Введение к работе
з
Актуальность темы.
В настоящее время в Российской Федерации основным способом обеспечения потребителя тепловой энергией является централизованное теплоснабжение (около 72 % от всей генерируемой тепловой энергии страны). Современная система централизованного теплоснабжения в нашей стране обладает относительно невысокой степенью надежности, а как следствие характеризуется высокой частотой аварийных отключений абонентов.
Нарушение теплоснабжения здания во время отопительного периода ведет к снижению температуры теплоносителя во внутридомовой системе отопления, а соответственно и к возникновению опасности замерзания воды в системе. Действующие рекомендации для эксплуатирующих организаций устанавливают время допустимого присутствия теплоносителя в системе отопления после прекращения теплоснабжения - 2^-6 часов в зависимости от температуры наружного воздуха. Указанные отрезки времени представляются существенным образом заниженными, т.к. они не учитывают высокий уровень теплозащиты зданий современного строительства, а также не отражают различий в тепловой инерции и аккумулирующей способности зданий с различными архитектурно-строительными и теплотехническими характеристиками. Кроме того, не учитывается независимый способ присоединение системы отопления к тепловой сети, наиболее характерный для нового строительства.
Преждевременный слив воды из системы отопления влечет за собой неоправданные потери химически очищенной воды, сокращает срок службы системы и увеличивает время восстановления расчетного теплового режима здания. Для исключения приведенных негативных последствий необходимо более точно определить момент достижения критического уровня температуры внутреннего воздуха в помещениях здания, до наступления которого слив воды производить нецелесообразно.
Этим определяется актуальность темы настоящей работы.
Отдельный интерес с точки зрения конструирования и эксплуатации системы отопления, представляет вопрос потокораспределения при отключении теплоснабжения, и в частности работа современной терморегулирующей и автоматической балансировочной арматуры, обязательность применения которой закреплена в последней актуализированной редакции СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».
Цель работы - получение значений допустимой продолжительности работы системы отопления после отключения теплоснабжения по результатам многовариантных расчетов на программе для ЭВМ, реализующей разработанную математическую модель совместной работы системы отопления и теплового режима помещений здания при отключении теплоснабжения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
- разработать модель тепло-гидравлического режима работы современной системы отопления, позволяющую изменять в широких пределах ее тепловые и гидравлические характеристики, в том числе и динамически во времени;
разработать, адаптированную к расчету гидравлического и теплового режимов системы отопления, модель изменяющегося во времени теплового режима помещений здания;
реализовать связь между вышеуказанными моделями на одном временном шаге для моделирования взаимного влияния этих двух зависимых систем;
разработать программу для ЭВМ на основании полученной совмещенной модели работы системы отопления и теплового режима здания;
осуществить проверку корректности работы программы-модели на основании проведенных натурных исследований, а также на основании экспериментальных данных, приведенных в технической литературе;
выполнить многовариантные расчеты и проанализировать их результаты, провести оценку значимости различных факторов влияющих на работу системы отопления и на тепловой режим помещений в условиях изменяющейся температуры теплоносителя;
разработать методику упрощенного расчета допустимого времени работы системы отопления после отключения теплоснабжения, а также рекомендации по ее использованию.
Объект исследования - двухтрубная вертикальная система отопления и отапливаемые этой системой помещения здания.
Предмет исследования - изменяющиеся во времени тепловой и гидравлический режимы системы отопления и тепловой режим помещений здания.
Теоретико-методологическая основа исследования варьируется в зависимости от решаемой задачи:
для определения фактических значений расходов и потерь давления во всех элементах системы отопления применяется решение системы матричных уравнений, составленных на основании теории графов и решаемых на основании модифицированного гибридного алгоритма Пауэлла;
для определения фактического значения теплоотдачи системы отопления в заданный момент времени применяется решение системы уравнений, основанных на уравнении переходных тепловых процессов в системе отопления с использованием теории подобия для нахождения коэффициентов теплообмена;
для определения температуры воздуха в заданный момент времени используется расчет дискретно изменяющегося во времени теплового режима помещения в конечных разностях с построением неявной разностной схемы методом теплового баланса.
Научная новизна работы заключается в следующем:
получена система формул для расчета характеристик гидравлического сопротивления всех возможных видов местных сопротивлений, в том числе современной регулирующей арматуры - автоматических балансировочных клапанов и терморегулирующих клапанов с предварительной настройкой;
на основании проведенного теоретического обобщения формул для расчета коэффициентов теплопередачи отопительных приборов и труб, коэффициентов теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях теплопроводов, а также уравнения теплового баланса участков системы отопления, была
предложена математическая модель изменяющегося во времени теплового режима работы системы отопления, учитывающая, в том числе, тепловую инерцию элементов системы отопления, величины фактических расходов теплоносителя в системе, а также различную температуру теплоносителя, сливающегося в тройниках и крестовинах в один и тот же момент времени;
- получен алгоритм расчета совместной работы дискретно изменяющегося с
малым шагом по времени теплового и гидравлического режимов работы си
стемы отопления и теплового режима помещений здания для получения
наиболее достоверных сведений о распределении температуры теплоносите
ля в системе, а также возможных изменениях в действии автоматической ре
гулирующей арматуры.
Практическая значимость работы заключается в:
создании методики и программы на ЭВМ для расчета допустимой продолжительности работы системы отопления после отключения теплоснабжения здания;
разработке метода упрощенного получения рекомендательных сведений для эксплуатирующих организаций по допустимой продолжительности работы системы отопления после отключения теплоснабжения;
создании методики расчета гидравлического разрегулирования в двухтрубной системе отопления, оснащенной терморегулирующей и автоматической балансировочной арматурой при работе термостатических головок;
проведенной комплексной оценке основных влияющих факторов на время остывания помещений здания при отключении теплоснабжения.
Апробация и публикация результатов работы.
По содержанию диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 4 работы, опубликованы в изданиях Перечня ВАК РФ.
По теме диссертации были сделаны доклады в рамках: второй и третьей международных научно-технических конференций «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции» (МГСУ) 2007 и 2009 гг.; Молодежного научно-инновационного конкурса «УМНИК-2009» (МГСУ) 2009 г.; IV Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики» (НИИСФ РА-АСН)2012г.
На защиту выносятся следующие положения:
математическая модель совместной работы системы отопления и теплового режима помещений здания с дискретным изменением во времени их тепловых и гидравлических характеристик;
результаты аналитических и натурных исследований функционирования системы отопления и теплового режима помещений жилого здания в период нарушения теплоснабжения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы (117 наименований, в том числе 13 зарубежных источников) и приложений. Общий объем диссертационной работы: 167 страниц машинописного текста, в том числе 18 таблиц, 43 рисунка, 2 приложения.
Похожие диссертации на Работа системы отопления и тепловой режим здания при отключении теплоснабжения
