Влияние отопительных приборов на параметры микроклимата помещений

УДК 697.1

П. В. Яковлев, Ю. А. Аляутдинова, Е. А. Горбанева

ВЛИЯНИЕ ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ НА ПАРАМЕТРЫ МИКРОКЛИМАТА ПОМЕЩЕНИЙ

Введение

При эксплуатации зданий определяющим является тепловой режим помещений, от которого зависит ощущение теплового комфорта людей, нормальное протекание производственных процессов, состояние и долговечность конструкций и его оборудования. Тепловая обстановка в помещении определяется совместным действием ряда факторов: температуры, скорости и влажности воздуха помещения. Согласно ГОСТ 30494-96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях» [1, 2], среди определяющих параметров наиболее важными являются температура и скорость движения воздуха. Поддержание их оптимальных значений является сложной инженерно-технической и архитектурной задачей.

Анализ особенностей формирования воздушных потоков показывает, что наибольшие проблемы возникают при проектировании помещений, имеющих значительные размеры. Управление процессами тепломассообмена позволяет сформировать температурное поле и поле скоростей движения воздуха в помещении с целью создания условий комфорта. Одним из способов управления является выбор типа и места размещения отопительных приборов. В настоящем исследовании проведен сравнительный анализ распределения температуры и характера движения воздуха при использовании панельных отопительных приборов и радиаторов.

Панельные отопительные приборы имеют ряд преимуществ: возможность монтажа внутри ограждения, возможность формирования дизайна помещения, удобство очистки и т. д. С позиции теплообмена панели характеризуются большими размерами и равномерностью распределения теплового потока на большей площади ограждений, что должно снижать неравномерность температурного поля в помещении.

Недостатки радиаторов хорошо известны: трудоемкость производства и монтажа, сложность очистки от пыли, непривлекательность внешнего вида, необходимость отведения специальных мест для установки; высокая стоимость. Однако в отличие от панельных приборов радиаторы отличаются значительной тепловой мощностью на единицу длины прибора (компактностью).

Как показали исследования, использование указанных отопительных приборов в помещениях больших размеров, прежде всего в помещениях значительной высоты, имеет свои отличительные особенности, которые необходимо учитывать на этапе проектирования.

Задача оптимизации тепломассообмена решалась аналитическим методом. Расчет выполнен численными методами с использованием программного комплекса МаЙаЬ. Достоверность полученных результатов проверялась натурными замерами в существующих помещениях. Объект исследования - помещение высотой 10 м и шириной 10 м. Сравнение отопительных приборов осуществлялось по следующим критериям: неравномерность температурного поля в помещении и градиента температур, поля скоростей, изобары и линии тока воздуха в помещении.

На рис. 1 показано распределение линий тока в помещении при использовании панельных отопительных приборов и радиаторов, позволяющее выделить характерные особенности формирования воздушных потоков.

Рис. 1. Распределение линий тока воздуха в помещении: а - панельные отопительные приборы; б - радиаторы

Из рис. 1 видно, что панельные отопительные приборы создают интенсивный восходящий поток, локализующийся в пристенной области и активно взаимодействующий с нисходящим потоком воздуха вдоль ограждения. Такое взаимодействие приводит к формированию вихревой зоны, захватывающей примерно 30 % площади помещения на высоте порядка 2 м. Таким образом, обеспечение комфортных условий для людей в этой части помещения требует дополнительных архитектурно-строительных решений. Высокая удельная тепловая мощность радиаторов в подобных условиях обеспечивает больший комфорт. Как видно из рис. 1, нисходящий воздушный поток локализуется восходящим потоком от радиатора, существенно снижая интенсивность циркуляции воздуха в зоне нахождения людей.

а б

Рис. 2. Поле давлений в помещении: а - панельные отопительные приборы; б - радиаторы

На рис. 2 показано распределение изобар в помещении при использовании панельных отопительных приборов и радиаторов. Как видно из рис. 2, радиатор, в отличие от панельного прибора, создает область повышенного давления, «поднимая» нисходящий воздушный поток до уровня верхней границы отопительного прибора.

Особенности формирования воздушных потоков объясняют формирование температурного поля в помещении (рис. 3).

Рис. 3. Температурное поле в помещении: а - панельные отопительные приборы; б - радиаторы

Отмеченные выше высокая удельная плотность теплового потока от радиатора и малая скорость циркуляции в области его размещения приводят к существенной неравномерности температурного поля около отопительного прибора со значительным превышением относительно условий комфорта. В противоположность радиаторам панельные приборы создают более равномерное температурное поле.

Заключение

Таким образом, результаты исследования показали, что каждый из приборов имеет преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать при разработке архитектурнотехнических решений в данных помещениях.

Применение панельных отопительных приборов представляется наименее целесообразным. Выявленные недостатки требуют разработки принципиально новых технических решений, позволяющих управлять перераспределением воздушных масс в помещении.

Применение радиаторов позволяет уменьшить свободноконвективную циркуляцию воздуха в помещении, защищая находящихся в нем людей от сквозняков. Создаваемый ими эффект горизонтальной воздушной завесы ограничивается верхней границей отопительного прибора, что необходимо учитывать при размещении радиаторов. Неравномерность распределения температуры в помещении может быть снижена известным способом - установкой экранов перед отопительными приборами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Богословский В. Н., Сканави В. А. Отопление. - М.: Стройиздат, 1991. - 735 с.

2. ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.

Статья поступила в редакцию 11.06.2009

INFLUENCING OF HEATING DEVICES ON PARAMETERS OF MICROCLIMATE OF APARTMENTS

P. V. Yakovlev, Yu. A. Alyautdinova, E. A. Gorbaneva

The theoretical researches of heat-mass transfer processes in the apartment are conducted. Their influence on microclimate is investigated. The features of formation of speed and temperature fields at the use of different types of heating devices are studied. The regularities of formation of eddy zones and temperature fields in the apartment are revealed.

Key words: microclimate of apartments, heating device, speed, temperature, convection.