Результаты поиска по \"прерывистое отопление\". Экономия тепловой энергии при прерывистом отоплении Прерывистое отопление

солнечных коллекторов и аккумуляторов в схеме с тепловым насосом расход первичной энергии по сравнению с традиционным решением может быть сокращен в 3...4 раза.

§ 19.4. Экономия теплоты при автоматизации работы системы отопления

При работе распространенных систем водяного и воздушного отопления централизованные теплозатраты на отопление можно сократить, если использовать для обогревания помещений дополнительные местные теплопоступления. Существенной экономии теплозатрат достигают, применяя автоматическое регулирование теплового потока поступающего в систему отопления. Блоки автоматизации действия системы отопления включают в общую автоматизированную систему управления (АСУ) работой инженерного оборудования здания (см. § 19.1).

Теплопоступления от различных дополнительных источников можно считать избыточными, если они вызывают повышение температуры воздуха в рабочей (обслуживаемой) зоне сверх средней оптимальной, установленной по назначению помещения. Например, сверх 21 °С в обслуживаемой зоне жилых, общественных и административно-бытовых помещений, когда люди находятся в них более 2 ч непрерывно.

В отапливаемых жилых зданиях к дополнительным теплопоступлениям относятся:

часть теплолоступлений от систем водяного отопления при температуре наружного воздуха выше температуры точки излома графика регулирования температуры воды в теплофикационных сетях (см. рис. 17.3);

часть бытовых тепловыделений, вызывающих повышение температуры воздуха в жилых комнатах сверх 21 °С (обычно при температуре наружного воздуха выше расчетной для проектирования отопления);

теплопоступления от солнечной радиации.

В основных помещениях общественных зданий вместо бытовых тепловыделений имеются периодические теплопоступления от работающих людей и электрического освещения. В помещения производственных зданий в рабочее время поступает также теплота от электрического оборудования и технологических процессов, Мощность этих дополнительных теплоисточников изменяется во времени, понижаясь до минимального значения в ночное и нерабочее время. При нестационарном характере теплопоступлений часть теплоизбытков поглощают наружные и внутренние ограждения, а также оборудование помещений. Чем больше теплоемкость ограждений помещений, тем больше они поглощают теплоизбытков, что уменьшает амплитуду колебания температуры воздуха. При этом, как следствие, роль автоматического регулирования теплоподачи в систему отопления снижается.

Как известно, регулирование теплоподачи в систему отопления можно осуществлять в системе здания в целом, в пофасадных частях системы, в горизонтальных поэтажных ветвях или путем индивидуального регулирования теплоотдачи отдельных отопительных приборов и агрегатов.

Автоматизированное регулирование теплоподачи в систему водяного отопления здания в целом, осуществляемое в тепловом пункте при вводе наружных теплопроводов, позволяет корректировать график центрального качественного регулирования (см. рис. 17.3) и частично учитывать теплопоступления от солнечной радиации. Исследования, проведенные в системе водяного отопления 16-этажного жилого здания в Москве, показали, что теплоподача по скорректированному графику регулирования позволяет экономить 4,3 °/о

расхода теплоты за четыре последних месяца отопительного сезона. За весь сезон в условиях Москвы экономия при этом доходит до 6...8 %.

Автоматизированное пофасадное регулирование частей системы отопления сопровождается дальнейшим сокращением теплозатрат (до 12 %) по сравнению с теплозатратами при обычном центральном качественном регулировании. Об этом свидетельствуют результаты натурных наблюдений. В Москве обследована автоматизированная система водяного отопления 16-этажного жилого здания. В солнечный день при температуре наружного воздуха около -4 °С теплоподача в помещения юго-восточного фасада здания уменьшалась в 2,5 раза по сравнению с теплоподачей при центральном изменении температуры теплоносителя. Суточный расход теплоты сокращался на 25 %.

При пофасадном регулировании контроль работы частей системы отопления проводят по трем-четырем неблагоприятно расположенным (обычно недогревающимся) помещениям. Это вызывает перегревание других помещений.

Более эффективно в отношении экономии тепловой энергии автоматическое регулирование теплоподачи в отдельные крупные помещения горизонтальными поэтажными ветвями системы водяного отопления. При таком поэтажном регулировании температура воздуха в обслуживаемых помещениях поддерживается на заданном уровне с помощью регуляторов прямого действия с точностью ± 1,5 °С.

Аналогично по эффективности автоматическое регулирование теплоподачи индивидуальными регуляторами, устанавливаемыми на теплопроводах отопительных приборов или агрегатов (см. § 4.9). При таком способе регулирования полезно используются (в отношении экономии теплозатрат на отопление) теплопоступления в помещения от людей, бытовых приборов, солнечной радиации, электрического освещения и оборудования и других источников, а также учитывается неблагоприятное воздействие ветра.

Особенно существенная экономия теплоты достигается при прерывистом отоплении зданий с переменным режимом работы.

§ 19.5. Прерывистое отопление зданий

В зданиях и сооружениях с переменным тепловым режимом (см. § 15.3) прибегают к понижению температуры помещений в нерабочие периоды суток. Для этого применяют прерывистое отопление с понижением или полным отключением теплоподачи.

При сокращении теплопоступлений от системы отопления по сравнению с теплоподачей в рабочий период суток в помещениях наблюдаются колебания температуры воздуха и радиационной температуры. Охлаждение помещений при отключении отопления рассмотрено в .

В сухих производственных помещениях возможно понижение температуры в нерабочий период до 5 °С. В помещениях общественных зданий можно также допустить в нерабочий период суток понижение температуры, но до такого уровня, чтобы избежать конденсации водяного пара воздуха на внутренней поверхности наружных ограждающих конструкций (за исключением световых проемов).

Исходя из этого, найдем, что понижение температуры помещений в нерабочий период времени возможно до 8...10 °С. Примем (с запасом) минимально допустимую температуру таких помещений равной 12 °С.

Для переменного теплового режима рабочих помещений характерна суточная периодичность. В течение суток выделим рабочий период, когда внутренние теплопоступления (например, от людей, оборудования) в той или иной мере возмещают теплопотери и требуется главным образом вентиляция помещений (в помещениях преобладает режим вентилирования). Нерабочий период разделим на период естественного охлаждения помещений, когда отопление отключено, и отсутствуют какие-либо теплопоступления (режим охлаждения), и период усиленного нагревания помещений перед началом работы (режим нагревания или, как говорят, "натопа"). Продолжительность этих периодов различна. Если режим вентилирования длится 8 или 16 ч (две смены), то продолжительность режима натопа зависит от температуры наружного воздуха и тепловой мощности системы отопления. Соответственно увеличивается или уменьшается продолжительность периода охлаждения.

Устанавливается также недельная периодичность теплового режима, связанная с суб- ботне-воскресным (или только воскресным) перерывом в работе. Недельная периодичность нарушается только в дни праздников.

На рис. 19.6 показано изменение тепловыделений Qвыд температуры воздуха tв и радиационной температуры tR помещения, в котором работают от 9 до 18 ч пять дней в неделю, при условно постоянных теплопотерях Qпот . Принято, что теплопоступления несколько меньше теплопотерь (Qвыд приточного воздуха) температура воздуха помещения понижается при возрастании радиационной температуры tR . Показано также, что отопительная установка мощностью qqt, значительно превышающей величину теплопотерь помещения, включается до начала работы (режим натопа). Отопительная установка включается также в промежутке между последним рабочим днем недели (пятница) и первым рабочим днем новой недели (понедельник), когда температура помещения tп понижается до установленного минимального уровня (tмин на рисунке).

Продолжительность нагревания помещения отличается в рабочие дни и после воскресенья, так как исходная температура помещения различна.

Рис. 19.6. Изменение теплового и температурного режимов рабочего помещения в течение четырех дней недели в зимнее время: а - изменение теплопоступлений; б - изменение температурных параметров

Прерывистая теплоподача вызывает периодические изменения температуры помещения, зависящие от теплотехнических свойств его ограждений, величины и продолжительности теплопоступлений. Конвективная теплота от отопительной установки поступает в воздух помещения и от него передается внутренней поверхности ограждений. Температура воздуха и радиационная температура несколько отличаются, и их изменение не совпадает во времени (см. рис. 19.6, б).

Для расчета изменения температуры воздуха и радиационной температуры ограждений помещения определяют показатели теплоусвоения Yпом и теплопоглощения Рпом помещения.

Показатель теплоусвоения помещения Yпом , Вт/°С, характеризующий изменение температуры внутренней поверхности всех ограждений, находят в зависимости от коэффициента теплоусвоения Yx , Вт/(м2 ·°С), для поверхности отдельных ограждений

где Аi - площадь i-того ограждения помещения.

Показатель теплопоглощения ограждений Рогр , Вт/°С, выражающий изменение температуры воздуха помещения, вычисляют с учетом коэффициента теплопоглощения для каждого ограждения, а также коэффициента прерывистости теплового потока Ω :

Коэффициент прерывистости определяют в зависимости от отношения продолжительности нагревания (натопа) к общей продолжительности не рабочего периода (например, 16 ч при односменной работе).

В формулу (19.10) входит также величина Λпом , Вт/°С - показатель интенсивности конвективного теплообмена на всей площади поверхности ограждений помещения, вычисляемый по формуле

где αк ср - осредненный по поверхности всех ограждений коэффициент конвективного теплообмена (в зимних условиях - 4,0 Вт/(м2 ·°С)).

Таким образом, теплоустойчивость помещения можно характеризовать отношением показателей Yпом и Λпом , входящих в уравнение (19.10). Установим возможные значения пока-

зателя теплоустойчивости помещения Yпом /Λпом при его ограждающих конструкциях из различных распространенных материалов (табл. 19.2).

Таблица 19.2. Показатель теплоустойчивости помещения при использовании различных материалов в его ограждающих конструкциях

При прерывистом отоплении минимальная температура помещения, которая устанавливается к концу периода отключения отопления (режима охлаждения), зависит от теплоустойчивости, а также теплозащитных свойств наружных ограждений этого помещения.

На рис. 19.7 даны обобщенные результаты расчетов минимальной температуры воздуха в четырех помещениях площадью около 50 м2 с тремя окнами (с двойным и тройным остеклением) и ограждениями, выполненными по вариантам, приведенным в табл. 19.2. При расчетах принято: температура наружного воздуха tн =-20 °C, работа в помещениях односменная, помещения рядовые на среднем этаже здания, отопление помещений отключено в конце работы.

Видно, что минимальная температура воздуха после прекращения отопления в течение 16 ч существенно зависит как от теплоустойчивости помещений, так и их теплозащиты. По мере возрастания этих показателей повышается и минимальная температура воздуха, т.е. замедляется охлаждение помещений. Можно также установить, что для обеспечения в режиме охлаждения минимальной температуры 12 °С следует стремиться к повышению теплоустойчивости и теплозащитных свойств ограждений помещений.

С другой стороны, при повышении теплоустойчивости помещений экономия теплоты в условиях прерывистого отопления будет сокращаться. Это объясняется сохранением в режиме охлаждения повышенного уровня теплопотерь через ограждения вследствие более высокой температуры помещений. Кроме того, при повышении теплоустойчивости (увеличении показателя Yпом /Λпом ) придется прибегать к более продолжительному нагреванию

помещений перед началом работы с соответствующим сокращением продолжительности периода охлаждения. Расчеты показывают, что при прерывистом отоплении помещений повышенной теплоустойчивости теплозатраты возрастут на 4...5 % по сравнению с затратами на отопление помещений пониженной теплоустойчивости.

Экономия теплоты, получаемая при переменном тепловом режиме, зависит не только от теплозащитных свойств ограждающих конструкций помещений, но и от тепловой мощности системы отопления. Применение переменного теплового режима при повышенных теплозащитных свойствах ограждений обеспечивает дополнительную экономию теплоты вследствие сокращения продолжительности натопов и даже устранения промежуточных натопов (см. рис. 19.6) в условиях длительного охлаждения помещений в воскресные и праздничные дни. Продолжительность периода охлаждения может быть в этих случаях увеличена вследствие относительного повышения минимальной температуры воздуха в помещениях (на рис. 19.7 на 2,5...3°С).

Повышение тепловой мощности системы прерывистого отопления (по сравнению с мощностью постоянно действующей системы) при прочих равных условиях позволяет в еще большей мере экономить теплоту. Расчеты для крупного административного здания в климатических условиях Москвы показывают, что при увеличении тепловой мощности системы отопления (коэффициента натопа) от 1,3 до 1,7 раза сокращается продолжительность натопа и экономия теплоты в год повышается, соответственно, с 15,4 до 19%.

Рис. 19.7. Зависимость минимальной температуры воздуха после ночного охлаждения (без отопления) от теплоустойчивости помещений, имеющих окна с двойным (сплошная линия) и тройным (пунктирная линия) остеклением, при tH =-20 °С

Дополнительные затраты на увеличение тепловой мощности системы прерывистого отопления окупаются за счет уменьшения эксплуатационных расходов достаточно быстро, особенно при повышенной стоимости тепловой энергии и продолжительном отопительном сезоне.

Коэффициент натопа целесообразно увеличивать до 2...2,2 и выше, ограничивая его величину располагаемой мощностью теплового ввода в здание, рассчитанной на покрытие теплозатрат как на отопление, так и на вентиляцию в рабочее время. При этом мощность теплоисточника останется без изменения. Изменится лишь суточный график отпуска теплоты с общей экономией ее в течение отопительного сезона. Общая экономия теплоты в течение отопительного сезона при прерывистом отоплении различных зданий составляет 20...30 % по сравнению с теплозатратами на постоянное отопление.

Система прерывистого отопления может быть чисто воздушной, когда установки приточной вентиляции используются в предрабочий период времени для натопа в рециркуляционном режиме. Более гибкой в эксплуатации является двухкомпонентная система комбинированного отопления (см. § 18.4). Такая система состоит из базисной (фоновой) части в виде водяного отопления (особенно при расположении рабочих мест близ световых проемов) и догревающей части - воздушного отопления для натопа. Водяное нерегулируемое отопление предназначено для постоянного использования с выравниванием теплонедостатка в различно расположенных помещениях здания. Воздушное отопление осуществляется установкой приточной вентиляции в рециркуляционном режиме, что ограничивает ее тепловую мощность при натопе.

Расчет двухкомпонентной системы прерывистого отопления заключается не только в определении тепловой мощности ее частей, но и в выявлении расчетного режима ее работы. Такой расчет проводят в суточном разрезе при различной температуре (через 5 °С) наружного воздуха в течение отопительного сезона.

Работу догревающей части системы отопления автоматизируют с программным управлением для выдерживания расчетного режима. На случай неожиданного резкого понижения температуры наружного воздуха в контрольных помещениях устанавливают датчики минимальной температуры. По сигналу от них включается допревающая часть системы отопления в дополнительный режим натопа помещений (например, на 10 °С). Эти же датчики используются в воскресные и праздничные дни.

Для примера приведем расчетные режимы работы двух различных по мощности комбинированных водовоздушных систем отопления учебного здания (при тройном остеклении окоп и показателе теплоустойчивости учебных помещений Yпом /Λпом =l,95).

1-я система с коэффициентом натопа 1,5. Базисная (водяная) часть системы отопления работает только при отрицательной температуре наружного воздуха. Догревающая (воздушная) часть с коэффициентом натопа 1,5 включается ежедневно при tн =-20 °С на 5 ч (на 13 ч после воскресенья), а пря tн =0 °С - на 1 ч (на 3 ч после воскресенья).

2-я система с коэффициентом натопа 3,0. Базисная (водяная) часть системы работает только при tн =-l О °С и ниже. Догревающая (воздушная) часть включается ежедневно при tн =-20 °С на 2 ч (на 6 ч после воскресенья), при tн =-l 1,5 °С - на 1 ч (на 4 ч после воскресенья), при tн =0 °C и отключенной базисной части - на 2 ч (на 5 ч после воскресенья).

§ 19.6. Нормирование отопления жилых зданий

Жилые здания в городах страны являются одним из основных потребителей теплоты в системах централизованного теплоснабжения. Важной технико-экономической и социальной задачей становится нормирование теплозатрат на отопление этих зданий при обеспечении теплового комфорта в помещениях.

Нормирование теплоподачи в жилые здания делают с целью упорядочения расхода теплоты на отопление и обеспечения экономии теплоты в течение отопительного сезона путем сокращения бесполезных теплопотерь. Нормирование можно проводить на основе существующей структуры управления жилищным хозяйством городов, используя ее основные элементы: информационно-вычислительный центр, центральный, районные и оперативные диспетчерские пункты жилы%микрорайонов.

При проведении нормирования теплоподачи сравнивают фактическое теплопотребление на отопление жилых зданий за некоторый установленный предшествующий период времени с расчетной теплопотребностью зданий. Сравнение делают с учетом действительных климатических условий в течение контрольного периода времени и теплотехнических особенностей жилых зданий в микрорайоне. При этом выявляют и устраняют причины несогласования фактических теплозатрат и нормы теплопотребления. Расчет нормы теплопотребления за контрольный период отопительного сезона (не менее месяца) для группы жилых домов, обслуживаемых одним центральным тепловым пунктом (ЦТП), выполняют в информационно-вычислительном центре (ИВЦ), При этом используют данные об обогреваемом объеме жилых зданий, числе людей, проживающих в этих зданиях, расчетной мощности системы горячего водоснабжения, времени работы нежилых объектов в микрорайоне и др., а также о фактических климатических условиях.

Норма теплопотребления складывается из расходов теплоты на отопление и горячее водоснабжение. Норму теплоподачи на отопление зданий устанавливают, исходя из суточной нормы, определяемой по формуле

где N - число групп жилых зданий с отличающимися теплотехническими характеристиками; qот.N - удельный показатель теплозатрат на отопление данной группы зданий, кДж/(сутм3·°С); VN - общий отапливаемый объем зданий данной группы, м3; tв.опт - оптимальная температура внутреннего воздуха в жилых зданиях, принимаемая по главе СниП ; tн.ср - среднесуточная температура наружного воздуха по данным срочных измерений на ближайшей к ДТП городской метеостанции, °С.

Показатель qo.N , кДж/(сут·м3 ·°С), учитывает отдельные составляющие теплового баланса здания

где qo.N , qБ.N - удельные показатели теплопотерь через ограждающие конструкции зданий и на нагревание инфильтрующегося воздуха через окна и двери здания; qб.N - удельный показатель теплопоступленнй от внутренних бытовых теплоисточников.

Составляющие формулы (19.13) рассчитывают по зависимостям, получаемым с учетом теплотехнических свойств и особенностей воздушно-теплового режима зданий, входящих в разные группы.

Фактические теплозатраты зданий за контрольный период времени определяют по показателям теплосчетчиков (тепломеров), установленных на вводах городских теплопроводов в ЦТП. Контрольный период выбирают в начале отопительного сезона при температуре наружного воздуха выше расчетной для отопления. Проведению измерений должна пред-

шествовать тщательная наладка системы отопления в ходе подготовки зданий к работе в условиях отопительного сезона.

При недоиспользовании расчетной нормы теплопотребления (при отсутствии жалоб населения на недогревание помещений) устанавливают источники дополнительной экономии теплоты. Опыт экономной эксплуатации может быть распространен на другие жилые микрорайоны.

Превышение фактических теплозатрат за контрольный период времени над расчетной нормой теплопотребления будет свидетельствовать о перерасходе теплоты и имеющихся в жилых зданиях скрытых резервах для ее экономии. Тогда на основании обследований и последующего анализа состояния наружных ограждений, тепловыделяющего и теплопотребляющего оборудования составляют перечень мероприятий по сокращению теплозатрат на отопление зданий микрорайона.

В ходе обследования зданий устанавливают состояние оборудования ЦТП, внутриквартальных тепловых сетей, индивидуальных тепловых пунктов, тепловой изоляции в зданиях, их ограждающих конструкций (стен, окон, перекрытий), входных дверей и лестничных клеток.

При обследовании систем отопления зданий после их приведения в проектное состояние необходимо проверить:

исправность регулятора расхода теплоносителя на тепловом вводе;

состояние тепловой изоляции труб в технических подвалах и на чердаках;

размеры горловины и сопла элеватора и их соответствие рассчитанным при наладке системы отопления значениям;

исправность действия регулирующей арматуры у отопительных приборов;

наличие самовольно установленных жителями дополнительных отопительных приборов;

технические показатели циркуляционных насосов;

наличие воздуха в верхних магистралях и отопительных приборах;

плотность соединений в оборудовании, арматуре и фасонных частях труб;

уровень температуры возвращаемой из системы отопления воды (см. § П.2);

наличие горизонтальной и вертикальной разрегулировки системы;

недогревание или перегревание отдельных помещений путем массового термографирования внутреннего воздуха в квартирах.

В ходе обследования учитывают, что перерасход теплоты может сопровождаться сверхнормативным снижением температуры в отдельных помещениях, причинами чего может быть вертикальная и горизонтальная разрегулировка систем отопления.

Подтверждением эффективности мероприятий, проводимых эксплуатирующими организациями по сокращению бесполезных теплопотерь, служит последовательное сокращение фактических теплозатрат по сравнению с нормируемой теплоподачей на отопление зданий.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ

1. Какие градоустроительные приемы снижают затраты на отопление здания?

2. Как изменением объемно-планировочного решения здания можно сэкономить тепловую энергию?

3. Какими мерами можно уменьшить теплопотери через наружные стены, окна, перекрытия здания?

4. В чем смысл теплового экрана в наружном ограждении? Предложите возможные схемы решения.

5. В чем сущность оптимизации вариантов отопления здания с учетом эффективности системы?

6. Что такое АСУ теплового режима здания?

7. Изобразите принципиальные схемы регулирования температуры воды, поступающей в систему отопления "по возмущению" и "по отклонению".

8. Перечислите факторы, способствующие экономии теплоты при проведении прерывистого отопления зданий,

ГЛАВА 20. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНОЙ ТЕПЛОТЫ В СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ

§ 20.1. Системы низкотемпературного отопления

Низкотемпературными называются системы отопления, температура теплоносителя на входе в которые не превышает 70 °С. В таких системах могут использоваться как традиционные, так и нетрадиционные теплоисточники, среди которых могут быть солнечная радиация, теплота уходящих газов и воздуха, низкопотенциальных сред (воды, воздуха).

Низкотемпературные системы отопления до сих пор не получили широкого распространения в России, несмотря на их экономические преимущества. Препятствием для распространения является увеличенный расход металла вследствие развития площади нагревательных поверхностей.

Системы низкотемпературного отопления подразделяют в зависимости от способа нагревания теплоносителя на однокомпонентные, имеющие однотипные теплоприготовительные установки, и комбинированные (см. § 18.4), имеющие две разнотипные теплоприготовительные установки (например, солнечная теплонасосная установка и электрический теплообменник).

Системы низкотемпературного отопления по виду применяемого теплоносителя могут быть водяными, паровыми и воздушными.

Низкотемпературные системы водяного отопления выполняют, как правило, насосны-

ми из-за незначительности действующего гравитационного давления. По своей конструкции они не отличаются от обычных систем водяного отопления. Из-за малого перепада температуры воды низкотемпературные системы водяного отопления устраивают, как правило, только двухтрубными и желательно с открытым расширительным баком, который хорошо изолируют и снабжают циркуляционной линией (см. рис. 3.19). При отсутствии чердака возможна также установка закрытого расширительного бака (см. рис. 3.20). Для удаления воздуха из систем с нижней разводкой предусматривают воздушную линию (см. рис. 6.4, б) или воздушные краны непосредственно у отопительных приборов (см,

При использовании нетрадиционных теплоисточников периодического действия (солнечная энергия, сбросная теплота технологического процесса) в систему низкотемпературного водяного отопления включают теплоаккумуляторы с жидкими и твердыми заполнителями, а также теплоаккумуляторы, использующие теплоту фазовых превращений, или термохимические. В теплоаккумуляторах с жидкими и твердыми заполнителями (вода, незамерзающие жидкости - водный раствор этиленгликоля, глизаптин, гравий и др.) теп-

Тепловая эффективность отопительного устройства в помещении и выбор установочной тепловой мощности системы отопления.

Отопительный прибор должен компенсировать дефицит теплоты в помещении. Использование приборов той или иной конструкции и их установка в различных местах поме­щения не должны приводить к заметному перерасходу теп­лоты. Показателем, оценивающим эти свойства, является отопительный эффект прибора, который показывает отно­шение количества затрачиваемой прибором теплоты для создания в помещении заданных тепловых условий к рас­четным потерям теплоты помещением.

Считается, что наилучшим отопительным эффектом об­ладают панельно-лучистые приборы, установленные в верх­ней зоне помещения или встроенные в конструкцию потолка. Отопительный эффект таких приборов равен 0,9-0,95, т. е. теплоотдача потолочных панелей-излучателей может быть даже несколько ниже расчетных теплопотерь помеще­ния без ухудшения комфортности внутренних условий. Отопительный эффект панели, расположенной в конструк­ции пола, около 1,0.

Наиболее распространенные приборы - радиаторы обыч­но устанавливают в нишах или около поверхности наруж­ной стены. Заприборная поверхность перегревается и через эту часть наружной стены бесполезно теряется некоторое количество теплоты. В результате отопительный эффект радиаторов оценивают величиной 1,04-1,06. В этом отно­шении более эффективными оказываются конвекторы, рас­полагаемые вдоль наружной стены. Отопительный эффект, например, плинтусного конвектора около 1,03.

Подоконная панель, встроенная в конструкцию наруж­ной стены, может иметь заметные бесполезные потери теп­лоты и ее отопительный эффект снижается до 1,1.

Отопительные приборы обычно имеют определенный шаг принятого номенклатурного ряда, который в СНиП выражают теплоотдачей, кВт, отдельного элемента прибора этого ряда. В результате в помещении устанавливают число элементов прибора, округленное в большую сторону сверх расчетной величины. Связанное с этим увеличение теплово­го потока от приборов рекомендуют учитывать коэффи­циентом β 1 , который изменяется от 1,02 до 1,13 в зависимо­сти от изменения теплоотдачи отдельного элемента прибора от 0,12 до 0,3 кВт.

Дополнительные потери теплоты отопительным прибо­ром, установленным у наружного ограждения, учитывают коэффициентом β 2 . Его значение в зависимости от вида при­бора и способа его установки у наружного ограждения изменяется от 1,02 до 1,1.

Кроме потерь, связанных с размещением нагреватель­ных приборов, в системе отопления возникают бесполезные потери теплоты трубами, встроенными в конструкции на­ружных ограждений, а также в тепловом пункте и других элементах системы. Определяют также дополнительные теплопотери Q тр трубами в неотапливаемых помещениях, связанные с охлаждением теплоносителя.

Величина суммарных дополнительных потерь (заприборными участками наружных ограждений и теплопроводами в неотапливаемых помещениях) должна быть по СНиП не более 7% тепловой мощности системы отопления.

Удельная тепловая характеристика здания и расчет потребности в теплоте на отопление по укрупненным измерителям

Для теплотехнической оценки объемно-планировочных и конструктивных решений и для ориентировочного рас­чета теплопотерь здания пользуются показателем - удель­ная тепловая характеристика здания q, которая при изве­стных теплопотерях здания равна:

q = Q зд ∕

где Q зд - расчетные теплопотери через наружные ограждения всеми помещениями здания, Вт; V - объем отапливаемого здания по внешнему обмеру, м 3 , (t в – t н)- расчетная разность температуры для основных помещений здания.

Величина q , Вт/(м 3 °С), определяет средние теплопотери 1 м 3 здания, отнесенные к расчетной разности температуры 1°. Ее можно определить заранее

q = q 0 β t

где q 0 - эталонная удельная тепловая характеристика, соответст­вующая разности температур ∆t 0 =18 - (- 30)= 48 °С; β t - темпе­ратурный коэффициент, учитывающий отклонение фактической рас­четной разности температур от ∆t 0

Эталонная удельная тепловая характеристика может быть определена с учетом требований СНиП.

Экономические показатели систем отопления

Экономичность системы отопления обусловлена стои­мостью материалов и оборудования, изготовления и сбор­ки, а также эксплуатации. Показателями экономичности являются технологичность конструкции, масса элементов, затраты труда и сроки изготовления и монтажа, расходы на наладку, управление и ремонт.

Технологичность конструкции включает такие реаль­ные мероприятия, как упрощение схемы, унификация и уменьшение числа деталей, применение нормалей, удоб­ство сборки, которые обеспечивают изготовление и монтаж с минимальными затратами времени, средств и труда.

Экономический эффект выявляется при проведении технико-экономического сравнения различных проектных решений. Сравнение позволяет выбрать систему отопления, наиболее экономичную в данных конкретных условиях.

При экономическом сравнении вариантов применяют следующие показатели: капитальные вложения К, экс­плуатационные затраты И, продолжительность монтаж­ных работ и эксплуатации системы отопления. Обычно ис­пользуют часть этих показателей. Самым простым является сравнение систем отопления с различными приборами, но с одним видом теплоносителя и с одной схемой, так как оно делается только по капитальным вложениям. Чаще всего сопоставляют системы по капитальным вложениям и экс­плуатационным затратам. Реже учитывают еще сроки мон­тажа и службы систем, наличие трудовых резервов.

Наиболее экономичен вариант, имеющий минимальные суммарные капитальные вложения и эксплуатационные затраты. Обычно приходится сравнивать два варианта, один из которых имеет меньшие капитальные вложения, другой - меньшие эксплуатационные затраты. Так, при уменьшении диаметра труб насосной водяной системы отоп­ления капитальные вложения уменьшаются, но увеличи­вается расход электроэнергии; автоматизация системы увеличивает капитальные вложения, но уменьшает экс­плуатационные затраты. Экономически более эффективный вариант выявляют в подобных случаях в зависимости от срока z, лет, окупаемости дополнительных капитальных вложений.

Z = (К 1 – К 2)∕ (И 1 – И 2)

Если этот срок z < z н - нормативного срока окупае­мости дополнительных капитальных вложений за счет сни­жения эксплуатационных затрат, то целесообразно осущест­вить вариант с большими капитальными вложениями K 1 и меньшими средними годовыми эксплуатационными затра­тами И 1 . Если z > z н, то целесообразен вариант с меньшими капитальными вложениями К 2 и большей средней стои­мостью эксплуатации И 2 в течение года. Нормативный срок z н окупаемости вложений в систему отопления принят рав­ным 8,33 года (12,5 года для новой техники и энергосбере­гающих мероприятий) независимо от вида здания.

При экономическом сопоставлении нескольких систем или вариантов системы для каждого из них находят при­веденные затраты

3= (К ∕z н) +И,

и, более эффективным считают вариант, имеющий наимень­шие приведенные затраты за нормативный срок окупае­мости.

Капитальные вложения в систему отопления осуществ­ляются, как правило, в течение одного года. Эксплуата­ционные затраты ежегодно изменяются; кроме того, они зависят от срока службы как системы, так и отдельных ее элементов.

Годовые эксплуатационные затраты состоят из прямых расходов на обслуживание системы отопления и амортиза­ционных расходов

И =И пр +А

где И пр - прямые эксплуатационные расходы, складывающиеся из годовых затрат на получаемую тепловую энергию (топливо), электроэнергию, заработную плату обслуживающего персонала, управление системой и текущий ремонт; А - амортизационные расходы, включающие годовые затраты на капитальный ремонт системы и отчисления на полное восстановление капитальных вложений.

Отчисления на восстановление капитальных вложений связаны с нормативным сроком службы системы, опреде­ляемым исходя из сроков физического износа ее элементов: радиаторов (40 лет), водоводов (30 лет), паропроводов, центробежных насосов, клапанов (10 лет), вентиляторов, калориферов, отопительных агрегатов (8 лет), фильтров (6 лет), конденсатопроводов (4 года).

Срок службы определяется не только физическим, но и моральным износом системы отопления, причем моральным износом считают потерю способности поддерживать темпе­ратуру во всех обслуживаемых помещениях на требуемом уровне. Нормативный срок службы распространенных сис­тем водяного отопления в настоящее время принимается равным 30 - 35 годам (меньший срок для конвекторов).

При сопоставлении различных систем отопления со­блюдают равные или хотя бы близкие эксплуатационные показатели для всех вариантов: системы должны обеспечи­вать выполнение санитарно-гигиенических, противопожар­ных и противовзрывных требований, а также должны обла­дать равноценной эффективностью.

Срок службы систем водяного отопления, как уже из­вестно, наибольший. Благодаря уменьшению амортиза­ционных расходов при этом, экономии электрической и тепловой энергии сокращаются стоимость эксплуатации, а, следовательно, и приведенные затраты. Поэтому система водяного отопления обычно становится экономически более эффективной, чем система парового отопления.

Различие в тепловом комфорте, создаваемом в помеще­ниях при сравниваемых системах отопления, учитывают изменением срока службы и степени использования площа­ди помещений. Для системы, обеспечивающей более ком­фортные условия, увеличивают расчетный срок службы на 5-10 лет (считаясь с меньшим моральным износом). Кроме того, учитывают использование рабочей площади помещений в холодное время года (за счет изменения раз­меров зоны дискомфорта), добавляя часть затрат на строи­тельные работы по обесцененной площади к сметной стои­мости другой системы.

Все же главным показателем экономичности системы отопления являются теплозатраты в процессе ее эксплуата­ции. Известно, что только годовые затраты на эксплуата­цию превышают половину стоимости устройства системы. И основная часть затрат приходится на оплату расходуемой теплоты. Теплозатраты на отопление при паровой или центральной воздушной системе превышают расход теп­лоты в системе водяного отопления вследствие возрастания попутных теплопотерь через стенки паропроводов и возду­ховодов, бесполезных для обогрева рабочих помещений.

Комбинированное отопление

Комбинированными принято называть системы цент­рального отопления с двумя теплоносителями, когда пер­вичный теплоноситель (вода, пар) используют для нагрева­ния вторичного (воды, воздуха). В связи с широким рас­пространением в нашей стране централизованного водяного теплоснабжения большинство систем центрального отоп­ления фактически стали комбинированными - водо-водяными или водо-воздушными.

В настоящее время под комбинированным отоплением стали понимать сочетание двух режимов работы системы или двух систем для отопления одного и того же помещения с переменным тепловым режимом. Проводится также совершенствование работы и устройства систем отоп­ления для улучшения теплового режима помещений и со­кращения теплозатрат на отопление зданий. Конструктив­но похожее решение встречалось и ранее, когда для отоп­ления, периодически используемого производственного по­мещения предусматривались две системы отопления раз­личной мощности: одна для рабочего периода времени, другая (дежурная) - для нерабочего.

Различают комбинированное отопление двухрежимное, двухкомпонентное, с прерывистым режимом.

Двухрежимным называют отопление, работающее при различной температуре одного и того же теплоносителя в разное время суток. Двухрежимной является система во­дяного отопления, в которой в рабочий период времени циркулирует вода при пониженной температуре (для по­лезного использования внутренних тепловыделений), а в нерабочий период - при повышенной (или наоборот). Для понижения температуры включают смесительный насос, для повышения - применяют прямоточную подачу тепло­носителя из наружного теплопровода без подмешивания охлажденной воды.

Двухрежимной может быть также система воздушного отопления, совмещенная с приточной вентиляцией в рабо­чий период времени, и рециркуляционная в нерабочий период. Температура подаваемого воздуха в первый пери­од ниже, чем во второй.

Двухкомпонентным считают отопление двумя систе­мами, дополняющими одна другую для обеспечения необ­ходимой теплоподачи в помещения. Первую систему, обыч­но водяного отопления, называемую фоновой или базисной, устраивают пониженной мощности (например, 30% расчет­ной теплопотребности рядовых помещений) для постоянного нерегулируемого действия в течение всего отопительного сезона. Задача этой системы - выравнивать дефицит теплоты, приходящейся на единицу площади или объема ря­довых и угловых, нижних и верхних однотипных помещений здания (искусственно создавать одинаковые удельные теп­ловые характеристики основных помещений).

Вторую систему водяного, воздушного, газового или электрического отопления, называемую догревающей, пре­дусматривают дополнительной мощности для поддержания необходимой температуры воздуха, как в рабочий, так и не­рабочий периоды времени. Действие догревающей системы автоматизируют для работы по заданной программе.

Комбинированное отопление может действовать с пере­рывами, и тогда тепловой режим помещений характеризует­ся тремя состояниями: постоянства температуры в течение рабочего времени, свободного понижения температуры при выключенной догревающей системе и натопа помещений перед началом работы или в праздничные дни (о преры­вистом отоплении). Возможны также различные сочетания перечисленных видов комбинированного отоп­ления, когда предусматривают двухрежимную работу од­ной или обеих систем двухкомпонентного отопления.

Повышение эффективности отопления здания

Заключительным этапом алгоритма разработки здания с эффективным использованием энергии является оценка эффективности принятого способа отопления как составной части СКМ здания. На это направлены рассмотренные в данном разделе инженерные приемы.

Комплексное свойство СКМ здания эффективно выпол­нять свои функции является обычно вероятностной харак­теристикой. Эффективность системы отопления определяется тремя основными свойствами: надежностью, управляемостью (или устойчивостью) при функционировании, обеспеченностью.

Надежность - вероятностное обеспечение безотказной работы механической части системы отопления, ее конструк­тивных узлов и элементов при эксплуатации в пределах расчетных сроков и условий.

Управляемость - вероятностное выдерживание задан­ных отклонений в работе отдельных частей и зон системы отопления в процессе управления и при эксплуатации в те­чение отопительного сезона.

Обеспеченность - принятое в проекте выдерживание с допустимой вероятностью отклонений расчетных внут­ренних условий в здании.

Регулирование системы отопления

Под регулированием системы отопления понимают комп­лекс мероприятий, направленных на максимальное при­ближение теплоотдачи ее элементов к текущей переменной теплопотребности отапливаемых помещений в течение ото­пительного сезона для выдерживания расчетной температу­ры помещений.

Различают пусковое и эксплуатационное регулирование системы. Эти виды регулирования имеют свои особенности для водяной, воздушной и паровой систем отопления.

При пуске системы отопления группы зданий, присо­единенной к теплопроводам централизованного теплоснаб­жения, обеспечивают распределение теплоносителя по от­дельным зданиям пропорционально их расчетной теплопотребности. Обычно такое регулирование проводят в центральных тепловых пунктах (ЦТП) и во внутриквартальных тепловых сетях. Способы регулирования, как при зависимом, так и при независимом присоединении системы отопления к теплопроводам, рассматриваются в дисциплине «Теплоснабжение».

Пусковое регулирование элементов и узлов системы отопления связано с обеспечением в них расчетного расхода теплоносителя.

Эксплуатационное регулирование системы отопления проводят с целью обеспечения теплоподачи в отапливаемые помещения соответствующей текущей теплопотребности. Способы регулирования различаются также в зависимости от применяемого в системе теплоносителя. В зависимости от места проведения регулирования в системе теплоснаб­жения различают центральное, групповое, местное и инди­видуальное регулирование.

В системе водяного теплоснабжения центральное регу­лирование осуществляют на тепловой станции (ТЭЦ, ко­тельной) по так называемому отопительному графику, устанавливающему связь между параметрами теплоноси­теля (температура при качественном или расход при коли­чественном регулировании) и температурой наружного воздуха как основного фактора, определяющего перемен­ный характер составляющих теплового баланса здания в те­чение отопительного сезона

Центральное регулирование на тепловой станции при теплоснабжении различных по назначению зданий (жилые, общественные, производственные и др.) и режиму теплопотребления их инженерных систем (отопление, горячее водоснабжение, вентиляция и др.) не может обеспечить ус­тойчивой работы систем отопления.

Устойчивость работы повышается при приближении места проведения регулирования к теплопотребителю за счет более полного учета различных факторов, определяю­щих теплопотребность помещений отапливаемых зданий. Так, при групповом регулировании в ЦТП появляется возможность распределять теплоту по уточненным темпе­ратурным графикам, что способствует повышению эконо­мичности отопления каждого здания. При местном регули­ровании в тепловом пункте здания учитывают особенности режима его эксплуатации, ориентацию по сторонам гори­зонта, действие ветра и солнечной радиации.

Реконструкция системы отопления, т. е. частичная или полная замена ее элементов, их конструктивная модерни­зация, осуществляется в связи с физическим износом систе­мы, различного рода технологическими изменениями, вы­званными назначением и объемом здания или условиями работы системы, ее моральным старением и другими причи­нами.

Износ системы водяного и парового отопления при дли­тельной эксплуатации происходит под воздействием внут­ренней, а иногда и внешней коррозии. Вследствие отложе­ния взвешенных частиц и образования накипи повышается гидравлическое сопротивление теплопроводов, отопитель­ных приборов, ухудшаются их теплотехнические свойства. Этим же процессам подвержены оборудование систем (теп­лообменники, баки, воздухосборники, грязевики и пр.) и запорно-регулирующая арматура.

Исследованиями систем водяного отопления, проведен­ными в условиях эксплуатации их в Москве, установлено заметное различие в изменении потерь давления в системах в течение многолетней эксплуатации в зависимости от ка­чества теплоносителя. Оценить это изменение можно по формуле

Дрг/Дрр = 0,6 + аг°"38,

где Дрг, Дрр - потери давления в системе отопления соответст­венно через г лет эксплуатации и расчетные; а - коэффициент, зависящий от качества теплоносителя (а- 0,17 для деаэрированной воды при содержании кислорода в ней до 0,1 мг/л и а=0,65 для недеаэрированной и смешанной воды при содержании кислорода 10 мг/л).

В начале эксплуатации потери давления в новой системе водяного отопления составляют около 60% расчетных. Рас­четные потери давления достигаются в системах, питаемых недеаэрированной водой, практически в первый год экс­плуатации, а в системах, работающих на деаэрированной воде, через 8-10 лет эксплуатации.

Повышение потерь давления в системе приводит к умень­шению расхода теплоносителя, к гидравли­ческой и тепловой разрегулировке системы отопления и снижению теплоотдачи ее элементов.

Срок службы отдельных элементов системы отопления не одинаков. Долговечность систем зависит от вида и качества используемого теплоносителя, условий их рабо­ты. Срок службы систем водяного отопления возрастает при их теплоснабжении от ТЭЦ и тепловых станций, когда про­водятся умягчение и деаэрация воды, по сравнению с тепло­снабжением от местных котельных. Особенности работы системы парового отопления, более интенсивные процессы коррозии, происходящие в ней, ставят ее на последнее мес­то по долговечности среди других систем. Наиболее долго­вечной считают систему воздушного отопления (за исклю­чением воздухонагревателей).

Срок службы системы отопления зависит и от материала, из которого сделаны ее элементы, его качества. Например, коррозионные процессы, особенно в стальных отопитель­ных приборах и деталях, быстро понижают их прочность. Важно и качество изготовления самих элементов, прове­дения сборочных и монтажных работ.

Решение о частичной или полной замене элементов систе­мы отопления принимают после специального обследования, в ходе которого проводят гидравлическое и тепловое испы­тания системы, определяют расход теплоносителя в системе в целом и ее отдельных узлах, соответствие теплоотдачи элементов расчетной. Состояние металла в системе оцени­вают путем исследования образцов, извлеченных путем частичной разборки или вырезки.

Проектируя реконструкцию системы отопления, стре­мятся сохранить те ее элементы, которые мало изменили свои свойства в процессе эксплуатации. К ним относятся чугунные радиаторы и ребристые трубы, которые при ка­чественной ежегодной промывке практически не подвер­жены коррозии. Относительно долго служат и те элементы системы, которые выполнены из неметаллических материа­лов (керамические отопительные приборы, стеклянные трубы в бетонных отопительных панелях и пр.).

При реконструкции систем отопления с использованием существующих стальных труб эквивалентную шерохова­тость их внутренней поверхности принимают: для воды и пара - 0,5, конденсата-1,0 мм.

Реконструкцию системы отопления часто проводят по причинам, не связанным непосредственно сее состоянием. Так, полную замену системы осуществляют при капиталь­ном ремонте, связанном сперепланировкой здания. При этом иногда принимают принципиально новое схемное реше­ние системы с заменой устаревших конструкций, использо­ванием нового оборудования, обеспечением автоматизации. Перепроектирование проводят с учетом изменения тепло - затрат на отопление помещений.

В производственных и коммунальных зданиях конструк­ция системы отопления может изменяться вследствие изме­нения технологических процессов, теплового режима поме­щений, а также назначения здания в целом.

Полное перепроектирование системы отопления тре­буется при замене теплоносителя, например, при переходе от пара к воде.

Изменение условий теплоснабжения здания (изменение температуры, давления теплоносителя) вызывает реконст­рукцию теплового ввода и местного теплового пункта. Больших затрат требует, в частности, перевод системы во­дяного отопления с зависимой на независимую схему при­соединенияк тепловой сети. При этом дополнительно устанавливают теплообменники, циркуляционные и подпиточные насосы, расширительный бак, новые контрольно - измерительные приборы, приборы автоматизации, запорно-регулирующую арматуру. Каких-либо дополнительных из­менений непосредственно в системе отопления обычно не требуется.

Повышение требований к тепловому комфорту в зда­ниях, качеству работы инженерного оборудования со сни­жением эксплуатационных затрат, в том числе экономией тепловой энергии, также вызывает реконструкцию системы отопления.

Неспособность системы отопления удовлетворять воз­росшим требованиям называют ее моральным старением. Качество устаревшей системы повышают путем частичной модернизации отдельных узлов и деталей, оснащения ее средствами управления и диспетчерского контроля.

Одной из причин реконструкции может бытьизменение условий эксплуатации системы отопления. Например, переход от постоянного теплового режима помещений зда­ния к переменному с прерывистым отоплением. При этом изменяют мощность системы отопления, ее конструкцию, схемное решение, вводят новое оборудование.

Новую систему отопления в настоящее время проекти­руют, предусматривая возможность ее реконструкции или модернизации в будущем. Например, разделяют систему водяного отопления на пофасадные части для оснащения в будущем приборами автоматического регулирования; предусматривают возможность замены обычного элеватора элеватором с регулируемым соплом или смесительным на­сосом, перехода к независимой схеме присоединения к теп­ловой сети.

В системах воздушного отопления автоматизируют дей­ствие отопительных агрегатов и воздушно-тепловых завес, центральных систем, в том числе регулирование распре­деления воздуха по каналам и воздуховодам.

В зданиях старой постройки реконструкция системы отопления, как правило, связана с конструктивными изме­нениями (например, с перекладкой магистральных труб). Учет этих затрат, а также стоимости нового автоматизиро­ванного оборудования часто приводит к выводу об эконо­мической нецелесообразности реконструкции морально устаревшей системы. Окончательное решение и выбор ва­рианта реконструкции в этом случае увязывают с экономи­ческой целесообразностью реконструкции всего здания в целом.

Частичную реконструкцию системы отопления может вызвать какой-либо внутренний дефект, который нельзя устранить путем ремонта. Например, при выходе из строя замоноличенных в строительные конструкции греющих элементов приходится устанавливать новые отопительные приборы непосредственно в обогреваемых помещениях, присоединяя их к существующей системе.

В редких случаях, в условиях особенно суровых зим (на­пример, зимой 1978/79 гг.), реконструкция вызывается последствиями аварий, особенно при неправильной экс­плуатации систем отопления.

Библиографический список:

1. Справочник по теплоснабжению и вентиляции. Книга 1, Щекин Р.В., Кореневский С.М., Бем Г.Е., Госстройиздат УССР, 1959

2. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2005.

3. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий / Госстрой России. – М.: ФГУП ЦПП, 2004.

4. ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях / Госстрой России. – М.: МНТКС, 1999.

5. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий / Госстрой России. – М.: ГУП ЦПП, 2005.

6.Сканави А. Н., Махов Л. М. Отопление: Учебник для вузов. – М.: Издательство АСВ, 2002.

7. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч.1. Отопление / В. Н. Богословский, Б. А. Крупнов, А. Н. Сканави и др.; Под ред. И. Г. Староверова и Ю. И. Шиллера. – М.: Стройиздат, 1990. (Справочник проектировщика).

8. Лымбина Л. Е., Магнитова Н. Т. Отопление и вентиляция гражданского здания. Учебное пособие к курсовому проекту. Часть 1. Теплотехнический расчет конструкций. Теплоэнергетический баланс здания. – Челябинск, ЮУрГУ, 1998.

9. Лымбина Л. Е., Магнитова Н. Т., Буяльская И. С. Отопление и вентиляция гражданского здания. Учебное пособие к курсовому проекту. Задание. – Челябинск, ЧГТУ, 1994.

1

Проведен анализ систем отопления и установлена возможность применения прерывистого отопления в жилых зданиях и помещениях. Для изучения особенностей формирования микроклимата в помещениях с притоком наружного воздуха через вентиляционные клапаны и отопительными приборами разного типа (конвектор и радиатор) разработана математическая модель. Расчеты выполнены с использованием пакета STAR-CD. Системы уравнений аэродинамики и теплопереноса решались в нестационарной постановке с шагом по времени от 1 с до 10 с. Получены зависимости изменения температуры внутреннего воздуха в четырех контрольных точках. Установлена неоднородность поля температуры воздуха в жилом помещении при подаче наружного воздуха через вентиляционные клапаны. В значительной степени поле температуры воздуха в помещении зависит от типа отопительного прибора (радиатора или конвектора).

моделирование

микроклимат

тепловой режим

жилые помещения

1. Дацюк Т.А., Таурит В.Р. Моделирование микроклимата жилых помещений // Вестник гражданских инженеров. - 2012. - № 4. - С. 196-198.

2. Мишин М.А. Исследование процессов остывания теплоносителя при прерывистом регулировании // Ползуновский вестник. – 2010. - № 1. - С. 146-152.

3. Панферов В.И. Анализ возможности экономии тепловой энергии при прерывистом режиме отопления / В.И. Панферов, Е.Ю. Анисимова // Вестник ЮУрГУ. Сер.: Строительство и архитектура. - 2008. - Вып. 6. - № 12. - С. 30-37.

4. Протасевич А.М. Энергосбережение в системах теплогазоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха: учеб. пособие. – Минск: Новое знание; М. : ИНФРА-М, 2012. – 286 с.

5. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. – М. : Госстрой России, 2004. – 56 с.

6. Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха: справ. пособие / Л.Д. Богуславский, В.И. Ливчак, В.П. Титов и др.; под ред. Л.Д. Богуславского и В.И. Ливчака. - М. : Стройиздат, 1990. – 624 с.

Отопление зданий и помещений может быть постоянным или прерывистым (периодическим) . При прерывистом отоплении снижается или полностью отключается подача теплоты в здание или помещение. В холодный период года в жилых помещениях, когда они не используются, допускается обеспечивать температуру внутреннего воздуха ниже нормируемой, но не менее 15 °С . Использование прерывистого режима отопления позволяет уменьшить расход тепловой энергии.

Суточный цикл имеет три части :

• начало работы системы отопления (период «натопа» помещения) - температура в помещении повышается от минимальной допустимой t д до расчетной температуры внутреннего воздуха t в;
• время установившегося режима - в помещении поддерживается температура внутреннего воздуха t в;
• прекращение подвода теплоты - температура в помещении понижается до минимальной допустимой t д.

Тепловой поток в режиме разогрева помещения больше, чем во время установившегося режима. Дополнительная мощность системы отопления при периодической эксплуатации в течение всего отопительного периода в нормальном и экономичном температурных режимах зависит от следующих показателей:

• времени, необходимого для достижения расчетной температуры внутреннего воздуха;
• величины снижения температуры внутреннего воздуха по отношению к расчетной;
• теплоаккумулирующей способности здания;
• воздухообмена во время натопа.

Для повышения энергоэффективности систем отопления (снижения энергопотребления) возможно использование прерывистого режима подачи теплоносителя. Однако время натопа помещения в нормативных документах не регламентируется, т.е. предполагается только постоянное отопление. При прерывистом отоплении существенным фактором следует рассматривать скорость восстановления температурного поля помещений до расчетного значения.

Постановка задачи и исследование

Для изучения особенностей формирования микроклимата в помещениях с притоком наружного воздуха через вентиляционные клапаны и отопительными приборами разного типа (конвектор и радиатор) использован метод численного моделирования.

Моделирование микроклимата выполнялось на примере типовой жилой комнаты здания 137 серии:

• размеры помещения: 6х3 м; внутренняя высота 2,56 м; внутренний объем комнаты - 46,08 м 3 ; суммарная площадь внутренних стен - 73 м 2 ;
• одно окно размером 1,5х1,5 м.

Расчетная температура наружного воздуха - минус 26 °С. Расчетная температура внутреннего воздуха - плюс 20 о С.

Сопротивление теплопередаче наружной стены и оконного блока приняты в соответствии с нормативными требованиями:

для наружной стены - R с = 3,1 (м 2 К)/Вт;

для окна - R ок = 0,51 (м 2 К)/Вт.

Коэффициент теплоотдачи для наружной поверхности - Вт/(м 2 К).

Теплообмен с соседними помещениями не учитывается. Расчетный тепловой поток системы отопления помещения - 1026 Вт. Отопительные приборы размещаются под окном. Предусмотрена установка конвектора типа Atoll Pro (ПКН 310) производства ОАО «Фирма Изотерм» (Санкт-Петербург). При параметрах теплоносителя для отопительного прибора 95/70 °С (применительно к двухтрубной системе водяного отопления и схеме движения теплоносителя в отопительном приборе - сверху-вниз) тепловой поток конвектора составляет 980 Вт. Расхождение между требуемым тепловым потоком конвектора и тепловым потоком конвектора, принятого к установке, допускается в сторону уменьшения в пределах до 5%, но не более чем на 60 Вт (при нормальных условиях) . В данном случае это расхождение составляет 4,1% (56 Вт).

Конвектор моделировался в виде прямоугольного блока. На верхней грани блока имитировалась выходная решетка конвектора длиной 0,74 м и глубиной 0,1 м, через которую выходит струя нагретого воздуха со скоростью 0,34 м/с и температурой 50 °С (эти параметры получены из натурных измерений). Конвективная составляющая теплового потока равна 94%. Через нижнюю грань блока в конвектор поступал воздух из помещения. Остальная часть теплового потока моделировалась как радиационная составляющая (6% от общего теплового потока), излучаемая нагретым кожухом прибора.

Радиатор моделировался в виде прямоугольного блока длиной 1,3 м, высотой 0,4 м, глубиной 0,14 м, заполненного условным материалом со специально подобранными характеристиками, чтобы имитировать теплоемкость массивной металлической конструкции радиатора. Полный тепловой поток от радиатора - 980 Вт; 50% - конвективная составляющая и 50% - радиационная составляющая.

Поступление приточного воздуха в помещение осуществляется через приточные клапаны типа «Аэреко». Размеры приточных клапанов были выбраны таким образом, чтобы в помещении обеспечивался однократный воздухообмен. Приняты два приточных клапана сечением 0,01х0,3 м 2 каждый, расположенных в верхней части оконного блока. При перепаде давления между внутренним и наружным воздухом 10 Па клапаны обеспечивают расход приточного воздуха 46 м 3 /ч, т.е. однократный воздухообмен в комнате. Удаление воздуха из комнаты выполняется через щель, имитирующую зазор под закрытой дверью, расположенной в стене напротив окна. Расположение приточных клапанов показано на рис. 1.

Рис. 1. Расчетная схема (разрез) помещения и расположения точек контроля температуры.

Расчет проводился с использованием пакета STAR-CD. Системы уравнений аэродинамики и теплопереноса решались в нестационарной постановке с шагом по времени, который варьировался от 1 до 10 с. В ходе расчета контролировались температуры воздуха в четырех точках (рис. 1).

В результате расчетов для двух типов отопительных приборов получены графики изменения температуры воздуха во времени при нагреве помещения до и после открытия приточных клапанов для 4 контрольных точек (рис. 2 - 5).

Рис. 2. Характер изменения температуры в точке 1.

Рис. 3. Характер изменения температуры в точке 2.

Рис. 4. Характер изменения температуры в точке 3.

Рис. 5. Характер изменения температуры в точке 4.

Начальная температура воздуха в помещении перед включением отопительных приборов принята равной плюс 15 о С. Приточные клапаны при предварительном нагреве помещения закрыты.

После включения отопительных приборов:

• конвектора: температура воздуха в верхних контрольных точках (1 и 3) достигла 28 о С за 10 минут; в нижних точках (2 и 4) температура воздуха достигла 23 о С за 12-14 минут;
• радиатора: температура воздуха в верхних точках достигает 28 о С за 30 минут; в нижних контрольных точках (2 и 4) при работе радиатора температура воздуха за 30 минут достигает значений 26 о С.

Таким образом, в режиме нагрева помещения («натопа») при работе конвектора температура в верхних контрольных точках устанавливается в 3 раза быстрее, чем при работе радиатора. Сравнивая процесс нарастания температуры в нижних точках, где в меньшей степени сказывается влияние конвективной струи конвектора, видно, что прогрев воздуха при работе конвектора также происходит быстрее. Например, в точке 2 температура 23 °С при работе конвектора достигается за 12 мин, а при работе радиатора - за 20 мин.

При достижении температуры воздуха в верхних контрольных точках 28 ºС проводилось открытие приточных клапанов.

Через 10 мин после открытия клапанов температура воздуха в контрольных точках снижается до плюс 22-24 ºС для обоих приборов. Далее с течением времени температура во всех контрольных точках продолжает снижаться. Однако характер падения температуры (во всех контрольных точках) при работе радиатора более резкий, чем для конвектора. Это объясняется большей подвижностью воздуха в помещении при работе конвектора, которая связана с взаимодействием более мощной конвективной струи нагретого воздуха с холодным приточным воздухом.

Через 50 минут после открытия клапана минимальная температура в контрольных точках при работе конвектора - 22-23 ºС, а при работе радиатора - 19,5-21 ºС, т.е. на 2 ºС ниже.

Заключение

1. Поля температуры воздуха в жилых помещениях при подаче наружного воздуха через вентиляционные клапаны неоднородны. Формирование поля температуры в помещении в значительной степени зависит от типа отопительного прибора.
2. Сравнение изменения температуры в объеме помещения при работе конвектора и радиатора позволяет сделать вывод о том, что при работе конвектора поле температуры в комнате более однородно вследствие преобладания конвективной составляющей теплообмена.
3. В нормативных документах для жилых помещений для повышения энергоэффективности систем отопления путем применения прерывистого режима подачи теплоносителя необходимо установить длительность периода восстановления температуры внутреннего воздуха до расчетного значения.
4. Результаты исследования формирования температурного поля отапливаемых жилых помещений с учетом естественной вентиляции должны учитываться как проектировщиками, так и производителями отопительных приборов.

Рецензенты:

Анисимов С.М., д.т.н., профессор кафедры «Теплогазоснабжение и вентиляция», ФГБОУ ВПОУ «СПбГАСУ», г. Санкт-Петербург.

Гримитлин А.М., д.т.н., профессор кафедры «Теплогазоснабжение и вентиляция», ФГБОУ ВПОУ «СПбГАСУ», г. Санкт-Петербург.

Библиографическая ссылка

Дацюк Т.А., Ивлев Ю.П., Пухкал В.А. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЖИЛЫХ ПОМЕЩЕНИЙ ПРИ ПРЕРЫВИСТОМ ОТОПЛЕНИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=14698 (дата обращения: 18.10.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Экономия тепловой энергии 25-40%. Простота установки и эксплуатации. Окупаемость - 1 сезон.

Введение

Общеизвестно, что в межсезонье, (особенно это ощущается весной) в системах отопления большинства жилых зданий происходит «перетоп», что не только создает дискомфорт, но и обходится в существенную «копеечку». Это, конечно, касается не только жилых зданий, а любых, имеющих «зависимую» схему подключения, например, через элеватор.

Технически причина этого «перетопа» может быть устранена только регулированием потребления в самом здании. Для этого сейчас активно предлагаются к внедрению индивидуальные тепловые пункты (ИТП) - решение, скажем прямо, не дешевое. Другой вариант - насосное смешение - тоже не лишен недостатков, поскольку требует не только затрат на насос и автоматику, но и постоянного расхода электроэнергии (а это постоянные затраты), кроме того схема зависима от электроэнергии, при ее отключении отопления в здании не будет. Самое главное - насосная схема требует капитальных затрат, которые при небольшом теплопотреблении будет окупаться очень долго.

Как раз для зданий с небольшим потреблением (до 0,3 Гкал/ч) есть недорогое и качественное решение проблемы - регулятор отопления, который регулирует потребление тепловой энергии здания позиционно (т.е. обеспечивая прерывистое отопление) - метод давно известный и описанный во всех учебниках, но несколько забытый, поскольку большинство известных регуляторов работало по параметру температуры теплоносителя из системы отопления, что приводило по ряду причин к разрегулировке системы отопления по стоякам. Предлагаемый регулятор имеет совершенно другой метод регулирования. Программное обеспечение вычисляет по температуре наружного воздуха необходимое количество тепловой энергии для здания и не дает ему потреблять лишнего.

При непродолжительных (до 30 мин) перерывах циркуляции теплоносителя в системе отопления температура в помещении практически не будет отличаться от начального значения. Даже при сильных морозах (-20 О С) шестиминутный перерыв в циркуляции теплоносителя приведет к понижению температуры помещения в панельном здании всего на 0,1 °С поскольку инерционность водяной системы отопления и самого здания весьма велики. Кратковременный перерыв циркуляции в особенности оправдан тогда, когда он обусловлен избыточной в данный момент времени тепловой мощностью, которая фиксируется приборами автоматического регулирования. В этом случае позиционное регулирование будет столь же эффективно, как и регулирование пропорциональное, которое обеспечивает, например, ИТП (независимое подключение).

Технические средства, реализующие позиционное регулирование, не требуют применения сложной и дорогой техники. Не нужны циркуляционные насосы, требующие постоянного электропитания, существующие элеваторы могут остаться на своих местах, а стоимость исполнительных механизмов позиционного типа, например, электромагнитных клапанов, существенно ниже стоимости клапанов пропорционального регулирования.

О регуляторе отопления здания

Регулятор предназначен для управления процессом потребления тепловой энергии в зданиях с зависимым подключением с нагрузкой не более 0,3 Гкал/ч.

По показаниям датчиков температуры наружного воздуха и температуры в обратном трубопроводе (см. рис.) контроллер оценивает количество избыточного тепла, поступающего в здание. Для поддержания комфортной температуры в помещениях поток теплоносителя периодически прерывается с помощью клапана, устраняя «перетопы». Во время кратковременного отключения протопленное здание экономит тепло, а температура в помещениях остается стабильной за счет теплоаккумуляторного свойства здания.

Экономия

В среднем типовое 5-этажное или 9-этажное здание потребляет на отопление 70-100 Гкал тепловой энергии (март). Даже при минимальной экономии в 25% и средней стоимости 1 Гкал в 2000 руб. экономия составит 35-50 тыс. руб. в месяц. Регулятор окупается сразу, за первый же отопительный сезон!

Настройка и управление

Для настройки и управления контроллером не требуется специальных программ. Его обслуживание осуществляется через встроенный WEB-сервер с помощью мобильных устройств (ноутбук, планшет, смартфон).

Более того, встроенный модем может осуществлять рассылку SMS сообщений при возникновении аварийных и нештатных ситуаций. При подключении пакета услуг «экономь» возможна организация удаленного доступа к контроллеру через сеть Интернет.

Кроме того, вычислитель регулятора сертифицирован как средство измерения (тепловычислитель узла учета). Таким образом, если к нему подключить расходомер, то получится полноценный узел учета тепловой энергии без дополнительных затрат.

Частые вопросы и ответы

1. Регулятор можно устанавливать только потребителям с зависимой схемой подключения?

Ответ: достаточно существенные перетопы в осенний и весенний периоды (а для теплых климатических зон - практически весь отопительный сезон) присущи как раз зависимой схеме присоединения. Если схема независимая, то тепловая энергия передается через теплообменник и соответствующая автоматика должна регулировать величину потребления (соблюдение температурного графика, исключающего перетопы).

1. Почему регулятор рекомендуется устанавливать при потреблении зданием до 0,3 Гкал/ч

Ответ: известно несколько схем, позволяющих регулировать потребление тепловой энергии зданием на нужды отопления. Наиболее часто применяется насосная схема, которая позволяет плавно регулировать потребление тепловой энергии зданием. Но внедрение такой схемы требует затрат на покупку насоса и соответствующего клапана, что при малом потреблении (соответственно и сравнительно небольших объемах экономии) будет окупаться достаточно продолжительное время. Специально для таких потребителей и был разработан наш Регулятор, который показал на практике окупаемость от 2 месяцев до 2 отопительных сезонов. Для зданий с потреблением больше 0,3 Гкал/ч традиционная насосная схема окупается в приемлемые сроки.

1. Не вызовет ли работа Регулятора шума или гидроударов в системе отопления здания?

Ответ: при потреблении зданием до 0,2 Гкал (и менее) расход теплоносителя составляет около 2 л/с (при скорости теплоносителя в трубе порядка 1 м/с), при таких расходах возникновение гидроудара не возможно. Если используется соленоидный клапан, регулирующий расход, то при его закрытии/открытии (где-то 2 раза в полчаса) слышен характерный щелчок. В офисных зданиях его, конечно, не слышно. Если рядом жилые помещения, то лучше использовать клапан шаровой с сервоприводом, он работает бесшумно, но его стоимость немного выше.

1. Не вызовет ли работа Регулятора завоздушивания системы отопления здания?

Ответ: нет. Клапан будет регулировать подачу тепловой энергии кратковременным перекрыванием подающего трубопровода. Обратный трубопровод ничем не перекрывается. Именно давлением в обратном трубопроводе теплосеть обеспечивает нормальную работу зависимых систем потребителей без завоздушивания.

1. Можно ли поставить один Регулятор на несколько зданий?

Ответ: На каждое здание нужно ставить свой Регулятор, поскольку он рассчитывает индивидуальное потребление зданием тепловой энергии. Если подключить несколько зданий, то из-за индивидуальных особенностей одни из них будут перегреваться, а другие недогреваться. При индивидуальной установке регулятора он будет учитывать особенности конкретного здания и обеспечивать ему необходимое количество тепловой энергии для поддержания комфортной температуры в помещении.

1. Сложно ли настраивать Регулятор?

Ответ: Регулятор настраивается очень просто: ему задается температурный график тепловой сети и температура, которую необходимо поддерживать в помещениях здания. Остальное он вычислит сам. Кроме того, если здание офисное или промышленное, можно указывать периоды, когда температура в помещениях может быть пониженной (выходные дни и ночные часы). В этом случае экономия будет еще больше. Если Регулятор подключен к сети Интернет, то настройка может быть осуществлена удаленно с любого компьютера (по логину и паролю).

1. Насколько сложен монтаж Регулятора?

Ответ: Монтаж сводится к установке монтажного модуля с уже установленной на нем необходимой арматурой (на резьбовом или фланцевом соединении - операция доступная любому слесарю). Операция требующая сварки - установка гильзы в трубопровод для датчика температуры. Крепление второго датчика температуры (воздуха) на северный (желательно) фасад здания - не представляет сложности. Шкаф управления монтируется на стену. Если подключение к интернету через мобильную связь, то возможно потребуется вывести антенну на фасад здания.

1. Есть ли практический опыт внедрения Регулятора?

Ответ: В качестве примера приведем данные работы регулятора в здании офиса теплоснабжающей компании в Москве. На рис. 1 виден исполнительный механизм (шаровой клапан с сервоприводом), установленный после теплосчетчика (по ходу теплоносителя). На рис. 2 представлен график температуры в подающем и обратном трубопроводе системы отопления, которые фиксировал теплосчетчик. На рис. 3. график потребления тепловой энергии зданием (данные теплосчетчика). На рис. 2 и 3 примеры работы системы диспетчеризации и учета данных.

Рисунок 1. Исполнительный механизм регулятора отопления (слева) и смонтированный в шкафу регулятор (контроллер) (справа).

Рисунок 2. График температур в офисном здании после установки регулятора (по данным теплосчетчика)

Рисунок 3. Потребление тепловой энергии зданием после установки регулятора отопления (данные теплосчетчика)