|
|
Во многих задачах требуется
оценивать статические и динамические характеристики помещения как объекта
стабилизации температуры. Математическое описание процесса осложнено рядом
факторов. Рассмотрим их подробнее. Источники теплоты произвольным образом
распределены в объеме помещения; места подачи воздуха тоже расположены
произвольно; мощности источников и расходы воздуха в отдельных частях
помещения не сбалансированы. Вследствие этого температура воздуха как
регулируемый параметр оказывается распределенной сложным образом в объеме
помещения. Особенно значительная неравномерность наблюдается в той части,
откуда поступает приточная неизотермическая струя (обычно в верхней зоне).
Источники теплоты в помещении лучисто-конвективные, при этом конвективная
теплота поступает в воздух, а лучистая — на поверхность ограждений и
оборудования. Плотность теплового потока на разных поверхностях неодинакова.
Вместе с изменением температуры воздуха происходит изменение температуры
ограждений и оборудования, зависящее от размеров и теплофизических
характеристик материалов, периода колебаний температуры (в периодическом
процессе). Оборудование может иметь достаточно сложную форму и представление
его простейшим телом (пластиной, шаром или цилиндром) может привести к
существенной погрешности. При некоторых возмущениях (Qn0M, ^цар) изменяется
как лучистая, так и конвективная теплота. При других воздействиях —
управляющих (^пр, GB) — вносится только конвективная теплота. Описание
конвективного теплообмена осложнено тем, что его интенсивность, оцениваемая
коэффициентом теплообмена аи, переменная и может быть определена только
приближенно, так как зависит от разных факторов. Из них наиболее существенны
схема организации воздухообмена, вид струй по отношению к поверхности
ограждений (настилающиеся, отрывные), форма струй (плоские, коноидальные,
осесимметричные), кратность воздухообмена в помещении.
Помещение будем рассматривать как объект в сосредоточенных
параметрах, поэтому уравнение теплового баланса будем составлять относительно
температуры уходящего воздуха, принимаемой в общем случае не равной
температуре в рабочей (обитаемой) зоне. Основные ограждения рассматриваются
как пластины, в которых тепловой поток в продольном направлении отсутствует.
Коэффициент теплообмена рассматривается как средний по площади ограждений.
Теплофизические параметры ограждений и оборудования в рассматриваемом
диапазоне температур постоянны.
В зависимости от физического характера возмущающих (при
разомкнутой САР) и управляющих (при замкнутой САР) воздействий могут
потребоваться как переходные, так и амплитудно-частотные характеристики
помещения. Например, при работе регулятора могут возникать затухающие
колебания. Периодически изменяются отдельные составляющие тепловой нагрузки,
температура наружного воздуха. Те же составляющие и солнечная радиация могут
меняться неупорядоченно (иначе стохастически).
После решения систем уравнений (3.9)—(3.11) с помощью
преобразования Лапласа оказалось, что динамические свойства помещения зависят
от кратности воздухообмена Кр, обобщенного размера помещения 1у как отношения
объема помещения УпоМ к площади поверхности ограждений и оборудования F,
статических и динамических характеристик ограждений и оборудования.
Скорость изменения температуры в начальной части кривой
зависит от интенсивности вентилирования помещения, характеризуемой кратностью
воздухообмена Кр. Этот отрезок времени по литературным данным составляет
(3-1-4)Кр~1.
По мере аккумуляции теплоты ограждениями и оборудованием
скорость изменения температуры воздуха" замедляется и переходный процесс
в помещении зависит от инерционных свойств ограждений (постоянной времени
Тогр, составляющей порядка десятка часов), поэтому теоретический конец
переходного процесса достигается спустя несколько суток.
На кривой переходного процесса изменения температуры в
помещении обычно наблюдаются две части. В начальной части процесс изменения
температуры происходит быстро. Затем, спустя несколько часов, в кривой
происходит некоторый перелом, и рост температуры замедляется, что объясняется
аккумуляцией теплоты ограждениями и оборудованием. Верхним пределом
инерционности помещения является постоянная времени ограждения (порядка
десятка часов).
Помещение как объект регулирования температуры может
«работать» на существенно различных частотах колебаний возмущающих и
управляющих воздействий. Колебания с периодом порядка десятка минут характерны
для работы автоматического регулятора. Периоды от нескольких минут до часов
характерны для изменения составляющих тепловой нагрузки помещения.
Генерирование колебаний с периодом 1—3 ч происходит в помещениях, где
требуется создать динамический температурный режим. Изменение солнечной
радиации, если оно упорядоченно, имеет суточный период. В разложении хода
температуры наружного воздуха наибольшие амплитуды приходятся на период
«сутки» и «год».
|