Рис. 1. Отопление только от радиатора (распределение давления по помещению)
Рис. 2. Отопление только от радиатора (распределение давления по помещению)
Рис. 3. Отопление от радиатора и пола (распределение давления по помещению)
Рис. 4. Отопление от радиатора и пола (распределение давления по помещению)
Рис. 5. Отопление от пола, без радиатора (распределение давления по помещению)
Рис. 6. Распределение температуры при совместной работе напольной системы отопления и радиатора (разрез помещения)
Рис. 7. Распределение температуры при совместной работе напольной системы отопления и радиатора (изометрия)
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 счету, 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]:
- Система отопления должна возмещать потери тепла помещением через все его теплоограждающие конструкции.
- Система отопления должна независимо от колебаний наружной температуры поддерживать внутри помещения установленную температуру.
- 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).
- Внутренние поверхности должны иметь температуру, приближающуюся к температуре воздуха в помещении, и обеспечивать минимальное время нагрева элементов высокой тепловой аккумуляции.
- Система отопления должна обеспечивать достижение максимального теплоиспользования в течение всего отопительного периода.
Однако, поскольку система отопления не есть самоцель, а призвана обеспечивать тепловой комфорт в помещении, то представляет интерес рассмотрение 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 использовании комбинированной системы.
В качестве граничных условий задавались — ограждающие конструкции (внутренние стенки с температурой на 5 °C 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 проема в 20 Па и задавалась температура наружного воздуха –20 °C (на рис. 4 — перепад давления 100 Па), температура пола, при использовании его в качестве отопительного прибора принималась равной 27 °C, 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. 1–6. Анализ полученных данных позволяет сделать несколько выводов:
- Влияние радиатора имеет ограниченное значение — на расстоянии 1–1,5 м давление и температура практически равномерно расслоены по объему помещения.
- В местах, где нет влияния радиатора и наличествует инфильтрация, происходит изменение потока — прижимание его к полу.
- При совместном отоплении (радиатор возле окна и теплый пол) — основное влияние на конфигурацию распределения температур оказывает радиатор, вследствие более высоких температурных параметров.
- При использовании системы теплого пола (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.
