AN UPDATED METHOD FOR HEATING CALCULATING IN BUILDINGS WITH INTERMITTENT HEATING

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

An updated method of heating calculation of buildings operated in the conditions of intermitt ent heating is considered. On the basis of the conducted studies, analytical dependences were obtained for determining energy consumption during heating of building enclosing structures, taking into account the infl uence of the order of location of thermal insulation and structural layers, as well as temperature changes during heating of each layer. Formulas for fi nding the change in the temperature of the internal air during the heating of the premises and the internal surface of the enclosing structures are obtained. On the basis of the proposed refi ned methodology, the calculation of the heating of the living room of a country cott age located on the territory of the Samara region was performed.

Full Text

Прерывистое отопление в настоящее время широко используется в зданиях индивидуальной застройки при периодическом пребывании в них людей (например в выходные дни), а также в производственных зданиях при односменной или двухсменной работе. Использование дежурного отопления с постоянной температурой воздуха в отапливаемых помещениях позволяет, как сказано в работах [1-4], существенно снизить расход тепловой энергии за отопительный период. Особенность теплотехнического расчета строительных ограждающих конструкций указанных выше зданий заключается в том, что процесс нестационарной теплопередачи протекает при изменяющейся температуре воздуха во время натопа помещений. Решение сопряженной задачи нестационарного теплообмена аналитическими методами представляет значительные математические трудности. Поэтому в настоящее время для её реализации применяют численные методы, используемые в программных комплексах. В работах [5-7] представлены результаты расчета процессов натопа помещений жилых и общественных зданий. Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 2 10 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ Однако на основе численных решений задач нестационарной теплопередачи не представляется возможным разработать инженерную методику теплотехнического расчета ограждающих конструкций зданий с прерывистым отоплением. В настоящее время в техническом регламенте по вводу зданий в эксплуатацию используется методика оценки теплоаккумулирующей способности зданий, разработанная Ю.В. Кононовичем и изложенная в монографии в 1986 г. [8]. С помощью указанной выше методики проведена оценка коэффициента теплоаккумулирующей способности здания и времени остывания помещения при аварийных ситуациях. В работе [9] проведена оценка влияния кратности воздухообмена на процесс остывания помещения при отключении системы теплоснабжения. Анализ инженерной методики, изложенной в работе [8], позволил выявить следующие её недостатки: 1) при расчете количества теплоты, аккумулированной утепленными наружными и внутренними ограждениями, не учитывается влияние порядка расположения теплоизоляционного и конструкционных слоёв на аккумулирующую способность; 2) не учитывается изменение температуры для каждого слоя в процессе натопа помещения. На основе исследований, представленных в работах [10, 11], предлагается выполнить теплотехнический расчет ограждающих конструкций в следующей последовательности: 1. Определяем показатель теплоаккумулирующей способности при натопе помещения: (1) где Qн - энергозатраты на нагрев наружных и внутренних ограждающих конструкций, кДж. (2) где m и n - количество теплоемких наружных и внутренних ограждений; ci, ρi, δi, Fi - удельная теплоемкость, кДж/кг·°С; плотность, кг/м³; толщина, м и площадь, м² наружных ограждений соответственно; Δτi - изменение температуры i-го наружного ограждения, °С; cγ, ργ, δγ, Fγ - удельная теплоемкость, кДж/кг·°С; плотность, кг/м³; толщина, м и площадь, м² внутренних ограждений соответственно; Величина Δτi определяется, согласно [10], по формуле (3) где tв1, tв2 - температуры внутреннего воздуха при работе дежурного отопления и на расчетном режиме соответственно, °С; R0 усл - сопротивление теплопередаче глади ограждения, (м2·°С)/Вт; (м2·°С)/Вт - термическое сопротивление i-го слоя; αв - коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/ (м2·°С). Изменение температуры внутренних ограждений рассчитывается по формуле Δτγ = tв2 - tв1, °С. (4) Теплопотери помещения Qпом., согласно [8], определяются по формуле (5) где , Вт/ (м2·°С) - коэффициент теплопередачи i-го наружного ограждения; L - расход инфильтрирующего воздуха, м3/с; св, ρв - удельная теплоемкость, Дж/кг·°С и плотность, кг/м³ наружного воздуха соответственно. 2. Находим изменение температуры внутреннего воздуха tв(z) при натопе помещения: (6) где tв(0) - температура внутреннего воздуха в начале процесса натопа, рассчитываемая, согласно [8], по формуле (7) где Выражение для определения радиационной температуры tR внутренних поверхностей имеет следующий вид: (8) где τi, τγ - температура внутренней поверхности наружных и внутренних ограждений соответственно, °С. Температура внутренней поверхности наружных ограждений рассчитывается по формуле (9) Ю. С. Вытчиков, А. А. Чулков, В. А. Голиков 11 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 2 3. Определяем время нагрева наружных ограждающих конструкций, согласно [10]: (10) где - удельный тепловой поток через ограждение при расчетном режиме эксплуатации, Вт/м2; - критерий граничных условий. 4. Определяем изменение температуры внутренней поверхности ограждающих конструкций по формуле (11) где τβ1i, τβ2i, значения температуры внутренней поверхности i-го ограждения при дежурном и расчетном режимах эксплуатации здания, °С. 5. Находим закон изменения удельных тепловых потоков в процессе натопа помещения для i-го наружного ограждения: (12) 6. Определяем среднее значение удельного теплового потока в процессе натопа помещения: (13) 7. По величине qср уточняем значение времени нагрева ограждающей конструкции, и расчет далее повторяется. На примере расчета натопа комнаты, расположенной на втором этаже загородного коттеджа, рассмотрим использование приведенной выше методики теплотехнического расчета ограждающих конструкций. План комнаты представлен на рис. 1, состав наружных и внутренних ограждающих конструкций - в таблице. Расчет производился для строящегося коттеджа, расположенного в Самарской области. В качестве исходных данных принимались следующие величины: 1. Температура внутреннего воздуха в жилой комнате при дежурном отоплении составила tв1 = 12 °С, на расчетном режиме tв2 = 22 °С . 2. Средняя температура наружного воздуха для наиболее холодной пятидневки tн5 0,92 = -30 °С. 3. Теплофизические характеристики используемых материалов взяты из СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий и сооружений» По результатам расчета коэффициент теплоаккумулирующей способности комнаты составил β = 7,8 ч. На рис. 2 представлен график изменения температуры внутреннего воздуха и температуры на внутренней поверхности стены при натопе помещения. Время нагрева наружной стены по результатам расчета составило Zн = 2,7 ч. Из представленных на рис. 2 данных видно, что температура воздуха в комнате достигает значения tв = 20 °С через 12 ч после начала натопа помеще- Рис. 1. Планировка помещения Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 2 12 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ Рис. 2. График изменения температуры внутреннего воздуха и температуры на внутренней поверхности стены при натопе помещения Теплофизические характеристики ограждающих конструкций комнаты коттеджа Вид ограждающей конструкции Площадь ограждения Fi, м2 Толщина δi , м Коэффициент теплопроводности λi, Вт/м2 °С удельная теплоемкость сi , Дж/(кг °С) Плотность ρi, кг/м3 Сопротивление теплопередаче R0, (м2°С)/Вт Наружные ограждения Наружные стены: 39,6 1,74 - гипсокартон - 0,0125 0,19 0,84 800 - пеноплекс - 0,03 0,031 1,34 35 - кладка из керамического кирпича на цементно-песчаном растворе - 0,38 0,7 0,88 1800 Чердачное перекрытие: 21,6 2,09 - гипсокартон - 0,0125 0,19 0,84 800 - пеноплекс - 0,03 0,031 1,34 35 - монолитный керамзитобетон (плита перекрытия) - 0,2 0,24 0,84 800 - цементно-песчаная стяжка - 0,02 0,76 0,84 1800 Оконные блоки с двухкамерными стеклопакетами 4,5 - - - - 0,55 Внутренние ограждения Междуэтажное перекрытие: 21,6 - паркет штучный - 0,018 0,14 2,3 500 - мастика - 0,001 0,17 1,68 1000 - цементно-песчаный раствор - 0,04 0,76 0,84 1800 - монолитный керамзитобетон - 0,2 0,24 0,84 800 - пенотерм - 0,016 0,035 1,81 60 Межкомнатная перегородка: 16 - кладка из керамического кирпича на цементно-песчаном растворе - 0,12 0,7 0,88 1800 - штукатурка цементно-песчаным раствором - 0,04 0,76 0,84 1800 - входная дверь (деревянная) 2,0 0,04 0,14 2,3 500 Ю. С. Вытчиков, А. А. Чулков, В. А. Голиков 13 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 2 ния, температура на внутренней поверхности стены τв = 18 °С через 17 ч после начала натопа помещения. Выводы. 1. Разработана уточненная методика натопа помещений в зданиях с прерывистым отоплением. 2. Представлены результаты расчета изменения температуры внутреннего воздуха и внутренней поверхности наружной стены в жилой комнате загородного коттеджа.

×

About the authors

Yuri S. VYTCHIKOV

Samara State Technical University

Author for correspondence.
Email: filippov.vd@samgtu.ru
Russian Federation, ул. Молодогвардейская, 194

Alexander A. CHULKOV

Samara State Technical University

Email: filippov.vd@samgtu.ru
Russian Federation, ул. Молодогвардейская, 194

Vladislav A. GOLIKOV

Samara State Technical University

Email: filippov.vd@samgtu.ru
Russian Federation, ул. Молодогвардейская, 194

References

  1. Анисимова Е.Ю. Энергоэффективность теплового режима здания при использовании отопительного режима прерывистого отопления // Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура». 2012. № 38. С. 55-59.
  2. Панферов В.И., Анисимова Е.Ю. Анализ возможности экономии тепловой энергии при прерывистом режиме отопления // Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура». 2008. № 12. С. 30-37.
  3. Береговой А.М., Гречишкин А.В., Береговой В.А. Энергоэкономичные и энергоактивные здания в архитектурно-строительном проектировании. Пенза: ПГУАС, 2012. 204 с.
  4. Захаревич А.Э. Экономия тепловой энергии при прерывистом отоплении // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2014. № 1. С. 64-67.
  5. Дацюк Т.А., Ивлев Ю.П., Пухкал В.А. Моделирование теплового режима жилых помещений при прерывистом отоплении // Современные проблемы науки и образования. М., 2014. № 5. URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=14698 (дата обращения: 25.04.2021).
  6. Дацюк Т.А., Таурит В.Р. Моделирование микроклимата жилых помещений // Вестник гражданских инженеров. СПбГАСУ, 2012. № 4. С. 196-198.
  7. Иванов В.В., Карасева Л.В. Процессы прогрева ограждающих конструкций после включения источника теплоты // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2013. № 4. С. 49-53.
  8. Кононович Ю.В. Тепловой режим зданий массовой застройки. М.: Стройиздат, 1986. 157 с.
  9. Вытчиков Ю.С., Титов В.Г., Власенкова Е.Н., Чулков А.А. Определение теплоаккумулирующей способности помещений жилых зданий // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительные технологии: сборник статей /под ред. М.В. Шувалова, А.А. Пищулева, А.К. Стрелкова. Самара, 2019. С. 470-478.
  10. Вытчиков Ю.С., Беляков И.Г., Сапарёв М.Е. Математическое моделирование процесса нестационарной теплопередачи через строительные ограждающие конструкции в условиях прерывистого отопления // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 6-2 (48). С. 42-48.
  11. Вытчиков Ю.С., Сапарев М.Е., Чулков А.А. Оптимизация выбора уровня теплозащиты ограждающих конструкций зданий, эксплуатируемых в условиях прерывистого отопления // Промышленное и гражданское строительство. 2017. № 3. С. 90-93.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2021 VYTCHIKOV Y.S., CHULKOV A.A., GOLIKOV V.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies