получение аппроксимационной связи в=f( ) с использованием математического аппарата обработки результатов экспериментальных исследований, приведенного в главах 2 и 3.

Возможна организация итерационного цикла с любой заранее заданной надежностью результатов вычисления температуры поверхности объекта. В результате может быть достигнут эффект реального значимого энергосбережения для любого варианта конструкции промышленного объекта.

На рисунке 4 приводится пример распределения температуры поверхности одежды при различной плотности теплового потока для различных температур внутреннего воздуха.

–  –  –

По результатам численного анализа большой группы вариантов мощности используемых излучателей и условий их работы показана возможность достоверной оценки численных значений основной характеристики микроклимата

– температуры поверхности объекта.

Представляет интерес разработка математической модели процесса теплопереноса в рассматриваемых условиях и методов решения соответствующих задач. В этом случае объем необходимых для выбора мощности излучателей (и схемы их расположения) экспериментов может быть существенно сокращен (возможно до минимума при хорошем соответствии экспериментальных и полученных в результате математического моделирования значений температуры воздуха). В главе 4 приведены результаты исследований по созданию такой математической модели.

Выводы. На формирование температурных полей и, соответственно, микроклимата производственных помещений с системами лучистого отопления существенное влияние оказывает конвективный механизм теплопереноса.

На основании анализа и обобщения выполненных экспериментальных исследований сформулирован новый подход к разработке систем лучистого отопления, обеспечивающих регламентный микроклимат промышленных объектов, заключающийся в учёте термогравитационной конвекции при движении нагретого воздуха и теплоотвода в ограждающие конструкции и аккумуляция теплоты в них. Движение воздуха является следствием нагрева излучением приповерхностного слоя пола помещения.

Представляет интерес разработка математической модели процесса теплопереноса в рассматриваемых условиях и методов решения соответствующих задач.

.

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

ПЛОТНОСТИ ПОТОКА ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ РАБОТЕ ГАЗОВЫХ

ИНФРАКРАСНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ.

При использовании газовых инфракрасных излучателей для отопления производственных помещений необходимо знать не только суммарную тепловую нагрузку, но и распределение плотности теплового потока излучения по поверхностям, воспринимающим излучение.

В данной главе приведены результаты экспериментального исследования плотностей потоков излучения при работе ГИИ. Перепад температуры поверхности пола не должен превышать 3 – 4 градуса [49] и, следовательно, плотность теплового потока излучения должна быть распределена по поверхности пола равномерно.

При проведении исследований учитывались рекомендации А. М. Левина [113] и А. К. Родина [10, 11, 114, 115] по методике экспериментов.

Регистрировались значения плотности потока излучения, распределенные по направлениям продольной и поперечной осей излучателя. Построены эпюры облучения для всех типов «светлых» излучателей. В таблице 3.1 приведены результаты измерения плотности излучения по этим координатным направлениям.

При проведении экспериментальных исследований использовался прибор компенсационного типа (радиометр) – «Аргус-03» неселективный, который предназначен для измерения плотности теплового потока в диапазоне от 1 до 2000 Вт/м2 (в спектральном диапазоне от 0,5 до 20,0 мкм).

Радиометр «Аргус-03» состоит из измерительной головки и индикаторного блока. Принцип работы этого прибора основан на преобразовании потока излучения, создаваемого источником (в данном случае ГИИ), в непрерывный электрический сигнал, пропорциональный плотности теплового потока излучения. Электрический сигнал затем преобразуется в цифровой код, индуцируемый на цифровом табло индикаторного блока. Термоэлемент непосредственно фиксирует плотность теплового потока излучения на поверхности пола модельного объекта. Показания прибора идентифицируются в единицах Вт/м2.

Измерения проводились в следующей последовательности: измерительную головку устанавливали в месте измерения удельного лучистого теплового потока, индикаторный блок размещался в месте, удобном для снятия показаний с индикаторного табло, закрывалась приемная головка, измерялось и записывалось «темновое» значение плотности теплового потока излучения для дальнейшего вычисления удельного лучистого теплового потока. Затем открывалась измерительная головка.

Расчет значения величины удельного лучистого потока qл, измеренной радиометром, выполнялся по формуле: qл = qо - qз, где qо и qз- показания радиометра при открытой и закрытой головке радиометра.

Измерения плотности потока теплового излучения проводились в плоскости, параллельной плоскости пола модельного помещения при температуре наружного воздуха от минус 5 до минус 30 °.

Для оценки степени неравномерности в модельном здании была смонтирована специальная экспериментальная установка. Для подвески излучателей натягивались тросы диаметром 12 мм в три ряда на расстоянии 5 м друг от друга. С помощью системы блоков тросы могли подниматься на разные высоты от 4 до 11 м. Излучатели при этом могли передвигаться относительно друг друга вдоль продольной оси. Тем самым изменялась степень неравномерности облучения пола. Сами тросы с помощью системы блоков можно было устанавливать на разной высоте, изменяя плотность теплового потока.

Выполнена математическая обработка [116, 117, 118] всех результатов проведённых экспериментов.

В таблицах 3.1 – 3.4 представлены наиболее типичные результаты измерения плотности теплового потока для излучателя тепловой мощностью 30 кВт в направлении продольной (большей) и поперечной (меньшей) осей, подвешенного на высоте 10 и 6 метров.

–  –  –

Таблица 3.3 - Распределение плотности теплового потока от излучателя мощностью 20 кВт по направлению продольной оси излучателя при высоте подвески 10 м L, м точка изм.

0 78,5 80,2 75,4 69,1 68,1 76,4 74,5 69,7 74,8 78,6 0,5 63,4 65,0 77,5 68,4 72,1 76,4 78,1 68,9 63,8 71,8 1 59,6 70,2 78,6 62,1 63,8 69,3 65,4 60,7 70,8 63,1 1,5 57,1 66,8 58,6 64,0 58,1 67,9 54,3 60,7 59,1 54,2 2 49,1 52,3 55,2 54,2 62,1 48,2 59,6 53,8 49,1 50,5 2,5 45,2 50,0 48,6 44,1 45,8 44,6 43,1 45,1 50,0 51,6 3 36,8 40,2 43,5 44,1 40,5 38,9 42,9 34,8 38,2 40,4 3,5 36,4 32,1 37,2 35,6 33,5 37,8 31,6 32,5 33,0 34,5 4 22,3 32,0 30,5 32,1 29,4 27,1 23,1 29,6 30,4 31,8 4,5 30,1 23,1 20,3 28,5 23,0 20,8 26,5 20,5 22,8 20,6 5 16,5 18,5 15,1 21,1 23,0 20,8 17,4 14,7 22,1 14,6 5,5 17,4 16,5 13,1 12,4 10,8 14,5 13,8 12,5 16,2 13,1 6 9,6 8,1 10,2 12,1 7,6 10,6 9,4 11,8 7,8 10,1 6,5 9,1 6,5 7,8 7,0 6,4 8,1 9,0 8,1 6,0 7,1 7 4,2 5,6 6,7 4,6 6,1 4,5 4,2 5,8 6,4 4,3

–  –  –

Ниже представлена таблица 3.6 ожидаемых интенсивностей излучения по каждому значению L, м.

Таблица 3.6 - Ожидаемые интенсивности излучения для каждого значения L 0.

0 0,5 1.0 1,5 2.0 2,5 3.0 3,5 4.0 4,5 5.0 5,5 6.0 6,5 7.0 L, м 74,5 70,5 66,3 60,0 53,4 46,8 40,0 34.4 28,8 23,6 18,3 14,0 9,7 7,5 5,2 q, Вт/м2 Выборочный коэффициент корреляции, что указывает на наличие тесной связи q(L). Определена форма связи в виде линейного уравнения парной регрессии.

Коэффициент корреляции, корреляционное поле и проведенная линия тренда в соответствии с рисунком 3.1 указывают на возможность использования линейной зависимости:

.

–  –  –

Оценки коэффициентов уравнения регрессии получены методом наименьших квадратов с помощью встроенной функции ЛИНЕЙН() в Microsoft

Excel. В результате модель линейного уравнения парной регрессии имеет вид:

–  –  –



Pages:   || 2 |
Похожие работы:

«Грейт Истерн, 1858 Самый большой пароход 19 века Изамбард Брунель Джон Рассел, инженер. 1858 год Технические характеристики колесно-парусно-винтового парохода "Great Eastern": Длина 21...»

«72 EAST EUROPEAN JOURNAL OF PHYSICS East Eur. J. Phys. Vol.3 No.1 (2016) 72-76 PACS: 29.30.L SINGLE AND DUAL-POINTING DEVICE FOR MOVING THE SAMPLE LU-40 KIPT A.N. Vodin1, V.T. Bykov1, V.A. Kushnir1, M.S. Malovitza2, S.N. Olejnik1, G.E. Tuller1, A.V. T...»

«Известия Томского политехнического университета. 2012. Т. 321. № 3 УДК 665.61:553.985:547.91 СОСТАВ АРОМАТИчЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ БИТУМОВ СЕВЕРНОЙ ХАКАСИИ О.В. Серебренникова1,2, Ву Ван Хай1, А.Р. Ахмедова3 Томский политехнический университет Институт химии нефти СО РАН, г. Томск E-...»

«Испытания конструкций Часть 1. Измерения механической подвижности Оле Дэссинг, БрюльиКъер См. стр. См. стр. Выбор оптимальной оценки частотной Шум и механические колебания: причины характеристики и следствия Возбуждение Ан...»

«ООО “Харьковский завод подъемно-транспортного оборудования” КАТАЛОГ ПРОДУКЦИИ Москаленко Павел Викторович Генеральный директор Общества с ограниченной ответвственностью “Харьковский завод подъемно-транспортного оборудования” Уважаемые коллеги и па...»

«ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ посвященная больше конструированию узкофункциональных зданий и проектированию объектов коммунального хозяйства и технических приспособлений, опустошили архитектора. В заключение необходимо отметить основные этап...»

«ХА ВАН ЧЬЕН ФОРМИРОВАНИЕ СХЕМЫ БАЗИРОВАНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ОСНАСТКИ ДЛЯ СБОРКИ УЗЛОВ ИЗ МАЛОЖЁСТКИХ ДЕТАЛЕЙ Специальность 05.02.08 – "Технология машиностроения" Диссертация на соискание ученой степени...»

«УТВЕРЖДЕН 5В2.426.000 РЭ-ЛУ УСТРОЙСТВО СИГНАЛЬНОЕ УС-1 Руководство по эксплуатации 5В2.426.000 РЭ 5В2.426.000 РЭ Настоящее руководство по эксплуатации предназначено для изучения устройства сигнального УС-1 (далее – УС-1), содержит описание его устройства, технические характеристики и другие сведения, необходимые для правильной...»

«Алфёров Сергей Михайлович АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА РЕГУЛИРОВКИ МАНОМЕТРОВ Специальность: 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность) ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических...»

«УСТАНОВКИ КОНДЕНСАТОРНЫЕ ТИПА УКМ РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ МКЖИ.673810.001 РЭ СОДЕРЖАНИЕ НАЗНАЧЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТРОЙСТВО И РАБОТА УСТАНОВОК КОНТРОЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ РАЗМЕЩЕНИЕ И МОНТАЖ ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ХАРАКТЕРНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ П...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ...»

«Основы радиоподсистемы беспроводных сетей Wi-Fi. Планирование радиопокрытия для скоростей 802.11n/ac Флавьен Ришар – Technical Solutions Architect Виктор Платов – Технически...»

«АО "ЮИТ Уралстрой" Три 3-х этажных многоквартирных жилых дома ПК3, ПК4 и ПК5 первой очереди строительства жилой застройки южнее с. Балтым ГО Верхняя Пышма Свердловской области "Балтым Парк" К...»

«Автоматизация магазинов г.Ульяновск 05.05.2009 Программный продукт "Супермаркет" Глава 5. Комплекс отчетов и обработок для конфигурации "1С:Торговля и Склад" Описание работы кассира Страница: 1 из 12 www.reshe...»

«УДК 316.4.062 Жигаева Камила Вагифовна Zhigaeva Kamila Vagifovna кандидат социологических наук, PhD in Social Science, Dean of the Extramural декан факультета заочного и очно-заочного обучения and Evening Training Depart...»

«Пояснительная записка Рабочая программа по литературе для 7 класса разработана на основе нормативных и инструктивно-методических документов Министерства образования и науки Российской Федерации, департамента образования Белгородской области:Федерального компонента государс...»

«КУЛЕБАКСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ЗАВОД ОПЫТ КАЧЕСТВО НАДЕЖНОСТЬ ИННОВАЦИОННОСТЬ УСПЕХ Польша Калиш Ржежев Pratt & Whitney Canada SPZ GROUP A United Technologies Company ПРЕДПРИЯТИЕ С ИНОСТРАННЫМИ ИНВЕСТИЦИЯМИ ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНО...»

«Научный журнал КубГАУ, №101(07), 2014 года 1 УДК 347 UDC 347 К ВОПРОСУ О ПРАВОВОЙ ПРИРОДЕ БРАКА TO THE QUESTION OF THE LEGAL NATURE OF MARRIAGE Бондов Сергей Николаевич Bondov Sergey Nikolaevich к.ю.н., доцент, начальник Управления правового Cand.Leg.Sci., associate professor, head of the legal обеспечения support Департамент п...»

«Игнатьев Федор Владимирович Оптимизация методов уплотнения дальномерных сигналов глобальных навигационных спутниковых систем Специальность 05.12.14 "Радиолокация и радионавигация" Диссертация на соискание ученой степени...»

«Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокос...»

«ОКП 4213 СЧЕТЧИК ЖИДКОСТИ АКУСТИЧЕСКИЙ АС-001 Руководство по эксплуатации ЦПП9-0.00.00 РЭ 2001 г. СОДЕРЖАНИЕ Введение..3 1. Назначение..4 2. Технические требования..8 3. Устройство и принцип работы.13 4. Маркирование и пломбирование.15 5. Обеспечение мер безопасности.16 6. Мон...»

«в "АС Г "А* ШИТ, ШЭГ ФАС ^Ощсшш " * да шрш" а (Дш теред к ш В о оберудовашавм тошшвзыш бакшш к вертолётам" а 1ЦЖ I ДОВШЙИШ1 С * коведствоваться ** *'/?" шУТВЕРЖДАЮ Начальник^УПЛГ ФАС России О СОГЛАСОВАНО СОГЛАСОВАНО /генеральный конструктор Директор АСЦ ГосНИИ ГА 10 "...»

«МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ (МГС) INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION (ISC) ГОСТ 33069МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ (EN 13253:2005) М АТЕРИАЛЫ ГЕО СИНТЕТИЧЕСКИЕ Д...»

«Монтаж основных узлов Самонесущий изолированный провод (СИП) – скрученные в жгут изолированные проводники, не требующие специального несущего троса. Механическая нагрузка может восприниматься несущей жилой провода либо всеми проводниками жгута...»

«“Новости Автоматизации” Ежемесячный информационный журнал Апрель 2011 Выпуск №30 Содержание: 1 Общие новости 1.1. Компания “Шнейдер Электрик” провела выставку инновационных решений Schneider Elec...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.