§33. Нагрівання повітря та його температура

Аеродинамічний нагрів

нагрівання тіл, що рухаються з великою швидкістю в повітрі чи іншому газі. А. н. - результат того, що молекули повітря, що налітають на тіло, гальмуються поблизу тіла.

Якщо політ відбувається зі надзвуковою швидкістюкультур, гальмування відбувається насамперед ударної хвилі (Див. Ударна хвиля) , що виникає перед тілом. Подальше гальмування молекул повітря відбувається безпосередньо біля самої поверхні тіла, прикордонному шарі (Див. прикордонний шар). При гальмуванні молекул повітря їх теплова енергія зростає, тобто температура газу поблизу поверхні тіла, що рухається, підвищується максимальна температура, до якої може нагрітися газ в околиці тіла, що рухається, близька до т.з. температурі гальмування:

T 0 = Тн+ v 2 /2c p ,

де Т н -температура повітря, що набігає, v -швидкість польоту тіла, c p - питома теплоємністьгазу за постійного тиску. Так, наприклад, при польоті надзвукового літака з потрійною швидкістю звуку (близько 1 км/сек) температура гальмування становить близько 400°C, а при вході космічного апарату в атмосферу Землі з 1 космічною швидкістю (8,1 км/сек) температура гальмування досягає 8000 °С. Якщо в першому випадку при досить тривалому польоті температура обшивки літака досягне значень, близьких до температури гальмування, то в другому випадку поверхня космічного апарату неминуче почне руйнуватися через нездатність матеріалів витримувати такі високі температури.

З областей газу з підвищеною температурою тепло передається тілу, що рухається, відбувається А. н. Існують дві форми А. н. - конвективна та радіаційна. Конвективне нагрівання – наслідок передачі тепла із зовнішньої, «гарячої» частини прикордонного шару до поверхні тіла. Кількісно конвективний тепловий потік визначають із співвідношення

q k = а(Т е -Т w),

де T e -рівноважна температура (гранична температура, до якої могла б нагрітися поверхня тіла, якби не було відведення енергії), T w - реальна температура поверхні, a- коефіцієнт конвективного теплообміну, що залежить від швидкості та висоти польоту, форми та розмірів тіла, а також від інших факторів. Рівноважна температура близька до температури гальмування. Вид залежності коефіцієнта авід перерахованих параметрів визначається режимом течії у прикордонному шарі (ламінарний або турбулентний). У разі турбулентної течії конвективне нагрівання стає інтенсивнішим. Це з тим обставиною, що, крім молекулярної теплопровідності, істотну роль переносі енергії починають грати турбулентні пульсації швидкості у прикордонному шарі.

З підвищенням швидкості польоту температура повітря за ударною хвилею та в прикордонному шарі зростає, внаслідок чого відбувається дисоціація та іонізація. молекул. Атоми, іони і електрони, що утворюються при цьому, дифундують у більш холодну область - до поверхні тіла. Там відбувається зворотна реакція (Рекомбінація) , що йде з виділенням тепла. Це дає додатковий внесок у конвективний А. зв.

При досягненні швидкості польоту близько 5000 м/сектемпература за ударною хвилею досягає значень, у яких газ починає випромінювати. Внаслідок променистого перенесення енергії з областей із підвищеною температурою до поверхні тіла відбувається радіаційне нагрівання. При цьому найбільшу роль грає випромінювання у видимій та ультрафіолетовій областях спектру. При польоті в атмосфері Землі зі швидкостями нижче за першу космічну (8,1 км/сек) радіаційне нагрівання малий порівняно з конвективним. При другій космічній швидкості (11,2 км/сек) їх значення стають близькими, а за швидкостей польоту 13-15 км/секі вище, що відповідають поверненню на Землю після польотів до інших планет, основний внесок робить вже радіаційне нагрівання.

Особливо важливу роль А. зв. грає при поверненні в атмосферу Землі космічних апаратів (наприклад, Схід, Схід, Союз). Для боротьби з А. н. космічні апарати оснащуються спеціальними системами теплозахисту.

Літ.:Основи теплопередачі в авіаційній та ракетній техніці, М., 1960; Дорренс У. Х., Гіперзвукові течії в'язкого газу, пров. з англ., М., 1966; Зельдович Я. Би., Райзер Ю. П., Фізика ударних хвиль і високотемпературних гідродинамічних явищ, 2 видавництва, М., 1966.

Н. А. Анфімов.

Велика радянська енциклопедія. - М: Радянська енциклопедія. 1969-1978 .

Дивитися що таке "Аеродинамічний нагрів" в інших словниках:

Нагрівання тіл, що рухаються з великою швидкістю в повітрі або ін. газі. А. н. результат того, що молекули повітря, що налітають на тіло, гальмуються поблизу тіла. Якщо політ відбувається з надзвук. швидкістю, гальмування відбувається насамперед у ударній. Фізична енциклопедія

Нагрівання тіла, що рухається з великою швидкістю в повітрі (газі). Помітний аеродинамічний нагрів спостерігається при русі тіла з надзвуковою швидкістю (наприклад, при русі головних частин міжконтинентальних балістичних ракет) EdwART.… … Морський словник

аеродинамічний нагрів- Нагрівання обтічної газом поверхні тіла, що рухається в газоподібному середовищі з великою швидкістю за наявності конвективного, а при гіперзвукових швидкостях і радіаційного теплообміну газовим середовищему прикордонному чи ударному шарі. [ГОСТ 26883… … Довідник технічного перекладача

Підвищення температури тіла, що рухається з великою швидкістю у повітрі або ін. газі. Аеродинамічний нагрів результат гальмування молекул газу поблизу поверхні тіла. Так, при вході космічного апарату в атмосферу Землі зі швидкістю 7,9 км/с. Енциклопедичний словник

аеродинамічний нагрів- aerodinaminis įšiліма статуза T sritis Energetika apibrėžtis Kūnų, judančių dujose (ore) dideliu greičiu, paviršiaus įšiліма. atitikmenys: англ. aerodynamical heating vok. aerodynamische Aufheizung, f rus. аеродинамічний нагрів, m pranc. Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas- Підвищення температури тіла, що рухається з великою швидкістю в повітрі або ін. газі. А. в. результат гальмування молекул газу поблизу поверхні тіла. Так, на вході косміч. апарату в атмосферу Землі зі швидкістю 7,9 км/с темп pa повітря біля поверхні … Природознавство. Енциклопедичний словник

Аеродинамічний нагрів конструкції ракети- Нагрівання поверхні ракети під час її руху в щільних шарах атмосфери з великою швидкістю. О.М. – результат того, що молекули повітря, що налітають на ракету, гальмуються поблизу її корпусу. При цьому відбувається перехід кінетичної енергії. Енциклопедія РВСП

Concorde Concorde в аеропорт … Вікіпедія

Усі життєві процеси Землі обумовлені теплової енергією. Головним джерелом, від якого Земля і одержують теплову енергію, є Сонце. Воно випромінює енергію як різних променів — електромагнітних хвиль. Випромінювання Сонця у вигляді електромагнітних хвиль, що поширюються зі швидкістю 300000 км/с, називається , Що складається з променів різної довжини, що несуть до Землі світло і тепло.

Радіація буває пряма та розсіяна. Якби не було атмосфери, земна поверхня отримувала б тільки пряму радіацію. Тому радіацію, яка надходить безпосередньо від Сонця у вигляді прямих сонячних променів і при безхмарному небі називають прямою. Вона несе найбільшу кількість тепла та світла. Але, проходячи через атмосферу, сонячні промені частково розсіюються, відхиляються від прямого шляху в результаті відбиття від молекул повітря, крапельок води, порошин і переходять у промені, що йдуть у всіх напрямках. Така радіація називається розсіяною. Тому світло буває і в тих місцях, куди прямі сонячні промені (пряма радіація) не проникають (полог лісу, тіньовий бік скель, гір, будівель тощо). Розсіяна радіація обумовлює колір неба. Всю сонячну радіацію, яка надходить до земної поверхні, тобто. пряму та розсіяну, називають сумарною. Земна поверхня, поглинаючи сонячну радіацію, нагрівається і стає джерелом випромінювання тепла в атмосферу. Воно називається земним випромінюванням, чи земної радіацією й у значною мірою затримується нижніми шарами атмосфери. Поглинена земною поверхнею радіація Сонця витрачається на нагрівання води, ґрунтів, повітря, випаровування та випромінювання в атмосферу. Земна, а не визначає температурний режимтропосфери, тобто. сонячні промені, що проходять через усі, її не нагрівають. Найбільшу кількість тепла одержують і нагріваються до найвищих температур нижні шари атмосфери, що безпосередньо прилягають до джерела тепла — земної поверхні. У міру віддалення від земної поверхні нагрівання слабшає. Саме тому у тропосфері з висотою знижується в середньому 0,6 ° С на кожні 100 м підйому. Це є загальна закономірність для тропосфери. Бувають випадки, коли вищележачі шари повітря виявляються теплішими за нижчі. Таке явище називається температурною інверсією.

Нагрівання земної поверхні значно різниться як у висоті. Кількість сумарної сонячної радіації безпосередньо залежить від кута падіння сонячних променів Чим ближча ця величина до 90°, тим більше сонячної енергії отримує земна поверхня.

У свою чергу кут падіння сонячних променів на певну точку земної поверхні визначається її географічною широтою. Сила прямої сонячної радіації залежить від довжини шляху, що проходить сонячне проміння в атмосфері. Коли Сонце у зеніті (у районі екватора), його промені падають на земну поверхню прямовисно, тобто. долають атмосферу найкоротшим шляхом (під 90°) та інтенсивно віддають свою енергію малої площі. У міру віддалення від екваторіальної зони на південь чи північ довжина шляху сонячних променів збільшується, тобто. зменшується кут їхнього падіння на земну поверхню. Промені все більше і більше починають ковзати по Землі і наближаються до дотичної лінії в районі полюсів. При цьому той же пучок енергії розсіюється на велику площу, збільшується кількість відбитої енергії. Таким чином, де сонячні промені падають на земну поверхню під кутом 90°, постійно високі, а в міру пересування до полюсів стає дедалі холодніше. Саме на полюсах, де сонячні промені падають під кутом 180° (тобто по дотичній), тепла найменше.

Така нерівномірність розподілу тепла Землі залежно від широти місця дозволяє виділити п'ять теплових поясів: один спекотний, два і два холодних.

Умови нагрівання сонячної радіації води та суші дуже різні. Теплоємність води вдвічі більша, ніж суші. Це означає, що при однаковій кількості тепла суша нагрівається вдвічі швидше водиа при охолодженні відбувається зворотне. Крім того, вода при нагріванні випаровується, на що витрачається велика кількість тепла. На суші тепло зосереджується лише у верхньому її шарі, углиб передається лише невелика його частина. У воді промені нагрівають відразу значну товщу, чому сприяє і вертикальне перемішування води. В результаті вода накопичує тепла набагато більше, ніж суша, утримує його довше і витрачає рівномірніше, ніж суша. Вона повільніше нагрівається та повільніше охолоджується.

Поверхня суші неоднорідна. Її нагрівання значною мірою залежить від фізичних властивостей ґрунтів і льоду, експозиції (кута нахилу ділянок суші по відношенню до падаючих сонячних променів) схилів. Особливості поверхні, що підстилає, обумовлюють різний характер зміни температур повітря протягом доби і року. Найбільш низькі температури повітря протягом доби на суші відзначаються незадовго до сходу Сонця (відсутність припливу сонячної радіації та сильне земне випромінювання вночі). Найбільш високі - після полудня (14-15 год). Протягом року у Північній півкулі найвищі температури повітря на суші відзначаються у липні, а найнижчі – у січні. Над водною поверхнею добовий максимум температури повітря зміщений і відзначається о 15-16 год, а мінімум через 2-3 год після сходу Сонця. Річний максимум (у Північній півкулі) припадає на серпень, а мінімум – на лютий.

2005-08-16

У ряді випадків можна значно зменшити капітальні та експлуатаційні витрати, забезпечивши автономне опалення приміщень теплим повітрям на основі застосування теплогенераторів, що працюють на газі або рідкому паливі. У таких агрегатах нагрівається не вода, а повітря - свіже припливне, рециркуляційне або змішане. Такий спосіб є особливо ефективним для забезпечення автономного опалення виробничих приміщень, виставкових павільйонів, майстерень, гаражів, станцій технічного обслуговування, автомобільних мийок, кіностудій, складів, громадських будівель, спортзалів, супермаркетів, теплиць, оранжерей, тваринницьких комплексів, птахоферм тощо.

Переваги повітряного опалення

Переваг повітряного способу опалення перед традиційним водяним у великих за обсягом приміщеннях багато, перерахуємо лише основні:

1. Економічність. Тепло проводиться безпосередньо в приміщенні, що нагрівається і практично повністю витрачається за призначенням. Завдяки прямому спалюванню палива без проміжного теплоносія досягається високий тепловий ККД усієї системи опалення: 90-94% - для рекуперативних нагрівачів і майже 100% - для систем прямого нагріву. Застосування програмованих термостатів забезпечує можливість додаткової економії від 5 до 25 % теплової енергії за рахунок функції «чергового режиму» — автоматичної підтримки температури в приміщенні робочий часлише на рівні +5-7°С.
2. Можливість "включити" припливну вентиляцію. Ні для кого не секрет, що сьогодні на більшості підприємств припливна вентиляція не працює належним чином, що значно погіршує умови роботи людей та впливає на продуктивність праці. Теплогенератори або системи прямого нагріву прогрівають повітря на ∆t до 90 ° С - цього цілком достатньо для того, щоб "змусити" працювати припливну вентиляцію навіть в умовах Крайньої Півночі. Таким чином, повітряне опалення має на увазі не тільки економічну ефективність, але і покращення екологічної обстановкита умов праці.
3. Мала інерційність. Агрегати систем повітряного опалення за лічені хвилини виходять на робочий режим, а за рахунок високої оборотності повітря приміщення повністю прогрівається всього за кілька годин. Це дає можливість оперативно та гнучко маневрувати при зміні потреб у теплі.
4. Відсутність проміжного теплоносія дозволяє відмовитися від будівництва та утримання малоефективної для великих приміщень системи водяного опалення, котельні, теплотрас та станції водопідготовки. Виключаються втрати у теплотрасах та їх ремонт, що дозволяє різко знизити експлуатаційні витрати. У зимовий час немає ризику розморожування калориферів та системи опалення у разі тривалого відключення системи. Охолодження навіть до глибокого мінусу не призводить до розморожування системи.
5. Високий ступінь автоматизації дозволяє виробляти ту кількість тепла, в якому є необхідність. У поєднанні з високою надійністю газового обладнанняце значно підвищує безпеку системи опалення, а для її експлуатації достатньо мінімуму обслуговуючого персоналу.
6. Мінімальні витрати. Спосіб опалення великих приміщень за допомогою теплогенераторів один з найдешевших і швидко реалізованих. Капітальні витрати на будівництво або реконструкцію повітряної системи, як правило, значно нижчі від витрат на організацію водяного або променистого опалення. Термін окупності капітальних витрат зазвичай не перевищує одного-двох опалювальних сезонів.

Залежно від розв'язуваних завдань, у системах повітряного опалення можуть застосовуватись нагрівачі різного типу. У цій статті ми розглянемо тільки агрегати, що працюють без застосування проміжного теплоносія - рекуперативні повітронагрівачі (з теплообмінником та відведенням продуктів згоряння назовні) та системи прямого нагріву повітря (газові змішувальні повітронагрівачі).

Рекуперативні повітронагрівачі

У агрегатах цього паливо, змішане з необхідною кількістю повітря, подається пальником в камеру згоряння. Продукти горіння, що утворилися, проходять через дво- або триходовий теплообмінник. Тепло, отримане при згорянні палива, передається повітрі, що нагрівається, через стінки теплообмінника, а димові гази через димохід відводяться назовні (рис. 1) — саме тому їх називають теплогенераторами «непрямого нагріву».

Рекуперативні повітронагрівачі можуть бути використані не тільки безпосередньо для опалення, але й у складі системи вентиляції припливу, а також для технологічного нагріву повітря. Номінальна теплова потужність таких систем становить від 3 кВт до 2 МВт. Подача повітря в приміщення здійснюється через вбудований або виносний нагнітаючий вентилятор, що дає можливість використання агрегатів як для прямого підігріву повітря з видачею його через жалюзійні решітки, так і з повітропроводами.

Обмиваючи камеру згоряння і теплообмінник, повітря нагрівається і направляється безпосередньо в опалювальне приміщення через розташовані у верхній частині жалюзійні решітки повітря, або розподіляється по системі повітроводів. На лицьовій частині теплогенератора розташований автоматизований блоковий пальник (рис. 2).

Теплообмінники сучасних повітронагрівачів, як правило, виготовлені з нержавіючої сталі (топка з жароміцної сталі) і служать від 5 до 25 років, після яких можуть бути відремонтовані або замінені. ККД сучасних моделей досягає 90-96%. Головна перевага рекуперативних повітронагрівачів - їхня універсальність.

Вони можуть працювати на природному чи зрідженому газі, дизельному паливі, нафті, мазуті чи відпрацьованому маслі – варто лише поміняти пальник. Існує можливість роботи зі свіжим повітрям, з підмішуванням внутрішнього та в режимі повної рециркуляції. Така система дозволяє деякі вільності, наприклад, змінювати витрату повітря, що нагрівається, «на ходу» перерозподіляти потоки нагрітого повітря в різні гілки повітроводів за допомогою спеціальних клапанів.

Влітку рекуперативні повітронагрівачі можуть працювати в режимі вентиляції. Монтуються агрегати як у вертикальному, так і горизонтальному положенні, на підлозі, стіні, або вбудовуються в секційну венткамеру в якості секції нагрівача.

Рекуперативні повітронагрівачі можуть бути використані навіть для опалення приміщень високої категорії комфортності, якщо сам агрегат буде винесений за межі зони безпосереднього обслуговування.

Основні недоліки:

1. Великий та складний теплообмінник збільшує вартість та вагу системи, порівняно з повітронагрівачами змішувального типу;
2. Потребують димової труби і відведення конденсату.

Системи прямого нагріву повітря

Сучасні технології дозволили досягти такої чистоти спалювання. природного газу, що з'явилася можливість не відводити продукти згоряння "в трубу", а використовувати їх для прямого нагріву повітря в системах припливної вентиляції. Газ, що надходить на горіння, повністю згоряє в потоці повітря, що нагрівається і, змішуючись з ним, віддає йому все тепло.

Цей принцип реалізований у ряді аналогічних конструкцій рамкового пальника в США, Англії, Франції та Росії та з успіхом використовується з 60-х років XX століття на багатьох підприємствах Росії та за кордоном. Засновані на принципі надчистого спалювання природного газу безпосередньо в потоці повітря, що нагрівається, газові змішувальні повітронагрівачі типу STV (STARVEINE — «зоряний вітер») виробляються з номінальною тепловою потужністю від 150 кВт до 21 МВт.

Сама технологія організації горіння, а також високий ступінь розведення продуктів горіння дозволяють отримати в установках чисте тепле повітря відповідно до всіх діючих норм, що практично не містить шкідливих домішок (не більше 30% ГДК). Повітронагрівачі STV (рис. 3) складаються з модульного пальника, розташованого всередині корпусу (ділянки повітроводу), газової лінії DUNGS (Німеччина) та системи автоматики.

Корпус, як правило, оснащений гермодверем для зручності обслуговування. Пальниковий блок, залежно від необхідної теплової потужності, компонується з необхідної кількості секцій пальників різної конфігурації. Автоматика нагрівачів забезпечує плавний автоматичний пуск по циклограмі, контроль параметрів безпечної роботи та можливість плавного регулювання теплової потужності (1:4), що дозволяє автоматично підтримувати необхідну температуру повітря в приміщенні, що опалюється.

Застосування газових змішувальних повітронагрівачів

Головне їх призначення - пряме нагрівання свіжого припливного повітря, що подається у виробничі приміщення для компенсації витяжної вентиляції та поліпшення, таким чином, умов роботи людей.

Для приміщень з великою кратністю повітрообміну виникає доцільність суміщення системи припливної вентиляції та системи опалення — у цьому плані системи прямого нагріву не мають конкурентів за співвідношенням ціна/якість. Газові змішувальні повітронагрівачі призначені для:

• автономного повітряного опалення приміщень різного призначення з великим повітрообміном (К?
• нагріву повітря в повітряно-теплових завісах відсікового типу, можливе поєднання з системами опалення та припливної вентиляції;
• систем передпускового підігріву двигунів автомобілів на неопалюваних стоянках;
• відігріву та відтайки вагонів, цистерн, автомобілів, сипких матеріалів, нагрівання та сушіння виробів перед фарбуванням або іншими видами обробки;
• прямого нагріву атмосферного повітря або сушильного агента в різних установках технологічного нагріву та сушіння, наприклад, сушіння зерна, трави, паперу, текстилю, деревини; застосування в камерах фарбування та сушіння після фарбування тощо.

Розміщення

Змішувальні нагрівачі можуть бути вбудовані в повітряні канали систем припливної вентиляції та теплових завіс, у повітропроводи сушильних установок - як на горизонтальних, так і на вертикальних ділянках. Можуть монтуватися на підлозі чи майданчику, під стелею чи стіні. Розміщуються, як правило, в припливно-вентиляційних камерах, але можлива їх установка і безпосередньо в опалювальному приміщенні (відповідно до категорії).

При додатковому обладнанні відповідними елементами можуть обслуговувати приміщення категорій А і Б. Рециркуляція внутрішнього повітря через змішувальні повітронагрівачі небажана - можливе суттєве зниження рівня кисню в приміщенні.

Сильні сторонисистем прямого нагріву

Простота та надійність, низька собівартість та економічність, можливість нагрівання до високих температур, високий ступінь автоматизації, плавне регулювання, не потребують улаштування димаря. Пряме нагрівання - найекономічніший спосіб - ККД системи дорівнює 99,96%. Рівень питомих капітальних витрат за систему опалення з урахуванням установки прямого нагріву, поєднаної з припливної вентиляцією, найнижчий за високого рівня автоматизації.

Повітронагрівачі всіх типів оснащені системою автоматики безпеки та управління, що забезпечує плавний пуск, підтримка режиму нагріву та відключення у разі виникнення аварійних ситуацій. З метою енергозбереження можливе оснащення повітронагрівачів автоматикою регулювання з урахуванням зовнішньої та контролем внутрішньої температури, функціями добового та тижневого режимів програмування нагріву.

Можливе також включення параметрів системи опалення, що складається з багатьох опалювальних агрегатів, до системи централізованого керування та диспетчеризації. У цьому випадку оператор-диспетчер матиме оперативну інформацію про роботу та стан опалювальних агрегатів, що наочно відображена на моніторі комп'ютера, а також керуватиме режимом їх роботи безпосередньо з віддаленого диспетчерського пункту.

Мобільні теплогенератори та теплові гармати

Призначені для тимчасового використання - на будівництвах, для опалення в міжсезонні періоди, технологічного нагрівання. Мобільні теплогенератори та теплові гармати працюють на пропані (зрідженому балонному газі), дизельному паливі або гасі. Можуть бути як прямого нагріву, і з відведенням продуктів згоряння.

Типи систем автономного повітряного опалення

Для автономного теплопостачання різних приміщень застосовуються різні типи систем повітряного опалення - з централізованим розподілом тепла та децентралізовані; системи, що працюють повністю на приплив свіжого повітря, або з повною/частковою рециркуляцією внутрішнього повітря.

У децентралізованих системах повітряного опалення нагрівання та циркуляція повітря в приміщенні здійснюються автономними теплогенераторами, розташованими в різних ділянках або робочих зонах – на підлозі, стіні та під дахом. Повітря з нагрівачів подається безпосередньо до робочої зони приміщення. Іноді задля кращого розподілу теплових потоків теплогенератори оснащують невеликими (локальними) системами повітроводів.

Для агрегатів у такому виконанні характерна мінімальна потужність електродвигуна вентилятора, тому децентралізовані системи економічніші у плані витрати електроенергії. Можливе також використання повітряно-теплових завіс як частини системи повітряного опалення або вентиляції припливу.

Можливість локального регулювання та використання теплогенераторів у міру необхідності – по зонах, у різний час – дає можливість значного зниження витрат на паливо. Однак капітальні витрати на реалізацію цього способу дещо вищі. У системах із централізованим розподілом тепла використовуються повітряно-опалювальні агрегати; тепле повітря, що виробляється ними, надходить у робочі зони за системою повітроводів.

Установки, як правило, вбудовуються в існуючі венткамери, але допускається можливість розміщення їх безпосередньо в приміщенні, що обігрівається, — на підлозі або на майданчику.

Застосування та розміщення, підбір обладнання

У кожного з типів перерахованих вище опалювальних агрегатів є свої незаперечні переваги. І ні готового рецепту, у якому разі який із них доцільніше - це залежить від багатьох факторів: величини повітрообміну у співвіднесенні з величиною тепловтрат, категорії приміщення, наявності вільного місця для розміщення обладнання, від фінансових можливостей. Спробуємо сформувати найбільш загальні принципидоцільного підбору устаткування.

1. Системи опалення для приміщень з невеликим повітрообміном.

Сумарна теплова потужність теплогенераторів у цьому випадку приймається практично рівною кількості тепла, необхідного для компенсації тепловтрат приміщення, вентиляція порівняно мала, тому доцільно застосування системи опалення на основі теплогенераторів непрямого нагріву з повною або частковою рециркуляцією внутрішнього повітря приміщення.

Вентиляція в таких приміщеннях може бути природною або з підмішуванням вуличного повітря до рециркулюючого. У другому випадку потужність нагрівачів збільшують на величину, достатню для нагрівання свіжого повітря припливу. Така система опалення може бути місцевою, з підлоговими або настінними теплогенераторами.

При неможливості розміщення установки в приміщенні, що опалюється, або при організації обслуговування декількох приміщень можна застосувати систему централізованого типу: теплогенератори розташувати у венткамері (пристрій, на антресолях, в сусідньому приміщенні), а тепло розподіляти по повітроводах.

У робочий час теплогенератори можуть працювати в режимі часткової рециркуляції, попутно нагріваючи припливне повітря, що підмішується, в неробоче можна деякі з них відключати, а ті, що залишилися переводити на економічний черговий режим +2-5°С з повною рециркуляцією.

2. Системи опалення для приміщень з великою кратністю повітрообміну, що постійно потребують подачі великих об'ємів припливного свіжого повітря (Квоздухообміну 

У цьому випадку кількість тепла, необхідне для нагрівання припливного повітря, може вже в кілька разів перевищувати кількість тепла, необхідну компенсації тепловтрат. Тут найбільш доцільним та економічним є поєднання системи повітряного опалення з системою припливної вентиляції. Система опалення може будуватися на основі установок прямого нагріву повітря або на основі застосування рекуперативних теплогенераторів у виконанні з підвищеним ступенем нагрівання.

Сумарна теплова потужність нагрівачів повинна дорівнювати сумі теплової потреби на нагрівання припливного повітря та тепла, необхідного для компенсації тепловтрат. У системах прямого нагріву відбувається нагрівання 100% вуличного повітря, забезпечуючи подачу необхідного об'єму повітря.

У робочий час вони нагрівають повітря від вуличної до розрахункової температури +16-40 ° С (з урахуванням перегріву для забезпечення компенсації тепловтрат). З метою економії в неробочий час можна вимикати частину нагрівачів для зниження витрати припливного повітря, а ті, що залишилися, перевести на черговий режим підтримки +2-5°С.

Рекуперативні теплогенератори в черговому режимі дозволяють забезпечити додаткову економію з допомогою переведення в режим повної рециркуляції. Найменші капітальні витрати при організації систем опалення централізованого типу - при застосуванні якомога більших нагрівачів. Капітальні витрати на газові змішувальні повітронагрівачі STV можуть становити від 300 до 600 руб/кВт встановленої теплової потужності.

3. Комбіновані системи повітряного опалення

Оптимальний варіант для приміщень зі значним повітрообміном у робочий час при однозмінному режимі роботи, або переривчастому робочому циклі - коли різниця в необхідності подачі повітря і тепла протягом дня значна.

В цьому випадку доцільно роздільне функціонування двох систем: чергового опалення та припливної вентиляції, поєднаної із системою опалення (догрівання). При цьому в приміщенні, що опалюється, або у венткамерах встановлюються рекуперативні теплогенератори для підтримки тільки чергового режиму з повною рециркуляцією (при розрахунковій зовнішній температурі).

Система припливної вентиляції, суміщена з системою опалення, забезпечує нагрівання необхідного об'єму свіжого припливного повітря до +16-30 ° С і догрівання приміщення до необхідної робочої температури та з метою економії включається тільки в робочий час.

Будується вона або на основі рекуперативних теплогенераторів (з підвищеним ступенем нагріву), або на основі потужних систем прямого нагріву (що дешевше в 2-4 рази). Можлива комбінація припливної системи догріву з існуючою системою водяного опалення (може залишатися черговою), варіант також застосовується для стадійної модернізації існуючої системи опалення та вентиляції.

За такого способу експлуатаційні витрати будуть найменшими. Таким чином, застосовуючи повітронагрівачі різних типів у різних комбінаціях, можна вирішити одночасно обидві завдання - і опалення, і вентиляцію припливу.

Прикладів застосування систем повітряного опалення дуже багато та можливості комбінації їх надзвичайно різноманітні. У кожному разі необхідно провести теплові розрахунки, врахувати всі умови застосування та виконати кілька варіантів підбору обладнання, порівнюючи їх за доцільністю, величиною капітальних витрат та експлуатаційних витрат.

Коли сонце гріє сильніше – коли воно стоїть вище над головою чи коли нижче?

Сонце гріє сильніше, коли стоїть вище. Сонячні промені в цьому випадку падають під прямим або близьким до прямого кута.

Які види обертання Землі вам відомі?

Земля обертається навколо своєї осі та навколо Сонця.

Чому на Землі відбувається зміна дня та ночі?

Зміна дня та ночі – результат осьового обертання Землі.

Визначте, як відрізняється кут падіння сонячних променів 22 червня та 22 грудня на паралелях 23,5° пн. ш. та ю. ш.; на паралелях 66,5 ° пн. ш. та ю. ш.

22 червня кут падіння сонячних променів на паралелі 23,50 пн.ш. 900, пд.ш. - 430. На паралелі 66,50 пн.ш. - 470, 66,50 пд.ш. – ковзний кут.

22 грудня кут падіння сонячних променів на паралелі 23,50 пн.ш. 430, пд.ш. - 900. На паралелі 66,50 пн.ш. - ковзний кут, 66,50 пд.ш. - 470.

Подумайте, чому найтепліші та найхолодніші місяці - не червень і грудень, коли сонячні промені мають найбільший і найменший кути падіння на земну поверхню.

Атмосферне повітря нагрівається від поверхні землі. Тому у червні відбувається нагрівання земної поверхні, а температура досягає максимуму у липні. Теж відбувається взимку. У грудні вихолоджується земна поверхня. У січні остигає повітря.

Визначте:

середню добову температуру за показниками чотирьох вимірювань за добу: -8°С, -4°С,+3°С,+1°С.

Середньодобова температура -20С.

середню річну температуру Москви, використовуючи дані таблиці.

Середньорічна температура 50С.

Визначте добову амплітуду температур показників термометрів малюнку 110, в.

Амплітуда температур малюнку в 180С.

Визначте, скільки градусів річна амплітуда у Красноярську більше, ніж у Санкт-Петербурзі, якщо середня температура липня у Красноярську +19°С, а січня- -17°С; у Санкт-Петербурзі +18 і -8°С відповідно.

Амплітуда температур у Красноярську 360С.

Амплітуда температур у Санкт-Петербурзі 260С.

Амплітуда температур у Красноярську більша на 100С.

Запитання та завдання

1. Як відбувається нагрівання повітря атмосфери?

Пропускаючи сонячне проміння, атмосфера від нього майже нагрівається. Нагрівається ж земна поверхня, і сама стає джерелом тепла. Саме від неї нагрівається атмосферне повітря.

2. Наскільки градусів зменшується температура у тропосфері під час підйому на кожні 100 м?

При підйомі нагору на кожен кілометр температура повітря знижується на 6 0С. Отже, на 0,60 на кожні 100 м-коду.

3. Обчисліть температуру повітря за боротом літака, якщо висота польоту 7 км, а температура біля Землі +200С.

Температура підйому на 7 км знизиться на 420. Значить, температура за бортом літака становитиме -220.

4. Чи можна в горах на висоті 2500 м зустріти влітку льодовик, якщо біля підніжжя гір температура +250С.

Температура на висоті 2500 м становитиме +100С. Льодовик на висоті 2500 м не зустрінеться.

5. Як і чому змінюється температура повітря протягом доби?

Вдень сонячні промені висвітлюють земну поверхню і прогрівають її, від неї нагрівається повітря. Вночі надходження сонячної енергії припиняється, і поверхня разом із повітрям поступово остигає. Сонце найвище стоїть над горизонтом опівдні. У цей час надходить найбільше сонячної енергії. Однак найвища температура спостерігається через 2-3 години після полудня, оскільки на передачу тепла від поверхні Землі до тропосфери потрібен час. Сама низька температурабуває перед сходом сонця.

6. Від чого залежить різниця у нагріванні поверхні Землі протягом року?

Протягом року на одній і тій же території сонячне проміння падає на поверхню по-різному. Коли кут падіння променів більш стрімкий, поверхня отримує більше сонячної енергії, температура повітря підвищується і настає літо. Коли сонячні промені нахилені сильніше, поверхня нагрівається слабо. Температура повітря тим часом знижується, і настає зима. Найтепліший місяць у Північній півкулі – липень, а найхолодніший – січень. У Південній півкулі - навпаки: самий холодний місяцьроку – липень, а найтепліший – січень.

Згадайте

• За допомогою якого пристрою вимірюють температуру повітря? Які види обертання Землі вам відомі? Чому на Землі відбувається зміна дня та ночі?

Як нагрівається земна поверхня та атмосфера.Сонце випромінює величезну кількість енергії. Проте атмосфера пропускає до земної поверхні лише половину сонячних променів. Частина їх відбивається, частина поглинається хмарами, газами та частинками пилу (рис. 83).

Мал. 83. Витрата сонячної енергії, що надходить на Землю

Пропускаючи сонячне проміння, атмосфера від нього майже нагрівається. Нагрівається ж земна поверхня, і сама стає джерелом тепла. Саме від неї нагрівається атмосферне повітря. Тому біля земної поверхні повітря тропосфери тепліше, ніж на висоті. При підйомі нагору на кожен кілометр температура повітря знижується на 6 "С. Високо в горах через низьку температуру сніг не тане навіть влітку. Температура в тропосфері змінюється не тільки з висотою, а й протягом певних проміжків часу: доби, року.

Відмінності у нагріванні повітря протягом доби та року.Вдень сонячні промені висвітлюють земну поверхню і прогрівають її, від неї нагрівається повітря. Вночі надходження сонячної енергії припиняється, і поверхня разом із повітрям поступово остигає.

Сонце найвище стоїть над горизонтом опівдні. У цей час надходить найбільше сонячної енергії. Однак найвища температура спостерігається через 2-3 години після полудня, оскільки на передачу тепла від поверхні Землі до тропосфери потрібен час. Найнижча температура буває перед сходом сонця.

Температура повітря змінюється і за сезонами року. Ви вже знаєте, що Земля рухається навколо Сонця орбітою і земна вісь постійно нахилена до площини орбіти. Через це протягом року на одній і тій же території сонячне проміння падає на поверхню по-різному.

Коли кут падіння променів більш стрімкий, поверхня отримує більше сонячної енергії, температура повітря підвищується і настає літо (рис. 84).

Мал. 84. Падіння сонячних променів на земну поверхню опівдні 22 червня та 22 грудня

Коли сонячне проміння нахилено сильніше, поверхня нагрівається слабо. Температура повітря тим часом знижується, і настає зима. Найтепліший місяць у Північній півкулі – липень, а найхолодніший – січень. У Південній півкулі – навпаки: найхолодніший місяць року – липень, а найтепліший – січень.

На малюнку визначте, як відрізняється кут падіння сонячних променів 22 червня та 22 грудня на паралелях 23,5° пн. ш. та ю. ш.; на паралелях 66,5 ° пн. ш. та ю. ш.

Подумайте, чому найтепліші та найхолодніші місяці - не червень і грудень, коли сонячні промені мають найбільший і найменший кути падіння на земну поверхню.

Мал. 85. Середні річні температури повітря Землі

Показники змін температури.Щоб виявити загальні закономірності зміни температури використовують показник середніх температур: середніх добових, середніх місячних, середніх річних (рис. 85). Наприклад, для обчислення середньої добової температури протягом доби кілька разів вимірюють температуру, підсумовують ці показники та отриману суму ділять на кількість вимірювань.

Визначте:

• середню добову температуру за показниками чотирьох вимірювань за добу: -8°С, -4°С,+3°С,+1°С;
• середню річну температуру Москви, використовуючи дані таблиці.

Таблиця 4

Визначаючи зміну температури, зазвичай відзначають її найвищі та найнижчі показники.

Різниця між найвищими та найнижчими показниками називається амплітудою температур.

Амплітуду можна визначати на добу (добова амплітуда), місяця, року. Наприклад, якщо найбільша температура за добу дорівнює +20 ° С, а найменша - +8 ° С, то добова амплітуда становитиме 12 ° С (рис. 86).

Мал. 86. Добова амплітуда температур

Визначте, скільки градусів річна амплітуда у Красноярську більше, ніж у Санкт-Петербурзі, якщо середня температура липня у Красноярську +19°С, а січня- -17°С; у Санкт-Петербурзі +18°С та -8°С відповідно.

На картах розподіл середніх температур відбивають з допомогою ізотерм.

Ізотерми - це лінії, що з'єднують точки з однаковою середньою температуроюповітря за певний проміжок часу.

Зазвичай показують ізотерми найтеплішого і найхолоднішого місяців року, тобто липня та січня.

Запитання та завдання

1. Як відбувається нагрівання атмосфери?
2. Як змінюється температура повітря протягом доби?
3. Від чого залежить різниця в нагріванні Землі протягом року?