Средняя лучистая температура

Средняя температура лучистой ( МРТ) определяются как равномерная температура воображаемой оболочки, в которой лучистая передача тепла от человеческого тела равна лучистым перенос тепла в фактическом неравномерном корпусе.

MRT - полезная концепция, поскольку чистый обмен лучистой энергией между двумя объектами приблизительно пропорционален произведению их разницы температур, умноженной на их коэффициент излучения (способность излучать и поглощать тепло). MRT - это просто средневзвешенная температура всех объектов, окружающих тело. Это имеет смысл тех пор, пока разности температур объектов малы по сравнению с их абсолютных температур, что позволяет линеаризацию из закона Стефана-Больцмана в соответствующем температурном диапазоне.

MRT также оказывает сильное влияние на показатели теплофизиологического комфорта, такие как физиологическая эквивалентная температура (ПЭТ) или прогнозируемое среднее значение голосов (PMV).

То, что мы ощущаем и чувствуем в отношении теплового комфорта в здании, связано с влиянием как температуры воздуха, так и температуры поверхностей в этом пространстве, представленной средней температурой излучения. MRT контролируется характеристиками корпуса.

Рабочая температура, которая является более функциональным показателем теплового комфорта в здании, рассчитывается на основе температуры воздуха, средней температуры излучения и скорости воздуха. Поддержание баланса между рабочей температурой и средней температурой излучения может создать более комфортное пространство. Это достигается за счет эффективного дизайна здания, интерьера и использования высокотемпературного лучистого охлаждения и низкотемпературного лучистого отопления.

Есть разные способы оценить среднюю лучистую температуру, применяя ее определение и используя уравнения для ее расчета, или измеряя ее с помощью определенных термометров или датчиков.

Поскольку количество лучистого тепла, потерянного или полученного человеческим телом, представляет собой алгебраическую сумму всех лучистых потоков, которыми обмениваются его открытые части с окружающими источниками, MRT можно рассчитать на основе измеренной температуры окружающих стен и поверхностей и их положения относительно человек. Следовательно, необходимо измерить эти температуры и угловые коэффициенты между человеком и окружающими поверхностями. Большинство строительных материалов имеют высокий коэффициент излучения ε, поэтому все поверхности в комнате можно считать черными. Поскольку сумма угловых коэффициентов равна единице, четвертая степень MRT равна среднему значению температуры окружающей поверхности в четвертой степени, взвешенной с помощью соответствующих угловых коэффициентов.

Используется следующее уравнение:

${\ displaystyle MRT ^ {4} = T_ {1} ^ {4} F_ {p-1} + T_ {2} ^ {4} F_ {p-2} +... + T_ {n} ^ {4 } F_ {pn}}$

куда:

${\ displaystyle MRT}$   - средняя температура излучения;

${\ displaystyle T_ {n}}$        - температура поверхности n в Кельвинах ;

${\ displaystyle F_ {pn}}$    коэффициент угла между человеком и поверхностью "n".

Если существует относительно небольшая разница температур между поверхностями корпуса, уравнение можно упростить до следующей линейной формы:

${\ displaystyle MRT = T_ {1} F_ {p-1} + T_ {2} F_ {p-2} +... + T_ {n} F_ {pn}}$

Эта линейная формула дает более низкое значение MRT, но во многих случаях разница небольшая.

Как правило, угловые факторы трудно определить, и они обычно зависят от положения и ориентации человека. Кроме того, этот метод становится сложным и требует много времени, поскольку количество поверхностей увеличивается и они имеют сложные формы. В настоящее время нет возможности эффективно собирать эти данные. По этой причине более простой способ определить MRT - измерить его с помощью определенного термометра.

MRT можно оценить с помощью термометра с черным шаром. Термометр с черным шаром состоит из черного шара, в центре которого помещен датчик температуры, такой как колба ртутного термометра, термопара или датчик сопротивления. Мира могут теоретически иметь любой диаметр, но, как формулы, используемые при вычислении средней температуры лучистого зависит от диаметра шара, диаметром 0,15 м (5,9  в ), указанных для использования с этими формулами, как правило, рекомендуется. Чем меньше диаметр земного шара, тем больше влияние температуры и скорости воздуха, что приводит к снижению точности измерения средней лучистой температуры. Чтобы внешняя поверхность шара поглощала излучение от стенок корпуса, поверхность шара должна быть затемнена либо с помощью электрохимического покрытия, либо, в более общем смысле, с помощью слоя матово-черного цвета. краска. Этот термометр фактически измеряет глобальную температуру (GT), стремясь к тепловому балансу под действием конвекции и излучения, исходящего от различных источников тепла в корпусе. Благодаря этому принципу, знание GT позволяет определить среднюю радиационную температуру MRT. Согласно стандарту ISO 7726 чаще всего используется уравнение (принудительная конвекция):

${\ Displaystyle MRT = \ left [\ left (GT + 273 \ right) ^ {4} + {\ frac {1.1 \ cdot 10 ^ {8} \ cdot v_ {a} ^ {0,6}} {\ varepsilon \ cdot D ^ {0.4}}} (GT-T_ {a}) \ right] ^ {1/4} -273}$

куда:

${\ displaystyle MRT}$ - средняя лучистая температура (° C);

${\ displaystyle GT}$      температура земного шара (° C);

${\ displaystyle v_ {a}}$         - скорость воздуха на уровне земного шара (м / с);

${\ displaystyle \ varepsilon}$          - коэффициент излучения земного шара (без измерения);

${\ displaystyle D}$         диаметр земного шара (м);

${\ displaystyle T_ {a}}$        - температура воздуха (° C);

А для стандартного глобуса (D = 0,15 м, = 0,95): ${\ displaystyle \ varepsilon}$

${\ displaystyle MRT = \ left [\ left (GT + 273 \ right) ^ {4} +2,5 \ cdot 10 ^ {8} \ cdot v_ {a} ^ {0,6} (GT-T_ {a }) \ right] ^ {1/4} -273}$

На измерение влияет движение воздуха, поскольку измеряемая GT зависит как от конвекции, так и от переноса излучения. За счет эффективного увеличения размера груши термометра коэффициент конвективной передачи уменьшается, а влияние излучения пропорционально увеличивается. Из-за локальных конвективных воздушных потоков GT обычно находится между температурой воздуха и MRT. Чем быстрее воздух движется над термометром, тем ближе GT приближается к температуре воздуха.

Более того, поскольку MRT определяется по отношению к человеческому телу, форма датчика также имеет значение. Сферическая форма земного термометра дает разумное приближение к сидящему человеку; для людей, которые стоят, земной шар в неоднородной среде излучения переоценивает излучение от пола или потолка, поэтому эллипсоидный датчик дает лучшее приближение.

При использовании термометра с черным шаром необходимо соблюдать несколько других мер предосторожности в зависимости от условий измерения. Кроме того, существуют разные методы измерения, такие как двухсферный радиометр и датчик постоянной температуры воздуха.

• Тепловой комфорт
• Отопление, вентиляция, кондиционирование
• ASHRAE
• Глоссарий HVAC

1. ^ ^{a b c d e f g h} «ISO 7726. Эргономика тепловой среды - Приборы для измерения физических величин». Женева, Швейцария: Международная организация по стандартизации. Ноябрь 1998 г. По состоянию на 2021 год.
2. ^ Фангер, ПО (1970). Тепловой комфорт: анализ и применение в экологической инженерии. Нью-Йорк: Макгроу Хилл.
3. Рианна Рейнольдс, Майк (8 февраля 2020 г.). «Проектирование домов для комфорта человека». ecoHOME.
4. ^ Мацаракис, Андреас. Оценка и расчет средней радиационной температуры в городских сооружениях.
5. ^ Макинтайр и Гриффитс, Д. и идентификатор (1972). Субъектная реакция на лучистую и конвективную среду.
6. ^ ^{a b c} Основы руководства ASHRAE, 2009 г., ASHRAE, Inc., Атланта, Джорджия.

• http://ergo.human.cornell.edu/DEA3500allnotes.html
• Бесплатный онлайн-инструмент для расчета теплового комфорта и средней радиационной температуры, разработанный CBE в Калифорнийском университете в Беркли