CC BY
6УДК 662.612—428.4
СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОМ ТЕМПЕРАТУРНОМ РЕЖИМЕ НА ОСНОВЕ КОМБИНИРОВАННОГО ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА
Кешвединова Ф.А., Умеров А.С., Егоров С.А., Ангелюк И.П., Зайцев О.Н.
ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет им В.И. Вернадского», Институт «Академия строительства и архитектуры», 295493, Республика Крым, г. Симферополь, улица Киевская,181, zon071941@gmail.com
Аннотация: Получены теоретические закономерности процессов передачи тепла в отапливаемые помещения при различных схемах расположения отопительных приборов и с учетом влияния аэродинамики помещений при условии теплоснабжения системы от комбинированного теплогенератора. Предложена комбинированная система водяного отопления с установкой низкотемпературных излучающих панелей над оконным проемом и стандартных нагревательных приборов, отличающаяся тем, что исключение выпадение конденсата на поверхности оконных проемов достигается путем нагрева их выше температуры точки росы излучающей панелью, а вторая часть системы восполняет теплопотери помещения.
Предмет исследования: термодинамические характеристики системы отопления при использовании комбинированного теплогенератора.
Материалы и методы: методами исследования являются метод численного моделирования и графоаналитический метод. Результаты: выявлено, что система напольного низкотемпературного отопления при вентилировании помещения наружным воздухом без подогрева путем проветривания, при условии теплоснабжения системы от комбинированного теплогенератора, не обеспечивает необходимую по нормам температуру внутреннего воздуха, при этом образуется существенная неравномерность распределения температур по высоте помещения и образование потока холодного воздуха в нижней части помещения.
Выводы: выявлено, что установка низкотемпературного отопительного прибора под оконным проемом практически не влияет на область распространения холодного потока воздуха. Также определено, что 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. При этом использование небольшой площади незначительно удорожает систему отопления, а для снижения эксплуатационных затрат можно рекомендовать устанавливать выносной терморегулятор на панели, связанный с внутренней температурой коробки светового проема (и включением при снижении температуры ниже 4 °С) Ключевые слова: нагревательный прибор, излучение, комбинированный теплогенератор, точка росы, передача тепла.
ВВЕДЕНИЕ
В России одной из проблем современности является снижение энергетических затрат на системы отопления и вентиляции в зданиях различного назначения, доля теплопотребления занимает приблизительно 50% от общего количества вырабатываемой тепловой энергии.
Все большее рaспрострaнение в мире получaют новые энергоэффективные технологии обеспечения зданий, основывающийся на спецприменение цикличных систем отопления, исходя из этого и системы вентиляции эксплуатируются также циклично, причем если в промышленных и общественных зданиях режим регулируется включением самих систем, то в жилых данный процесс зависит значительном большинстве от разницы давления между внутренней и наружной средой. В то же время расчет систем вентиляции с естественным побуждением выполняется на температуру +5 С, что в холодный период года неоднократно увеличиваются теплопотери в жилых помещениях, на сегодня современные нормы по микроклимату помещений обеспечивает уменьшение воздухообмена. Исходя из этого, исследования, направленные на разработку и внедрение систем отопления комбинированных, конвекционно-радиационного типа являются
актуальными и соответствуют современным направлениям развития отопительно-
вентиляционных систем.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ
Гидравлические и тепловые режимы систем центрального отопления подробно описаны в [1-3]. Недостатком этих систем является невысокое качество регулирования параметров микроклимата, и, как следствие, низкий уровень теплового комфорта у потребителя. Низкотемпературные системы отопления перспективны как позволяющие использовать возобновляемые низкопотенциальные источники тепла. Установлено [4, 5, 6, 7, 8], что условия комфорта - при любом виде отопления -соблюдаются, если будет определённое соотношение температур внутреннего воздуха и ограждающих конструкций отапливаемого помещения. Часть комфортной зоны, с более высокой температурой внутреннего воздуха, соответствует условиям комфорта при конвективном отоплении, а ниже - при лучистом. Следовательно, при лучистом отоплении комфортные условия, как это уже указывалось, могут быть обеспечены при более низких температурах внутреннего воздуха по сравнению с конвективными системами отопления при одних и
тех же температурах на внутренних поверхностях ограждающих конструкций.
ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
Цель исследования: совершенствование систем отопления в условиях их периодической работы путем использования комбинированной системы конвективного и панельно-лучистого для поддержания параметров микроклимата жилых помещений. Задачи исследования:
1. Выявить наиболее рациональную систему отопления при снижении воздухообмена с естественным побуждением с учетом периодичности работы, обеспечивая требуемый режим эксплуатации ограждающих конструкций;
2. Теоретически и экспериментально исследовать работу комбинированной системы отопления при снижении воздухообмена и исключении конденсации на поверхности наружных ограждений в условиях ее периодической работы;
Научная новизна: предложена и экспериментально подтверждена
работоспособность комбинированной системы водяного отопления с установкой
низкотемпературных излучающих панелей над оконным проемом и стандартных нагревательных приборов, в которой 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.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
В процессе исследования работы комбинированной конвективно-радиационной низкотемпературной системы отопления путем численного моделирования решались следующие задачи: разработка схемных решений применения низкотемпературных греющих панелей и их эффективность в условиях совместной работы с вентиляционными системами.
В данной работе выполнено моделирование совместной работы систем отопления и вентиляции помещения с помощью программного пакета Solid Works, специальное приложение FloWorks [9]. В качестве граничных условий задавались:
- температура поверхности пола trp = 26°С;
- расход вентиляционного воздуха, отнесенный к площади пола помещения V = 3 м3 / м2;
- площадь пола помещения 5 = 30 м2;
температура наружного воздуха
t
- температура вентиляционного воздуха ? . Анализ полученных данных показал следующее.
Данная система отопления при вентилировании помещения наружным воздухом с температурой г = г = -6°С (параметры А для климатических
условий широты г. Красноперекопска) путем проветривания не обеспечивает необходимую по нормам температуру внутреннего воздуха г = 19°С
, а также наблюдается существенная неравномерность распределения температур по высоте помещения и образование потока холодного воздуха у пола.
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 (рис.1). При этом использование небольшой площади незначительно удорожает систему отопления, а для снижения эксплуатационных затрат можно рекомендовать устанавливать выносной терморегулятор на панели, связанный с внутренней температурой коробки светового проема (и включением при снижении температуры ниже 4 °С).
Изменение коэффициента теплоотдачи наружных ограждающих конструкций в зависимости от применения различных нагревательных приборов, приведенное на рис.2, показало, что коэффициент практически не изменяется при установке панели напротив подоконника, за исключением, когда устанавливается аналогичная панель в подоконнике.
ВЫВОДЫ
1. Выявлено, что система напольного низкотемпературного отопления при вентилировании помещения наружным воздухом без подогрева путем проветривания не обеспечивает необходимую по нормам температуру внутреннего воздуха, при этом образуется существенная неравномерность распределения температур по высоте помещения и образование потока холодного воздуха в нижней части помещения.
2. При вентилировании помещения частично подогретым воздухом (50% от температуры воздуха в помещении), подаваемым в верхнюю зону и отводимым сверху с противоположной стороны, достигается нормируемая температура внутреннего воздуха, распределение температур более равномерно, практически отсутствует зона пониженных температур.
3. Установка низкотемпературного отопительного прибора под оконным проемом практически не влияет на область распространения холодного потока воздуха.
4. 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. При этом использование небольшой площади незначительно удорожает систему отопления, а для снижения эксплуатационных затрат можно рекомендовать устанавливать выносной терморегулятор на панели, связанный с
внутренней температурой коробки светового проема (и включением при снижении температуры ниже 4 °С).
Рис.1. Распределение температур в помещении при t = —6° С, размещении под световым проемом стального радиатора и панели лучистого отопления над подоконником.
Heat Transfer Coefficient [W/m"2/K]
1,8
1,6
8 1,4 E
I u
с
« i
l о
о 0,8
§ 0,6 I-
щ 0,4 0,2 0
н стена с
окном и подок.
панель 60 0 нар. стена 6м
■ вн.стена
напр. окна и вн.стена 6м
и потолок
нпол
Рис. 2. Диаграмма изменения коэффициента теплоотдачи наружных ограждений при различных
способах отопления помещения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Табунщиков Ю.А. Основы математического моделирования теплового режима здания как единой теплоэнергетической системы. Докторская диссертация. - М.: НИИСФ, 1983.
2. Табунщиков Ю.А., Хромец Д.Ю., Матросов Ю.А. Тепловая защита ограждающих конструкций зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1986.
3. СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха», Москва, 2020.- 150с.
4. Методические рекомендации МР 2.2.0244-21 "Методические рекомендации по обеспечению санитарно-эпидемиологических требований к условиям труда" (утв. Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека 17 мая 2021 г.).
5. Пособие по проектированию автономных инженерных систем одноквартирных и блокированных жилых домов (водоснабжение, канализация, теплоснабжение и вентиляция, газоснабжение, электроснабжение) МДС 40-2.2000,
Торговый дом «Инженерное оборудование», Москва, 2004
6. Постановление от 28 января 2021 года N 2 "Об утверждении санитарных правил и норм СанПиН 1.2.3685-21 "Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания".
7. Viessmann. A book about the Sun. Design guide for solar heating systems. Published in honor of the 10th anniversary of Viessmann LLC in Ukraine, 2010.- 193 p.
8. Рекомендации АВОК. Руководство по расчету теплопотерь помещений и тепловых нагрузок на систему отопления жилых и общественных зданий. - М.: АВОК-ПРЕСС, 2020. -383 c.
9. Алямовский, А. А. Инженерные расчеты и SolidWorks Simulation / А.А. Алямовский. - М.: ДМК Пресс, 2015. - 464 c.
REFERENCES
1. Tabunshchikov Yu.A. Fundamentals of mathematical modeling of the thermal regime of a building as a unified heat and power system. Doctoral dissertation. - M.: NIISF, 1983.
2. Tabunshchikov Yu.A., Khromets D.Yu., Matrosov Yu.A. Thermal protection of enclosing structures of buildings and structures. - M.: Stroyizdat, 1986.
3. SP 60.13330.2020 "Heating, ventilation and air conditioning", Moscow, 2020.- 150c.
4. Methodological recommendations MP 2.2.024421 "Methodological recommendations for ensuring sanitary and epidemiological requirements for working conditions" (approved by the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Well-being on May 17, 2021).
5. Manual for the design of autonomous engineering systems of single-family and blocked residential buildings (water supply, sewerage, heat supply and ventilation, gas supply, electricity supply) MDS 402.2000, Engineering Equipment Trading House, Moscow, 2004
6. Resolution No. 2 of January 28, 2021 "On approval of sanitary rules and norms of SanPiN 1.2.3685-21 "Hygienic standards and requirements for ensuring the safety and (or) harmlessness of environmental factors for humans".
7. Viessmann. A book about the Sun. Design guide for solar heating systems. Published in honor of the 10th anniversary of Viessmann LLC in Ukraine, 2010.- 193 p.
8. AVOC recommendations. Manual for calculating the heat loss of premises and thermal loads on the heating system of residential and public buildings. - M.: AVOK-PRESS, 2020. - 383 p.
9. Alyamovsky, A. A. Engineering calculations and SolidWorks Simulation / A.A. Alyamovsky. - M.: DMK Press, 2015. - 464 p.
HEATING SYSTEMS WITH NON-STATIONARY TEMPERATURE MODE BASED ON A
COMBINED HEAT GENERATOR
Keshvedinova F.A., Umerov A.S., Egorov S.A., Angelyuk I.P., Zaitsev O.N.
V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Academy of construction and architecture, 181, Kievskaya str., Simferopol, 295050, Russian Federation
Abstract: Theoretical regularities of the processes of heat transfer to heated rooms are obtained with various schemes of arrangement of heating devices and taking into account the influence of the aerodynamics of the rooms, provided that the system is supplied with heat from a combined heat generator. A combined water heating system with the installation of low-temperature radiating panels above the window opening and standard heating devices is proposed, characterized in that the exclusion of condensation on the surface of window openings is achieved by heating them above the dew point temperature with a radiating panel, and the second part of the system makes up for the heat loss of the room.
Subject of research: thermodynamic characteristics of the heating system when using a combined heat generator.
Materials and methods: The research methods are the numerical modeling method and the graphoanalytic method.
Results: it was revealed that the system of low-temperature floor heating when the room is ventilated with outdoor air without
heating by ventilation, provided that the system is supplied with heat from a combined heat generator, does not provide the indoor
air temperature required by the norms, while a significant unevenness of temperature distribution along the height of the room and
the formation of a cold air flow in the lower part of the room is formed.
Conclusions: it was revealed that the installation of a low-temperature heating device under the window opening practically does not affect the area of propagation of the cold air flow. It is also determined that when installing a heating device (steel radiator with an average surface temperature of 40 °C) under the window opening and radiant heating panels above the window sill (with a surface temperature of 36 ° C), the area of propagation of cold air flow is practically excluded. At the same time, the use of a small area slightly increases the cost of the heating system, and to reduce operating costs, it can be recommended to install a remote thermostat on the panel associated with the internal temperature of the light opening box (and switching on when the temperature drops below 4 ° C)
Keywords: heating device, radiation, combined heat generator, dew point, heat transfer.
