Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ основных направлений исследований в области аккумулирования теплоты в энерге тических системах с использованием возоб новляемых источников энергии 13
1.1 Области применения и классификация аккумуляторов энергии 13
1.2 Выводы 37
2 Тепловые аккумуляторы с твердым аккумулирующим материалом с пористой матрицей 38
2.1 Общие сведения. Методы расчета 38
2.2 Численное моделирование теплообмена в тепловом акку муляторе с пористой матрицей 44
2.2.1 Дифференциальные уравнения тепломассообмена в тепловом аккумуляторе с пористой матрицей 44
2.2.2 Результаты математического моделирования исследования 45
2.3 Выводы , 56
3 Грунтовые аккумуляторы теплоты 57
3.1 Схема грунтового теплообменника 57
3.2 Моделирование нестационарных тепловых процессов в грунтовом аккумуляторе 65
3.2.1 Процесс теплообмена в грунтовом аккумуляторе 65
3.2.2 Моделирование поля температур в грунтовом аккумуляторе типа «Трубка Фильда» 75
3.3 Экспериментальное исследование теплофизических пока зателей грунтового аккумулятора 87
3.4 Выводы 98
4 Электрокабельная аккумуляционная система отопления 99
4.1 Общие сведения 99
4.2 Комплекс критериев технологии электрокабельной аккумуляционной системы отопления 102
4.3 Метод расчета теплообмена при использовании электроаккумуляционной системы отопления 107
4.4 Математическое моделирование температурного поля в электрокабельном аккумуляторе теплоты., 115
4.5 Экспериментальное исследование теплообмена в помеще
нии 123
4.6 Анализ оптимальных конструкций помещения с использованием электроаккумуляциониых систем отопления, удовлетворяющих санитарным нормам 128
4.7 Выводы 133
5 Термоэкономический подход в оценке эффективности электроаккумуляционной системы кабельного отопления 134
5.1 Общие сведения 134
5.2 Термодинамические и термоэкономические показатели эффективности работы систем отопления с аккумулиро вание теплоты 135
5.3 Термоэкономическая оптимизация систем отопления с аккумулированием теплоты 135
5.4 Выбор термоэкономически рационалыюго варианта аккумуляционной системы отопления 145
5.5 Выводы 151
Заключение 152
Список литературы
- Численное моделирование теплообмена в тепловом акку муляторе с пористой матрицей
- Моделирование нестационарных тепловых процессов в грунтовом аккумуляторе
- Комплекс критериев технологии электрокабельной аккумуляционной системы отопления
- Термодинамические и термоэкономические показатели эффективности работы систем отопления с аккумулиро вание теплоты
Введение к работе
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) должны сыграть существенную роль в сельскохозяйственной энергетике. Использование ВИЭ особо перспективно в энергетике районов страны, удаленных от центрального энергоснабжения. Следует подчеркнуть, что энергетический потенциал возобновляемых источников энергии в мире в два раза превышает объем годовой добычи органического топлива всех видов. Он существенен и в нашей стране [1, 2].
Немаловажной особенностью возобновляемых источников энергии является то, что их использование фактически не приводит к загрязнению окружающей среды.
Существенный недостаток возобновляемых источников энергии и, в первую очередь, солнечной энергии и энергии ветра, заключается в нестабильности их работы. Стабильность и надежность энергосбережения от нетрадиционных источников энергии зависит от правильного выбора накопителей энергии и оптимальных режимов их работы.
Применение аккумуляторов, заряженных в период минимальной потребности в энергии и разряжаемых в период максимальной потребности, существенно повышает надежность и эффективность работы энергетических систем.
Аккумулирование энергии имеет ряд преимуществ: 1) в большей степени удовлетворяются потребности потребителя энергии, который в значительной степени становится независимым от непостоянной работы источника энергии (солнечной, ветра); 2) за счет аккумулятора можно покрыть часть пиковых нагрузок и уменьшить потребную мощность и, следовательно, стоимость источников энергии.
С другой стороны, аккумулирование теплоты связано со следующими недостатками: 1) сооружение аккумуляторов повышает стоимость установки;
2) в аккумуляторе имеются потери теплоты (в зависимости от степени изоляции).
Поэтому весьма существенно решить задачу технико-экономического обоснования применения систем аккумулирования энергии.
Один из методов основан на математическом программировании при помощи многоступенчатого решения [3].
Более эффективным является метод, основанный на концепции поэтапного моделирования, сформулированный в работе [4].
Другой подход, основанный на методе распада [5], использует декомпозиционный принцип. В этом случае более эффективно решается задача оптимального оперативного планирования, так как при этом решение не зависит от числа запоминающих устройств.
В процессе оптимизации следует учитывать, что для систем, использующих возобновляемые источники энергии, некоторые элементы имеют детерминированный характер, другие - стохастический и поэтому оптимизация всех составляющих системы не означает оптимизация систем в целом. Алгоритм о-эвристические модели могут оказываться целесообразными и за счет целенаправленного выбора вариантов облегчить поток оптимальных решений [6, 7]. Наиболее перспективным является метод оптимизации, основанный наэксергоэкономической концепции [8... 11].
Для условий сельскохозяйственного производства наиболее перспективны аккумуляторы с твердым аккумулирующим материалом [ТАМ].
Тепловые матрацы с ТАМ имеют простую конструкцию и в силу этого нашли наибольшее распространение. Для кратковременного аккумулирования чаще всего используются аккумуляторы с пористой матрицей. В качестве ТАМ служат наиболее дешевые материалы - щебень, феолит, остатки строительных материалов. Такие тепловые аккумуляторы проектируются, как правило, с минимальным гидравлическим сопротивлением, что позволяет использовать принцип свободного конвективного переноса.
Для долгосрочного аккумулирования рекомендуется грунтовые аккумуляторы теплоты. Грунтовые аккумуляторы теплоты с вертикальными каналами используются, как правило, долгосрочного теплоты.
Для отопления коммунально-бытовых и производственных зданий существенный практический интерес представляет электрокабельная теплоакку-муляционная система. При снижении тарифов на электроэнергию в ночное время, когда имеет место аккумуляция теплоты, указанная система отопления оказывается экономически рентабельной.
Указанные три типа аккумуляторов, как представляющие интерес для сельскохозяйственных систем теплоснабжения при использовании возобновляемых источников энергии, являются предметом исследований.
Рациональное потребление энергетических ресурсов при одновременном обеспечении экологической безопасности окружающей среды в настоящее время является одним из наиболее существенных факторов в снижении себестоимости и повышения эффективности производства.
Необходимо подчеркнуть, что системы аккумулирования теплоты в энергетических установках с использованием ВИЭ до настоящего времени недостаточно исследованы.
Решение проблемы экономии энергетических ресурсов за счет использования нетрадиционных источников энергии при одновременном обеспечении экологической задачи является своевременным. Это указывает на актуальность темы, разрабатываемой в настоящей работе.
Объектами исследования являются энергетические системы с использованием ВИЭ, основанные на применении аккумуляторов теплоты с твердым аккумулирующим материалом (ТАМ), грунтовых аккумуляторах теплоты и электрокабельных аккумуляционных системах.
Предмет исследований - закономерности и взаимообусловленности термодинамических, тепломассообменных и режимных процессов, от которых обусловлено оптимальное или близкое к оптимальному значение пара-
метров эффективности исследуемых систем.
Цель работы - повышение эффективности использования аккумуляторов теплоты с возобновляемыми источниками энергии.
Задачи исследовании. Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:
выполнить ретроспективный аналитический обзор литературы, определить нерешенные задачи в области аккумуляторов теплоты с твердым аккумулирующим материалом, как наиболее перспективные для сельскохозяйственных энергетических установок;
разработать математическую модель и выполнить расчет аккумуляторов с ТАМ и пористой матрицей;
разработать метод расчета грунтовых аккумуляторов теплоты, использующих ВИЭ;
разработать методы повышения эффективности систем электрока-белыюго аккумулирования;
выполнцть экспериментальные исследования грунтовых аккумуляторов теплоты и осуществить анализ полученных результатов;
выполнить и проанализировать экспериментальные исследования электрокабельных аккумуляторов теплоты;
Методы исследования. В работе использованы методы математического моделирования тепломассообменных процессов, протекающих в системах аккумулирования теплоты с ТАМ в грунтовых аккумуляторах теплоты и электрокабельных аккумуляционных системах; методы численного эксперимента сформулированных математических моделей;, современные методы экспериментальных исследований (использование теплометрической аппаратуры; проведение опытов в теплобарокамерах; использование компьютеров для регистрации показателей измерительных приборов).
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработаны основы долго- и краткосрочного аккумулирования теплоты для систем, основанных на использовании альтернативных источников энергии;
разработаны математические модели и выполнены расчеты ряда режимных вариантов систем аккумулирования теплоты с ТАМ грунтовых аккумуляторов теплоты и электрокабельных аккумуляционных системах, что позволяет определить оптимальные решения;
выполнены экспериментальные исследования в климатической камере и осуществлен обобщенный анализ данных опытов.
Достоверность полученных результатов определяется обоснованностью постэеювки исследуемых задач, корректностью сформулированных математических задач, применением современных методов теплофизических измерений, а также сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Практическая значимость результатов исследований состоит в следующем:
приведенные математические модели и методы их решения могут быть использованы при проектировании для обеспечения оптимальных условий аккумулирования теплоты в системах с ТАМ грунтовых аккумуляторах теплоты и электрокабельных аккумуляционных системах;
полученные в работе результаты могут быть использованы при разработке эффективных систем аккумулирования с ТАМ грунтовых аккумуляторах теплоты и электрокабельных аккумуляционных системах.
Реализация результатов работы. Материалы диссертационной работы могут быть использованы в учебном процессе для инженерных специально-
стей сельскохозяйственных вузов, в практических занятиях, в курсовом и дипломном проектировании, относящихся к дисциплинам: «Проектирование систем теплоснабжения сельского хозяйства», «Теплоэнергетические установки и системы сельского хозяйства», «Энергосбережение в сельском хозяйстве» и «Нетрадиционные источники энергии». На защиту выносятся:
схемные решения систем аккумулирования теплоты с ТАМ грунтовыми аккумуляторами теплоты и электрокабельных аккумуляционных системах в энергетических установках с использованием возобновляемых источников энергии;
математические модели и результаты численного решения для процессов аккумуляции теплоты;
результаты экспериментальных исследований и анализ полученных результатов;
технические решения, относящиеся к исследуемым объектам.
По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ.
Настоящая диссертационная работа выполнена в рамках научно-исследовательских работ, проводимых в КубГАУ, в соответствии с госбюджетной темой №22 "Разработка и исследование энергосберегающих технологий, оборудования и источников электропитания для АПК" (ГР №01200113477) 2001-2005 гг.
Личный вклад автора заключается в непосредственном формировании концепции работы, в формулировке методов исследований, в проведении теоретических и экспериментальных исследований, в формулировке выводов и рекомендаций по работе, в разработке методических рекомендаций по повышению эффективности аккумуляции теплоты при использовании аккумуляторов с твердым аккумулирующим материалом, грунтовыми аккумуляторами теплоты и электрокабельными аккумуляционными системами.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и об-
суждены на: III Всероссийской молодежной школе «Возобновляемая источники энергии», Москва, МГУ, 2001; Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии», Москва, 2002г.; Международной конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии», Ростов-н / Д, 2002 г.; Международной научно-практической конференции «Строительство-2003», Ростов-н / Д, 2003 г.; IV Всероссийской молодежной школе «Возобновляемая источники энергии», Москва, МГУ, 2003 г.; III Межвузовской научной конференции «Электромеханические преобразователи энергии», Краснодар, 2004 г.; 4-ой Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве», Москва, 2004 г; внутри вузовских конференциях факультетов энергетики и электрификации, механизации Кубанского госагроуниверситета 2001-2004 гг.
Публикации. По результатам выполненных исследований диссертантом опубликовано 15 статей, из которых 9 в соавторстве.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов основной части, заключения, списка литературы из наименований, приложения, перечня используемых обозначений, индексов и сокращений.
Во введении обосновываются актуальность темы, преимущества и недостатки аккумулирования энергии, вопросы решения проблемы экономии энергоресурсов за счет использования возобновляемых источников энергии, а также ставится цель и задачи исследования,
В первом разделе на основе обзора литературных источников сделан анализ современного состояния и перспектив использования аккумуляторов теплоты с твердым аккумулирующим материалом. Рассмотрены целесообразность и эффективность применения аккумуляторов теплоты в сельских энергетических системах с использованием ВИЭ.
Во втором разделе выполнен анализ конструктивных решений аккуму-
ляторов с ТАМ с пористой матрицей, в том числе аккумуляторов типа комплекса «гравий». Сформулированы математические модели этих видов аккумуляторов, выполнены их расчеты и проанализированы результаты расчетов. Делается вывод, что при температуре воздуха на входе, равной 60С время зарядки рекомендуется не менее 30-40 часов, а для температуры воздуха на входе, равной 100С - 70-75 часов.
В третьем разделе предложена схема грунтового теплообмена в сочетании с возобновляемыми источниками энергии. Приведены математические модели для разработанной схемы установки и выполнен расчет для трех вариантов расположения аккумулятора в грунте.
Опытные исследования выполнены с учетом глубины размещения аккумуляторов и вида грунта. Определены поле температур в грунте для различных периодов эксплуатации аккумуляторов.
В четвертом разделе приведены результаты исследований системы элек-трокабельной аккумуляции теплоты с целью обеспечения комфортных условий в отапливаемом помещении. Приводится расчетная схема установки. На основе расчета методом численного моделирования при помощи лицензионной программы получены поля температур в системе «кабель-пол-помещение». При этом рассматриваются варианты типов покрытия над стяжкой системы аккумулирования теплоты, типов изоляции под стяжкой, типов среды под перекрытием. Показано, что основную роль в повышении экономичности рассматриваемой системы играет аккумулятор теплоты. Приведенная конструкция электрокабельной системы обеспечивает оптимальные комфортные условия в отапливаемом помещении. Сопоставление опытных и расчетных данных показало их удовлетворительную сходимость.
В пятом разделе обобщены результаты выполненных исследований и приведены рекомендации по повышению эффективности энергоустановок, использующих возобновляемые источники энергии, оборудованные аккумуляторами теплоты.
Численное моделирование теплообмена в тепловом акку муляторе с пористой матрицей
Система уравнений, описывающая процессы передачи теплоты между теплоносителем и твердым аккумулирующим материалом имеет вид [93] для теплоносителя для аккумулирующей среды
В уравнениях (2.13) и (2.14) приняты обозначения: m — пористость; рж и рм - соответственно плотность теплоносителя и ТАМ, кг/м ; с„,ж - теплоемкость теплоносителя при постоянном объеме, Дж/(кг-К); ст — удельная теплоемкость ТАМ, Дж/(кг-К); 0 (t - td)/bio - безразмерная температура; to - температура окружающей среды, С; т- время; то = р с хо (1 - тУЦурУсрж] -обобщенное время; (vp)-- массовая скорость, кг/(м с); срж — теплоемкость теплоносителя при постоянном давлении, Дж/(кг-К); XQ = AJ(vp) срж - характерная длина, м; х = х/х0 — безразмерная длина; Ясо - совокупное значение теплопроводности в осевом направлении, Вт/(м-К); Лос - теплопроводность окружающей среды, Вт/(м-К).
Эффективность аккумуляторов теплоты зависит от термических характеристик тепло аккумулирующего материала. Тщательные исследования тер мических параметров в многослойных аккумуляторах выполнены П. Бруссо и М. Лакруа [41]. И. Као и А. Фахги [95, 96] методами численного моделирования провели анализ анализировали процессов теплообмена в элементах систем аккумулирования. Основой оценки термических характеристик служила энтальпия.
Процессы фазовых превращений при аккумулировании энергии приведены в работе [97]. Результаты исследований получены опытным путем. В исследованиях Д. Арнольда представлены данные, полученные для коэффициента теплопередачи при исполнении аккумулятора в виде шаров из льда [98]. Данны рекомендации для получения эффективных значений коэффициента теплопередачи.
Анализ процесса аккумулирования теплоты на основе методов математического моделирования изложен в работе [99], Для случая, когда аккумулирующим веществом служит твердый материал, а теплоносителем является жидкость, уравнение теплообмена имеет вид 2.19)
В этих уравнениях приняты обозначения: Аср - площадь поперечного се чения объекта фазового превращения (в виде твердого тела в процессе охла ждения и жидкого тела при плавлении); р - плотность; г— время; х — естест венная координата; Т— температура; U— общий коэффициент теплопередачи; Р - смачивающий периметр среды при жидком состоянии; R — терми ческое сопротивление; ср — удельная теплоемкость при постоянном давлении; hf коэффициент конвективного теплообмена. Индексы: р — твердое состояние;/- жидкое состояние; w - стенки.
На основе сформулированных математических моделей авторами получены графические зависимости для ряда примеров процесса аккумулирования. Делается вывод, что предлагаемый метод анализа применим и для других типов систем аккумулирования. Нам представляется, что исходные математические модели не охватывают всю совокупность протекающих процессов и поэтому полученные результаты следует рассматривать как в первом приближении.
В аккумуляторе в процессах зарядки и разрядки теплоты происходят сложные тепло физические и массообменные явления, определяемые конструктивными и физическими параметрами системы аккумулирования теплоты. Анализ этих явлений возможен при решении системы уравнений, описывающих протекающие физические процессы [100-102].
Движение несжимаемой вязкой жидкости описывается системой уравнений Навье-Стокса. Пренебрегая в данном случае гравитационной силой, что для газообразного теплоносителя вполне допустимо, система уравнений имеет вид
Моделирование нестационарных тепловых процессов в грунтовом аккумуляторе
Под пористостью понимают объем всех пор (полная пористость) или объем соединенных пор (эффективная пористость). В случае решения задачи об аккумулировании энергии представляет интерес эффективная пористость, которая учитывает перемещение теплоносителя в порах.
Для определения проницаемости аккумуляторов блочного типа рекомендуется воспользоваться формулой Е,С, Ромма [118] К = 8,45- \06{2S)2m, (3.11) где 2 б — открытость трещин, мм.
Тепло физические условия аккумуляторов из твердых аккумулирующих материалов определяются следующими параметрами: теплопроводность, теплоемкость и температуропроводность.
Реальные подземные проницаемые слои являются сложными, неупорядоченными и неоднородными структурами. Для описания структуры гранулированных проницаемых слоев на макроскопическом уровне необходимо использовать метод геометрического моделирования.
В качестве гранулированного подземного аккумулятора рекомендуется принимать слой постоянной мощности (глубина слоя 2 h) с регулярной укладкой сферических частиц одного размера а. Поперечные и продольные размеры слоя проницаемости по размерам значительно превышает его мощность.
Процесс теплообмена при аккумулировании теплоты описывается системой нелинейных дифференцированных уравнений собственных производных, которые содержат три переменные: давление, температуру теплоносителя, температуру твердого тела. Процессы теплообмена между теплоносителем и породой подземного аккумулятора могут быть представлены
В этих уравнениях приняты обозначения: Дт - теплопроводность пород подземного аккумулятора; АР - теплопроводность теплоносителя; m — пористость; t - температура; а-р — коэффициент теплообмена между теплоносителем и породой; tf- температура пород в зоне аккумулирования теплоты; tp -температура теплоносителя; ст — удельная теплоемкость пород в зоне аккумулирования теплоты; сР — удельная теплоемкость теплоносителя; рт — плотность пород в зоне аккумулирования; г - время; К — проницаемость; t0 — начальная температура пород; /д — температура теплоносителя на входе в подземный аккумулятор; v — коэффициент кинетической вязкости; R — расстояние между нагнетательной и эксплуатационной скважинами аккумулятора; V характеристика скорости теплоносителя; А, В, С, D, Е — коэффициенты, которые указывают на зависимость плотности рр и кинетической вязкости Vp теплоносителя от температуры.
При этом получим где G - массовая потеря теплоносителя; H — мощность зоны теплообмена; В - ширина слоя. Для численного решения приведенной системы уравнений можно использовать методы, изложенные в работах [119].
Для тепловых процессов в грунтовой системе, где выдающиеся параметры существенно изменяются в пространстве и времени, установление зависимости между переменными величинами является довольно сложной задачей [120-123].
Обычно в подобных случаях обращаются к методам математической физики, которые отличаются тем, что ограничению подлежит пространственно-временной интервал, в котором рассматривается элементарный объем, где происходят физические явления.
Поскольку процесс теплообмена в грунтовой системе имеет нестационарный характер, задачей моделирования становится определение особенностей изменения поля температур в грунте на протяжении времени работы грунтовой системы и решения уравнения нестационарной теплопроводности [122, 125].
Поскольку распределение температур в грунте в начальный момент to = 0 зависит от глубины грунта z, начальные предельные условия составляют T(r,z,t)=T0(z). (3.23)
Для элементарного объема грунта 1, который ограничен цилиндрической поверхностью вокруг грунтовой трубки 2, примем индексы обозначения для температур на поверхности теплообмена с учетом геометрических характеристик среды, а именно: ze, zH — глубина верхнего и нижнего торцов цилиндра; гтах - внешний радиус цилиндра; го - внутренний радиус цилиндра на границе с грунтовой трубкой (рис. 3.5).
Комплекс критериев технологии электрокабельной аккумуляционной системы отопления
Функцией технологии обогрева в холодный период года и в переходных условиях является поддержка расчетной или технологической температуры для биологических объектов в сельском строительстве, животноводстве, растениеводстве и т.п., которая определяется соответствующими нормативами. Для определенности возьмем случай отопления сельского дома. Амплитуда колебаний результирующей температуры воздуха в течение поры находится в пределах 18 ± 2,5С (относительная амплитуда колебания температуры воздуха в помещении 2,5/18 = 0,14). Вследствие того, что электрообогрев является случаем панельно-лучистого отопления и допускает снижения значения комфортной температуры (на 3С) по сравнению с конвективным отоплением, первый критерий электрообогрева для случая электроотопления сельского дома (другие биологические объекты имеют свои физиологически или технологически обусловленные значения среднесуточной температуры и от носительной амплитуды колебаний) формулируется так: - средняя суточная температура воздуха tn в зоне, которая отапливается, принимается не меньше 15,5С і не больше 20,0С с относительной амплитудой колебания температуры воздуха в помещении mlc = (2 + 2,5)/15,5 = 0,28. Тогда t„ 15,5 + 4,5С или tn є [15,5...20,0] С. (4.1)
Первый критерий с учетом требований относительно энергосбережения вытекает из функционального назначения технологии электрообогрева. Из него естественным образом формулируется задача оптимизации технологии электрообогрева, целевой функцией которой является минимум эксплуатационных и капитальных затрат.
Для случая традиционного отопления критерий (4.1) рекомендуемый. Но при расчетах систем отопления с ЭКСО и ТА появляются дополнительные критические величины и ограничения, которым электротехнология обогрева должна удовлетворять. Определим комплекс других основных ограничений и условий (для краткости - срок «критерий») системы обогрева и их количественные значения.
Вторым критерием электрообогрева является предельная температура нагревательной поверхности пола г„, которая должна отвечать требованиям санитарных норм, которые в свою очередь определяются биофизическими свойствами и требованиями биологического объекта. Температура поверхности пола может зависеть от времени. Так, для пола станков молодняка свиней существует месячный период постепенного снижения среднесуточной температуры к нормальному значению от ее максимального значения 37С в первые часы после рождения поросенка. Температура на поверхности защищенного грунта также нормируется. Например, в растительном покрове и пласте, в котором размещаются корень травы, температура нигде не должна быть ниже точки замерзания. Для жилого помещения значение предельной температуры поверхности греющего пола в нормативном документе принято равным т„ = 28С, при чем учитывается ее условный характер, относительно типа и материала лицевой поверхности. Тогда т„ 28С. (4.2)
Третьим критерием электрообогрева является предельная (максимально допустимая) температура жилы (оболочки) кабеля tK, электрическая изоляция которого, как правило, выполнена из поливинилхлорида. В зависимости от типа и материалов кабеля эта температура составляет 60-120С, в среднем tK = 70С, и ограничиваются термостойкостью материалов как оболочки кабеля, так и среды, в которое замонолнчивается нагревательный кабель. Верхняя граница достигается при использовании высокотемпературных кабелей в окружении жароустойчивых бетонов. Для определенности будем считать tK = 70С. Тогда ТК 70С. (4.3)
Температура дегидратации обычного бетона, в котором встроенный нагревательный кабель достигает значения около 90С, также может быть примером критериального значения в тепловых расчетах.
Четвертым критерием является требование равномерности распределения температуры на поверхности. Неравномерность температуры лицевой поверхности пола в жилом помещении не может превышать 1,0С между значениями на линиях над осью нагревательного кабеля и в нейтральной плоскости между кабелями.
Термодинамические и термоэкономические показатели эффективности работы систем отопления с аккумулиро вание теплоты
Площадь по внутренним замерам равна 13,35 м2. Фасадная «внешняя» стена площадью 6,76 м2 имела окно площадью 2,1 м2; другая «внешняя» стена площадью 11,42 м2 имитировала глухую торцевую стену здания. Фактическое значение термического сопротивления ограждающих конструкций соответствовало нормативным данным и составляло: 0,6 м -К/Вт.
Электрическая мощность при равномерной круглосуточной работе греющего пола составляла 1315 Вт. При импульсной работе в интервале зарядки (8 часов в сутки) электрическая мощность возрастала и составляла 3945 Вт.
Конструкция пола складывалась из двух ярусов нагревательного кабеля, размещенных в толще бетона. Для того, чтобы поток теплоты направлялся в основное помещение, под нижними кабелями прокладывался слой изоляции с теплопроводностью Х,1П = 0,04 Вт/(м К). Верхний ярус кабелей распологался над нижним на расстоянии70 мм.
Толщина слоя бетона 90 мм, теплоизоляции - 25 мм. Исследования выполнялись при температуре наружного воздуха - 25С Измерение температуры воздуха в помещении модели было осуществлено с помощью 42-х хромель-копелевых термопар. Для их равномерного распределения по объему помещения были установлены 11 стоек, к которым с помощью клейкой ленты крепились провода термопар.
Измерение температуры наружного воздуха проводилось 10-ю хромель-копелевыми термопарами, по 5 шт. в каждой из 2-х климатических камер.
Для определения тепловых потоков через наружные ограждения использовались контактные измерители тепловых потоков (ИТП) на каждое ограждение. ИТП позволяет определить как значение температуры в месте контакта, так и величину теплового потока [138].
Ввиду того, что измеряемые параметры могут изменяться, немаловажным является возможность одновременного измерения большого количества показателей (температур в 159 точках и тепловых потоков в 41 точке).
В климатическом комплексе КиевЗНИИЭП-а такая возможность создана за счет компьютерной регистрации сигналов от термопар и ИТП, а также автоматического управления процессом записи показаний.
Необходимо подчеркнуть, что исследуемая модель максимально соответствовала реальному помещению по всем конструктивным показателям. Основными определяемыми параметрами в экспериментах являются: - температура наружного воздуха в каждом опыте, определяемая как средняя по показаниям термопар, установленных на наружных стенах модели со стороны климатических камер № 1 и № 2; - температура воздуха в помещении, определяется в каждом опыте как средняя по показаниям 42-х термопар, равномерно распределенных по объему помещения с помощью специальных стоек; - температура пола, определяется в каждом опыте как средняя с учетом площадей каждой из пяти предварительно определенных зон с различной ин 125 тенспвностыо тепловыделений в помещение; - тепловыделение от пола в помещение определяется как среднее по пяти вышеназванным зонам; - расход приточного воздуха в опыте определяется по данным тарировки вентилятора с периодической проверкой в начале и конце каждого режима; - тепловые потери модели через ограждения, определяются в каждом опыте как средние по каждому ограждению с учетом общепринятых правил усреднения по площадям характерных зон; - электрическая мощность, потребляемая электрополом, определяется периодически по замерам силы тока и напряжения на каждом из нагревательных кабелей, с учетом длительности импульсов каждого из регуляторов, измеренной с помощью секундомера; - суммарное потребление электроэнергии в опыте, определяется по показаниям электросчетчика.
При использовании автоматической записи показаний датчиков на компьютер имеется возможность не только определить значения температур и тепловых потоков в заданных точках модели, но и снять динамику изменения этих параметров во временных координатах, для чего замеры в каждом опыте производились через равные промежутки времени. Для удобства последующей обработки результатов была задана одинаковая периодичность замеров 15 мин. Число замеров в каждом опыте задавалось: - в периоды резкого изменения параметров (начало и конец периода зарядки электропола) производились опыты с 8...10 замерами; - в периоды плавного изменения параметров (середина периодов зарядки и разрядки) их количество уменьшалось до 4...6 замеров. Электрическая мощность, расходуемая на работу электропола в стационарном режиме при t„ = -25С, была, практически, постоянной и составляла 1276 Вт. Средний расход приточного воздуха по данным 5 замеров, приве-денный к температуре 18С, составил 42,4 м /ч.
