Определение теплопотерь через наружные стены

В данной работе при определении тепловых потерь через наружные стены рассматриваем участок цеха по производству хлебобулочных изделий. Здание цеха является одноэтажным. Расчетную температуру наружного воздуха принимаем равной t_нар=-22⁰С; расчетную температуру воздуха внутри помещения принимаем равной t_вн=25⁰С.

Боковые наружные стены помещения изготовлены из кирпича на тяжелом растворе; с внутренней стороны стены покрыты известковой штукатуркой, с внешней – цементной штукатуркой.

d_нар=0,025 м l_нар=1,16 Вт/(м⁰С)

d_к=0,64 м l_к=0,81 Вт/(м⁰С)

d_вн=0,015 м l_вн=0,7 Вт/(м⁰С)

Степень черноты наружной поверхности e=0,9.

Высота здания h=7 м. Скорость ветра W=15 м/с.

Термическое сопротивление многослойной стенки

 

 (3.1)

 

Термическое сопротивление у внутренней поверхности стенки

Принимаем температуру внутренней поверхности стенки t_вн.ст=7,416 ⁰С

При внутренней температуре имеем следующие физические свойства воздуха: t_вн=25⁰С – Число Прандтля Pr=0,7036.

Коэффициент кинематической вязкости воздуха n=14,79∙10^-6 м²/⁰С.

Коэффициент теплопроводности воздуха l=2,566∙10^-2 Вт/(м⁰С).

Критерий Грасгофа:

 

, (3.2)

 

где b_в-коэффициент объемного расширения воздуха

b_в=1/(273+t_вн)

Dt – перепад температур Dt=t_вн – t_вн.ст

,

l=h – высота здания

Произведение критерия Грансгофа на число Прандтля равно:

При (Gr∙Pr)>10⁹ имеем турбулентный режим.

Определим конвективный коэффициент теплоотдачи при естественной циркуляции воздуха

 

, (3.3)

 

,

где h – высота здания.

Термическое сопротивление на внутренней поверхности стенки

 

, (3.4)

Термическое сопротивление на наружной поверхности здания

Коэффициент теплоотдачи

 

a_нар=a_к.нар+a_л, (3.5)

 

где a_к.нар – конвективный коэффициент теплоотдачи

a_л – коэффициент теплоотдачи излучением

Пусть температура наружной поверхности стены t_нар.ст= – 21.164 ⁰С

a_к=f(Re)

Критерий Рейнольдса:

 

Re = (W∙L)/n, (3.6)

 

где W – скорость ветра, W=15 м/с;

L – высота здания, L=7 м.

Физические свойства воздуха при t_нар= – 22⁰С:

коэффициент кинематической вязкости воздуха n=11,704∙10^-6 м²/с;

коэффициент теплопроводности воздуха l=2,264∙10^-2 Вт/(м²∙С).

Число Прандтля Pr=0,7174

 

, (3.7)

 

 

, (3.8)

 

, (3.9)

 

При Re > 5∙10⁵ критерий Нуссельта можно определить по формуле:

где С=5,7 Вт/(м²К⁴) – коэффициент излучения абсолютно – черного тела

e=0,9 – степень черноты стены.

 

 

Проверка температуры наружной и внутренней поверхности стенки

 

R=R_вн+R+R_нар

 

R=0,28+0,8331+0,024=1,138 (м²∙С)/Вт  

Температура наружной поверхности стенки

 

t_нар.п=t_нар+((t_вн-t_нар)∙R_нар)/R

t_нар.п=-22+((25+22)∙0,024)/1,138=-21,177⁰С

Dt – расхождение в заданной и полученной температуре не превышает 0,5⁰С, следовательно дальнейших приближений делать не надо.

 

t_вн.п=t_вн – ((t_вн – t_нар)∙R_вн)/R

 

t_вн.п=25 – ((25+22)∙0,28)/1,138=7,404⁰С 

Dt – расхождение в заданной и полученной температуре не превышает 0,5 ⁰С, следовательно дальнейшие приближения делать не надо.

Общие теплопотери для цеха

 

Q=(F∙Dt)/R

 

где F – поверхность боковых стен цеха, соприкасающихся с наружным окружающим воздухом; F=519,345 м²

Dt – перепад температур; Dt=25 – (–22)=47 ⁰С

R – общее термическое сопротивление; R=1,138 (м²∙С)/Вт

Q=(519,345∙47)/1,138=17798,29 Вт

Общие теплопотери через стены цеха составляют Q_ст=17798 кВт