CC BY
0УДК 697.35 Егоров Ф.Д., Никитин М.Н.
Егоров Ф.Д.
студент
Самарский государственный технический университет (г. Самара, Россия)
Никитин М.Н.
к.т.н., доцент кафедры ТГВ Самарский государственный технический университет (г. Самара, Россия)
АНАЛИЗ И СРАВНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ КОМБИНАЦИЙ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Аннотация: по результатам ряда экспериментов, проведенных на платформе для симуляции физических процессов, был произведен сравнительный анализ различных сочетаний систем отопления, что позволило выявить преимущества и недостатки множества вариантов исполнения систем комбинированного отопления.
Ключевые слова: комбинированная система отопления, сравнительный анализ, энергосбережение, микроклимат, радиатор, теплый пол, конвектор, теплая стена, воздушное отопление.
В настоящее время во внутренних системах отопления существует множество различных принципов создания необходимого микроклимата, которые включают в себя две основные характеристики, а именно используемый способ передачи энергии (воздух, вода, электричество) и способ передачи энергии от теплоносителя к объему воздуха в помещении, общими словами отопительный прибор (радиатор, система вентиляции, конвектор, излучающая панель, теплый пол). Самыми популярными системами отопления считаются те, что используют один тип теплоносителя и отопительного прибора, но есть и те,
1732
которые включают в себя и большее число различных способов. Таким образом комбинированной системой отопления считается одновременное или попеременное использование двух и более взаимосвязанных схем передачи тепловой энергии. Такие системы имеют множество вариаций и могут в разной степени повысить энергоэффективность и комфорт.
Именно для выявления полезности комбинации был проведен ряд экспериментов с несколькими сочетаниями и один эксперимент с использованием только радиатора:
1) Радиатор (температура поверхности 65оС)
2) Конвектор и теплый пол (температура воздуха, исходящего из конвектора 30оС и температура поверхности теплого пола 35оС)
3) Конвектор и теплая стена (температура воздуха, исходящего из конвектора 30оС и температура поверхности теплой стены 40оС)
4) Радиатор и конвектор (темп. поверхности радиатора 65оС и температура воздуха, исходящего из конвектора 30оС)
5) Радиатор и воздушное отопление (темп. поверхности радиатора 65оС и температура воздуха, исходящего из воздухораспределителей 35оС)
6) Радиатор и теплый пол (темп. поверхности 65оС и 35оС соответственно)
7) Радиатор и теплая стена (темп. поверхности 65оС и 40оС соответственно)
8) Теплый пол и воздушное отопление (температура воздуха, исходящего из воздухораспределителей 35оС и температура поверхности теплого пола 35оС)
9) Теплый пол и теплая стена (темп. поверхности 35оС и 40оС соответственно)
10) Радиатор, конвектор и теплый пол (температура поверхности радиатора 65оС, температура воздуха, исходящего из конвектора 30оС и температура поверхности теплого пола 35оС)
1733
11) Радиатор, теплая стена и теплый пол (температура поверхности радиатора 65оС, температура поверхности теплой стены 40оС и температура поверхности теплого пола 35оС)
12) Теплая стена, воздушное отопление и конвектор (температура поверхности теплой стены 40оС, температура воздуха, исходящего из воздухораспределителей 35оС и температура воздуха, исходящего из конвектора 30оС)
Для проведения эксперимента была построена 3D модель комнаты размером 6х4х3 м, с двумя окнами в одной из двух больших стен, под окнами радиаторы, под которыми встроены в пол конвекторы, добавлена плоскость для теплого пола и два воздухораспределительных устройства на потолке, а противоположная от окон стена используется как излучающая поверхность.
По результатам симуляций на платформе simscale [3] можно провести ранжирование по главному показателю эффективности системы отопления, по минимальной температуре воздуха внутри помещения(рис1), которое способно поддерживать отопление. Наименьшее отличие от некомбинированной системы с использованием только радиатора, имеют системы под номерами 5, 6, 7, а наилучший результат показали эксперименты под номерами 2, 3, 4 (системы с двумя типами отопительных приборов) и номерами 10, 12 (системы с тремя типами отопительных приборов). Стоит заметить, что в эксперименте под номером 11 добавление третьего отопительного устройства не дало преимущества перед системой где только 2 прибора, а во всех трех экспериментах с худшим результатом в качестве основного отопительного прибора используется радиатор.
1734
Рис. 1. Диаграмма минимальной температуры воздуха в помещении.
На диаграмме(рис2) количества воздуха в различных диапазонах температур (до 21°С, от 21°С до 24°С и выше 24°С) также видно, что система под номером 5 имеет минимальное отличие от системы под номером 1, здесь вдобавок обнаруживается, что системы под номерами 7, 8, 9 имеют существенное отличие от остальных, а именно большая часть объема воздуха имеет средний диапазон температур, что в совокупности со средними показателями минимальной температуры, ставит данные системы ниже систем под номерами 2, 3, 4(среди 2-х компонентных систем) и 10, 11, 12 (среди 3-х компонентных систем). Также среди 3-х компонентных систем, система под номером 11 имеет незначительные, но все же снова более худшие показатели.
12 3 4 S б 7 9 Ю 11 12
■ Oßbt'M НО JÄV>vl ниже ■ ОбЬРМ IIO^AV^ s»t ? 1 24'Г « Oi'lbPM 1Н»ДУХ4 ПЫШ1-
Рис. 2. Диаграмма объема воздуха в различных диапазонах температур.
Величина разницы температуры между точками на различных высотах внутри помещения позволяет определить комфортность условий. На диаграмме (рис 3) распределения температур чем короче отрезок тем лучше, тем меньше
1735
разница температуры между полом и потолком. На данном графике видно, что самой лучшими вариантами по данному критерию являются номера 2, 3, 4, 6, 10, а худшими 5 и 12.
Рис. 3. Диаграмма распределения температур по вертикальной оси.
Предварительно можно распределить 12 вариантов систем отопления от лучшего к худшему 10, 12, 11, 6, 3, 2, 4, 9, 7, 8, 1, 5(первые три 3-х компонентные, остальные 2-х компонентные, за исключением номера 1).
Рис. 4. Распределение температур при испытании системы под номером 1
(Радиатор).
1736
Рис. 5. Распределение температур при испытании системы под номером 2
(Конвектор и теплый пол).
Рис. 6. Распределение температур при испытании системы под номером 3
(Конвектор и теплая стена).
ЬМЖ11И( " *С
Рис. 7. Распределение температур при испытании системы под номером 4
(Радиатор и конвектор).
1737
Рис. 8. Распределение температур при испытании системы под номером 5
(Радиатор и воздушное отопление).
Рис. 9. Распределение температур при испытании системы под номером 6
(Радиатор и теплый пол).
Рис. 10. Распределение температур при испытании системы под номером 7
(Радиатор и теплая стена).
1738
Рис. 11. Распределение температур при испытании системы под номером 8
(Теплый пол и воздушное отопление).
Рис. 12. Распределение температур при испытании системы под номером 9
(Теплый пол и теплая стена).
Рис. 13. Распределение температур при испытании системы под номером 10
(Радиатор, конвектор и теплый пол).
1739
Рис. 14. Распределение температур при испытании системы под номером 11
(Радиатор, теплая стена и теплый пол).
Рис. 15. Распределение температур при испытании системы под номером 12 (Теплая стена, воздушное отопление и конвектор).
Исходя из вышеописанного и при детальном рассмотрении графического отображения распределения масс воздуха с определенными значениями температур, среди проведенных экспериментов можно выделить наиболее успешные варианты комбинаций отопительных приборов, а именно: радиатор и теплый пол, конвертор и теплый пол, конвертор и теплая стена, радиатор и конвектор, радиатор плюс конвектор и теплый пол. К худшим следует отнести: радиатор и воздушное отопление, теплый пол и воздушное отопление, теплая стена плюс воздушное отопление и конвектор. Важно обратить внимание на незначительность пользы воздушного отопления с воздухораспределителями на потолке и высокую значимость равномерного распределения потока тепла по площади помещения, и качественного регулирования работы системы.
Таким образом, можно заметить, что добавление еще одной принципиально отличающейся системы отопления к уже существующей, не всегда приводит к общему улучшению эффективности, и даже использование 3-
1740
х компонентной комбинированной системы отопления может не привести к заметному улучшению и стать экономически нецелесообразным решением.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
www.simscale.com Egorov F.D., Nikitin M.N.
Egorov F.D.
Samara State Technical University (Samara, Russia)
Nikitin M.N.
Samara State Technical University (Samara, Russia)
ANALYSIS AND COMPARISON OF VARIOUS COMBINATIONS OF HEATING SYSTEMS BASED ON EXPERIMENTAL DATA
Abstract: based on the results of a number of experiments conducted on a platform for simulating physical processes, a comparative analysis of various combinations of heating systems was carried out, which made it possible to identify the advantages and disadvantages of many variants of combined heating systems.
Keywords: combined heating system, comparative analysis, energy saving, microclimate, radiator, underfloor heating, convector, warm wall, air heating.
1741
