Исследование эффективности систем панельно-лучистого охлаждения помещений

Размещено на http://www.allbest.ru/

136

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Исследование эффективности систем панельно-лучистого охлаждения помещений

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Рост энерговооруженности помещений, особенно в административно-общественных зданиях, привел в последние годы к необходимости охлаждения помещений как в теплый, так и в холодный периоды года. Возросший при этом объем потребления искусственного холода стал причиной перегрузки систем электроснабжения. В то же время, сохраняется тенденция улучшения теплового комфорта в помещении. Эти обстоятельства требуют расширенного использования новых - более эффективных средств охлаждения помещения, к числу которых относится система панельно-лучистого охлаждения (СПЛО). Ее преимущество, помимо круглогодичного применения для охлаждения-отопления помещения, состоит также в высоких гигиенических качествах и возможности снижения установочной мощности холодильных машин.

Учитывая отсутствие достаточного опыта проектирования и эксплуатации систем панельно-лучистого охлаждения, проведение исследований в этом направлении представляется актуальным.

Цель и задачи работы. Целью диссертации является выявление особенностей влияния панельно-лучистого охлаждения на микроклимат помещений и разработка на этой основе рекомендаций по оптимизации его параметров.

Реализация цели достигается решением следующих задач:

- оценка требований теплового комфорта в помещении при панельно-лучистом охлаждении;

- исследование лучисто-конвективного теплообмена в помещении при работе СПЛО;

- разработка метода расчета холодоотдачи панелей;

- выбор и оценка критерия теплотехнической эффективности систем панельно-лучистого охлаждения помещений при различных: геометрических параметрах помещения, расположении охлаждающих панелей, температуре холодоносителя и природе тепловой нагрузки на помещение;

- рассмотрение режима обеспечения внутренних параметров при совместной работе конвективной системы кондиционирования воздуха (СКВ) и системы панельно-лучистого охлаждения с целью выбора оптимального сочетания их мощности;

- проведение численного моделирования совместного режима работы в тестовых помещениях в течение суток и охладительного сезона для трех климатических зон территории России (Центр, Юг, Западная Сибирь);

- проведение технико-экономической оптимизации параметров совместной работы СКВ и СПЛО;

- постановка и проведение экспериментальных исследований с целью оценки достоверности полученных теоретических результатов.

Объект исследования. Система панельно-лучистого охлаждения помещений различного назначения.

Предмет исследования. Эффективность СПЛО при различных вариантах конструктивных решений системы, наружных и внутренних условий и оптимизация режимов ее работы в сочетании с СКВ.

Методы исследования. В работе использованы как теоретические, так и экспериментальные методы исследования, а так же обобщение известных исследований различных авторов. Теоретические исследования проводились методом математического моделирования лучисто-конвективного теплообмена и математического моделированием режимов совместной работы СКВ и СПЛО в течение года. Экспериментальные исследования проводились на опытном стенде системы панельно-лучистого отопления и охлаждения и использовались для подтверждения полученных теоретических зависимостей.

Научная новизна. Научной новизной работы являются:

- постановка задачи лучисто-конвективного теплообмена в помещении при применении СПЛО;

- выработка и численная оценка критериев эффективности СПЛО;

- технико-экономическая оптимизация режима совместной работы СКВ и СПЛО;

Практическая значимость. Практическую значимость работы представляют:

- метод расчета холодопроизводительности системы панельно-лучистого охлаждения;

- рекомендации по выбору целесообразного расположения систем панельно-лучистого охлаждения в помещении;

- рекомендации по выбору оптимального по технико-экономическим соображениям соотношения холодильной мощности СКВ и СПЛО при их совместной работе;

- вычислительный комплекс для расчета и анализа режима и параметров совместной работы СКВ и СПЛО при переменном соотношении их производительностей.

Внедрение результатов исследований. Разработанные в ходе диссертационной работы рекомендации были использованы при проектировании более чем 30 объектов. Внедрение системы панельно-лучистого охлаждения гарантировано произошло на 4 объектах: в офисных помещениях общественно-административных зданий на ул. Остоженка, ул. Угрешская в городе Москве; на двух жилых объектах в Подмосковье - в индивидуальном жилом доме в пос. Барвиха, малоквартирном жилом доме пос. Первомайское.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на кафедре отопления и вентиляции МГСУ в 2007 и 2008 гг., на Второй Международной научно-практической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции» в 2007 г. в МГСУ, в Академических чтениях «Актуальные вопросы строительной физики» НИИСФ 2009 г., на региональной научно-практической конференции «Земля - наш дом» г. Анапа в 2009 г., на 26 конференции «Москва: проблемы и пути повышения энергоэффективности», г. Москва в 2009 г.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:

- математическая модель теплообмена в помещении в теплый период года с системой панельно-лучистого охлаждения;

- критерий теплотехнической эффективности СПЛО и его зависимость от различных исходных данных;

- результаты анализа режимов совместной работы СКВ и СПЛО в течение суток и охладительного сезона для трех климатических зон территории России;

- рекомендации по оптимизации холодильной мощности систем панельно-лучистого охлаждения.

Публикации. По материалам диссертации имеется 7 публикаций [1-7].

Объем и структура работы. Работа состоит из 5 глав, общих выводов и содержит 185 страниц печатного текста, 40 таблиц, 61 иллюстрацию и два приложения. Библиография включает 125 наименований, в том числе 7 иностранных.

Автор выражает искреннюю благодарность за научную, практическую и консультационную помощь к.т.н. Сергею Геннадьевичу Булкину.

Содержание работы

тепловой холодоотдача охладительный панель

В первой главе обоснована актуальность выбранной темы, описана ситуация и сформулированы предпосылки для развития системы панельно-лучистого охлаждения помещений в нашей стране в настоящий момент. Описаны различные конструктивные варианты панельно-лучистых систем. Сделан краткий исторический очерк развития системы. Сформулирована цель работы и задачи исследования для ее достижения.

Помимо конвективного тепла в помещение поступают лучистые тепловые потоки, прежде всего, от солнечной радиации. Если избытки конвективного тепла быстро ассимилируются охлажденным воздухом, то лучистое тепло накапливается в ограждениях, что приводит к их существенному разогреву. При наличии в помещении развитой поверхности охлаждения, которая включается в лучистый теплообмен, происходит понижение радиационной температуры помещения, а следовательно - улучшение комфортности тепловой обстановки в нем.

Гигиенические особенности системы панельно-лучистого охлаждения состоят в том, что при наличии в теплое время года в помещении развитой охлаждающей поверхности интенсифицируется лучистый теплообмен организма человека с внутренними поверхностями.

Условия комфортности тепловой обстановки оцениваются:

- соотношением температуры воздуха, радиационной температуры и результирующей температуры помещения , єC;

- минимально допустимой средней температурой охлаждающей поверхности , єC.

Специальные исследования гигиенистов условий теплового комфорта в теплое время года при использовании лучистых способов охлаждения ограничены. Конкретные указания в этой области, как правило, относятся к зоне зимнего теплового комфорта, которая соответствует летним температурным условиям. Систематизация известных исследований Фангера, МакНалла, Биддисона, Богословского, в области теплового комфорта в помещении позволила выделить зону теплового комфорта при использовании СПЛО, указанную на рис. 1.

Рис. 1. Зона теплового комфорта при панельно-лучистом охлаждении помещений различного назначения:

1 - зона теплового комфорта при панельно-лучистом охлаждении;

2 - зона теплового комфорта при конвективном охлажденииВ качестве рекомендуемой минимальной температуры охлаждающей поверхности можно использовать величину, регламентируемую СНиП 2.04.05-91*, которая должна быть выше температуры точки росы не менее чем на 1 єC

На минимальную температуру вертикальных панелей налагается дополнительное требование не допускать переохлаждения воздуха у пола помещения (на расстоянии 1 м от панели) более чем на 2 єC ниже нормируемой температуры. При высоте панели < 3 м и разности температур воздуха и поверхности до 10 єC максимальная скорость в потоке не превышает общую нормируемую подвижность воздуха 0.3 м/с, а температура в струе ниже температуры воздуха на 1.6 єC. При этом расстояние от поверхности до оси струи оказывается существенно меньше 1 м, т.е. ось струи лежит за пределами обслуживаемой зоны. Общим ограничением температуры поверхности панели является значение температуры точки росы.

Вторая глава посвящена исследованию теплообмена в помещении при панельно-лучистом охлаждении.

Специфика условий теплообмена в помещении в теплый период года состоит в отсутствии развитых холодных поверхностей наружных ограждений и нагретых поверхностей системы отопления. В результате температура поверхностей в помещениях оказываются достаточно близкими. Это позволяет упростить постановку задачи лучисто-конвективного теплообмена и перейти от полной системы уравнений теплообмена в помещении к ограниченной системе уравнений, что характерно для модели с частично распределенными параметрами. В постановке задачи приняты следующие допущения:

1. Все поверхности ограждений в помещении объединены в три изотермические поверхности (рис. 2):

- охлаждающая поверхность с заданной температурой t₁ и произвольной или заданной площадью F₁;

- поверхность ограждений рабочей зоны, включающая пол и прилегающие стены высотой 2 м и имеющая температуру t₃ и площадь F₃;

- поверхность остальных ограждений с температурой t₂ и площадью F₂.

2. Температура воздуха одинакова во всем объеме помещения.

3. Лучистая составляющая теплопоступлений в помещение от внутренних источников равномерно распределена по поверхностям ограждений пропорционально их площади.

4. Охлаждающая поверхность может иметь произвольное расположение, в том числе и в пределах рабочей зоны.

5. Помещение окружено другими помещениями с таким же температурным режимом, при этом отсутствует теплообмен с окружающей средой.



Рис. 2. К постановке задачи расчета лучисто-конвективного теплообмена в помещении, при панельно-лучистом охлаждении

Система уравнений лучисто-конвективного теплообмена при двух неизвестных: температуре поверхности рабочей зоны t₃ и температуре поверхности остальных (нейтральных) ограждений t₂ имеет вид:

- уравнение баланса конвективного тепла в помещении:

(1)

- уравнение баланса тепла на поверхности 3:

(2)

где: б_k и б_л - коэффициенты конвективного и лучистого теплообмена на поверхностях, Вт/(м^2°С); F_i - площадь поверхности ограждения, м²; t_в - температура воздуха помещения,°С; Q_k - конвективный тепловой поток, поступающий в помещение, Вт; q_л - плотность лучистого теплового потока, поступающего в помещение, Вт/м²; Q_ПЛ и Q_ПК - лучистая и конвективная составляющие теплового потока, поступающего от охлаждающей поверхности, Вт; ц_1-3 - коэффициент облученности с охлаждающей поверхности на поверхности рабочей зоны.

Коэффициенты облученности охлаждающих панелей на поверхности рабочей зоны вычисляются отдельно для каждого случая расположения панелей (рис. 3) по исходным зависимостям (таблица 1) с использованием традиционных свойств лучистых потоков в помещении.

Решение системы уравнений (1) и (2) относительно неизвестных температуры поверхности рабочей зоны и температуры промежуточных ограждений:

, єC (3)

, єC (4)

Таблица 1

Схемы и графики	Угловые коэффициенты
	Для , ;,

В силу нелинейности зависимости коэффициентов конвективного теплообмена в уравнениях (1) и (2) их решение осуществляется с помощью итераций.

С целью разработки упрощенных зависимостей, предназначенных для расчета системы при проектировании, проведено математическое моделирование. В результате моделирования определялись показатели СПЛО при различных вариантах расположения панелей и разной природе теплопоступлений в помещение.

Варианты расположения охлаждающих панелей (рис. 3): 1 - по всей площади потолка; 2 - по всей площади пола; 3 - в стенах у пола; 4 - в стенах у потолка; 3.2 - в двух боковых стенах у пола; 3.1 - в одной боковой стене у пола; 4.2 - в двух боковых стенах у потолка; 4.1 - в одной боковой стене у потолка.

Рис. 3. К моделированию лучисто-конвективного теплообмена в помещении с вариантным расположением охлаждающих поверхностей

Холодоотдача панели Q_П рассчитывается по формуле:

, Вт (5)

где: Q_P - величина холодопроизводительности, рассчитанная относительно максимального перепада температуры (t_в-t₁):

, Вт (6)

В результате численного моделирования установлено, что величина относительной холодоотдачи в наибольшей степени является функцией конвективной доли тепловой нагрузки на помещение и в меньшей степени зависит от перепада температуры (t_в-t₁) и относительных размеров помещения. Для принятых к рассмотрению вариантов расположения охлаждающей панели относительная глубина помещения (b/a) не оказывает существенного влияния на относительную холодоотдачу поверхности, а для вариантов 1 и 2 из рассмотрения исключается высота помещения h. Величина определяется по формуле:

, (7)

В качестве примера на рис. 4 показана зависимость величины q₁ от определяющих параметров.

Рис. 4. Зависимость величины q₁ от размеров помещения а, h и общей для помещения конвективной доли тепловой нагрузки с

Уменьшение величины q₁ с увеличением конвективной доли тепловой нагрузки свидетельствует о высокой эффективности использования СПЛО в помещениях с большими площадями остекления и теплопоступлениями от солнечной радиации. Относительная холодоотдача панели имеет наибольшее значение в варианте 1 (таблица 2).

Таблица 2

Показатель сравнения	Варианты расположения поверхности
	1	2	3	4
Q/F1, Вт/м2	48,9	34,6	42	42,7
	0,9	0,8	0,86	0,86

В случае, когда площадь разных вариантов поверхностей оказывается достаточной для покрытия холодильной нагрузки, выбор того или иного места расположения панели зависит от теплотехнической эффективности варианта. Для оценки теплотехнической эффективности варианта охлаждающей поверхности предложен коэффициент, который показывает долю общей холодоотдачи СПЛО, приходящуюся на рабочую зону. Чем больше его значение, тем выше эффективность варианта СПЛО:

, (8)

где: Q_РЗ - баланс тепла в пределах объема рабочей зоны:

, Вт (9)

Расчет относительного показателя эффективности СПЛО для разных вариантов расположения охлаждающих панелей, при разном соотношении сторон помещения и разной конвективной доле тепловой нагрузки показал, что исследуемая величина наиболее существенно зависит от величины . Геометрическими параметрами помещения можно пренебречь во всех вариантах расчета кроме 2-го. Значения представлены на рис. 5:

= C (1- ), (10)

где с - конвективная доля тепловой нагрузки:

, (11)

где: Q_к и Q_л - конвективная и лучистая части тепловой нагрузки, Вт.

Коэффициент С служит показателем эффективности расположения охлаждающей поверхности. Он равен: для варианта 1 - C=0.5; для варианта 3.1 - C=0.43; для варианта 3.2 - C=0.36; для варианта 4.1 - C=0.56; для варианта 4.2 - C=0.51. Для варианта 2: C=0.38-0.07 (а/h).

Наибольшее значение С соответствует варианту 4.1 расположения панели в верхней части стены с одной стороны помещения. Наименьшее значение величин приходится на вариант 2 (расположение панелей в полу).

Рис. 5. Зависимость коэффициентов эффективности СПЛО от определяющих факторов: 1 - для варианта 4.1; 2 - для вариантов 1 и 4.2; 3 - для варианта 3.1; 4 - для варианта 3.2; 5 - для варианта 2 при а/h=1; 6 - то же при а/h=2; 7 - то же при а/h=3

В третьей главе рассматриваются режимы работы СПЛО. Необходимость вентилирования помещения, а так же осушки внутреннего воздуха в теплое время года и его увлажнения в холодное, предполагает наличие в помещении системы вентиляции. Представляется целесообразным обеспечивать параметры микроклимата в помещении двумя системами: СПЛО и СКВ. В теплое время года система водяного охлаждения работает как фоновая круглосуточно, а воздушная СКВ - только в течение рабочей смены. При этом практически безинерционная СКВ рассчитывается на покрытие пиковой холодильной нагрузки. Такое сочетание систем повышает гибкость регулирования и, следовательно - эффективность обеспечения микроклимата. При этом две системы, работающие параллельно и подающие в помещение тепловые потоки разной природы и в разное время суток, по-разному воздействуют на формирование температурных условий в помещении.

В случае применения СПЛО в помещении ассимилируется существенное количество лучистого тепла, что позволяет понизить среднесуточную температуру поверхностей. При конвективном охлаждении (вариант 1) снижение температуры воздуха в рабочее время происходит от высокого температурного уровня (рис. 6.а), что требует излишней холодильной мощности СКВ. Во втором варианте - при круглосуточной работе фоновой СПЛО и работе СКВ в рабочее время (рис. 6.б) температура воздуха в рабочее время повышается относительно радиационной температуры в результате подогрева помещения внутренними теплопоступлениями, что позволяет понизить холодильную мощность СКВ.



Рис. 6. Процесс формирования температуры воздуха с помощью СКВ (а) и комплексной системы - (СКВ +СПЛО) (б)

Оценка температурных условий в помещении проводилась по методу расчета, разработанному ранее Ю.Я. Кувшиновым. Модель нестационарного теплового режима при этом была уточнена применительно к рассматриваемой задаче включением в нее решения (3) и (4). Соотношение температуры воздуха и радиационной температуры помещения t_R в соответствии с уточнением имеет вид:

(12)

где: Q_j - возмущающие и регулирующие тепловые потоки, составляющие тепловую нагрузку на помещение, включая тепловой поток от конвективной системы, Вт; с_j - конвективная доля потока Q_j, составляющего тепловую нагрузку; Q_П - холодоотдача охлаждающей поверхности, Вт; с_п - конвективная доля холодоотдачи охлаждающей поверхности.

Коэффициенты в₁, в₂, в₃, в_4, уточняющие решение (12), зависят от теплофизических свойств помещения. Расчеты показывают, что коэффициенты в₃ и в_4, меньше коэффициентов в₁ и в₂ на два порядка, что позволяет ими пренебречь и упростить расчетные формулы.

В таблице 3 в качестве примера приведены среднесуточные значения радиационной температуры для двух вариантов работы систем в различных тестовых помещениях. Как видно из таблицы 3, разница между значениями радиационной температуры для вариантов 1 и 2 составляет более 3°С.

Значения температуры воздуха для часов суток в рассматриваемых помещениях для принятых вариантов показаны на рис. 7. Из рис. 7 видно, что в рабочее время температура воздуха изменяется в определенных пределах, принимая в среднем за смену заданное значение рабочей температуры 26°С. При этом отклонение температуры в рабочее время составляет от -0.9 до 0.4°С, что является допустимым.

Таблица 3

Варианты систем	Значения радиационной температуры для помещения
	№314	№315	№316
1	27,8	28	28,2
2	24,2	24,1	24

Рис. 7. Суточный ход температур воздуха помещений

При обеспечении температурных условий в помещении двумя системами конвективной (СКВ) и лучисто-конвективной (СПЛО) необходимо разделить между ними общую холодильную нагрузку. Соотношение холодильной мощности СПЛО (Q_П) и СКВ (Q_C) определялось из уравнения баланса среднесуточных возмущающих и регулирующих тепловых потоков:

, (13)

где: - среднесуточный трансмиссионный тепловой поток, Вт, проходящий через наружные ограждения и определенный относительно рабочей температуры воздуха ; - коэффициенты нагрузки соответственно для СКВ, работающей часть суток, для СПЛО и для тепловых потоков, составляющих тепловую нагрузку на помещение. Коэффициенты нагрузки з, предложенные Ю.Я. Кувшиновым, определяют теплотехнические и теплоинерционные свойства помещения, вид и функцию времени тепловых воздействий на помещение, а также вид и режим работы системы, обеспечивающей микроклимат.

Уравнение баланса тепловых потоков в помещении (13) позволяет выбрать соотношение долей холодильной мощности параллельно работающих систем в случае, когда мощность одной из них задана.

При совместном обеспечении температурных условий в помещении холодильная мощность СКВ может изменяться от минимальной величины, определяемой санитарной нормой воздухообмена и принятой температурой приточного воздуха, до максимальной, соответствующей работе только одной СКВ. Соответственно мощность СПЛО может изменяться от минимальной до максимальной величины. Соотношение холодильной мощности при совместной работы СКВ и СПЛО определяется показателем относительной мощности СПЛО:

, (14)

где: Q_П.1 - тепловая мощность при одиночной работе СПЛО, Вт; Q_П - то же при совместной работе СПЛО и СКВ, Вт.

Для выбора целесообразного соотношения нагрузки на СПЛО и СКВ проведено численное моделирование режима их совместной работы в расчетных условиях. Рассмотрены 2 варианта планировки и назначения тестовых помещений, для каждого из помещений были приняты 2 варианта ориентации (южной и северной половины румбов) фасадов в трех характерных климатических зонах (Центр, Западная Сибирь, Юг России). Принятые к рассмотрению 12 вариантов помещений имеют холодильную нагрузку в расчетных условиях от 50 до 115 Вт на 1 м² площади пола. Общее число рассмотренных вариантов, равное 70, представляет выборку, правомерно претендующую на высокую достоверность результатов.

В качестве примера на рис. 8 показана диаграмма зависимости холодильной мощности СПЛО, СКВ по отдельности и суммарной мощности, потребляемой на охлаждение помещения и обработку наружного воздуха в объеме санитарной нормы от м.

Рис. 8. Диаграмма зависимости холодильной мощности от м

Из рис. 8 видно, что с уменьшением величины м имеет место нелинейное возрастание Q_СКВ, при этом возрастает суммарная холодильная установочная мощность охлаждающих систем; с уменьшением м от 1 до 0.5 годовой расход холода уменьшается, а затем остается неизменным, несколько уменьшаясь или увеличиваясь; отмеченные ранее обстоятельства свидетельствуют о наличии оптимума в середине шкалы м; внешние климатические условия оказывают существенное влияние на годовое потребление холода, т.к. расход холода, расходится в вариантах для разной ориентации помещений и в разных климатических зонах в 2-3 раза.

Для количественной оценки энергетической эффективности средств обеспечения микроклимата принята величина суммарного годового расхода энергии системами, которая определялась из рассмотрения годового режима работы систем.

За охладительный период принята часть теплого времени года, в течение которого теплосодержание наружного воздуха выше минимального значения теплосодержания охлажденного воздуха. Временные границы периода определялись из функции годового хода теплосодержания наружного воздуха, пересечением графика функции с изоэнтальпой .

Расход холода на охлаждение помещения для СПЛО:

, (15)

где: М - число рабочих дней в рассматриваемом месяце; ?ф - суточная продолжительность рабочего времени, ч; N₁ и N₂ - порядковые номера

месяцев начала (1) и конца (2) охладительного периода; Q - средняя за рабочее время суток холодильная мощность СПЛО, Вт.

Для СКВ эта величина равна:

, (16)

где: G_Н - расход наружного воздуха, кг/ч.

Расход холода на охлаждение для СПЛО рассчитывается отдельно для рабочих и выходных суток. Годовой расход холода на обработку воздуха, Вт:

(17)

Среднемесячный суточный расход холода на обработку воздуха:

, Вт, (18)

где параметры теплосодержания наружного воздуха принимаются для каждого месяца охладительного периода.

В качестве примера на рис. 9 представлен фрагмент результатов расчета годового расхода холода, а на рис. 13 - годового расхода электроэнергии при совместной работе СКВ и СПЛО.

Рис. 9. Диаграмма суммарного годового расхода холода при разных значениях м

По мере увеличения величины м суммарная установочная холодильная мощность возрастает, причем минимум приходится на значение м=0.5. В четвертой главе описываются экспериментальные исследования СПЛО. На экспериментальной установке (рис. 10) предусмотрено 10 вариантов расположения и комбинации охлаждающих поверхностей (таблица 4).

В результате обработки полученных опытных данных для вариантов расположений и комбинаций охлаждающих поверхностей была получена зависимость =f(с) в виде (10).

Размещено на http://www.allbest.ru/

136

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 10. Принципиальная схема опытного стенда

При обработке экспериментальных данных был выделен общий коэффициент холодоотдачи б, Вт/(мІ єC). На рисунке 11 показана его зависимость от различного положения и комбинации охлаждающих поверхностей и с. На полученном графике видно, что зависимости при различных расположениях поверхностей имеют схожую направленность, что может говорить об общем характере повышения коэффициента холодотдачи с уменьшением с. Это качественно совпадает с результатами математического моделирования и характером поведения относительной холодоотачи поверхности .



Рис. 11. Сравнение общего коэффициента холодоотдачи вариантами 1-10

Получившиеся опытные коэффициенты С для вариантов различных расположений охлаждающих поверхностей сведены в таблицу 4.

Таблица 4

№ вар.	Расположение акт поверхности	Коэффициент С
1	Работают все панели	0,49
2	Работает вся стена	0,50
3	Работает весь потолок	0,51
4	Работает 1/2 потолка	0,53
5	Работает 1 панель потолка	0,54
6	Работает вся стена и 1/2 потолка	0,51
7	Работает нижний ряд стены и 1/2 потолка	0,50
8	Работает нижний ряд стены	0,45
9	Работает верхний ряд стены	0,58
10	Работает верхний ряд стены и потолок	0,55

При сравнении полученных экспериментальных данных с данными математического моделирования видно, что различие коэффициентов С в полученных зависимостях отличаются не более чем на 4% (рис. 12). Что может служить опытным подтверждением зависимости.



Рис. 12. Сравнение зависимостей коэффициентов эффективности охлаждающих поверхностей полученных опытным путем и в результате математического моделирования

В пятой главе проведена технико-экономическая оценка СПЛО. В качестве критерия экономической эффективности использовалась величина приведенных затрат:

, руб./г., (19)

где: К - капиталовложения в вариант сопоставления, руб.; Э - годовые эксплуатационные затраты, руб./г.

В рыночных условия, необходимо заменить коэффициент эффективности капиталовложений на коэффициент бездисконтной эффективности E_э, величина которого определяется в зависимости от характера инвестиций. При разумных сроках окупаемости инвестиций от 3 до 9 лет для оценки всей области возможных экономических ситуаций достаточно рассмотреть варианты в диапазоне от 0.05 до 0.4. Для сопоставления вариантов был произведен расчет и подбор оборудования систем СПЛО, СКВ, СО, а также холодильных установок. Одновременно определялась суммарная номинальная электрическая мощность основного оборудования систем.

Годовые эксплуатационные затраты системами состоят из годовых амортизационных отчислений, затрат на обслуживание систем (заработная плата, стоимость текущего ремонта и расходуемых материалов) и затрат на энергоресурсы. Основу эксплуатационных затрат составляла стоимость энергии, потребляемой системами на обеспечение параметров микроклимата. Составляющими энергопотребления являются расход электроэнергии на привод компрессоров холодильных машин и вентиляторов приточной и вытяжной частей системы кондиционирования воздуха. Годовой расход энергии определяется только для периода охлаждения (рис. 13).

Годовой расход электроэнергии вентиляторами СКВ, кВт·ч, равен:

, (20)

где: N_i - потребляемая мощность приводами вентиляторов, кВт; m - число рабочих дней в неделю; ?ф - суточная продолжительность работы, ч; n_х - продолжительность периода потребления искусственного холода, сутки.

Годовой расход электроэнергии компрессорами холодильных машин, кВт·ч, рассчитывается на основе величины годового расхода холода Q_х.год:

, (21)

где: з_х - обратная величина коэффициента использования энергии, равная отношению мощности привода компрессора к холодопроизводительности машины.



Рис. 13. Диаграмма суммарного годового расхода электроэнергии вариантами охлаждения помещения

При изменении соотношения м изменяется стоимость СПЛО и СКВ, стоимость холодильной установки, годовой расход холода (электроэнергии), годовой расход электроэнергии на перемещение воздуха в СКВ. Сопоставление вариантов проводится по величине приведенных затрат (рис. 14).

Рис. 14. Диаграмма приведенных затрат на варианты охлаждения помещения в зависимости от принятой доли мощности СПЛО м, Москва

Полученные результаты свидетельствуют о преобладающем влиянии капиталовложений на величину приведенных затрат для всех вариантов; в большинстве вариантов минимальные приведенные затраты соответствуют значению м близкому к 1. Из тридцати шести вариантов распределения приведенных затрат в зависимости от м в двадцати случаях минимум затрат соответствует м=1 (56%) и только в семи случаях минимум соответствует м =0.5 (19.5%). В девяти из восемнадцати случаев оптимум имеет место при м=0.5 (50%). Смещение оптимума в сторону м=0.5 наблюдается при увеличении эксплуатационных затрат и уменьшении коэффициента экономической эффективности Е_Э. Последний фактор соответствует большому сроку окупаемости инвестиций и (или) малой расчетной норме дисконта r; функция приведенных затрат с уменьшением м от 1 медленно растет до м=0.5 и с дальнейшим уменьшением м возрастает более интенсивно.

Основные выводы

1. Данные по комфортности тепловой обстановки при панельно-лучистом охлаждении (ПЛО) на основе специальных исследований отсутствуют или ограничены. Как правило, исследователи рекомендуют пользоваться в этом случае общими данными о тепловом комфорте, выделяя значения температуры в верхней части предлагаемого общего диапазона температуры воздуха, радиационной температуры и температуры помещения.

2. Рекомендации по выбору области комфортного сочетания температуры дополнены рекомендациями по выбору граничных температурных условий, основанных на российских нормах и исследованиях. Для обычных при ПЛО параметров системы дополнительные ограничения по температуре поверхности, налагаемые в связи с образованием ниспадающей конвективной струи, не существенны.

3. Рекомендуется обеспечивать температурные условия в помещении совместным действием двух систем:

- системой панельно-лучистого охлаждения, действующей круглосуточно (фоновая система);

- системой кондиционирования воздуха (приточной вентиляции), действующей в течение рабочего времени.

4. В качестве условия определения мощности фоновой СПЛО предложено исходить из известной мощности параллельно работающей СКВ, определенной по санитарной норме расхода воздуха. При круглосуточной работе фоновой СПЛО и пониженной мощности параллельно действующей СКВ суммарная холодильная, в том числе и установочная, мощность двух систем снижается по сравнению с работой одной СКВ.

5. Результаты расчетов показали, что величина удельной холодоотдачи в существенной степени зависит от доли конвективной составляющей тепловой нагрузки. Влияние соотношения размеров, температуры охлажденной поверхности на рассматриваемую величину оказывается значительно меньше. Наибольшее значение удельной холодоотдачи соответствует варианту расположения поверхности в потолке, самое низкое - расположению панели в полу.

6. В качестве показателя эффективности вариантов расположения холодной поверхности - принято отношение теплового баланса в объеме рабочей зоны помещения к холодоотдаче поверхности СПЛО. Результаты расчета показали, что наибольшее значение показателя эффективности соответствует расположению поверхности в боковых стенах помещения у потолка, наименьшее значение показателя приходится на расположение панели у пола.

7. Для оценки эффективности вариантов совместной работы СКВ и СПЛО введен коэффициент м, показывающий долю мощности СПЛО в общей холодильной мощности системы кондиционирования воздуха

8. При анализе режимов совместной работы систем установлено: с уменьшением величины м имеет место нелинейное возрастание Q_СКВ, при этом возрастает суммарная холодильная установочная мощность охлаждающих систем; с уменьшением м от 1 до 0.5 годовой расход холода уменьшается, а затем остается неизменным, несколько уменьшаясь или увеличиваясь; наличие оптимума в середине шкалы м; внешние климатические условия оказывают существенное влияние на годовое потребление холода.

9. Анализ полученных опытных показателей эффективности СПЛО показал хорошую сходимость с теоретическими результатами, что подтверждает достоверность теоретических результатов.

Перечень опубликованных работ по теме работы

1. Ю.Я. Кувшинов, С.Г. Булкин, Д.Н. Зинченко. Вопросы энергетической и экономической эффективности панельно-лучистого охлаждения помещений. // Academia архитектура и строительство №5 2009 г.*

2. А.Ю. Белоедов, С.Г. Булкин, Д.Н. Зинченко. Единая система панельно-лучистого обогрева и охлаждения с использованием геотермии от REHAU. // Academia архитектура и строительство №5 2009 г.*

3. Ю.Я. Кувшинов, Д.Н. Зинченко. К оценке энергетической эффективности систем панельно-лучистого охлаждения. // Ежемесячный специализированный журнал С.О.К. (сантехника, отопление, кондиционирование) №9 2006 г.

4. Ю.Я. Кувшинов, С.Г. Булкин, Д.Н. Зинченко. Панельно-лучистое охлаждение помещений. // Ежемесячный специализированный журнал АВОК (вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика) №5 2007 г.

5. Ю.Я. Кувшинов, С.Г. Булкин, Д.Н. Зинченко. Панельно-лучистое охлаждение помещений. // Сборник материалов Второй Международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции», г. Москва, 2007 г.

6. Ю.Я. Кувшинов, С.Г. Булкин, Д.Н. Зинченко. Панельно-лучистое охлаждение помещений. // Ежемесячный журнал Мир строительства и недвижимости г. С-Петербург №30, 2009 г.

7. Е.В. Моновец, С.Г. Булкин, Д.Н. Зинченко. Единая система панельно-лучистого обогрева и охлаждения с использованием геотермии. // Материалы к научно-практической конференции «Земля - наш дом», г. Анапа 2009 г.

Размещено на Allbest.ru