ВКР. Магистерская диссертация

• Название: Магистерская диссертация
• Дата: 19.12.2022
• Размер: 2.12 Mb.
• Имя файла: ВКР.docx
• Тип: Диссертация; #852445
• страница: 2 из 3

2. Отопительные приборы для низкотемпературной системы отопления
В данной работе, в качестве отопительных приборов для низкотемпературной системы отопления, рассмотрим: конвекторы, теплые полы и устройства с вынужденной конвекцией. По результатам сравнения выберем наиболее эффективные отопительный прибор.
2.1 Конвектор
Конвектор – отопительный прибор, в котором тепло от теплоносителя или нагревательного элемента передается в отапливаемое помещение конвекцией. Естественная конвекция, при которой теплый воздух, уже нагретый контактом с теплоносителем или нагревательным элементом, поднимается наверх, а его место занимает более холодный воздух помещения, усиливается конструкцией конвектора.

Явление конвекции представляет собой естественное движение воздушных масс, обладающих разной температурой. Чем сильнее нагревается воздух, тем больше снижается его плотность и удельная масса. Если внутри помещения разместить какой-нибудь источник тепла, подогревающий воздух в одном месте, то возникнет конвективное движение воздушных потоков. Причина в том, что более легкие газы стремятся подняться, будучи вытесненными тяжелым холодным воздухом [4].

В результате образуется круговорот воздушных масс, проходящих через источник тепла, за счет чего воздух в комнате очень быстро нагревается. Все предметы и поверхности получают тепло именно от нагретого воздуха, в чем и заключается принцип действия конвекционного отопления.
2.2 Теплый пол
Обогревающий пол водяного вида представляет собой плиту, в которую вмонтирован нагревающий контур, выполненный в виде стандартной трубки с циркулирующей жидкостью. Теплоноситель поступает из разводки главной отопительной системы, и возвращается обратно. Таким образом, устройство теплого водяного пола – это горизонтальный радиатор водяной системы, который смонтирован сверху плиты перекрытия и защищенный бетонной стяжкой от нагрузок при эксплуатации. Функционирование пола осуществляется следующим образом. По напорной трубе продвигается жидкость, которая отводится на вход нагревательного контура обогревающего пола. Теплоноситель проходя по нагревательному контуру, отдает свое тепло стяжке. Остывшая вода уходит в обратку, перетекая в котел и вновь нагреваясь до необходимой температуры. Цикл вновь повторяется.

К основным преимуществам водяного пола относят:

1. 
   Равномерный прогрев всего помещения;
   
2. 
   Естественная циркуляция нагретого воздуха снизу вверх;
   
3. 
   Влажность воздуха находится в пределах нормы.
   

К основным недостаткам относят:

1. 
   Сложность монтажа
   
2. 
   Значительные первоначальные затраты
   
3. 
   Вероятность затопления
   

2.3 Устройства с вынужденной конвекцией
В качестве устройства с вынужденной конвекцией рассмотрим – фанкойл. Фанкойл – это устройство, которое состоит из вентилятора, теплообменника и фильтра. Принцип работы фанкойла основан на том, что по теплообменнику движется теплоноситель и передает тепло на пластины, с которых происходит передача тепла в помещение, интенсивность конвекции обеспечивает вентилятор. Как видим, по принципу работы, фанкойл похож на внутренний блок сплит-системы, различие заключается в том, что в качестве теплоносителя используется вода, а не фреон.

Основные преимущества отопления фанкойлами:

1. 
   Прогрев помещения происходит горазда быстрее
   
2. 
   Можно использовать теплоноситель более низкой температуры
   
3. 
   Экономия энергозатрат
   

3 Тепловой расчет
В данном разделе мы решим следующие задачи:

1. 
   Определим тепловую нагрузку для рассматриваемого помещения
   
2. 
   Определим наиболее эффективный источник тепла и произведем расчета термодинамического цикла
   
3. 
   Произведем тепловой расчет отопительных приборов
   

3.1 Необходимая тепловая нагрузка на помещение
В данном разделе произведем расчет необходимой тепловой нагрузки для отопления помещения. Расчет будет производиться по укрупненным показателям. Расчетные параметры наружного воздуха для г. Красноярск определяем по [5]. Удельные показатели максимальной тепловой нагрузки на отопление определяем по [6].

Рассмотрим помещение в одноэтажном одноквартирном отдельностоящем здании, построенного после 2015 г.

Исходные данные указаные в таблице 4.
Таблица 4 – Исходные данные

Расчетный параметр	Величина
Температура наружного воздуха, оС	-37
Удельный показатель максимальной тепловой нагрузки, Вт/м2	78,6
Площадь помещения, м2	25

Максимальную тепловую нагрузку определим по формуле (3):

(3)

3.2 Термодинамический цикл источника тепла
В качестве источника тепла мы выберем тепловой насос, так как по сравнению с другими рассмотренными он является наиболее энергоэффективным.

Проведем сравнительный анализ хладагентов и определим наиболее энергоэффективный. В качестве теплоносителей рассмотрим R134a, R600, R717, R161.Исходные данные: температура испарения – 0^оС, минимальный перепад температур между хладагентом и теплоносителем – 5^оС, адиобатическая эффективность компрессора – 0,7. Результаты сравнения представлены на рисунке 4.


Рисунок 4 – Зависимость коэффициента преобразования теплоты от температуры теплоносителя на входе и хладагента
Как мы видим наиболее эффективным хладагентом, в диапазоне температур от 40 ^оС до 55 ^оС, является фреон R152a.

Далее, проведем сравнительный анализ хладагента R152a и рассмотри его эффективность при различных температурах испарения. Результаты сравнения представлены на рисунке 5.


Рисунок 5 – Зависимость коэффициента преобразования теплоты от температуры теплоносителя на входе и температуры испарения
3.3 Расчет теплого пола

В данном разделе мы произведем расчет водяного теплого пола необходимого для отопления нашего помещения. Исходные данные для расчета указаны в таблице 5.
Таблица 5 – Исходные данные

Наименование характеристики	Обозначение	Значение
Температура теплоносителя в подающем трубопроводе, С	Tп	50
Температура теплоносителя в обратном трубопроводе, С	To	45
Температура воздуха в рассчитываемом помещении, С	Tв	23
Внутренний диаметр труб теплого пола, м	Dв	0,013
Коэффициент теплопроводности труб, Вт/(м•К)	λтр	0,35
Коэффициент теплоотдачи нижележащей горизонтальной Поверхности, Вт/(м2•К)	αн	8,7
Коэффициент внутренней теплоотдачи, Вт/(м2•К)	αвн	400
Коэффициент теплоотдачи пола	αп	12

Слои над трубами состоят из: цементно-песчаная стяжка δ=0,035 м, подложка под ламинат δ=0,002 м и ламинат δ=0,015м. Общее термическое сопротивление слоев над трубами, Rв, равно 0,19 м2•К/Вт.

Слои под трубами состоят из: цементно-песчаная стяжка δ=0,025 м, пенофлекс 35 δ=0,03 м, плита железобетонная δ=0,2м. Общее термическое сопротивление слоев под трубами, Rн, равно 1,06 м2•К/Вт.

Определяем среднюю температуру теплоносителя по (4):

(4)

Определяем приведенное термическое сопротивление над трубами по формуле (5):

(5)

Определяем приведенное термическое сопротивление под трубами по формуле (6):

(6)

Определяем угол между поверхностью пола и линией максимального термического сопротивления (верх) по формуле (7):

(7)

где В – шаг укладки труб, принимаемый 0,15м;

Σδ_сл – суммарная толщина слоев над трубами, м.



Определяем максимальное термическое сопротивление слоев над трубами по формуле (8):

(8)

Определяем отношение тепловых потоков (низ/верх) по формуле(9):

(9)

Определяем приведенное термическое сопротивление стенок труб по формуле (10):

(10)

Определяем тепловой поток по направлению вверх по формуле (11):

(11)

Определяем тепловой поток по направлению вниз по формуле (12):

(12)

(14)

Определяем суммарный тепловой поток по формуле (13):

(13)

Определяем суммарный тепловой поток на погонный метр по формуле (14):




Определяем максимальную температуру пола по формуле (15):

(15)

Определяем минимальную температуру пола по формуле (16):

(16)

Определяем среднюю температуру пола по формуле (4):



Определяем количество теплоты по направлению вверх, именно эта характеристика показывает какое количество теплоты будет передано водяным теплым полом для отопления рассматриваемого помещения, по формуле (17):

(17)

Определяем общее количество теплоты, которое нам надо получить от теплового насоса для обогрева рассматриваемого помещения, по формуле (17):