Градиент температуры – изменение температуры на 1 метр высоты помещения выше рабочей зоны.
Фактически понятие градиента температуры предполагает равномерное расслоение внутреннего воздуха по высоте, связанное с нагревом воздуха от источников теплоты в помещении – более нагретый воздух, как более легкий, поднимается к потолку помещения, поэтому температура в верхней зоне всегда будет выше, чем внизу, в рабочей зоне.
Тогда температура воздуха под потолком помещения, откуда чаще всего воздух и удаляется, определится по формуле
tу = tрз + grad t (Нпом – 2),
где Нпом – высота помещения, м.
Величина градиента температуры зависит от избытков теплоты в помещении и интенсивности циркуляции воздуха в помещении. Если приточный воздух подается в помещение рассредоточено с малыми скоростями, то такая схема не нарушает естественного движения конвективных потоков около нагретых объектов в помещении. При этом нагретый воздух, поднявшийся вверх, так и остается там, так как отсутствуют силы стремящиеся вернуть его обратно в нижнюю зону. Из верхней зоны он постепенно удаляется через воздухоприемные отверстия или решетки вытяжных систем. Величина градиента температуры при такой схеме максимальна и зависит в основном от температуры источников и количества теплоты, поступающей от них.
Если приточный воздух подается в помещение мощными сосредоточенными струями с высокими скоростями (как правило, в верхнюю зону), то такая схема явно нарушает естественное движение конвективных потоков около нагретых объектов в помещении. При этом нагретый воздух, поднявшийся вверх, вовлекается приточными струями в общую циркуляцию воздуха в помещении, и поступает обратно в нижнюю зону. Иными словами, приточные струи непрерывно размывают образующуюся вверху теплую подушку и способствуют выравниванию температуры по высоте помещения. Величина градиента температуры при такой схеме не может быть высокой, хотя тоже зависит от температуры источников и количества теплоты, поступающей от них. Следует помнить, что подача воздуха в помещение мощными струями всегда создает повышенную циркуляцию воздуха в нем, что усиливает турбулентный обмен и способствует выравниванию температуры во всем помещении.
Сказанное выше иллюстрируется рисунком 2.1
 |
а) Gу б) Gу
а) при рассредоточенной подаче воздуха в рабочую зону
с малыми скоростями;
б) при сосредоточенной подаче воздуха в верхнюю зону
мощными приточными струями;
Рис 2.1. Схемы циркуляции воздуха в помещении
(к понятию градиента температуры в помещении)
Наибольшие значения градиента наблюдаются при рассредоточенной подаче в нижнюю зону и наличии в помещении мощных локальных (отдельно стоящих) источников теплоты с высокой температурой, от которых создается мощная конвективная струя с высокой начальной температурой. Такая ситуация наиболее характерна для промышленных помещений – термических, кузнечных, плавильных и других цехов, называемых общим термином "горячие цеха".
Что касается общественных зданий, то в них нет мощных локальных высокотемпературных источников, кроме осветительной аппаратуры сцены в зрелищных предприятиях. Основной источник теплоты – находящиеся в помещениях люди. Они размещены рассредоточено по помещению и имеют низкую температуру (36,6°), поэтому такой характер и расположение источников не может способствовать созданию мощных конвективных струй. Кроме того, подача воздуха чаще всего осуществляется струями в верхнюю зону, что еще больше способствует снижению градиента. В общественных зданиях градиент температуры редко имеет большое значение, и температура воздуха в верхней зоне даже при значительной высоте помещения не может быть высокой, поэтому при проектировании вентиляции не следует задаваться большими значениями градиента.
Обычно величину градиента температуры рекомендуется определять, исходя из теплонапряженности помещения q, Вт/м3
q = Qизб.я. / Vпом.
где Qизб.я – расчетные избытки явного тепла в помещении, Вт;
Vпом – объем помещения, м3.
Рекомендуемые значения градиентов температуры приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2. Рекомендуемые значения градиента температуры