CC BY
33
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: № 4 2019
НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Информация об авторах Цепляев Алексей Николаевич, профессор ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ (РФ, 400002, г. Волгоград, Университетский проспект, 26), доктор сельскохозяйственных наук, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1454-5784. E-mail: can_volgau@mail.ru
Габидулина Айжан Есмагаловна, аспирант ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ (РФ, 400002, г. Волгоград, Университетский проспект, 26),
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2302-5617. E-mail: ayzhanochka@mail.ru
Харлашин Александр Владимирович, доцент ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ (РФ, 400002, г. Волгоград, Университетский проспект, 26), кандидат технических наук, E-mail: harlashin@list.ru
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
УДК 697.43:727:373.24 DOI: 10.32786/2071-9485-2019-04-34
ОБОСНОВАНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ «ТЕПЛЫЙ ПОЛ» В ДЕТСКИХ ДОШКОЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЯХ
СЕЛЬСКИХ ТЕРРИТОРИЙ
THE JUSTIFICATION OF GEOMETRIC PARAMETERS OF HEATING SYSTEM «WARM FLOOR» IN PRE-SCHOOL FACILITIES OF RURAL AREAS
И. В. Юдаев, доктор технических наук, профессор А. Н. Токарева, кандидат технических наук, доцент Н. Н. Грачева, кандидат технических наук, доцент С. В. Панченко, кандидат технических наук, доцент Ю. В. Даус, кандидат технических наук, доцент
I. V. Yudaev, A. N. Tokareva, N. N. Gracheva, S. V. Panchenko, Yu. V. Daus
Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО Донской государственный
аграрный университет
Azov-Black Sea Engineering Institute - the branch of the Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «Don State Agrarian University»
Дата поступления в редакцию 15.10.2019 Дата принятия к печати 20.12.2019
Received 15.10.2019 Submitted 20.12.2019
Система отопления «теплый пол» является не только одним из основных требований норм технологического проектирования детских дошкольных учреждений, но и выступает как самостоятельное конструктивное решение, имеющее много достоинств: снижение энергетических затрат за счет автоматического регулирования параметров теплоносителя, равномерность распределения температуры в помещении, избавление от сквозняков, холодных углов и зон перегрева. При выборе имеющихся в продаже разнообразных конструкций с различными геометрическим параметрами возникает вопрос о том, какой из вариантов следует выбрать для того, чтобы обеспечить требуемые параметры воздуха в помещении при наименьших энергетических, а следовательно, и экономических затратах. Определить оптимальное сочетание таких геометрических параметров, как диаметр трубопровода и шаг его укладки, не представляется возможным, так как отсутствует единая методика расчета теплых полов и оценки влияния совместного взаимодействия этих факторов на тепло-физические характеристики системы отопления. В связи с этим в статье рассмотрены вопросы обоснования параметров теплого пола на основе результатов многофакторного машинного эксперимента применительно к спальным комнатам детских садов. На основании полученного значения тепловой мощности определена величина требуемого теплового потока при нормируемой температуре поверхности обогреваемых полов; проведен трехфакторный машинный эксперимент с варьированием таких величин, как диаметр трубопровода, шаг его укладки и термическое сопротивление
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
строительной конструкции теплого пола. В результате получены математические модели зависимости теплового потока и температуры поверхности пола от теплотехнических и геометрических характеристик, а также представлены с помощью программы «Statistica. Experimental Design» графические интерпретации математических выражений. Для всех выбранных рациональных вариантов конструктивного исполнения системы «теплый пол» проведен гидравлический расчет и определены энергетические затраты. На основе технико-экономической оценки установлена схема системы отопления «теплый пол», обеспечивающая наименьшие экономические затраты в процессе эксплуатации.
The «warm floor» heating system is not only one of the basic requirements of the technological design standards of preschool institutions, but also as an independent constructive solution, which has many advantages: reducing energy costs due to automatic regulation of the heat carrier parameters, uniform distribution of temperature in the room, getting rid of drafts , cold corners and overheating zones. When choosing a variety of designs available for sale with different geometric parameters, the question arises: which option to choose in order to provide the required air parameters in the room at the lowest energy, and, consequently, economic costs. It is not possible to determine the optimal combination of such geometric parameters as the diameter of the pipeline and the step of laying it, since there is no single methodology for calculating warm floors and assessing the effect of the joint interaction of these factors on the thermo-physical characteristics of the heating system. In this regard, the article considers the issues of substantiating the parameters of the warm floor based on the results of a multifactor machine experiment as applied to the bedrooms of kindergartens. From the obtained value of the heat power, the value of the required heat flux is determined at the normalized surface temperature of the heated floors; a three-factor machine experiment was conducted with variation of such values as the diameter of the pipeline, the step of its laying and the thermal resistance of the building structure of the «warm floor». As a result, mathematical models of the dependence of the heat flux and the temperature of the floor surface on the thermal and geometric characteristics are obtained; as well as represented using the program «Statistica. Experimental Design», graphical interpretations of mathematical expressions. For all the selected rational options for the design of the «warm floor» system, a hydraulic calculation was carried out and energy costs were determined. Based on the feasibility study, a heating floor heating system scheme has been established that provides the lowest economic costs during operation.
Ключевые слова: теплый пол, микроклимат, тепловой поток, диаметр трубопроводов, шаг укладки трубопроводов, термическое сопротивление.
Key words: warm floor, microclimate, heat flux, diameter, step, thermal resistance.
Цитирование. Юдаев И. В., Токарева А. Н., Грачева Н. Н., Панченко С. В., Даус Ю. В. Обоснование геометрических параметров системы отопления «теплый пол» в детских дошкольных учреждениях сельских территорий. Известия НВ АУК. 2019. 4(56). 290-300. DOI: 10.32786/2071-9485-2019-04-34.
Citation. Yudaev I. V., Tokareva A. N., Gracheva N. N., Panchenko S. V., Daus Yu. V. The justification of geometric parameters of heating system «warm floor» in pre-school facilities of rural areas. Proc. of the Lower Volga Agro-University Comp. 2019. 4(56). 290-300 (in Russian). DOI: 10.32786/2071-9485-2019-04-34.
Введение. Обеспечение теплом учреждений социальной направленности, расположенных в том числе и на сельских территориях, является первоочередной задачей, которая особенно остро стоит в зимнее время года, ранней весной и поздней осенью [9, 10]. Среди факторов и тепловых условий внутренней среды такого рода помещений особо выделяется комплекс микроклиматических условий, оказывающих наиболее ощутимое физиологическое воздействие на человека, его самочувствие и работоспособность. Что же касается микроклимата в помещениях детских дошкольных учреждений, то комфортная температура воздуха и его влажность способствуют правильному развитию детей, снижают их заболеваемость, улучшают настроение и самочувствие.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
В соответствии с требованиями СанПиН 252.1325800.2016 «Здания дошкольных образовательных организаций» нормируемые параметры микроклимата, в соответствии с ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата», достигаются посредством соответствующих систем отопления и вентиляции. При этом в спальных помещениях детских садов на первом этаже должны быть предусмотрены теплые полы.
Прототипы теплых полов использовались человеком еще во времена Древнего Рима, но настоящий бум применения данной системы для отопления приходится на наши дни. Так, например, спрос на водяные теплые полы в 2014 году вырос на 23% по отношению к 2013 году [7]. Это связано с тем, что еще совсем недавно выбор нагревательного элемента для теплоносителя - воды, ограничивался металлическими трубами, которые довольно трудно монтировались по стенам помещений и зачастую выглядели малоэстетично. Используемые в настоящее время металлопластиковые трубы и трубы из сшитого полиэтилена быстро нашли своего потребителя за счет удобства использования и низкой цены. Производители, выпускающие оборудование для данной системы обеспечения теплового режима, постоянно совершенствуют конструкции, сопутствующую арматуру и элементы с целью облегчения их монтажа и обеспечения максимального уровня экономии энергии.
Водяной теплый пол - весьма экономичная в эксплуатации инженерная система. Она обеспечивает комфортное распределение температуры, обладает возможностью очень точного регулирования температуры, решает проблемы с утеплением и звукоизоляцией полов, расширяет возможности дизайнерских решений. При использовании системы отопления «теплый пол» энергетические затраты снижаются на 20-25% по сравнению с традиционной настенной системой конвективного отопления.
Однако при выборе имеющихся в продаже разнообразных конструкций с различными геометрическим параметрами возникает вопрос: какой из представленных вариантов выбрать для того, чтобы обеспечить требуемые параметры воздуха в помещении при наименьших энергетических, а следовательно, и экономических затратах. Опытные монтажники [8] подчеркивают, что предлагаемые многочисленные программы расчета параметров теплых полов и распространенные во всемирной паутине методики имеют такой недостаток, как усредненные значения коэффициентов теплоотдачи и тепловых потоков от теплых полов, что в конечном итоге приводит к увеличению «витиеватости» укладки труб. Поэтому специалисты предпочитают использовать классические методы расчета [7, 8, 14] и считать величины теплоотдачи полов и гидравлические сопротивления по традиционным методикам.
При проектировании системы отопления «теплый пол» необходимо учитывать геометрические характеристики монтажных элементов для обеспечения требуемого теплового потока при минимальных затратах. Ответ на вопрос, какой шаг укладки и диаметр трубопровода выбрать, остается открытым, так как нигде не учитывается совместное влияние этих факторов на величину теплоотдачи теплого пола.
Основной целью предложенного исследования является определение сочетания геометрических параметров системы отопления «теплый пол» в детских дошкольных сооружениях, при которых обеспечиваются наименьшие энергетические и экономические затраты.
Материалы и методы. На основании проведенного анализа научных исследований и рекомендации производственников [1, 3, 5, 6, 11-13] была составлена методика расчёта теплого пола, которая представлена в работе. Из полученных аналитических зависимостей следует, что основные теплофизические характеристики теплого пола -плотность теплового потока q¡ и средняя температура поверхности пола tср- можно представить в виде функций:
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
qx = f (b, d, R ) , t = f (b, d, R ) ,
(1) (2)
где b - шаг укладки трубопроводов, м; d- наружный диаметр трубопроводов соответственно, м; R - термическое сопротивление конструкции «теплый пол», (м2°С)/Вт.
С учетом этих трех факторов был проведен машинный эксперимент по определению рационального сочетания параметров системы отопления «теплый пол» применительно к спальной комнате типового детского сада, расположенного на территории сельского района в Ростовской области. Характеристика рассматриваемого помещения представлена в таблице 1.
Таблица 1 - Характеристика спальной комнаты детского сада и системы ее отопления Table 1 - Characteristics of the kindergarten bedroom and its heating system
Наименование показателя/ Name of indicator Значение/ Value
Размеры помещения (длина, ширина, высота), м / Room dimensions (length, width, height), m 9х6х3,6
Требуемая тепловая мощность по результатам калорического расчета, Вт / Required thermal power according to the caloric calculation results, W 4050
Требуемая плотность теплового потока, Вт/м2 / The required heat flux density, W/m2 75
Температура теплоносителя в системе отопления «теплый пол» в соответствии с рекомендациями (СанПиН 252.1325800.2016 «Здания дошкольных образовательных организаций»; ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата»), °С / The temperature of the coolant in the "warm floor" heating system in accordance with the recommendations (SanPiN 252.1325800.2016 "Buildings of preschool educational organizations"; GOST 30494-2011 "Residential and public buildings. Climate parameters"), °С
на входе /at the inlet 54
на выходе/at the output 45
Средняя температура поверхности системы отопления «теплый пол» согласно нормам проектирования, не выше, °С (ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата») / The average surface temperature of the "warm floor" heating system according to design standards, not higher than, °С (GOST 30494-2011 "Residential and public buildings. Microclimate parameters) 26
Способ укладки трубопроводов / The method of laying pipelines «улитка»/ «snail»
При использовании схемы укладки в форме «улитки» обеспечивается более равномерный нагрев всей поверхности пола по сравнению со способом укладки в форме «змейки», что является весьма существенным фактором для помещений детских дошкольных учреждений.
Интервалы варьирования для реализации трехфакторного эксперимента на двух уровнях были приняты из следующих соображений. Первый фактор - это шаг укладки Ь, который изменялся от 0,1м до 0,4м с учетом характеристик выпускаемых конструкций трубопроводов для теплых полов [3, 4]. Аналогичным образом были выбраны и интервалы варьирования второго фактора - наружного диаметра трубопровода. Наименьший диаметр трубопровода составил ^=0,016 м, максимальный - ^=0,032 м.
Уровни варьирования третьего фактора - термическое сопротивление теплого пола - были рассчитаны для наиболее характерных конструкций [3, 4, 5], представленных на рисунке 1, по формуле:
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
»■=1 л
где ¿»-толщина гго слоя пола, м; А, - коэффициент теплопроводности »-го слоя, Вт/(м°С).
(3)
ЖШШШШШкЖМ
у///////////// / / ■
"" и
С ~ D
Рисунок 1 - Конструкции теплого пола: 1 - стена; 2 - фундамент; 3 - ковровое покрытие 5=0,07 м; 4 - напольное покрытие ламинат 5=0,02 м; 5 - подложка под ламинат 5=0,02 м; 6 - цементно-песчаная стяжка 5=0,06 м; 7 - цементно-песчаная стяжка 5=0,05 м; 8 - труба d=0,016 м; 9-полистирол 5=0,11 м; 10 - полистирол 5=0,05 м; 11 - грунт; 12 - пеноплекс 5=0,03 м; 13 - бетонная плита 5=0,2 м; 14 - напольное покрытие линолеум 5=0,02 м; 15 - цементно-песчаная стяжка 5=0,95 м;
16 - пенополистирол 5=0,05 м; 17 - пенополиэтилен 5=0,004м; 18 - пенополиэтиленовая пленка 5=0,004 м; 19 - цементно-песчаная стяжка 5=0,65 м
Figure 1 - Underfloor Structures: 1 - wall; 2 - foundation; 3 - carpet covering 5=0,07 m; 4- laminate flooring 5=0,02 m; 5 - substrate for laminate 5=0,02 m; 6 - cement-sand screed 5=0,06 m;
7 - cement-sand screed 5=0,05 m; 8 - pipe d=0,016 m; 9 - polystyrene 5=0,11 m;
10 - polystyrene 5=0,05 m; 11 - ground; 12 - penoplex 5=0,03 m; 13 - concrete slab 5=0,2 m;
14 - linoleum flooring 5=0,02 m; 15 - cement-sand screed 5=0,95 m; 16- polystyrene foam 5=0,05 m; 17- polyethylene foam 5=0,004 m; 18- polyethylene foam film
5=0,004 m; 19 - cement-sand screed 5=0,65 m
По результатам вычислений минимальным термическим сопротивлением Rmin=0,178 (м2°С)/Вт обладает конструкция D, а максимальное термическое сопротивление Rmax=0,215 (м2°С)/Вт является теплофизической характеристикой конструкции А.
Трехфакторный машинный эксперимент по определению других теплофизиче-ских характеристик системы отопления «теплый пол» был выполнен по типовой матрице планирования [2]. Результаты реализации многофакторного эксперимента представлены в таблице 2. В скобках указаны уровни варьирования. Нижний уровень указывается со знаком (-), верхний - со знаком (+).
***** ИЗВЕСТИЯ *****
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Таблица 2 - Результаты реализации трехфакторного эксперимента _Table 2 - Results of the three-factor experiment
Шаг укладки трубопроводов Ь,м Pipe laying step b, m Диаметр трубопровода d, м Pipe diameter d, m Термическое сопротивление конструкции R, (м2 °С)/Вт Thermal resistance of the structure R, (m2°C)/W Плотность теплового потока q1, Вт/м2 Heat flux density qi, W/m2 Средняя температура поверхности пола tcp, °С Average floor surface temperature t °C
0,4 (+) 0,032 (+) 0,215 (+) 69,63 24,79
0,4 (-) 0,032 (+) 0,178 (+) 76,55 25,28
0,1 (+) 0,032 (-) 0,215 (+) 77,36 26,78
0,1 (-) 0,032 (-) 0,178 (+) 87,58 27,66
0,4 (+) 0,016 (+) 0,215 (-) 70,07 24,72
0,4 (-) 0,016 (+) 0,178 (-) 77,19 25,21
0,1 (+) 0,016 (-) 0,215 (-) 77,484 26,66
0,1 (-) 0,016 (-) 0,178 (-) 87,78 26,09
Результаты и обсуждение. Полученные числовые массивы были обработаны с помощью программы «Statistica. Experimental Design». В результате обработки получили зависимости, графическая интерпретация которых представлена на рисунках 2-7.
Поверхность отклика изменения теплового потока от геометрических и тепло-физических характеристик теплого пола представляет собой «возвышающийся гребень», соответствующий следующей целевой функции с коэффициентом детерминации R2=0,99:
q1 = 144,398 - 84,6286 - 299,142R - 85,148 • b • d + 285,099b • R . (4)
Как видно из представленных графических зависимостей, полученная функция не имеет экстремума в рассматриваемых областях аргументов. Плотность теплового потока q1 возрастает с увеличением диаметра трубопровода и уменьшением шага укладки и величины термического сопротивления слоев, расположенных над отопительными элементами. При этом наименьшее влияние на изменение теплового потока оказывает диаметр нагревательных труб.
Рисунок 2 - Поверхность отклика зависимости теплового потока (qi) от термического сопротивления (R) и шага укладки (6) при постоянном диаметре трубопровода (d=0,016 м)
Figure 2 - The response surface of the heat flux dependence (qi) on the thermal resistance (R) and pipe laying step (6) at constant pipeline diameter (d=0,016 m)
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 3 - Поверхность отклика зависимости теплового потока (q1) от термического сопротивления (R) и диаметра трубопровода (d) при постоянном шаге (6=0,1 м)
Figure 3 - The response surface of the heat flux dependence (q1) on the thermal resistance (R) and pipe laying step (b) at the constant step (b = 0,1 m)
Рисунок 4- Поверхность отклика зависимости теплового потока (q1) от диаметра трубопровода (d) и шага укладки (b) при постоянном термическом сопротивлении (R=0,178 (м2°С)/Вт)
Figure 4 - The response surface of the heat flux dependence (q1) on the thermal resistance (R) and pipe laying step (b) at the constant thermal resistance (R=0.178 (m2^ °C)/W)
Поверхность отклика изменения средней температуры поверхности отапливаемого пола представляет собой также возвышающийся гребень без экстремума в рассматриваемой области машинного эксперимента, как и для зависимости теплового потока. Математическое выражение изменения средней температуры имеет вид:
tcp = 33,2
14,174b - 27,06R + 35,49b • R
(5)
В уравнении регрессии (5) отсутствует такой аргумент, как диаметр трубопровода. Это говорит о том, что и на среднюю температуру пола диаметр влияния не оказывает. В выражении (5) значимы эффекты взаимодействия шага укладки и диаметра трубопровода и шага укладки и термического сопротивления.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Рисунок 5 - Поверхность отклика зависимости средней температуры (tcp) от диаметра трубопровода и шага укладки при постоянном термического сопротивлении (R=0,178 (м2°С)/Вт)
Figure 5 - The response surface of the average temperature dependence (tsr) on the pipeline diameter and the laying pitch at the constant thermal resistance (R=0,178 (m2 °C)/W)
Рисунок 6 - Поверхность отклика зависимости средней температуры (tcp) от термического сопротивления пола (R) и шага укладки (b) при постоянном диаметре трубопровода (d=0,016 м)
Figure 6 - The response surface of the average temperature dependence (tsr) on the thermal resistance of the floor (R) and pipe laying step (b) at constant pipeline diameter (d=0,016 м)
Так как полученные математические модели не имеют экстремума, определить рациональные сочетания диаметра трубопровода и шага его укладки, непосредственно используя представленные выражения (4) и (5), нельзя. Однако в дальнейшем данные зависимости были использованы для определения величин теплового потока и средней температуры поверхности пола. В результате расчетов по уравнениям (4) и (5) были выбраны варианты, обеспечивающие требуемую тепловую мощность при соблюдении нормируемой температуры поверхности пола (таблица 1). Характеристика выбранных вариантов представлена в таблице 3. Так как диаметр трубопровода существенного влияния на плотность теплового потока и температура пола существенного влияния не оказывает, то были рассмотрены только варианты с использованием трубы с наружным диаметром.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Таблица 3 - Характеристика вариантов конструктивного исполнения системы отопления
«теплый пол»
_Table 3 -Characteristics of design options for the "warm floor" heating system_
Вариант исполнения/ Design options Термическое сопротивление конструкции R, (м2 °С)/Вт / Thermal resistance of the structure R, (m2°C)/W Шаг укладки трубопроводов b, м / Pipe laying step b, m Плотность теплового потока q1, Вт/м2 / Heat flux density qi, W/m2 Тепловой поток Ф, Вт / Heat flow Ф, W
1 0,178 0,4 77,05 4160,90
2 0,183 0,4 76,14 4111,68
З 0,215 0,2 76,26 4117,91
4 0,215 0,2 75,03 4051,60
Для всех вариантов укладки теплого пола, представленных в таблице 3, по традиционно используемой методике был проведен гидравлический расчет. Наименее энергоемким оказался вариант 3. Требуемая мощность насоса при исполнении системы отопления по данному варианту составляет 2,3 кВт. Наибольшие энергетические затраты получаются при использовании системы отопления, выполненной по варианту 1. Они почти в 2 раза превышают затраты энергии на перемещение теплоносителя по сравнению с вариантом 3.
Для всех четырех выбранных вариантов была рассчитаны статические показатели экономической эффективности [4]. Наименьшие приведенные затраты получаются также при использовании системы отопления «теплый пол», выполненной по варианту 3 (рисунок 7).
Таким образом, для рассматриваемого помещения детского сада наиболее рациональным вариантом конструктивного исполнения является следующая схема. Трубопроводы диаметром ^„=0,016 м укладываются с шагом Ь=0,2 м в форме «улитка» на слой полистирола и заливаются слоем песчано-цементной стяжки высотой 0,06 м (конструкция А, рисунок 1).
Рисунок 7 - Изменение приведенных затрат в зависимости от варианта конструктивного исполнения системы отопления «теплый пол»
Figure 7 - Reduced cost dependence on design options for the "warm floor" heating system
Заключение. Анализ полученных моделей позволил установить, что на изменение теплового потока qj и средней температуры пола tcp диаметр существенного влияния не оказывает. Значимыми факторами для получения необходимых теплотехнических показателей являются строительная конструкция пола (термическое сопротивление) и шаг укладки. Используя полученные аналитические зависимости, установили 4
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
варианта сочетания конструктивных и теплотехнических характеристик, при которых обеспечивается необходимая величина теплового потока. На основе проведенной технико-экономической оценки установлен наиболее рациональный вариант конструктивного исполнения системы отопления «теплый пол», выполненный по схеме А с диаметром трубопровода dH=0,016 м и шагом укладки b=0,2 м. Представленная последовательность обоснования геометрических параметров системы отопления «теплый пол» в детских дошкольных учреждениях, в том числе и на сельских территориях, может быть успешно использована на стадии проектирования и предмонтажной оценки.
Библиографический список
1. Верховинский И. Л., Яблонский Е. Ю., Бундиков А. В. Современные энергосберегающие отопительные системы с использованием теплого пола // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. 2013. № 1 (170). С. 42-45.
2. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта. М.: Книга по Требованию, 2012. 352 с.
3. Захаров А. А., Малых В. В., Удалов С. Н. Система теплого пола в автономных ресурсосберегающих домах и объектах сельскохозяйственного назначения // Ползуновский вестник. 2011. № 2-1. С.101-106.
4. Игошин Н. В. Инвестиции. Организация, управление, финансирование. М.: Юнити-Дана, 2015. 448 с.
5. Лепеш Г. В., Спроге Г. А., Однодворец Ю. В. Имитационное моделирование дифференцированного обогрева вентилируемого помещения комплексом современных отопительных приборов // Технико-технологические проблемы сервиса. 2015. №1(31). С. 31-37.
6. Низовцев М. И., Сахаров И. А. Расчет взаимного влияния тепловых и конструктивных параметров водяного теплого пола // Ползуновский вестник. 2013. № 4-3. С.33-37.
7. Николаев С. В. Водяной теплый пол со стальным характером [Электронный ресурс]. Режим доступа: URL: https://sst.ru/press/expert-articles_ 09.11.2019.
8. Усталов Д. С. Теплые полы. Личный опыт // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2014. № 10. С. 46-52.
9. Чайка Л. В. Приоритеты модернизации энергетической инфраструктуры в сельской местности Республики Коми // Экономические и социальные перемены: факты, тенденции, прогноз. 2015. №2(38). С. 104-115.
10. Энкина Е. В. Состояние и перспективы развития инженерной инфраструктуры сельских территорий России // Вестник ФГБОУ ВО «Московский государственный агроинженер-ный университет имени В. П. Горячкина». 2017. №4(80). С. 61-65.
11. A new simplified model to calculate surface temperature and heat transfer of radiant floor heating and cooling systems / X. Wua, J. Zhao, B. W. Olesen, L. Fang, F. Wang // Energy and Buildings. 2015. №105. Р. 285-293.
12. Geothermal heat pump in the passive house concept / V. A. Kostenko, N. M. Gafiyatullina, A. A. Semchuk, M. I. Kukolev // Magazine of Civil Engineering. 2016. №8. P. 18-25. (DOI: 10.5862/MCE.68.2).
13. Passive houses in Finland / T. Dzhigit, J. Dürr, J. Tuunanen, M. Luoma // Construction of Unique Buildings and Structures. 2013. №8 (13). Р. 12-14.
14. Yang L., Yan H., Lam J. C. Thermal comfort and building energy consumption implications - a review // Applied Energy. 2014. №115. Р. 164-173.
Reference
1. Verhovinskij I. L., Yablonskij E. Yu., Bundikov A. V. Sovremennye ]nergosberegayuschie otopitel'nye sistemy s ispol'zovaniem teplogo pola // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Severo-Kavkazskij region. Seriya: Tehnicheskie nauki. 2013. № 1 (170). P. 42-45.
2. Dospehov B. A. Metodika polevogo opyta. M.: Kniga po Trebovaniyu, 2012. 352 p.
3. Zaharov A. A., Malyh V. V., Udalov S. N. Sistema teplogo pola v avtonomnyh resursos-beregayuschih domah i ob'ektah sel'skohozyajstvennogo naznacheniya // Polzunov-skij vestnik. 2011. № 2-1. P. 101-106.
4. Igoshin N. V. Investicii. Organizaciya, upravlenie, finansirovanie. M.: Yuniti-Dana, 2015. 448 p.
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
5. Lepesh G. V., Sproge G. A., Odnodvorec Yu. V. Imitacionnoe modelirovanie differenciro-vannogo obogreva ventiliruemogo pomescheniya kompleksom sovremennyh otopitel'nyh priborov // Tehniko-tehnologicheskie problemy servisa. 2015. №1(31). P. 31-37.
6. Nizovcev M. I., Saharov I. A. Raschet vzaimnogo vliyaniya teplovyh i konstruktivnyh par-ametrov vodyanogo teplogo pola // Polzunovskij vestnik. 2013. № 4-3. P. 33-37.
7. Nikolaev S. V. Vodyanoj teplyj pol so stal'nym harakterom [Jelektronnyj resurs]. Rezhim dostupa: URL: https://sst.ru/press/expert-articles 09.11.2019.
8. Ustalov D. S. Teplye poly. Lichnyj opyt // Santehnika, otoplenie, kondicionirovanie. 2014. № 10. P. 46-52.
9. Chajka L. V. Prioritety modernizacii jenergeticheskoj infrastruktury v sel'skoj mestnosti Respubliki Komi // Jekonomicheskie i social'nye peremeny: fakty, tendencii, prognoz. 2015. №2(38). P. 104-115.
10. Jenkina E. V. Sostoyanie i perspektivy razvitiya inzhenernoj infrastruktury sel'skih territory Rossii // Vestnik FGBOU VO "Moskovskij gosudarstvennyj agroinzhenernyj universitet imeni V. P. Goryachkina". 2017. №4(80). P. 61-65.
11. A new simplified model to calculate surface temperature and heat transfer of radiant floor heating and cooling systems / X. Wua, J. Zhao, B. W. Olesen, L. Fang, F. Wang // Energy and Buildings. 2015. №105. Р. 285-293.
12. Geothermal heat pump in the passive house concept / V. A. Kostenko, N. M. Gafiyatullina, A. A. Semchuk, M. I. Kukolev // Magazine of Civil Engineering. 2016. №8. P. 18-25. (DOI: 10.5862/MCE.68.2).
13. Passive houses in Finland / T. Dzhigit, J. Dürr, J. Tuunanen, M. Luoma // Construction of Unique Buildings and Structures. 2013. №8 (13). Р. 12-14.
14. Yang L., Yan H., Lam J. C. Thermal comfort and building energy consumption implications - a review // Applied Energy. 2014. №115. Р. 164-173.
Информация об авторах Юдаев Игорь Викторович, заместитель директора по научной работе Азово-Черноморского инженерного института - филиала федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования Донской государственный аграрный университет (347740, г. Зерно-град, ул. Ленина, 21), профессор кафедры «Теплоэнергетика и техносферная безопасность», доктор технических наук, профессор.
ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3435-4873. E-mail: etsh1965@mail.ru
Токарева Анна Николаевна, доцент кафедры «Теплоэнергетика и техносферная безопасность» Азово-Черноморского инженерного института - филиала федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования Донской государственный аграрный университет (347740, г. Зерноград, ул. Ленина, 21), кандидат технических наук, доцент ORCID: http://orcid.org/0000-0002-0383-7039. E-mail: e-mail:tanna_ing@mail.ru
Грачева Наталья Николаевна, доцент кафедры «Математика и биоинформатика» Азово-Черноморского инженерного института - филиала федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования Донской государственный аграрный университет (347740, г. Зерноград, ул. Ленина, 21), кандидат технических наук, доцент ORCID: http://orcid.org/0000-0003-3699-7255. E-mail: grann72@mail.ru
Панченко Сергей Николаевич, доцент кафедры «Теплоэнергетика и техносферная безопасность» Азово-Черноморского инженерного института - филиала федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования Донской государственный аграрный университет (347740, г. Зерноград, ул. Ленина, 21), кандидат технических наук, доцент ORCID:https://orcid.org/0000-0002-9198-1603. E-mail: panchenkosergey@mail.ru Даус Юлия Владимировна, инженер Азово-Черноморского инженерного института - филиала федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования Донской государственный аграрный университет (347740, г. Зерноград, ул. Ленина, 21), кандидат технических наук
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9120-7637. E-mail: zirochka2505@gmail.com
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
