Эффективность способа экономии энергии за счет периодического снижения температуры воздуха в помещении с различными системами отопления

Приведен анализ эффективности рассматриваемого способа экономии тепловой энергии для воздушной, радиационной и конвективной систем отопления. Путем численного моделирования теплового режима помещения показано, что эффективность достигает наибольшего значения 14% при использовании воздушной системы о...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Промышленная теплотехника
Дата:2009
Автори: Круковский, П.Г., Тадля, О.Ю., Метель, М.А.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Інститут технічної теплофізики НАН України 2009
Теми:
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60791
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Эффективность способа экономии энергии за счет периодического снижения температуры воздуха в помещении с различными системами отопления / П.Г. Круковский, О.Ю. Тадля, М.А. Метель // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 3. — С. 96-100. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860131408708632576
author Круковский, П.Г.
Тадля, О.Ю.
Метель, М.А.
author_facet Круковский, П.Г.
Тадля, О.Ю.
Метель, М.А.
citation_txt Эффективность способа экономии энергии за счет периодического снижения температуры воздуха в помещении с различными системами отопления / П.Г. Круковский, О.Ю. Тадля, М.А. Метель // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 3. — С. 96-100. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Промышленная теплотехника
description Приведен анализ эффективности рассматриваемого способа экономии тепловой энергии для воздушной, радиационной и конвективной систем отопления. Путем численного моделирования теплового режима помещения показано, что эффективность достигает наибольшего значения 14% при использовании воздушной системы отопления, а для радиационной системы отопления “теплый пол” – наименьшего значения 1,5%. Наведено аналіз ефективності розглянутого способу економії теплової енергії для повітряної, радіаційної та конвективної систем опалення. Шляхом числового моделювання теплового режиму приміщення показано, що ефективність досягає найбільшого значення 14% при використанні повітряної системи опалення, а для радіаційної системи опалення “тепла підлога” – найменшого значення 1,5%. Analysis of the efficiency of the heating-energy-saving method for air, radiation, and convective heating systems is presented. By numerical modeling of the room thermal state, it is shown that the efficiency reaches its maximum value 14% for air heating system and the minimum value 1.5% for radiation heating system “warm floor”.
first_indexed 2025-12-07T17:45:06Z
format Article
fulltext Учитывая то, что в настоящее время в Украи= не до 40 % тепловой энергии расходуется для нужд отопления, рациональное её использова= ние становится все более актуальным как для общественных, жилых и офисных зданий, так и для индивидуальных домов. Существуют раз= личные способы экономии тепловой энергии, и в данной статье рассматривается способ эконо= мии за счет периодического снижения темпера= туры воздуха в помещении в период отсутствия в нем людей [1–3]. Суть способа состоит в том, что во время отсутствия людей температура воз= духа в помещении снижается до определенного значения экономичной температуры tэ, (рис. 1). Затем в момент времени τ* система отопления вновь включается для прогрева воздуха до ком= фортной для людей температуры tк к моменту их прихода в помещение. Таким образом, мощ= ность системы отопления можно снижать или временно отключать вообще в те периоды, ког= да люди отсутствуют в помещениях, что позво= ляет сэкономить определенную часть тепловой энергии. В статьях [1–3] было показано, что величина экономии энергии на отопление помещения воз= растает с увеличением длительности поддержа= ния в нем экономичной температуры воздуха tэ. В частности, в [3] было показано, что длитель= ность этого периода может быть увеличена путем повышения мощности отопительной системы, откуда следует, что на величину экономии энер= гии при использовании рассматриваемого спосо= ба влияет скорость прогрева воздуха отопитель= ной системой. Т.е. при увеличении запаса мощности уменьшается время прогрева воздуха от tэ до tк, а следовательно, увеличивается общее время поддержания в нем экономичной темпера= туры воздуха tэ. На скорость изменения температуры воздуха в помещении при изменении мощности системы отопления влияет много факторов, таких как ак= кумулирующая способность отопительного прибора, интенсивность теплообмена между ото= пительным прибором и воздухом, объем отапли= ваемого помещения и аккумулирующая способ= ность его ограждающих конструкций. При этом 96 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 3 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЕКТОВ Наведено аналіз ефективності роз# глянутого способу економії теплової енергії для повітряної, радіаційної та конвективної систем опалення. Шляхом числового моделювання теплового ре# жиму приміщення показано, що ефек# тивність досягає найбільшого значення 14% при використанні повітряної систе# ми опалення, а для радіаційної системи опалення “тепла підлога” – найменшого значення 1,5%. Приведен анализ эффективности рассматриваемого способа экономии тепловой энергии для воздушной, ради# ационной и конвективной систем отоп# ления. Путем численного моделирова# ния теплового режима помещения показано, что эффективность достигает наибольшего значения 14% при исполь# зовании воздушной системы отопле# ния, а для радиационной системы отоп# ления “теплый пол” – наименьшего значения 1,5%. Analysis of the efficiency of the heat# ing#energy#saving method for air, radia# tion, and convective heating systems is presented. By numerical modeling of the room thermal state, it is shown that the effi# ciency reaches its maximum value 14% for air heating system and the minimum value 1.5% for radiation heating system “warm floor”. УДК 536.24:697.1 КРУКОВСКИЙ П.Г., ТАДЛЯ О.Ю., МЕТЕЛЬ М.А. Институт технической теплофизики НАН Украины ЭФФЕКТИВНОСТЬ СПОСОБА ЭКОНОМИИ ЭНЕРГИИ ЗА СЧЕТ ПЕРИОДИЧЕСКОГО СНИЖЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА В ПОМЕЩЕНИИ С РАЗЛИЧНЫМИ СИСТЕМАМИ ОТОПЛЕНИЯ интенсивность теплообмена между отопитель= ным прибором и воздухом определяется коэффи= циентом теплоотдачи и площадью теплообмена прибора. Тип отопительной системы и ее влия= ние на величину экономии при использовании рассматриваемого способа является предметом рассмотрения данной статьи. Авторы предлагают ввести термин “скорость прогрева воздуха в помещении отопительным прибором”, которая зависит от инерционности системы “отопительный прибор–воздух поме= щения–ограждающие конструкции”. Очевидно, что отопительные системы с большей скоростью прогрева воздуха, а следовательно, большей чувствительностью температуры воздуха к изме= нению выделяемой в приборе мощности более пригодны при использовании рассматриваемого способа экономии тепловой энергии. На сегодняшний день основным видом отоп= ления жилых домов является централизованная водяная система отопления с преимущественно конвективным механизмом теплоотдачи от ради= аторов к воздуху. Однако эта система отопления не является оптимальной ни по уровню комфор= та, ни по технико=экономическим показателям. Она работает в постоянном режиме тепловыделе= ния и с трудом поддается централизованному ре= гулированию из=за большого количества потре= бителей теплоты и их удаленности от источника теплоснабжения. Однако способ экономии энер= гии за счет периодического снижения температу= ры воздуха в помещении в период отсутствия в нем людей [1–3] может быть реализован и в отдель= ном помещении с помощью специальной регули= рующей аппаратуры. В литературе авторы статьи не нашли ответа на вопрос о том, какая из систем отопления может быть более экономична при данном способе экономии тепловой энергии. Существуют также другие типы систем отоп= ления, каждая из которых имеет свой диапазон скоростей прогрева воздуха в помещении. В дан= ной статье проанализированы системы отопле= ния наиболее и наименее быстро прогревающие воздух в нем. Рассмотрим эти системы отопления более подробно: 1. Радиационное отопление с расположени= ем отопительного прибора в полу. Эта система отопления носит название панельно=лучистого отопления, поскольку основная часть теплоты передается в помещение с помощью радиацион= ного теплообмена. Эта система может быть в ис= полнении с водяным теплоносителем (укладка полиэтиленовых труб в полу) и электрическая, когда греющим элементом является электрока= бель, проложенный в полу. 2. Воздушное отопление с отопительным прибором в виде тепловентилятора. Основным элементом такой системы воздушного отопле= ния, например коттеджа, является воздухонагре= ватель, работающий на газе или дизельном топ= ливе. В нем теплота, получаемая при сжигании топлива, передается через теплообменник возду= ху, нагнетаемому вентилятором. После очистки в фильтре горячий воздух поступает в отапливае= мое помещение по воздуховодам, а продукты сгорания газа удаляются в атмосферу через ды= моходы. Система легко поддается регулировке, малоинерционная и быстро и равномерно нагре= вает весь объем помещения. Эта система широко распространена в США для индивидуальных до= мов, а автоматика позволяет регулировать тепло= вой режим по отдельным помещениям. 3. Конвективная система отопления с отопи= тельным прибором в виде радиатора. Для сравнения теплового состояния помещений была выбрана тра= диционная для большинства жилых домов старой и новой постройки конвективная система отопления с отопительными приборами в виде радиаторов. ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 3 97 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЕКТОВ Рис. 1. Изменение температуры воздуха в помещении в комфортном и экономичном режимах с ограничением температуры снизу (кривая 2) и без него (кривая 1). Радиационная и воздушная системы отопле= ния были выбраны постольку, поскольку они ре= ализуют граничные случаи скорости изменения температуры воздуха в помещении при измене= нии мощности отопительного прибора, – первая из систем инерционна (прогревает в первую оче= редь ограждающие конструкции помещения), вторая – неинерционна (непосредственно греет воздух в помещении). Третий вариант с радиато= ром выбран для сопоставления с первыми двумя, чтобы показать, какой экономии можно добить= ся в типовом помещении дома. В данном случае под системой отопления под= разумевается отопительный прибор, размещен= ный непосредственно в помещении и напрямую контактирующий с воздухом. Для воздушной системы отопления отопительный прибор – теп= ловентилятор, для конвективной – радиатор с теплоносителем водой, для радиационной – пол с проложенными электрическими кабелями. В стационарном режиме количество теплоты, от= данное любой системой отопления в помещение, принимается одинаковым, в нестационарном ре= жиме прогрева из=за разной степени интенсив= ности переноса теплоты к воздуху это количество будет различным. Тепловентилятор быстро греет непосредственно воздух, вода в радиаторе нагре= вает сам радиатор, после чего нагретый радиатор отдает теплоту в воздух; электрические кабели должны вначале прогреть весь массив пола, пос= ле чего он нагревает воздух. Целью работы является анализ эффективнос= ти способа экономии энергии за счет периоди= ческого снижения температуры воздуха в поме= щении в период отсутствия людей при использовании отопительных приборов, имею= щих различную скорость прогрева воздуха при изменении их мощности. Для этого рассчитывался тепловой режим по= мещения с каждым из трех предложенных вари= антов систем отопления, и по результатам расче= тов было определено, какая из систем даст большую экономию энергии при периодическом снижении температуры воздуха в помещении в период отсутствия людей. Рассматривалось так= же влияние аккумуляционных свойств систем отопления на возможность экономии энергии. Авторы статьи предполагают, что воздушная сис= тема отопления из=за своей малой инерционнос= ти будет давать наибольшую экономию энергии. Проведем анализ теплового состояния офис= ного помещения размером 5,0 × 5,6 × 2,5 м (рис. 2), в котором люди находятся в рабочие дни с 9 до 19 часов при комфортной температуре 20 оС, а в остальное время система регулирования настрое= на на поддержание экономной температуры воз= духа в помещении 9 оС. Кратность воздухообмена в помещении равнялась 1, помещение имело окно и одну наружную стену. На наружной по= верхности наружной стены задано граничное ус= ловие третьего рода с коэффициентом теплоотда= чи 25 Вт/(м2·К). Площадь окна составляла 4,05 м2, толщина наружной стены – 0,4 м, внутренних стен – 0,14 м. Теплопроводность стен равна 0,3 Вт/(м·К), эквивалентная теплопроводность окна – 1 Вт/(м·К). Размеры радиатора в варианте с конвективной системой отопления – 1,6 × 0,7 м. Степень черноты всех поверхностей внутри ком= наты составляет 0,8, а поверхности радиатора – 0,3. Теплообмен с соседними помещениями отсут= ствовал. Моделирование проводилось с помощью компьютерной программы TABC (Thermal Analysis of Building Construction) расчета теплово= го режима и теплопотерь помещений. Количест= во узлов модели составляло 161, количество теп= 98 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 3 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЕКТОВ Рис. 2. Схема помещения: 1 – радиатор; 2 – “теплый пол”. ловых связей между узлами – 199. Узлы распола= гались по одному в воздухе помещения и на ради= аторе и по 20 – по толщине каждого ограждения. Моделирование проводилось в нестационарной постановке. В качестве начального условия ис= пользовалось стационарное распределение тем= ператур в расчетных узлах помещения с такой мощностью QК отопительного прибора (радиато= ра), для которой имела место комфортная темпе= ратура в помещении 20 оС при данной температу= ре окружающей среды. Диапазон поддержания температуры воздуха составлял 0,25 оС от задан= ной величины. Тепловой режим помещения рассчитывался для вариантов с конвективной системой отопле= ния (отопительный прибор – радиатор), радиа= ционной системой отопления (отопительный прибор – “теплый пол”), воздушной системой отопления (отопительный прибор – тепловенти= лятор) при температуре окружающей среды –10 оС и мощностью системы отопления в ком= фортно=экономичном режиме 2,177 кВт. На рис. 3 приведены зависимости температу= ры воздуха в помещении при различных системах отопления. Как видно из рис. 3, система воздушного отоп= ления 3 включается позже, чем конвективная и радиационная системы отопления, вследствие чего в этом варианте наблюдается меньшая тем= пература воздуха в помещении. Также можно увидеть, что частота включения воздушной сис= темы отопления 3 гораздо выше, чем конвектив= ной 2, а при выключении воздушной системы отопления температура воздуха в помещении па= дает быстрее и ниже. Это можно объяснить тем, что температуры стен в помещении при воздуш= ной системе отопления имеют более низкую тем= пературу, чем при конвективной системе отопле= ния (рис. 4), и кривая температуры воздуха имеет перегиб при 14 oС, когда ограждающие конструк= ции помещения начинают отдавать свою теплоту воздуху помещения. В таблице приведены результаты анализа от= носительной экономии энергии в помещениях с различными системами отопления. Относитель= ная экономия, представленная в таблице, – это величина экономии энергии по отношению к затратам энергии на поддержание постоянной комфортной температуры. Результаты, приведенные в таблице, свиде= тельствуют о том, что радиационная система отопления (“теплый пол”), как самая инерцион= ная, имеет максимальную температуру воздуха в помещении в конце экономного режима, в то время как воздушная система отопления (тепло= вентилятор) за счет малой инерционности имеет минимальную температуру воздуха. Соответ= ственно и экономия энергии в варианте “тепло= го пола” минимальна, а в варианте тепловенти= лятора – максимальна. Согласно полученным результатам можно заключить, что для данного способа экономии энергии самой лучшей систе= ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 3 99 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЕКТОВ Рис. 3. Зависимость температуры воздуха в помещении при различных системах отопления: 1 – “теплый пол”; 2 – радиатор; 3 – тепловентилятор. Рис. 4. Зависимость температуры внутренней поверхности наружной стены с различными системами отопления: 1 – “теплый пол”; 2 – радиатор; 3 – тепловентилятор. мой отопления является та, что быстрее всех прогревает воздух в помещении, т.е. воздушная система. Использование теплоаккумуляционных ото= пительных приборов, также относящихся к груп= пе систем воздушного отопления, дает дополни= тельную возможность экономии денег за счет использования более дешевых ночных тарифов на электроэнергию и максимально быстро про= греть воздух в помещении в необходимое время суток. Таким образом, проведенный анализ показы= вает, что максимальные значения относительной экономии 14,0 % для суточного периода достига= ются для воздушной системы отопления, 9,5 % – для конвективной системы отопления, 1,5 % – для радиационной системы отопления. Выводы 1. Рассмотрены три вида систем отопления: воздушная (с отопительным прибором в виде тепловентилятора или теплоаккумуляционного прибора), радиационная (с отопительным при= бором в виде “теплого пола”) и конвективная (с отопительным прибором – радиатором). 2. Путем численного моделирования тепло= вого режима помещения показано, что воздуш= ная система отопления, имеющая самую высо= кую скорость прогрева воздуха в помещении, дает наибольшую экономию энергии за счет пе= риодического снижения температуры воздуха в помещении. Использование теплоаккумуляци= онных приборов и более дешевой ночной элект= роэнергии делает такую воздушную систему отопления еще более экономичной. 3. Для рассмотренного помещения в суточ= ном периоде максимальные значения экономии энергии 14,0 % достигаются для воздушной сис= темы отопления, 9,5 % – для конвективной сис= темы отопления и 1,5 % – для радиационной сис= темы отопления типа “теплый пол”. ЛИТЕРАТУРА 1. Круковский П.Г., Тадля О.Ю., Метель М.А., Пархоменко Г.А. Анализ путей уменьшения энер= гозатрат за счет периодического снижения тем= пературы воздуха отапливаемых помещений // Промышленная теплотехника. – 2008. – № 2. – С. 79–86. 2. Круковский П.Г., Тадля О.Ю., Метель М.А. Об эффективности способа экономии энергии за счет периодического снижения температуры воз= духа в отапливаемых помещениях с различной тепловой инерцией // Промышленная теплотех= ника. – 2009. – № 1. – С. 57–61. 3. Круковский П.Г., Тадля О.Ю., Метель М.А. Влияние запаса мощности системы отопления на эффективность способа экономии энергии за счет снижения температуры воздуха в помеще= нии// Промышленная теплотехника. – 2009. – № 2. – С. 70–76. Получено 06.02.2009 г. 100 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, № 3 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЕКТОВ Та б л и ц а . Величины относительной экономии энергии в помещениях с различными системами отопления
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60791
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0204-3602
language Russian
last_indexed 2025-12-07T17:45:06Z
publishDate 2009
publisher Інститут технічної теплофізики НАН України
record_format dspace
spelling Круковский, П.Г.
Тадля, О.Ю.
Метель, М.А.
2014-04-19T17:39:00Z
2014-04-19T17:39:00Z
2009
Эффективность способа экономии энергии за счет периодического снижения температуры воздуха в помещении с различными системами отопления / П.Г. Круковский, О.Ю. Тадля, М.А. Метель // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 3. — С. 96-100. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
0204-3602
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60791
536.24:697.1
Приведен анализ эффективности рассматриваемого способа экономии тепловой энергии для воздушной, радиационной и конвективной систем отопления. Путем численного моделирования теплового режима помещения показано, что эффективность достигает наибольшего значения 14% при использовании воздушной системы отопления, а для радиационной системы отопления “теплый пол” – наименьшего значения 1,5%.
Наведено аналіз ефективності розглянутого способу економії теплової енергії для повітряної, радіаційної та конвективної систем опалення. Шляхом числового моделювання теплового режиму приміщення показано, що ефективність досягає найбільшого значення 14% при використанні повітряної системи опалення, а для радіаційної системи опалення “тепла підлога” – найменшого значення 1,5%.
Analysis of the efficiency of the heating-energy-saving method for air, radiation, and convective heating systems is presented. By numerical modeling of the room thermal state, it is shown that the efficiency reaches its maximum value 14% for air heating system and the minimum value 1.5% for radiation heating system “warm floor”.
ru
Інститут технічної теплофізики НАН України
Промышленная теплотехника
Экономическая эффективность энергетических проектов
Эффективность способа экономии энергии за счет периодического снижения температуры воздуха в помещении с различными системами отопления
Efficiency of the energy-saving method dye to a periodical decrease in the air temperature in apartment with different heating systems
Article
published earlier
spellingShingle Эффективность способа экономии энергии за счет периодического снижения температуры воздуха в помещении с различными системами отопления
Круковский, П.Г.
Тадля, О.Ю.
Метель, М.А.
Экономическая эффективность энергетических проектов
title Эффективность способа экономии энергии за счет периодического снижения температуры воздуха в помещении с различными системами отопления
title_alt Efficiency of the energy-saving method dye to a periodical decrease in the air temperature in apartment with different heating systems
title_full Эффективность способа экономии энергии за счет периодического снижения температуры воздуха в помещении с различными системами отопления
title_fullStr Эффективность способа экономии энергии за счет периодического снижения температуры воздуха в помещении с различными системами отопления
title_full_unstemmed Эффективность способа экономии энергии за счет периодического снижения температуры воздуха в помещении с различными системами отопления
title_short Эффективность способа экономии энергии за счет периодического снижения температуры воздуха в помещении с различными системами отопления
title_sort эффективность способа экономии энергии за счет периодического снижения температуры воздуха в помещении с различными системами отопления
topic Экономическая эффективность энергетических проектов
topic_facet Экономическая эффективность энергетических проектов
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60791
work_keys_str_mv AT krukovskiipg éffektivnostʹsposobaékonomiiénergiizasčetperiodičeskogosniženiâtemperaturyvozduhavpomeŝeniisrazličnymisistemamiotopleniâ
AT tadlâoû éffektivnostʹsposobaékonomiiénergiizasčetperiodičeskogosniženiâtemperaturyvozduhavpomeŝeniisrazličnymisistemamiotopleniâ
AT metelʹma éffektivnostʹsposobaékonomiiénergiizasčetperiodičeskogosniženiâtemperaturyvozduhavpomeŝeniisrazličnymisistemamiotopleniâ
AT krukovskiipg efficiencyoftheenergysavingmethoddyetoaperiodicaldecreaseintheairtemperatureinapartmentwithdifferentheatingsystems
AT tadlâoû efficiencyoftheenergysavingmethoddyetoaperiodicaldecreaseintheairtemperatureinapartmentwithdifferentheatingsystems
AT metelʹma efficiencyoftheenergysavingmethoddyetoaperiodicaldecreaseintheairtemperatureinapartmentwithdifferentheatingsystems