УТОЧНЕННАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА НАТОПА В ПОМЕЩЕНИЯХ ЗДАНИЙ ПРИ ПРЕРЫВИСТОМ ОТОПЛЕНИИ

Полный текст

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.

Об авторах

Юрий Серафимович ВЫТЧИКОВ

Самарский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: filippov.vd@samgtu.ru
Россия, ул. Молодогвардейская, 194

Александр Анатольевич ЧУЛКОВ

Самарский государственный технический университет

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

Владислав Андреевич ГОЛИКОВ

Самарский государственный технический университет

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

Список литературы

Дополнительные файлы