CC BY
13УДК 697.273.4.
ЛОКАЛЬНО-ЗОННОЕ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЕ ОТОПЛЕНИЕ ПЛЕНОЧНО ЛУЧИСТЫМИ
ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЯМИ
Тимин В.С., Ангелюк И.П.
1Академия строительства и архитектуры ,ФГФОУ ВО «КФУ им. В.И.Вернадского», 295493,
Республика Крым, г.Симферополь, улица Киевская, 181 , yourowner1337@mail.ru 2Академия строительства и архитектуры ,ФГФОУ ВО «КФУ им. В.И.Вернадского», 295493, Республика Крым, г.Симферополь, улица Киевская, 181 , iliya.angeluck@gmail.com
Аннотация. В статье представлены результаты работы по определению
эффективности и энергозатратности отопления локально-
зонным низкотемпературным отоплением пленочно лучистыми электронагревателями. Проведено сравнение двух типов отопления. Также были созданы модели работы нагревателя в программном комплексе SolidWorks для определения нагревательных характеристик.
Предмет исследования: предметом исследования пленочно лучистые электронагреватели.
Материалы и методы: определение эффективности отопления осуществляется с помощью моделирования в программной среде Solid Шо^.Для этого была взята комната с отопительным прибором и установлена модель человека, проведено моделирование отопления помещения.
Результаты: полученные модели в виде градиентов температур, распределе-ния потоков, поверхностных и объемных параметров. С помощью этих моделей наглядно видно распределение тепла по комнате, что позволило определить нагревательные характеристики элемента.
Выводы: полученные в работе графики и модели могут быть применены для жилых сооружений с целью улучшения комфорта пребывания человека и уменьшению затрат на отопление помещений.
Ключевые слова: ПЛЭН, локально-зонное низкотемпературное отопление пленочно лучистыми электронагревателями, пленочно лучистые электронагреватели ,конвекционное отопление.
ВВЕДЕНИЕ
В природе существует всего три способа передачи тепла: прямая теплопередача, конвекция и инфракрасное излучение. Широко распространенное в нашей стране, да и во всем мире, конвективное отопление для своей работы использует второй способ. Это означает, что нагрев помещения происходит благодаря движению и перемешиванию холодного и горячего воздуха. Последний нагревается от радиаторов. Они могут разогреваться жидким теплоносителем,
электричеством, воздухом или любым другим способом. Недостатками конвективного отопления считаются значительные перепады температуры в помещении, пересушивание воздуха,
невозможность вентиляции комнаты без потерь тепла. Но самое главное - оно недостаточно эффективно. Сам принцип конвекции предполагает некоторые теплопотери. Нужно признать, что конвективная система достаточно хорошо справляется с отоплением зданий с недостаточной теплоизоляцией, благодаря чему и получила такое широкое распространение. Лучистое отопление действует иначе. По законам физики все тела,
имеющие температуру выше абсолютного нуля по шкале Кельвина или -273° по Цельсию, излучают инфракрасные лучи. Чем выше температура объекта, тем выше интенсивность его излучения. Прозрачная воздушная среда полностью проницаема для инфракрасных волн. Они с легкостью преодолевают ее и поглощаются только непрозрачными телами. Это могут быть человек ,стены, потолок, пол или мебель. При поглощении инфракрасных лучей предметы разогреваются и, в свою очередь, начинают интенсивнее генерировать ик-волны. Именно так при работе инфракрасного обогревателя происходит нагрев воздуха в отапливаемом помещении. Лучистое тепло очень быстро разогревает комнату и долго удерживает в ней нужную температуру. Кроме того, оно лучше воспринимается живыми организмами. Объяснение этому достаточно простое. Человеческое тело, как и любое другое, тоже генерирует ик-волны. Находясь в помещении, отапливаемом конвективным способом, человек испытывает определенный дискомфорт от того, что разогретыми оказываются только радиаторы. Прохладные, а то и холодные, стены, пол и другие крупные предметы начинают «вытягивать»
инфракрасное тепло из человеческого тела, что и приводит к дискомфорту. В комнате с лучистым отоплением все иначе. Нагретые предметы сами излучают тепло и подпитывают им человека, поэтому в такой комнате всегда комфортно. При прочих равных условиях, и даже при разнице температур в пользу комнаты с конвективным отоплением, более комфортно человеку будет в помещении с лучистым отоплением.
Лучистое отопление имеет распространенное название: ПЛЭН — это отопительная система, основанная на использовании плёночного электронагревателя, специальная конструкция которого вырабатывает инфракрасное излучение
Система отопления ПЛЭН устроена достаточно просто. Она представляет собой алюминиевую фольгу с помещенными на нее резистивными нагревательными элементами. Устройство заламинировано с двух сторон специальной прочной пленкой. В целом толщина конструкции не превышает 1,5 мм. Материалы, использующиеся для производства системы, отличаются повышенной термостойкостью и прочностью. Резисторы в такой системе отопления изготовлены из особых сплавов, обеспечивающих хорошую теплоотдачу и долгий срок эксплуатации. Их изоляция выполнена в три слой ПЭТ. Пиковая рабочая температура 50 градусов Цельсия. Потребляемая одной панелью мощность от 150 до 175 Вт. Коэффициент полезного действия приближается к 98%, а срок службы более полувека. На данный момент управление телоотдачей осуществляется Терморегуляторами которые подразделяются на:
-механические: работа данного устройства полностью механическая то есть ему не нужно питаться от стационарной сети 220 В;
-электронные: отличаются не только наличием жидкокристаллического дисплея и наглядностью работы но и возможностью программировать работу обогревателя на день. неделю или месяц вперед. То что на механических устройствах необходимо делать вручную здесь осуществляется автоматически.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИИ
Новизной данной работы является то, что я предлагаю использовать ПЛЭН в местах локального пребывания человека в помещении, но сама система будет дополнять параллельно работающею систему радиаторов подогревающих комнаты до 15 градусов Цельсия тем самым будет поддерживаться комфортная температура для жизни, такой метод работы ПЛЭН будет индивидуален для каждого человека, он сможет подстроить комфортную для себя температуру так как в каждой комнате будет стоять свой регулятор . Экономия будет достигаться за счет прогрева только тех мест где человек постоянно находится с помощью локально-зонного отопления и подключение ИК-нагревателя через
терморегулятор который позволяет снизить потребление электроэнергии, до 25%.
Для увеличения экономии и оптимизации прогрева помещения я предлагаю включить в общую систему умного дома нагревательные элементы ПЛЭН. Система ПЛЭН будет взаимодействовать с системой умного дома через датчики движения, благодаря им будет распознаваться местоположение человека в доме и включать пленочные лучистые электронагреватели в нужной комнате
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Проведем сравнение принципов действия отопления на основе стандартного отопительного прибора и ПЛЭН.
На (рис.1) представлен общий вид комнаты с отопительным прибором, на (рис. 2) общий вид комнаты с ПЛЭН. Исходными данными для сравнения принимаем:
- воздухообмен в размере 30 м3/ч на человека, осуществляющийся приточным подоконным клапаном - приток, и подрезом под дверью -вытяжка;
- теплопотери помещения в размере 1000 Вт, которые будут компенсироваться отопительным прибором или ПЛЭН;
- отопительный прибор установлен в подоконное пространство;
- ПЛЭН установлены в рабочей зоне или зоне отдыха на стенах на высоте не более 1,5м.
Рис.1. Общий вид комнаты с радиатором Fig.1. General view of a room with a radiator
Рис.2. Общий вид комнаты с ПЛЭН Fig.2. General view of the room with PLEN
Моделирование и сравнение осуществляем в программном комплексе SolidWorks, который позволяет получить результаты в виде градиентов температур, распределения потоков, поверхностных и объемных параметров и т.д.
Рис.3. Распределение температуры по высоте комнаты с радиатором
Fig.3. Temperature distribution according to the height of the room with a radiator
На (рис.3) мы видим, что воздух, нагреваясь об радиатор, поднимается вверх, создавая «расслоение» на температурные зоны. Голова и туловище человека при этом находится в наиболее теплой зоне.
Рис.4. Распределение температуры по высоте комнаты с ПЛЭН Fig.4. The temperature distribution of the height of the room with PLEN
На данном рисунке мы видим, что ПЛЭН не нагревает воздух комнаты. Панели лучистым теплом нагревают окружающие предметы, что будет в частном случае видно на следующем рисунке.
Картина на поверхносги 1:зэлнека
Рис.5. Распределение температуры на поверхности тела человека при отоплении ПЛЭН
Fig.5. The temperature distribution on the surface of the human body when heating PLEN
На данном рисунке видим, что панели нагревают поверхность тела человека. Видно, что температура поверхности тела выше в области действия лучистого тепла, испускаемого ПНЭН и составляет от 27 до 30 оС. Голова находится выше основной зоны действия панелей и она имеет меньшую температуру.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.Стандартные отопительные приборы нагревают воздух помещения, создавая температурные «расслоения» по высоте помещения с большей температурой в верхней зоне, что может негативно сказаться на самочувствии людей;
2.ПЛЭН не нагревают воздух помещения, и имеют зону действия в пределах которой нагревают предметы, людей.
ВЫВОД
В данной работе мы провели сравнительную характеристику двух типов отопления: ПЛЭН и конвекторного.
Результаты показали значительное превосходство системы ПЛЭН над конвекторной системой отопления. Благодаря передаче энергии посредством электромагнитного длинноволнового излучения достигается благоприятная среда для жизнедеятельности человека, отвечает самым высоким требованиям пожарной безопасности, так как даже сами резисторы имеют ограничение максимальной температуры в 50 градусов, что
безопасно как для них, так и для соприкасающихся с ними предметов и людей.
Для экономичности была предложена работа системы ПЛЭН-локально вместе с системой умного дома и работа параллельно двух систем отопления что позволит уменьшить расходы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аглиуллина Э.Р. Организация энергоэффек тивного обогрева помещений//Инновационная наука .—2016.-№6-2.—С.15-18.
2. Электротермическое оборудование для сель скохозяйственного производства / [Каган Н. Б., Кауфман В. Г., Пронько М. Г., Яневский Г. Д.]. -М. Энергия, 1980. - 193 с.
3. Электротехнология. В.А.Карасенко, Е.М.Заяц, А.Н.Баран, В.С.Корко. - М.: Колос, 1992. - 304 с.
4. Богословский В.Н. Строительная теплофизика: Учебник для вузов. — 2-е изд. — М.: Высшая школа, 1982.
5. Харченко К. П. Радиоволны —это что? Информост № 4 (28) 2003 с. 24-29.
6. Миссенар Ф. А. Лучистое отопление и охлаждение. М., 1961
7. Сканави А. Н., Махов Л. М. Отопление; Издательство Ассоциации строительных вузов -Москва, 2008. - 576 с.
REFERENCES
1. Agliullina E.R. Organization of energy-efficient space heating // Innovation Science. — 2016.-№6-2. — P.15-18.
2. Electrothermal equipment for agricultural production / [Kagan N. B., Kaufman V. G., Pronko M. G., Yanevsky G. D.]. - M. Energy, 1980. - 193 p.
3. Electrotechnology. V.A.Karasenko, E.M. Zayats, A.N. Baran, V.S.Korko. - M .: Kolos, 1992. -304 p.
4. Theological V.N. Construction thermophysics: Textbook for universities. - 2nd ed. - M .: Higher School, 1982.
5. Kharchenko KP. Radio waves - what's that? Informost number 4 (28) 2003 p. 24-29.
6. Olesen B. W. A simplified calculation method for checking the indoor climate // ASHRAE Transactions. 1983. Vol. 88. Pt. 2B.
7. Skanavi A.N., Makhov L.M. Heating; Publishing Association of Construction Universities -Moscow, 2008. - 576 c.
LOCAL-ZONE LOW-TEMPERATURE HEATING WITH FILM-RAY ELECTRIC HEATERS
Timin V.S., Angelyuk I.P.
Summary. The article presents the results of work on determining the efficiency and energy consumption of heating by local-zone low-temperature heating by film-radiating electric heaters. A comparison of two types of heating. Also, models of heater operation in the SolidWorks software complex for determining heating characteristics were created.
Subject of research: the subject of study film-radiating electric heaters.
Materials and methods: The determination of heating efficiency is carried out using simulation in the Solid Works software environment. To do this, a room with a heating device was taken and a human model was installed, and room heating was simulated.
Results: the obtained models in the form of temperature gradients, distribution of flows, surface and volume parameters. With the help of these models, the distribution of heat around the room is clearly visible, which made it possible to determine the heating characteristics of the element.
Conclusions: the graphs and models obtained in the work can be applied to residential structures in order to improve the comfort of a person's stay and reduce the cost of space heating.
Key words: PLEN, local-zone low-temperature heating by film-radiating electric heaters, film-radiating electric heaters, convection heating.
