Тепло - и холодопроизводительность ВСОТР

Потребные значения тепло - и холодопроизводительности ВСОТР определяются расчетным путем, проверяются и уточняются экспериментально при отработке опытных образцов. В общем случае уравнение теплового баланса изотермического вагона имеет вид:

Q = Q_огр + Q_инф + Q_вент + Q_пр + Q_вн,

где Q - количество теплоты, поступающей внутрь вагона с объектом термостатирования в летнее время или теряемой в зимнее время;

Q_огр - тепловой поток через ограждение (кузов) вагона;

Q_инф - тепловой поток с инфильтрационным воздухом;

Q_вент - тепловой поток от нагрева воздуха в вентиляторе;

Q_пр - тепловой поток от приточного воздуха при работе по разомкнутому циклу;

Q_вн - внутренние тепловыделения от оборудования или от работающих приборов в вагоне.

Тепловой поток через ограждение целесообразно определять для каждой стенки, пола и крыши в отдельности из-за возможного большого разброса значений коэффициентов теплопередачи, обусловленного различием конструкций. Например, для общепромышленных конструкций изотермических вагонов коэффициенты теплопередачи имеют значения:

для боковых стенок - 0,55...0,80 Вт/м²К;

для торцевых стенок - 0,80... 1,50 Вт/м²К;

для крыш - 0,50... 1,10 Вт/м²К;

для пола - 0,70...2,38 Вт/м²К.

Кроме того, в летнее время прямая солнечная радиация поступает на крышу и на одну из боковых сторон, а на остальные поверхности - только рассеянная радиация, намного меньшая по величине.

Суммарный тепловой поток через ограждение

 

где i - номер ограждающей поверхности.

Для зимних условий эксплуатации

где K_i- полный коэффициент теплопередачи через i - ую стенку, учитывающий многослойность конструкции, множество тепловых мостов, а также теплообмен на наружной ивнутренней поверхностях.

Например для вагонов, являющихся подвижной конструкцией, при расчете конвективного теплообмена на наружной поверхности следует учитывать скорость движения воздуха v,м/с относительно вагона (например, вагон движется против ветра):

F_i - поверхность стороны кузова, м² (для плоской конструкции площади наружной и внутренней поверхности практически равны);

- средняя температура воздуха в вагоне с учётом перепада температур по длине и высоте вагона;

t_н - температура наружного воздуха.

В условиях летней эксплуатации теплоприток можно определить по условной температуре наружного воздуха или по нагретой от солнечной радиации наружной поверхности стенки. В первом варианте

, кВт

где условная температура наружного воздуха

учитывает влияние прямой солнечной радиации на освещенные поверхности:

 

 

А - поглощающая способность наружной поверхности кузова;

I_пр - уровень прямой солнечной радиации у поверхности Земли в зависимости от географической широты, склонения Солнца и времени дня;

 

- коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности, включающий в себя конвективную и радиационную составляющую. Последняя формально записывается в форме коэффициента лучистого теплообмена

 

 

где - степень черноты поверхности; - постоянная Больцмана; t_пов - температура поверхности, подлежащая определению. Ориентировочно для средней полосы России

При стационарном тепловом режиме и включенной системе термостатирования

 

Неподвижный вагон нагревается в основном за счет солнечной радиации. При движении с увеличением скорости основным становится конвективный теплоприток.

Во втором варианте, учитывая работу системы термостатирования в режиме охлаждения, величина теплопритока определяется из выражения

, кВт,

где t_пов определяется с учетом потока теплоты в охлажденный циркулирующий воздух.

Через остальные ограждения теплоприток поступает практически только конвективным путем, если не учитывать рассеянную радиацию.

Тепловой поток, обусловленный инфильтрацией наружной воздуха,

 

где i_н, i_вн — энтальпия (теплосодержание) наружного и внутреннего воздуха, кДж/кг;

V_инф - объемный расход инфильтрационного потока, м³/ч;

- плотность наружного воздуха, кг/м³.

При работе вентилятора выделяется тепловой поток, равный потребляемой мрщности:

где V – объемный расход воздуха через вентилятор, м³/ч; ΔP – суммарные потери давления в контуре циркуляции, кгс/м²; η – кпд вентилятора.

При работе в режиме вентиляции в кузове добавляется еще одна составляющая от притока наружного воздуха:

где V_пр – объемный расход приточного воздуха, м³/ч.

При определении теплопритоков через ограждение и путем инфильтрации воздуха следует учитывать влияние сроков эксплуатации объектов термостатирования:

коэффициент теплопередачи через ограждения возрастает за счет старения и увлажнения изоляции;

герметичность конструкции снижается.

Из-за старения тепловой изоляции коэффициент теплопередачи увеличивается со временем на 20...40% и соответственно возрастают тепловые потери.

Инфильтрация возникает по ряду причин:

из-за неплотного прилегания крыши, люков и т.п. по контуру уплотнения и их температурной деформации;

наличия лючков, проемов;

из-за разницы температур и плотности воздуха внутри и снаружи вагона и соответствующей разности давлений;

наличия скоростного напора и ветрового давления при движении; например, при скорости движения 40 км/ч разность давлений составляет 73,6 Па;

движение с переменной скоростью вызывает разницу в давлениях внутри кузова на переднюю и заднюю стенки.

Контрольные вопросы к разд.3.7, 3.8

1. Каким образом обеспечиваются требуемые перепады темперам по длине и диаметру изделия в ТК подвижной грунтовой установки?

2. За счёт каких факторов может увлажняться воздух в контуре термостатирования?

3. Назначение основных элементов ВСОТР ж.-д. вагона?

4. Как изменяются характеристики центробежных вентиляторов при их параллельном и последовательном включении?

5. В каких режимах работает ВСОТР ж.-д. вагона?

6. Каким образом осуществляется управление термостатирование» изделия в вагоне?

7. В каком случае применяется режим «перемешивания»?

8. Каким образом конструкция распределительного коллектора обеспечивает выполнение требований по перепадам температуры Δt_L и Δt_D?