ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ПЛИНТУСНОГО ОТОПЛЕНИЯ В ЖИЛЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Определение условий применения систем водяного плинтусного отопления в жилых помещениях

Суханов Кирилл Олегович,

аспирант кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, [email protected]

Системы водяного плинтусного отопления применяются в жилых, административных, общественных и частных зданиях. Плинтусный конвектор располагается по длине наружных и, при необходимости, внутренних стен помещения. Проведено исследование работы системы водяного плинтусного отопления в жилом помещении. Подача наружного приточного воздуха осуществляется по периметру оконного проема. В качестве отопительного прибора выбран плинтусный конвектор ПЛК 04.14 (производитель - АО «Фирма Изотерм»). Исследование проведено в гидродинамическом комплексе STAR CCM+. Для обеспечения локализации потока холодного наружного воздуха рассмотрены варианты установки одного конвектора на наружной стене и двух приборов, расположенных друг над другом. Получены тепловые и скоростные поля помещения при различном размещении конвекторов.

Доказано, что двухрядное расположение приборов вдоль наружной стены обеспечивает нормируемые параметры внутреннего воздуха и локализацию поток неподогретого наружного воздуха в нижней зоне помещения.

Ключевые слова: водяное плинтусное отопление, численная модель, жилые помещения

Введение

Конвекторы различных модификаций являются распространенным типом отопительных приборов в жилищном строительстве. Одним из вариантов применения конвекторов являются системы водяного плинтусного отопления. Длина отопительного прибора при проектировании систем отопления должна приниматься не менее 75% длины светового проема в больницах, детских дошкольных учреждениях, школах, домах для престарелых и инвалидов, и 50 % - в жилых и общественных зданиях [1]. Расположение плинтусных конвекторов по всей длине наружных стен помещения (или при необходимости по периметру комнаты) позволяет выполнить это требование и обеспечить длину прибора, равную длине светового проема. При применении таких систем вследствие настилания на ограждение восходящего конвективного потока от конвектора повышается радиационная температура помещения [2, 3].

Однако процессы теплообмена в конвекторах и помещении при работе плинтусных систем недостаточно исследованы. Необходимо выявить оптимальные конструкции выпускаемых конвекторов, а также определить условия применения в системах отопления, соответствующие их особенностям.

В статье [3] приведены результаты исследования условия работы плинтусного отопительного прибора конвекторного типа «Best Board» в жилом помещении, расположенном в Санкт-Петербурге. Приток наружного воздуха осуществлялся по периметру окна. Выявлено, что нисходящий поток холодного приточного воздуха от окна поступает на поверхность пола, создавая дискомфортные условия в обслуживаемой зоне помещения. Исследования выполнены для плотности линейного теплового потока отопительного прибора в расчете на ширину помещения, принимаемую при определении тепловых потерь, равной q = 308 Вт/м. Площадь дискомфортной зоны по температуре составляла ~40% площади обслуживаемой зоны помещения.

Необходимо провести исследования других конструкций и вариантов размещения плинтусных конвекторов для обеспечения локализации потока холодного воздуха в жилых помещениях.

X X

о

го А с.

Методы исследования

Исследование проведено в гидродинамическом программном комплексе STAR CCM+ [3-8]. Для построения твердотельных моделей помещения и отопительного прибора выбран комплекс системы автоматизированного проектирования SolidWorks.

Для исследования принято жилое помещение, характеристики которого приведены в [3]. Наружный приточный воздух поступает по периметру оконного проема. Удаление воздуха осуществляется через щель между нижней поверхностью внутренней двери и поверхности пола. Высота щели составляет 0,02 м.

X

го m

о

ю 00

2 О

м

CS

0

CS cd

01

О Ш

m x

<

m о x

X

Принят плинтусный конвектор ПЛК 04.14 (производитель - АО «Фирма Изотерм»), предназначенный для систем водяного отопления многоквартирных жилых, административных и общественных зданий, а также для индивидуального жилищного строительства [9]. Конвектор имеет малые габариты (глубина - 36 мм; высота -145 мм) и устанавливается вдоль стен по периметру помещения.

Результаты и обсуждение исследования

На первом этапе исследований при расчете не учитывались бытовые тепловыделения в помещении, но учтён приток воздуха в помещение. Тепловые потери при расчетной температуре наружного воздуха в этом случае составили - Q = 1074 Вт. Расчетный тепловой

гСпот

поток отопительного прибора подбирался с учетом бытовых тепловыделений согласно [1] и равен Q = 894 Вт.

Коэффициент запаса теплового потока отопительного прибора не учитывался. Плинтусный отопительный конвектор расположен на наружной стене.

Результаты расчета:

- тепловой поток - q = 889 Вт;

- температура в обслуживаемой зоне - t = 9,6 °С;

- температура в подающем трубопроводе - t1 = 90 °С;

- температура в обратном трубопроводе - t = 72,2 °С;

- расход теплоносителя - g = 43,5 кг/ч.

Плотность линейного теплового потока отопительного прибора в расчете на ширину помещения, принимаемую при расчете тепловых потерь, равна д1п = 296

Вт/м.

Тепловые и скоростные поля в сечениях по оси отопительного прибора и оси помещения представлены на рисунках 1-3.

При отсутствии бытовых тепловыделений температура воздуха в жилом помещении ниже нормируемого значения (te = 20 °С - [10]) и, как следует из рисунков

2, 3, струя холодного приточного воздуха поступает на пол помещения. Бытовые тепловыделения рассчитываются усреднено по всей квартире и имеют нестационарный и неопределенный характер. Следовательно, при определении теплового потока, компенсируемого отопительными приборами систем отопления жилых помещений, не следует учитывать бытовые тепловыделения.

На втором этапе исследований для увеличения теплового потока предусмотрена двойная установка плинтусного конвектора по вертикали на наружной стене. В этом случае плотность линейного теплового потока отопительного прибора в расчете на ширину помещения, принимаемую при расчете тепловых потерь, равна 373 Вт/м.

Результаты расчета представлены на рисунках 4-6 и в таблице 1. Тепловой поток отопительных приборов -q = 594 + 524 = 1118 Вт. Таким образом, запас теплопро-

изводительности отопительных приборов относительно расчетного значения -

AQ = [(1118 -1074) /1074]-100% = 4,1 % Вт.

Рисунок 1. Тепловые поля в помещении при одинарной установке плинтусного конвектора на наружной стене

Рисунок 2. Скоростные поля в помещении при одинарной установке плинтусного конвектора на наружной стене

Рисунок 3. Линии тока приточного воздуха в жилом помещении при одинарном плинтусном отопительном приборе на наружной стене и подаче воздуха через щели

Таблица 1

Результаты расчета при размещении двух плинтусных кон-

Показатели Значения показателей

нижний конвектор верхний конвектор

Тепловой поток, Q , Вт 594 524

Температура в подающем трубопроводе, °С 90 90

Температура в обратном трубопроводе, ¿2 , °С 65,71 68,52

Расход теплоносителя, О , кг/ч 21 21

Рисунок 4. Тепловые поля в помещении при двойной установке плинтусного конвектора на наружной стене

По результатам расчета температура воздуха на уровне пола изменяется от 22 до 24 °С, что соответствует нормируемым значениям [10], а скорость - до 0,4 м/с (на уровне нижней границы зоны обитания помещения - 0,35 м/с). Струя подогретого приточного воздуха также опускается в нижнюю зону помещения (рисунки 46). Скорость движения воздуха, осредненная по объему зоны обитания жилого помещения, составляет 0,14 м/с. Площадь дискомфортной зоны по скорости воздуха составляет не более 10% площади обслуживаемой зоны помещения. Перепад температуры воздуха по высоте, равный 3 °С, является допустимым для жилых помещений [10].

Рисунок 5. Скоростные поля в помещении при двойной установке плинтусного конвектора на наружной стене

Рисунок 6. Линии тока приточного воздуха в жилом помещении при двойном плинтусном отопительном приборе на наружной стене

X X О го А С.

X

го т

о

ю 00

2 О

м

сч

0 сч

оэ

01

о ш m

X

Заключение

1. Разработана численная модель помещения с работающей системой плинтусного водяного отопления. Подача приточного воздуха осуществляется через регулируемые оконные створки. Модель позволяет определять распределение температур и скоростей воздуха в объеме помещения.

2. При расчете тепловых потерь помещений и определении теплового потока отопительных приборов в жилых помещениях с естественной вентиляцией и подачей приточного воздуха через оконные конструкции не следует учитывать бытовые тепловыделения.

3. Системы водяного отопления жилых помещений с плинтусными отопительными приборами конвекторного типа, установленными вдоль наружного ограждения, обеспечивают нормируемые параметры внутреннего воздуха и предотвращают поступление неподогретого наружного воздуха в нижнюю зону помещения.

Литература

1. СП 60.13330.2016. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003. М.: Минстрой России, 2016.

2. Пухкал В. А., Суханов К. О., Гримитлин А. М. Обеспечение теплового комфорта в помещениях с плинтусной системой водяного отопления // Вестник гражданских инженеров. 2016. № 6 (59). С. 156-162.

3. Суханов К. О., Гримитлин А. М., Шкаровский А. Л. Микроклимат жилых помещений с плинтусной системой водяного отопления и подачей приточного воздуха через регулируемые оконные створки // Вестник гражданских инженеров. 2017. № 5 (64). С. 111-115.

4. Денисихина Д. М. Особенности численного моделирования поведения воздушных потоков в объемах концертных и театральных залов // Науковедение. 2014. № 3 (22). URL: http://naukovedenie.ru/PDF/81TVN314.pdf (дата обращения 19.07.2021).

5. Гримитлин А. М., Дацюк Т. А., Денисихина Д. М. Математическое моделирование в проектировании систем вентиляции и кондиционирования. СПб.: АВОК Северо-Запад, 2013. 192 с.

6. Sukhanova I., Numerical modeling of the microclimate and air quality of an Orthodox church in Saint-Petersburg, E3S Web of Conferences, Vol. 91. 02002 (2019). URL https://www.e3s-

conferences.org/articles/e3sconf/pdf/2019/17/e3sconf_tpac ee2019_02002.pdf. (дата обращения 19.07.2021).

7. Ploskic A., Holmberg S. Heat emission from thermal skirting boards // Building and Environment. 2010. Vol. 45, № 5. Рр. 1123-1133.

8. Chui E. H., Raithby G. D. Computation of Radiant Heat Transfer on a Non-Orthogonal Mesh Using the Finite-Volume Method // Numerical Heat Transfer. 1993. Vol. 23, Part B. Рр. 269-288.

9. Конвекторы отопительные. Каталог продукции. Изотерм. URL: https://isoterm.ru/upload/iblock/-2020.pdf (дата обращения 19.07.2021).

10. ГОСТ 30494-2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. М.: Стан-дартинформ, 2019. - 12 с.

Determination of the conditions for the use of water skirting heating

systems in residential premises Sukhanov K.O.

Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering JEL classification: L61, L74, R53_

Water skirting heating systems are used in residential, administrative, public and private buildings. The skirting convector is located along the length of the external and, if necessary, internal walls of the room. A study of the operation of the water skirting heating system in a residential building was conducted. The supply of external supply air is carried out along the perimeter of the window opening. The skirting convector PLC 04.14 (manufacturer - JSC "Firm Isotherm") was chosen as a heating device. The study was conducted in the hydrodynamic complex STAR CCM+. In order to ensure the localization of the cold outdoor air flow, the options for installing one convector on the outer wall and two devices located on top of each other are considered. The thermal and velocity fields of the room are obtained for different placement of convectors. It is proved that the two-row arrangement of the devices along the outer wall provides normalized parameters of the internal air and localization of the flow of unheated outdoor air in the lower zone of the room. Keywords: skirting board type heating water system, numerical model,

residential premises References

1.SP 60.13330.2016. Heating, ventilation and air conditioning. Updated edition of SNiP 41-01 -2003. M .: Ministry of Construction of Russia, 2016.

2. Puhkal VA, Sukhanov KO, Grimitlin AM Providing thermal comfort in rooms

with a plinth water heating system // Bulletin of civil engineers. 2016. No. 6 (59). S. 156-162.

3. Sukhanov KO, Grimitlin AM, Shkarovskiy AL The microclimate of

residential premises with a plinth water heating system and supply of fresh air through adjustable window sashes // Bulletin of civil engineers. 2017. No. 5 (64). S. 111-115.

4. Denisikhina DM Features of numerical modeling of the behavior of air flows

in the volumes of concert and theater halls // Science Science. 2014. No. 3 (22). URL: http://naukovedenie.ru/PDF/81TVN314.pdf (date of access 07.19.2021).

5. Grimitlin AM, Datsyuk TA, Denisikhina DM Mathematical modeling in the

design of ventilation and air conditioning systems. SPb .: AVOK Northwest, 2013.192 p.

6. Sukhanova I., Numerical modeling of the microclimate and air quality of an

Orthodox church in Saint-Petersburg, E3S Web of Conferences, Vol. 91.02002 (2019). URL https://www.e3s-

conferences.org/articles/e3sconf/pdf/2019/17/e3sconf_tpacee2019_020 02.pdf. (date of treatment 07.19.2021).

7. Ploskic A., Holmberg S. Heat emission from thermal skirting boards //

Building and Environment. 2010. Vol. 45, No. 5. Pp. 1123-1133.

8. Chui E. H., Raithby G. D. Computation of Radiant Heat Transfer on a Non-

Orthogonal Mesh Using the Finite-Volume Method // Numerical Heat Transfer. 1993. Vol. 23, Part B. Pp. 269-288.

9. Heating convectors. Product Catalog. Isotherm. URL: https://isoterm.ru/upload/iblock/-2020.pdf (date of treatment 07/19/2021).

10.G0ST 30494-2011. Residential and public buildings. Indoor microclimate parameters. M .: Standartinform, 2019 .-- 12 p.

<

m о x

X