Введение к работе
Актуальность работы.
Известно, что расход теплоты на отопление любого помещения и мощность отопительного прибора определяется по тепловому балансу. При его составлении учитываются дополнительные тепловые потери (0-допЬ обусловленные прогреванием ограждающей конструкции за отопительным прибором. Принимается, что Одоп составляют от 2 до 10 % от расчетной тепловой нагрузки помещения в зависимости от вида отопительного прибора и способа его установки. По имеющимся у нас сведениям, в литературе отсутствуют математические модели и методы расчетной оценки йдоп. Поэтому является актуальной работа по математическому моделированию температурных полей в ограждающих конструкциях в зоне установки отопительного прибора и численной оценке О.доп. Дополнительные тепловые потери зависят от размеров и температуры отопительного прибора, расстояния менду ним и ограждением, толщины ограждения и свойств его материала, температуры наружного воздуха, скорости его движения и других факторов.
Основные теоретические разработки, включенные в диссертационную работу выполнены в рамках темы "Повышение эффективности отопления зданий и сооружений" научной программы госбюджетных исследований по программе "Архитектура и строительство" (1994-1997 годы).
Цель работы заключается в разработке математических моделей и программного обеспечения для определения трехмерных температурных полей и дополнительных тепловых потерь в зоне установки отопительного прибора (стального панельного радиатора), а также численной оценке мероприятий по снижению теплопотерь в.ограждающих конструкциях в зоне установки отопительного прибора на основе разработанных математических моделей.
Идея работы заключается в исследовании закономерностей локальных процессов теплообмена в ограждающих конструкциях в зоне расположения отопительного прибора и в учете дополнительных теплопотерь через ограждающие конструкции.
Методы исследований:
В исследованиях температурных полей и тепловых потерь использованы теоретические и экспериментальные методы. В основу
теоретических исследований положено математическое моделирование процессов с использованием ЭВМ. В экспериментальных исследованиях применено физическое моделирование (использованы результаты проведенных экспериментов и известные литературные данные).
Научная новизна работы:
і. Получено аналитическое решение по расчету углового коэффициента от отопительного прибора (панельного радиатора) на произвольно расположенную площадку любых размеров на внутренней поверхности ограждающей конструкции. С использованием полученного решения определены локальные значения плотности тепловых потоков; показана возможность представления "истинного" распределения плотности результирующего теплового потока источником типа q(x.y)=q(0,0)exp(-k1x2-k2y2).* определены численные значения Kt и кг - коэффициентов сосредоточенности (распределения) плотности теплового потока по горизонтали и вертикали на внутренней поверхности ограждения.
-
Вероятностными методами проведена статистическая обработка результатов математических экспериментов по определению kt и k2. Получены регрессионные уравнения для их расчета.
-
Классическим методом - методом источников получено аналитическое решение по определению трехмерного температурного поля ограждающей конструкции здания, нагреваемой непрерывно действующим источником теплоты с распределением плотности теплового потока q(x.y) = q(0,0)exp(-k1x2-k2y2). На основе полученного решения и решения по расчету углового коэффициента излучения от панельного радиатора на внутреннюю поверхность ограждения разработана и реализована на ЭВМ математическая модель для расчета трехмерных температурных полей.
-
Разработана и реализована .на ЭВМ численная математическая модель по расчету трехмерных температурных полей и тепловых потерь при нагреве панельным радиатором многослойных ограждающих конструкций здания, учитывающая лучистый и конвективный теплообмен на поверхностях ограждения в зависимости от температуры расчетных элементов.
Практическая ценность:
1. Разработанные математические модели и программные средства по определению тепловых потерь и температурных полей в ограждающих конструкциях здания в зоне установки отопительного
прибора могут быть применены на стадии проектирования систем отопления зданий и в научных исследованиях.
-
Разработанная программа расчета на ЭВМ позволяет численно оценивать эффективность мероприятий по снижению теплопотерь через ограждающие конструкции зданий в зоне установки отопительного прибора.
-
Результаты численных расчетов позволяют оценить тепловые потери ограждения и количество аккумулированной в нем теплоты для двух случаев: с учетом локального нагрева ограждения отопительным прибором и без учета.
Реализация результатов работы:
Комплекс программных средств по определению температурных полей ограждающих конструкций и теплопотерь в зоне установки отопительного прибора передан АО "Промгражданпроект" г. Иваново и внедрен в учебный процесс на кафедре "Теплогазоснабжение и вентиляция" Ивановской государственной архитектурно-строительной академии при дипломном проектировании и изучении курса "Отопление".
На защиту выносится:
-
Аналитическое решение по определению угловых коэффициентов в системе двух плоскопараллельных поверхностей.
-
Методика расчета численных значений коэффициентов сосредоточенности плотности теплового потока kj и к2 для панельных радиаторов.
-
Аналитическое решение и математическая модель трехмерных температурных полей в однослойных ограждающих конструкциях здания при нагреве панельным радиатором.
-
Численное решение и математическая модель трехмерных температурных полей в многослойных ограждающих конструкциях здания при нагреве панельным радиатором.
-
Параметрический анализ трехмерных температурных полей ограждений в зоне установки отопительного прибора и их экспериментальная проверка.
-
Численная оценка эффективности мероприятий по снижению дополнительных теплопотерь через ограждение в зоне установки отопительного прибора.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции,
посвященной 15-летию учреждения Ивановского инженерно-строительного института, г. Иваново, 1996 г.; межвузовской конференции "Опыт информатизации в высшей школе: состояние и перспективы", Иваново, 1996 г.; конференции "Создание и развитие информационной среды вуза: состояние и перспективы", г. Иваново, 1997 г.; международной научно-технической конференции "VIII Бенардосовс-кие чтения", г. Иваново, 1997 г.; на научной конференции аспирантов, г. Иваново, 1997 г.; заседаниях кафедры " Теплогазоснаб-жение и вентиляция" Ивановской государственной архитектурно-строительной академии в период с 1994 по 1997 г,; на объединенных научных семинарах кафедр "Теплогазоснабжение" и "Отопление, вентиляция и кондиционирование" Ростовского государственного строительного университета (1997, 1998 г.).
Достоверность научных положений обеспечивается применением классических методов решений задач по определению температурных полей в ограждающих конструкциях зданий и подтверждается удовлетворительной сходимостью экспериментальных и расчетных температурных полей, а также адекватностью результатов расчетов температур в ограждающих конструкциях по численным и аналитическим решениям.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложена на 128 страницах, включает 21 таблицу и 32 рисунка, список литературы из 130 наименований и приложения. Общий объем диссертации составляет 143 страницы.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в десяти работах.
