Авторы А.П. Любарец, к.т.н., доц., Киевский национальный университет строительства и архитектуры О.Н.Зайцев, д.т.н., проф., Одесский национальный политехнический университет

Жизнь современного человека не мыслима без определенного уровня комфортности помещений. В сущности, любое здание (как рукотворное, так и естественное) нельзя рассматривать без инженерных систем. Появление таких направлений как энергосбережение в архитектуре, строительстве — яркое свидетельство этому.

В то же время рассмотрение каких-либо вопросов отдельно, без комплексного анализа не может решить проблемы качественного обеспечения комфортных условий, а зачастую вызывает и отрицательный эффект (например, снижение температуры горячей воды в котлах с одной стороны уменьшает расход топлива, а с другой уменьшает температурный напор в нагревательных приборах, что требует увеличения их площади, то есть увеличения капитальных затрат, кроме того, оказывает влияние на работу терморегуляторов системы отопления).

Сама архитектура здания, его расположение, взаимодействие с расположенными рядом другими зданиями и сооружениями (аэродинамическим, тепловым) также оказывают влияние на работу инженерных систем [1].

Системы отопления являются основным инструментом, позволяющим создавать и поддерживать тепловые, комфортные условия в зданиях и сооружениях. В настоящее время к этим функциям добавилась функция управления параметрами микроклимата, что в совокупности с требованиями энергосбережения выводит на первую роль именно системы отопления.

Однако, обратной стороной расширения функций систем отопления явилось и их усложнение — как разница между арифмометром и современными ЭВМ, такое же различие между «классическими» системами водяного отопления и современными системами обеспечения микроклимата. По большому счёту это два совершенно различных объекта с одним и тем же предназначением.

Современные системы отопления имеют принципиально иной подход к регулированию — это не процесс наладки перед пуском с последующей работой в постоянном гидравлическом режиме, это системы с постоянно изменяющимся тепловым режимом в процессе эксплуатации, что соответственно требует оборудования для отслеживания этих изменений и реагирования на них.

К примеру, изменение теплового режима зависит от способности терморегулятора изменять расход тепловой энергии на приборы в системе отопления, что вызывает цепную реакцию других систем (либо терморегуляторов, что может вызвать как разрегулировку системы, так и выход из строя циркуляционного насоса, либо перегрузку системы электроснабжения).

В качестве задач, которые должны решаться с помощью систем отопления можно указать [3, 4]:

1. Система отопления должна возмещать потери тепла помещением через все его тепло-ограждающие конструкции.

2. Система отопления должна независимо от колебаний наружной температуры поддерживать внутри помещения установленную температуру.

3. Температура внутреннего воздуха должна быть возможно равномерной как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях (по горизонтали разница температур не должна превышать 2 °С, по вертикали — 1 °С на 1 м высоты помещения).

4. Внутренние поверхности должны иметь температуру, приближающуюся к температуре воздуха в помещении и обеспечивать минимальное время нагрева элементов высокой тепловой аккумуляции.

5. Система отопления должна обеспечивать достижение максимального теплоиспользования в течение всего отопительного периода на протяжении года.

Однако, поскольку система отопления не есть самоцель, а призвана обеспечивать тепловой комфорт в помещении, то представляет интерес рассмотрениe работы такой системы в условиях динамического изменения параметров (инфильтрации наружного воздуха, работы вытяжных систем вентиляции, наличия перепада температуры между стенками и воздухом помещения (при этом перепад температур изменяется от внутренних стен к наружным)).

То есть в данной работе была сделана попытка рассмотрения распределения температуры, плотности и давления в отапливаемом помещении при использовании различных систем отопления, а именно: как влияет инфильтрация наружного воздуха, вытяжная вентиляция, температура стен, нагревательных приборов на работу систем отопления и распределение указанных параметров в помещении, при расположении нагревательного прибора под окном, в случае напольной системы отопления и при применении комбинированной системы.

В качестве граничных условий задавались:

❏ ограждающие конструкции (внутренние стенки с температурой на 5 градусов ниже температуры внутреннего воздуха (20 °С), внутренняя поверхность наружной стены — на 8 °С);

❏ отопительный прибор, температура поверхности которого принималась равной 50 °С;

❏ инфильтрация наружного воздуха учитывалась созданием перепада давления в месте расположения оконного проёма в 20 Па и задавалась температура наружного воздуха — -20 °С (на рис. 4 — перепад давления равен 100 Па);

❏ температура пола, при использовании его в качестве отопительного прибора принималась равной 27 °С;

❏ кроме того во всех случаях учитывалась скорость движения внутреннего воздуха — 0,3 м/с и удаление воздуха из помещения (на стенке создавался перепад давления 10 Па при температуре, равной внутренней).

Результаты моделирования [2] представлены на рис. 1-7 .

Анализ полученных данных позволяет сделать несколько выводов:

1. Влияние радиатора имеет ограниченное значение — на расстоянии 1-1,5 м давление и температура практически равномерно расслоены по объёму помещения.

2. В местах, где нет влияния радиатора и наличествует инфильтрация происходит изменение потока —

прижимание его к полу.

3. При совместном отоплении (радиатор возле окна и теплый пол) — основное влияние на конфигурацию распределения температур оказывает радиатор, вследствие более высоких температурных параметров.

4. При использовании системы теплый пол (без радиатора) также отсутствует равномерное прогревание воздуха по площади помещения — это объясняется разной температурой ограждающих конструкций, инфильтрацией и влиянием вентиляции, при этом возникает несколько циркулирующих воздушных потоков, которые создают зоны перегрева и охлаждения в помещении. ■

Литература

1. Кононович Ю.В. Тепловой режим зданий массовой застройки. — М.: Стройиздат, 1986. — С.157.

2. Алямовский А.А., Собачкин А.А., Одинцов Е.В., Харитонович А.И., Пономарев Н.Б. SolidWorks Компьютерное моделирование в инженерной практике. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. — С. 800: ил.

3. Табунщиков Ю.А., Хромец Д.Ю., Матросов Ю.А. Тепловая защита ограждающих конструкций зданий и сооружений. — М.: Стройиздат, 1986.

4. Tabunschikov Y. Mathematical models of thermal conditions in buildings // USA: CRC Press, 1993.