CC BY
15УДК 662.612—428.4 О.Н. Зайцев1, д.т.н., проф.,
Т.В. Дихтярь1, к.т.н, доц., Л.А. Петрекевич1, аспирант, Т.Д. Домощей2, аспирант
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОМБИНИРОВАННОЙ
СИСТЕМЫ КОНВЕКТИВНО-РАДИАЦИОННОГО ОТОПЛЕНИЯ
1 Национальная академия природоохранного и курортного строительства Одесская государственная академия строительства и архитектуры
Аннотация. Для исключения выпадения конденсата на внутренних поверхностях предлагается использовать комбинированную система водяного отопления с установкой низкотемпературных излучающих панелей над оконным проемом и стандартных нагревательных приборов, при этом исключение выпадение конденсата на поверхности оконных проемов достигается путем нагрева их выше температуры точки росы для данного помещения излучающей панелью, а вторая часть системы восполняет теплопотери.
Ключевые слова: система водяного отопления, излучающая панель, тепловая трубка.
Анотащя. Для виключення випадання конденсату на внутршшх поверхнях пропонусться використовувати комбшовану система водяного опалення з установкою низькотемпературних випромшюючих панелей над вшонним прорiзом i стандартних на^вальних приладiв, при цьому виключення випадання конденсату на поверхш вшонних прорiзiв досягасться шляхом на^вання !х вище температури точки роси для даного примщення випромшюючо'1 панеллю, а друга частина системи заповнюе тепловтрати.
Ключовг слова: Система водяного опалення, випромшююча панель, теплова трубка.
Abstract. To eliminate the condensation on the interior surfaces are encouraged to use the combined water heating system with the installation of low-temperature radiant panels over the window opening and the standard heating appliances, with the exception of condensation on the surface of the window openings is achieved by heating them above the dew point for the premises of the radiating panel and the second part of the system makes heat loss.
Key Words: Water heating system, radiant panel, heat pipe.
Введение. В Украине и мировом сообществе одной из острейших проблем современности является снижение энергетических затрат на системы поддержания требуемых праметров микроклимата в зданиях и сооружениях различного назаначения, при этом доля теплопотребления в жилищно коммунальном хозяйстве занимает около 50% от общего количества вырабатываемой тепловой энергии.
В последнее десятилетие все большее распространение в мире получают новые энергоэффективные технологии жизнеобеспечения зданий, базирующиеся на применении периодических систем отопления, в тоже время системы вентиляции эксплуатируются также периодически, причем если в общественных и промышленных зданиях этот режим регулируется вкючением самих систем, то в жилых этот процесс зависит в подавляющем большинстве от разницы давления между наружной и внутренней средой. При этом расчет
естественных систем вентиляции выполняется на температуру +5 С, что в холодный период года многократно увеличивает теплопотери помещения, а современные нормы по микроклимату помещений предусматривают снижение воздухообмена. Таким образом, в помещении в холодный период года происходит неучтенное увеличение теплопотерь, а снижение воздухообмена вызывает выпадение конденсата на поверхностях с наибольшей теплопроводностью, что также увеличивает теплопотери помещения, а с учетом увлажнения ограждающих конструкций - вызывает их разрушение, появление плесени и другие негативные факторы.
Анализ публикаций. Основным препятствием, сдерживающим внедрение комбинированных систем отопления, целью работы которых является не только восполнение теплопотерь, но и поддержание параметров эксплуатации наружных ограждений в проектном режиме, является фактическое отсутствие математического, программного и нормативного обеспечения проектирования и строительства этих систем в почвенно-климатических условиях Украины, Беларуси и России [1, 3, 5].
Дело в том, что, в отличие от традиционных аналогов, для таких систем, характерны повышенные единовременные капитальные вложения при сравнительно низких эксплуатационных издержках. Вместе с тем их применение позволяет не только обеспечить экономию энергоресурсов, но и получить значительный экологический эффект от сокращения теплопотерь через образующиеся теплопроводные мосты в ограждающих конструкциях [2].
Таким образом, исследования, направленные на разработку и внедрение комбинированных систем отопления конвекционно-радиационного типа являются актуальными и отвечают современным тенденциям развития отопительно-вентиляционных систем [4].
Цель и постановка задач. Цель работы - совершенствование систем отопления и вентиляции в условиях их периодической работы на основе использования комбинированной системы панельно-лучистого и конвективного отопления для поддержания параметров внутренней среды жилых помещений, что обеспечивает снижение энергозатрат путем снижения теплопотерь и улучшения условий эксплуатации ограждающих конструкций. Поставленные в работе задачи:
1. Выявить наиболее рациональную систему отопления при снижении естественного воздухообмена и в условиях ее периодической работы, обеспечивая требуемый режим эксплуатации ограждающих конструкций
2. Экспериментально исследовать работу комбинированной системы отопления в условиях ее периодической работы при снижении воздухообмена и исключении конденсации на поверхности наружных ограждений.
Результаты и их анализ. Для подтверждения предложенной работоспособности комбинированной системы панельно-лучистого и конвективного отопления для поддержания параметров внутренней среды жилых помещений разработан и изготовлен стенд, в основе которого положено устройство излучающей панели с тепловыми трубками над подоконником,
которая соединена с системой водяного низкотемпературного отопления с конвектором путем контакта оголовка тепловой трубки с металлическим кольцом, непосредственно соединенным с обратным трубопроводом водяной системы отопления.
В данном случае в качестве теплоносителя был использован керосин, тепловая трубка диаметром 6 мм, длиной 1,5 м, на которую была наклеена фольга, а в верхней части - установлены теплоизоляционные маты, толщиной 25 мм. Соединение с системой водяного низкотемпературного отопления осуществлялось путем контакта оголовка тепловой трубки с металлическим кольцом, непосредственно соединенным с обратным трубопроводом водяной системы отопления.
Расход теплоносителя и тепла определялся теплосчетчиком фирмы Данфосс. Замеры температурного поля ограждающих конструкций выполнялись с помощью тепловизора фирмы Тесто, точечный замер температур выполнен с помощью лазерного термометра фирмы Тесто.
Результаты полученных исследований подтвердили выполненные ранее теоретические исследования (на рис.1 приведен снимок светопрозрачного проема с установленной панелью, температура повехности- 29 °С, на рис. 2 -термограмма при работе системы отопления (коэффициент излучени принят равным 0,95), рис.3 - термограмма при работе высокотемпературной системы радиаторного отопления (75 °С), снимок на рис.4 - термограмма при работе предложенной системы отопления).
Рис.1. Снимок светопрозрачного проема с установленной панелью
Минимум: 13,6 "С Максимум: 17,1 "С Среднее знамение: 16,0 "С
17,5
Рис. 2. Термограмма при работе системы отопления в светопрозрачном проеме
Минимум: -2,5 "С Максимум: 7,7 "С Среднее значение: 4,1 "С
Рис. 3. Термограмма при работе высокотемпературной системы отопления в
светопрозрачном проеме
Рис. 4. Термограмма при работе предложенной системы отопления в светопрозрачном
проеме
На основании полученных данных были построены зависимости прогрева помещения, приведенные на рис.5-6.
room4.Sl.DASM [потолок 36_4стены28 роЬокоп_60]
Physical time (s)
Рис.5. Процесс нагрева помещения, полученный теоретически при различном расположении нагревательных приборов
295 ■
290 ■
285 ■
280 v ■ -t»«
тс*
275 ь
I =
я -
i
270
и ♦ ♦ и—1_1—1—1—1—и- мин—
f-H—г11 1 1 1
265 ><
-Ф- пот_4стены_подокон -■- пот_ст с окном -А- пот
пот_вн ст напр окна -Ж- пот_2 вн ст -•- пот_2нар ст —I— пот_4ст
-пот_подок60
пот_подок60_ст с ок28
50000 100000
150000
200000
250000
300000
0
Рис.6. Процесс нагрева помещения, полученный экспериментально при различном расположении нагревательных приборов (по оси абсцисс - время, с, по оси ординат
- температура, °К)
На основании выполненных исследований были сделаны следующие рекомендации для проектирования и эксплуатации систем водяного отопления в жилых зданиях:
- установка низкотемпературного отопительного прибора под оконным проемом практически не влияет на область распространения холодного потока воздуха.
- при установке отопительного прибора (стальной радиатор со средней температурой поверхности 40°С) под оконным проемом и панели лучистого отопления над подоконником (с температурой поверхности 36 °С) практически исключена область распространения холодного потока воздуха.
- для исключения выпадения конденсата на внутренних поверхностях предлагается использовать комбинированную система водяного отопления с установкой низкотемпературных излучающих панелей над оконным проемом и стандартных нагревательных приборов, при этом исключение выпадение конденсата на поверхности оконных проемов достигается путем нагрева их выше температуры точки росы для данного помещения излучающей панелью, а вторая часть системы восполняет теплопотери.
Выводы. 1. Подтверждено предположение о целесообразности применения низкотемпературного отопления с точки зрения сокращения расхода тепла на подогрев вентиляционного воздуха. В помещениях со значительной долей теплопотерь с отработанным вентиляционным воздухом эффект от такого решения может достигнуть 20%.
2. Сравнение результатов теоретических исследований с экспериментальными данными подтвердило адекватность предложенных математических моделей и правомерность сделанных в результате исследований заключения, при этом расхождение результатов не превышает 10%, что позволяет использовать полученные теоретические зависимости в инженерных методиках расчета.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Нудлер Г.И., Тульчин И.К. Автоматизация инженерного оборудования жилых и общественных зданий. - М.: Стройиздат,1988.-223 с.
2. Свободноконвективные течения, тепло- и массообмен: Пер. с англ./ Герхарт Б., Джалурия И., Махаджан Р.Л., Саммакия Б. - М.: Мир, В 2-х книгах. Кн. 2., 1983. - 528 с.
3. Пырков В.В. Современные тепловые пункты. Автоматика и регулирование / В.В. Пырков. - К.: II ДП «Таю справи», 2007. - 251 с.
4. Грановский В.Л. Основный принципы конструирования и испытаний отопительных приборов со встроенными терморегуляторами / В.Л. Грановский // АВОК. - 2005. - №4. - С. 48-52.
5. Petitjean R. Total hydronic balancing: A handbook for design and troubleshooting of hydronic HVAC systems / R. Petitjean. - Gothenburg: TA AB, 1994. - 530 p.
