М А Мартиняк, Й С Мисак - Узагальнена математична модель теплового режиму приміщення та системи теплопостачання будинку - страница 1

Страницы:
1  2 

№2. - С. 13 - 18. 2. Майстренко А.Ю. Топал A.I. Екологічно чисті вугільні технології. - К : Наукова думка, 2004. - 186 с. 3. Фальбе Ю. Химические вещества из угля. - М.: Химия, 1980. - 516 с. 4. Трошенькін В.Б. Електрохімічна газифікація вугілля // Енерготехнології та ресурсозбереження. -2009. - №5. - С. 9 - 16. 5. Rostrup-Nielsen J.R. High temperature methanation: Sintering and structure sensitivity // Catalysis. - 2007. - Vol. 330. - P. 134 - 138. 6. Римар Т.I. Дюмін Д.С. Оптимальної температури свіжої пари термодинамічного циклу ПГУ - 182 // EPECS. - 2011. - №3. - С.130 -

131.

 

 

 

УДК 621.311

 

М.А. Мартиняк, Й.С. Мисак

Національний університет "Львівська політехніка"

 

УЗАГАЛЬНЕНА МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМУ ПРИМІЩЕННЯ ТА СИСТЕМИ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ БУДИНКУ

 

© Мартиняк М.А., Мисак Й.С., 2013

 

Розв'язано актуальну наукову задачу, що полягає у розробленні математичної моделі теплового режиму приміщення та системи теплопостачання будинку з врахуванням теплообміну на зовнішніх огороджуючих конструкціях та на теплопере-даючих поверхнях.

Ключові слова: теплопередача, ізольований трубопровід, кількість теплоти, система теплопостачання, математична модель.

 

The paper solved an actual scientific problem that is developing mathematical models of thermal treatment facilities and home heating systems, taking into account heat transfer to the external envelope and the heat transfer surfaces.

Key words: heat, insulated pipe, the amount of heat supply system, the mathematical model.

 

Актуальність досліджень

Створення необхідного теплового комфорту в приміщеннях різного призначення, для забезпечення нормальних умов життя і діяльності людини, вимагає виробництва і транспортування великої кількості теплової енергії. Структура забезпечення теплотою житлових будинків в Україні відбувається за рахунок використання природного газу, екологічно чистих палив. Індивідуальні джерела теплоти поступово замінюються котлами іншого, прогресивнішого типу. Проте, цей процес є довготривалим, він вимагає значних фінансових витрат і послідовної проекологічної політики. Сьогодні режим роботи системи теплопостачання диктується умовами функціонування об'єктів теплоспоживання: змінними втратами теплоти в навколишнє середовище через огороджуючі конструкції будівель, режимом споживання гарячої води населенням та умовами експлуатації технологічного устаткування.

 

Мета та задача досліджень

Метою дослідження є розроблення математичної моделі теплового режиму приміщення та системи теплопостачання будинку з врахуванням зовнішніх та внутрішніх параметрів будівель. Задачею є математичне дослідження теплообміну на зовнішніх огороджуючих конструкціях та на теплопередаючих поверхнях.

 

40

Об'єкт дослідження

Система теплопостачання будинку з застосуванням теплової помпи і сучасних газових водогрійних котлів.

 

Вступ

Результати експериментальних досліджень показників теплової надійності конструкцій, що забезпечують теплоізоляцію нових будинків та будинків під час реконструкції, свідчать про необхідність удосконалення системи проектування таких конструкцій, яка повинна бути спрямована на забезпечення необхідних характеристик енергоефективності та теплової надійності. Для цього математична модель формування теплового режиму приміщень повинна включати можливість оцінки температурного стану приміщень з урахуванням особливостей його формування внаслідок процесів теплообміну та енергетичної вззаємодії з навколишнім середовищем.

 

Отримані результати

Температурний режим опалювального приміщення формується внаслідок сукупного впливу метеорологічних умов (температури зовнішнього повітря із, швидкості вітру и, інтенсивності сонячної радіації) та побутово-технологічних надходжень ((поб. Задача полягає в тому, щоб визначити закон зміни температури повітря у приміщенні ів і внутрішніх поверхонь огороджень іогор залежно від зазначених факторів з урахуванням роботи опалювальних приладів.

Характерною особливістю сучасних будівель є велика різноманітність конструкцій і широкий діапазон їх роботи. До конструктивних особливостей будівель, які визначають теплові якості приміщення, належать:

-   розміщення і геометричні розміри будівлі;

-   коефіцієнт повітропроникності вікон і огороджень;

-   спосіб вентиляції будівлі, теплофізичні якості огороджень.

При розробці математичної моделі теплового режиму приміщення були вибрані приміщення сучасної забудови, та прийняті такі спрощення:

-   у всіх приміщеннях будівлі підтримується тепловий режим, аналогічний розрахунковому;

-   температура повітря в кожний конкретний момент часу є однаковою у всьому об'ємі приміщення;

 

-        температура на внутрішній поверхні зовнішнього та внутрішнього огородження залишається в кожний конкретний момент часу постійною;

-   теплофізичні якості матеріалу огороджень не змінюються із зміною температури;

-   температура повітря вздовж опалювального приладу однакова;

-   у приміщенні діє природна вентиляція.

Система теплопостачання є сукупністю великої кількості теплообмінних пристроїв, об' єднаних у єдину систему генерації, транспортування, відпуску теплоти, і може бути представлена у вигляді єдиної структурної схеми. Основими елементами системи, динамічні характеристики якої найбільше впливають на режим її роботи, є такі:

-   зовнішні огородження приміщення;

-   ізольовані теплопроводи;

-   опалювальні прилади та неізольовані теплопроводи;

-   радіаційні поверхні нагрівання котлів;

-         водоводяні підігрівачі, повітронагрівачі, конвективні поверхні нагрівання котлів, теплообмінники.

Елементи системи теплопостачання відрізняються за:

-   способом передавання теплоти (конвекцією теплопровідністю, випромінюванням);

-   фізичними властивостями теплоносіїв (газ, рідина, двофазний теплоносій);

-   конструктивним виконанням (прямотечія, протитечія, перехресна течія).

Крім того, умови експлуатації, теплові та гідравлічні режими впливають на динамічні властивості елементів, які у зв' язку з цим не підтримуються на сталому рівні.

 

41

Для математичного опису теплових процесів, що відбуваються в елементах системи теплопостачання і опалення, найдоцільніше використовувати аналітичний метод, який базується на фізичній суті процесів, що відбуваються в елементах системи теплопостачання. Врахування стохастичних факторів, які впливають на режим роботи системи, найдоцільніше проводити експериментально з використанням методів статистичного опрацювання результатів досліджень.

Якщо розглядати систему теплопостачання і опалення як сукупність тепломасообмінних елементів, тоді початковим рівнянням для побудови математичної моделі системи буде рівняння, яке описує швидкість зміни температури середовища залежно від загальної кількості теплоти, що передається різними шляхами:

mdt = Qk + Qx+ Qeun + £)ф + Qm

(1)

теплоносія;

де

)

ti-1

m=pV -маса  серодовища;  t=(t1,   t2...ti)  -  температура поверхні  тіла або n

сумарна  кількість   підведеної   (відведеної)   теплоти конвекцією;

Qk =±ZaiAi (i-

i=1

д 2ti

х2

=1

n

Qeun = V Aiqi (т)

i=1


сумарна  кількість   підведеної   (відведеної)   теплоти теплопровідністю;

 

 

сумарна   кількість   підведеної   (відведеної)   теплоти випромінюванням;

i=1

Qk

Q-

ti-1

сумарна кількість підведеної (відведеної) теплоти за рахунок інфільтрації;

джерело теплоти, зміна параметрів якого може бути задана будь-яким законом. Після підстановки відповідних значень у праву частину рівняння (1) будемо мати систему диференціальних рівнянь для кожного елемента системи теплопостачання. Спершу розглянемо їх для зовнішніх огороджень приміщення (рис. 1).


Диференційні рівняння:аі

дт

dt2 ,т) дт

dt3 (х,т)

дт

дt1 ,т) = а д 2t1 ,т) дх2 д 2t2 ,т)

=а2

дх2

= а3

д 2t3 ,т) дх2


(2) (3) (4)

42

Эх

n   Узв 'вн.о/

3t2 Эх

Эх

х=0

x=82

x=81

--82

A 2 Эх A3 Эх

3t3_ Эх

x=82

x=83 tj\

(t    - t   )+ U.

г,       У З          1 в I ~ r,

x=8J

A3 A3

 

x=82

tAx=8J tAx=82

IX=01 -'\х=С

Систему диференціальних рівнянь  для  внутрішніх  огороджень  приміщення наведено на рис. 2.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диференційне рівняння:


dt ,т)     Э 2t ,т)



Граничні умови:


Эх2

 

= -aL (t -1 ) + q 8        a ^ в     ст.п /' a

~12

 

8 = a (t в -1 ст.п) +t в

= 0

2

умова симетричного теплообміну


(10)

 

(11) (12) (13)

Диференційне рівняння розрахунку об'єму повітря в приміщенні :

св ' Vb    в      = йоп (т) + Q-інс (т) + Q-поб (т) - авАвн (tв - ^ст.п ) - авАвн (tв - ^ст.вн ) -

Эт

- авАвік ((в - tвік.вн ) - кфАф ((в - Цз ) Система диференціальних рівнянь для ізоляційного трубопроводу (рис.3):

 

 

43


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диференційні рівняння:


dti (х,т)       ^ лдґі (х,т)        л , ч

Эт

0 < у <8j 0 < у <82

Эх

 

Эу2

ЭПз (у,т)=а   Э2ti3 (у,т)

Эт Эу2

Эу

Граничні умови:

у=0

у=81

 

AcKi c'

Эу

Ac Э^ Ліз Эу

dti3

у=81

 

у=-Si

\v=8,

Эу

(ti3 - tз (т))

у=82

Диференційні рівняння для опалювальних приладів та неізольованих трубопроводів:

Эт

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

М А Мартиняк, Й С Мисак - Узагальнена математична модель теплового режиму приміщення та системи теплопостачання будинку