что такое инерционность отопительного прибора
Инерционность систем отопления
Примером динамичной системы является система на газовом котле с циркуляционным насосом, разводка из металлопластиковых труб, легкие алюминиевые радиаторы. Котел оборудован автоматикой, определяющей температуру по комнатам, и на улице и выдающей строго определенную температуру воды на выходе.
Обычно люди, занимающиеся установкой систем отопления считают, что система должна быть максимально динамична. Конечно, динамичная система обладает многими достоинствами. Динамичная система позволяет с большой точностью регулировать температуру в помещениях; правильно и быстро реагировать на резкие изменения температуры (например, открыли форточку, солнце светит в окно). Однако, за эти достоинства приходится платить.
Одним из минусов (или точнее конструкционных особенностей) является то, что динамичная система должна быть основана на котле, поддающимся автоматизации, т.е. газом, дизельном или, на худой конец, на котле на пеллетах. Динамичная система должна обладать хорошей системой автоматизации, чтобы правильно реагировать на изменения среды, а это значит что она стоит денег.
Часто нагреть или остановить нагрев (например, при солнечной погоде) в определенной комнате не регулируя температуру возда в других не представляется возможным. Обычно это промахи проектирования или выбора системы или даже выбора составляющих системы: диаметра и длины трубопровода, маленький аккумуляторный или расширительный бак, не правильно подобран коллектор отопительный котловой. Поэтому правильно всегда после изучения возможных систем отопления всегда обращаться к специалистам. Это исключит многие будущие хлопоты.
В каменных домах инерционная система работает на равне с динамичной, однако существуют ситуации в которых требуется высокая инерционность системы. Эта ситуация возникает при наличии твердотопливного котла.
Твердотопливный котел в отличии от газового работает прерывисто, от топки до топки и, соответственно, температура теплоносителя то растет то убывает. Наиболее действенным способом справиться с этими скачками температуры является повышение инерционности системы в основном за счет увеличения количества теплоносителя, поэтому производители твердотопливных котлов рекомендуют устанавливать аккумулирующие баки, что позволяет не только снизить амплитуду колебания температуры воды, но и увеличить время между топками.
Инерционные системы отопления
Инерционные системы отопления: в чем их отличие от динамичных?
Обогрев дома – вопрос, которым задаются с приходом холодов. Как его сделать экономнее – проблема, с которой сталкиваются при запуске сети. На стоимость влияют многие факторы. Одни из них – устройство системы отопления, ее инерционность. Давайте разбираться во всем по порядку.
Инерционность – свойство, которое указывает на скорость прогревания и охлаждения сети. Классический пример такого обогрева: система отопления включает чугунные батареи большой емкости и котел из того же материала. А также – стальные трубы крупного сечения и бак для накопления воды в объеме 1 кубометра и более. То есть степень инерционности зависит от ряда факторов:
Принципы действия таких систем:
В каменных зданиях она действует безупречно. Но в некоторых случаях не может справиться с обогревом помещений. Например, когда устройство самой системы отопления включает твердотопливный котел. Его базовое отличие от газового агрегата – прерывистость. Он функционирует от одной закладки топлива до другой. За это время температура воды скачет – то увеличивается, то понижается.
Самый подходящий способ преодолеть колебания – нарастить инерционность отопительной сети. В основном – за счет роста объема воды. Поэтому производители котлов на твердом топливе советуют врезать в сеть аккумулирующие емкости ( баки). Эта мера помогает уменьшить амплитуду температурных скачков теплоносителя и увеличить время между загрузками топлива.
Устройство системы отопления с более динамичными показателями основано на иных характеристиках. Такая сеть действует от газового котла с циркуляционной помпой. Имеет алюминиевые радиаторы, разводку из металлопластиковых труб. Отопительный агрегат оснащен автоматикой с точным указанием температуры по нескольким параметрам – на улице и в помещении.
К сожалению, не всегда такое устройство системы отопления несет преимущества и плюсы. Поэтому в некоторых случаях динамическая сеть уступает инерционной. Она:
09.02.2015, 6790 просмотров.
Тепло по инерции: из чего строят инерционные и безынерционные дома
Тепло по инерции: из чего строят инерционные и безынерционные дома
Выбирая типы домов для постройки, необходимо определиться с строительными материалами. Важно знать какими характеристиками обладает материал.
Тепловая инерция – это способность материала при изменении условий подачи тепла сохранять микроклимат внутри строения на протяжении определенного времени.
Чем выше инерционность, тем дольше накопленное тепло сохраняется при отсутствии источника. И, наоборот, отсутствие инерции означает, что изменение температуры в материале наступает практически сразу.
Инерционные дома строят из материалов с большой теплоемкостью.
Стены безынерционных домов возводят из «пирога» материалов различных составов и последовательности, которые отличаются теплоизоляционными качествами, но суммарно обладают малой теплоемкостью.
Что такое инерционный дом?
В общем случае, если в доме предполагается постоянное проживание, применение инерционных материалов по теплотехническим показателям представляется более предпочтительным.
Особенности отопления инерционного дома
Ведь стены инерционного здания достаточно один раз хорошо нагреть, а затем просто поддерживать нужный уровень комнатной температуры.
Порой можно даже выключать котел для экономии (а еще лучше установить хотя бы самый простой терморегулятор, который будет управлять котлом и поддерживать установленную температуру в помещении). Кстати, то же касается и кондиционирования летом.
Стены инерционных домов передают накопленное тепло в инфракрасном диапазоне.
А именно этот вид энергии человеческое тело воспринимает лучше. Правда, первоначальный нагрев инерционного дома обойдется в копеечку.
Лучше начать отопительный сезон при наступлении первых заморозков и потом поддерживать комфортный режим. Кроме того, полезно наличие наружного утепления, которое позволяет еще больше увеличить способность конструкций накапливать тепловую энергию и снизить затраты на отопление.
Устройство системы вентиляции
Помимо температуры, важно поддерживать достойное качество воздуха и уровня влажности в помещении.
Вентиляционная система с естественным движением воздуха (где воздух движется по вентканалам за счет перепада давления внутри и снаружи здания, а также через щели в окнах и вытяжки) на территории нашей страны справляется с этой задачей.
Но для того, чтобы она действовала эффективно, стены вентканалов должны быть выполнены из инерционных материалов. В целом, такие конструкции должны быть массивными и способными к аккумуляции тепловой энергии. Последнее важно в том случае, если здание временно остается без отопления.
По этой причине естественная вентиляция надежно работает в домах инерционного типа.
Какие материалы использовать для строительства?
Затраты на возведение фундамента и коробки коттеджа из любых инерционных материалов промышленного производства однозначно дороже, чем безынерционных.
Эти материалы имеют большую плотность, а это сказывается на массе здания, ведет к удорожанию основания. Так что самый дорогой дом – кирпичный.
Чуть дешевле обходится строительство здания из керамоблоков, газо- и пенобетона. Сравнительно недорого обходится объект из шлакобетона.
Такая же градация и по срокам строительства. Кирпичную кладку делать труднее всего. Дом можно возводить несколько месяцев.
Крупные блоки (керамические, газо- и пенобетонные) укладывают значительно быстрее. А построить здание из монолитного бетона, любого вида панелей или каркаса вполне реально за месяц.
Конструктивные качества у стен из кирпича и керамических блоков – на высоте. Это практически вечные стены. При желании в таком доме спокойно будут жить и дети, и внуки, и правнуки. Но от них не отстают здания, возведенные из керамзитобетона, газо- и пенобетона.
А вот объекты из шлакоблоков отличаются высокой стойкостью, но простоять смогут не более 50-60 лет.
Типы домов: что такое безынерционные дома
В безынерционном строении можно очень быстро повысить температуру. Но стены в нем практически не прогреваются. Все тепло передается в атмосферу помещений. Зато систему отопления после набора комфортной температуры воздуха можно включать в экономичном режиме.
Чтобы продлить срок поддержания теплового комфорта, безынерционные стены делают герметичными. Тогда они работают, как термос, – сами остывают, но воздух в помещении сберегает тепло еще в течение нескольких часов после отключения обогревателя.
Так что безынерционные строения в чистом виде – лучший выбор при создании дачи или загородного дома. Также эта технология оптимальна для тех, кто часто уезжает, и периоды присутствия и отсутствия людей в доме чередуются.
Вентиляция в безынерционном доме
При устройстве естественной вентиляции каналы в безынерционном доме надо «прятать» в коробы из кирпича или специальные керамические трубы. Так что для регулирования влажности и обеспечения притока свежего воздуха необходима грамотная система подачи последнего.
Наиболее подходящий вариант – приточно-вытяжная вентиляция с рекуператором.
Так называют прибор, который выводит из помещения отработанный воздух, но одновременно насыщает его уличным.
При этом находящийся внутри установки теплообменник аккумулирует комнатное тепло, а потом нагревает за счет этой энергии подаваемый с улицы воздух и таким образом позволяет сократить затраты на отопление.
Следует понимать: естественная вентиляция хороша лишь в том случае, когда рядом – природа.
Львиная доля частных домов так или иначе требует устройства принудительной вентиляции, которая позволит контролировать подачу качественного воздуха в помещение. В особенности, если в семье есть аллергики.
Из чего построить безынерционный дом?
По затратам на строительство дома данного типа впереди. Даже самые дорогие безынерционные здания будут стоить дешевле, чем любые инерционные.
Связано это как со сниженной стоимостью возведения стен (большую часть которых занимают сравнительно недорогие утеплители), так и с легкостью конструкций. Ведь это значит, что массивный фундамент не нужен.
Цена дома из деревянного каркаса будет меньше кирпичной примерно на треть. Еще дешевле металлические «каркасники».
А самые дешевые здания – из СИП. Правда, речь идет только о самих конструкциях. Если добавить затраты на устройство принудительной вентиляции (а она в случае СИП практически обязательна), расходы сразу же возрастут примерно на четверть.
Надо только понимать, что большинство быстровозводимых домов (в том числе каркасные строения) прослужат не так долго, как кирпичные. Однако на жизнь одного поколения их стойкости хватит.
Каркасные коттеджи и здания из легких панелей надежно воспринимают механическую нагрузку. И все же ограничения по массе навесных элементов у них есть.
Кроме того, такие объекты также рассчитаны на проживание одного поколения. Зато они отличаются повышенной сейсмической безопасностью.
С инерцией или без: подведем итоги
Идеального способа строительства нет. Все варианты отличаются набором различных характеристик.
Так, в экологически чистом и сейсмически безопасном районе центральной или северной Украины лучше покажут себя инерционные дома.
Высокая инерционность позволяет жильцам не замечать суточные колебания температуры в условиях умеренно континентального климата.
Возле промышленных центров лучше возводить безынерционные. Но их строительство на всей территории Украины даст возможность сократить конструктивные затраты.
Главное – не забыть о необходимости устройства принудительной вентиляции. Кроме того, полезны инерционные вставки в безынерционный дом. Например, устроить в каркасном доме бетонное основание с системой «теплый пол».
Также полезны легкие внутренние перегородки из блочных материалов. Это позволит строению одновременно сохранять тепло при проветривании и обеспечивать быстрый прогрев помещений при резком наступлении морозов на улице.
О рациональности применения термостатов в системах водяного отопления
О рациональности применения термостатов в системах водяного отопления
В. И. Прохоров, д.т.н., профессор; С. М. Усиков, к.т.н., Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
В статье оценён возможный экономический эффект от применения термостатических клапанов в системах водяного отопления с точки зрения топливосбережения. На конкретной системе определён срок окупаемости данных устройств с учётом неучтённых в расчёте теплопоступлений. Предложены корректировки в СП 60.13330.2016.
Ключевые слова: система отопления, термостатические клапаны, топливосбережение, теплопоступления, эксплуатация.
On the rationality of using thermostats in water heating systems
V. I. Prokhorov, Doctor of Technical Sciences, Professor; S. M. Usikov, PhD, Moscow State (National Research) University of Civil Engineering (NRU MGSU)
The possible economic eff ect of the use of thermostatic valves in the systems of water heating in terms of fuel economy. On a specifi c system, the payback period of these devices is determined, taking into account the heat input unaccounted for in the calculation. Adjustments are proposed in SP 60.13330.2016.
Keywords: heating system, thermostatic valves, fuel saving, heat input, operation.
В статье оценён возможный экономический эффект от применения термостатических клапанов в системах водяного отопления с точки зрения топливосбережения. На конкретной системе определён срок окупаемости данных устройств с учётом неучтённых в расчёте теплопоступлений. Предложены корректировки в СП 60.13330.2016.
Инженеры всегда должны руководствоваться рациональностью и комплексным подходом к выбору основных материалов и технических решений. Однако при этом необходимо соблюдать требования, предъявляемые государственными строительными нормативными документами. К системе отопления, как к одной из основных инженерных систем здания, предъявляются свои особые требования:
1. Санитарно-гигиенические и эксплуатационно-физические (поддержание заданной температуры воздуха и внутренних поверхностей ограждений помещений, ограничение температуры на поверхности отопительных приборов, предотвращение образования конденсата на стенах и их промерзания).
2. Экономические (оптимальные капитальные вложения, экономный расход тепловой энергии при эксплуатации).
3. Архитектурно-строительные (соответствие интерьеру помещения, компактность, увязка со строительными конструкциями и пр.).
4. Производственно-монтажные (сокращение трудовых затрат и ручного труда и пр.).
5. Эксплуатационные (эффективность действия в течение всего периода работы, надёжность, безопасность, бесшумность при переменных нагрузках).
Система отопления должна полностью удовлетворять этим требованиям, как в комплексном подходе, так и в отдельных её элементах, которые не должны снижать общее качество её работы.
Согласно обязательному требованию Свода Правил 60.13330.2016 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха», пункт 6.4.9, в жилых и общественных зданиях у отопительных приборов необходимо устанавливать автоматические терморегуляторы. Это и есть термостатические клапаны (ТСК) с термостатическими головками (ТСГ). Таким образом, данные устройства становятся необходимым элементом в центральных системах водяного отопления для каждого отопительного прибора.
Чтобы оценить рациональность применения данных устройств, следует обратиться к приведённому выше перечню требований, предъявляемых к системе отопления.
Оценка рациональности применения ТСК с ТСГ по всем пяти пунктам является достаточно долгой и кропотливой работой, поэтому в данной статье рассматривается только экономическая целесообразность их применения.
Описание объекта исследования
Для проведения исследования в качестве рассматриваемого объекта был выбран жилой девятиэтажный дом на 72 квартиры, общей жилой площадью 3952 м², расположенный в городе Москве. Проектная мощность системы отопления жилой части здания составляет 224 104 Вт. Температура воздуха, согласно техническому заданию, принята в жилых помещениях равной 21 °C (в угловых — 23 °C), в кухнях — 19 °C.
В здании предусмотрена горизонтальная коллекторная поквартирная двухтрубная система водяного отопления. У отопительных приборов установлены термостатические клапаны типа RA-N Ду 15 мм с термостатическими головками фирмы Danfoss типа RA 2994.
Исходные данные и результаты расчёта
Основной задачей ТСГ является изменение проходного сечения ТСК с целью увеличения, или уменьшения потока теплоносителя, поступающего в отопительный прибор, вследствие чего изменяется теплоотдача отопительного прибора. Если подробно не вдаваться в конструкцию самой ТСГ, то можно сказать, что ТСГ реагирует на температуру воздуха в отапливаемом помещении, и при выходе её значения из заданного диапазона начинает в автоматическом режиме изменять теплоотдачу отопительного прибора способом индивидуального количественного регулирования, тем самым возвращая значение температуры воздуха помещения в требуемый диапазон.
Соответственно, в процессе автоматического регулирования ТСГ может компенсировать теплоизбытки в помещении, например, полностью «отключая» отопительный прибор (то есть полностью перекрывая поток теплоносителя, протекающего в нём), таким образом используя дополнительные теплопоступления и снижая потребление тепловой энергии системой отопления.
Среди таких теплопоступлений стоит отдельно отметить следующие:
Данные теплопоступления в помещение могут поступать единовременно, либо по отдельности. Вполне вероятен и такой случай, что теплопоступления могут покрывать теплопотребность помещения, и тогда отопительный прибор полностью «отключится» от циркуляции теплоносителя, но в помещении всё равно будет продолжаться рост температуры. Наиболее продуктивно экономия тепловой энергии при использовании ТСК с ТСГ будет наблюдаться при разновременном поступлении приведённых выше видов теплопоступлений. Далее приведены основные положения по определению величин данных теплопоступлений на рассматриваемом объекте.
Солнечная радиация
Для определения поступления теплоты от солнечной в нашем примере радиации был использованы данные о среднемесячном облучении вертикальных и горизонтальных поверхностей, согласно [1]. Общая поверхность остекления жилой части рассматриваемого здания составляет 468 м² (220 м² ориентировано на восток, 248 м² на запад). Теплопоступление через несветопрозрачные ограждения и кровлю в данной работе учтены не были, поскольку тепловая волна от теплопринимающей поверхности приходит в помещение с таким запозданием, что её учёт становится нецелесообразным.
Итак, согласно расчёту, в отапливаемые помещения жилой части дома может ежегодно поступать около 178 ГДж/год тепловой энергии от солнечной радиации.
От электрооборудования
Пусть в каждой квартире в течение четырёх часов работает один персональный компьютер (средней мощностью 210 Вт) и один телевизор (средней мощностью 120 Вт). Электроплита на кухне также при работе будет выделять значительное количество теплоты. Предположим, что она будет работать раз в сутки в течение получаса, с использованием двух конфорок (общей мощностью 2 кВт). Теплопоступление от остального оборудования условно не учитываем, считая их включение кратковременным (медленнее времени срабатывания ТСГ — 40 минут [2]).
Если учесть, что вся электрическая энергия данного оборудования переходит в тепловую, то общие теплопоступления в жилой части здания в течение отопительного сезона составят 123 ГДж/год.
От людей
Пусть в каждой однокомнатной квартире проживает один человек, который присутствует в ней только 12 часов и всё это время отдыхает. Предположим, что в каждой двухкомнатной квартире проживают двое человек разного пола, один из которых находится в квартире круглосуточно, выполняя лёгкую работу в течение 14 часов и 10 часов отдыхает, а второй присутствует в квартире только 12 часов и все это время отдыхает. В трёхкомнатных квартирах, предположим, проживает двое взрослых людей разного пола и ребёнок школьного возраста.
Расчёт теплопоступлений от человека выполнен согласно [3]. Общие теплопоступления от людей в течение года, таким образом, составят 124 ГДж/год.
От освещения
В силу активного распространения энергосберегающих светодиодных или люминесцентных ламп тепловыделение от освещения значительно уменьшилось и в данном исследовании не учитывается. Согласно СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» бытовые тепловыделения могут быть определены исходя из удельной величины бытовых тепловыделений на 1 м² площади жилых помещений. Исходя из предложенной величины, при жилой площади здания в 2400 м² в здании за отопительный сезон выделяется порядка 345 ГДж/год тепловой энергии.
Предположим, что при проектировании бытовые тепловыделения не были учтены в тепловом балансе здания, а все теплопоступления в квартирах могут быть скомпенсированы изменением теплогидравлического режима системы отопления с помощью автоматического регулирования ТСГ. Тогда общая экономия тепловой энергии за отопительный сезон составит 425 ГДж/год.
Во всей жилой части здания установлены ТСК с ТСГ в количестве 192 шт. Средняя рыночная стоимость в настоящее время (апрель 2017 года) составляет 1300 руб. за ТСК RA-N и 1130 руб. за ТСГ RA 2994. Средняя рыночная стоимость классического латунного крана двойной регулировки КРДП составляет 162 руб.
Срок окупаемости применения ТСК с ТСГ по энергосбережению Tок [год], определяемый с применением топливного эквивалента [4], составит:
где Gт — количество топлива, которое можно закупить на ту сумму денег, что предполагается потратить на энергосберегающее оборудование и материалы, м³ (при стоимость газа 4,14 руб/м³ составит 98 498 м³); Qр.н — низшая теплота сгорания газа, кДж/м³ (принята 38 000 кДж/ нм³); ηп.д.т — коэффициент эффективности производства и доставки тепла потребителю (в первом приближении принимаем для современных условий 0,75); Qг.эк — годовая экономия теплоты, достигнутая исходя из полной компенсации непредвиденных расчётом теплопоступлений в помещения, с помощью установки ТСК с ТСГ (425 млн кДж/м³).
Стоит отметить, что если в проекте были учтены бытовые тепловыделения, при расчёте тепловой нагрузки системы отопления, то общая экономия тепловой энергии за отопительный сезон может составить всего 80 ГДж/год. Срок окупаемости в таком случае составит 35 лет.
По результатам расчёта видно, что срок окупаемости установки терморегуляторов составляет более пяти лет даже с учётом того, что проектировщик не учёл бытовые тепловыделения, заложенные в нормативах. В случае учёта данной величины срок окупаемости данных применения ТСК с ТСГ становится сравним со сроком эксплуатации системы отопления при её качественном обслуживании (25–40 лет).
Стоит учесть, что в исследовании выбраны такие условия теплового баланса помещений, что теплопоступления в помещения поступают разновременно, и применение регуляторов позволяет полностью их компенсировать снижением теплоотдачи отопительных приборов. В действительности данные теплопоступления могут поступать единовременно, и тогда даже полное отключение отопительного прибора не позволит скомпенсировать весь избыток теплоты.
Кроме того, термостатические головки имеют определённую характеристику — зону пропорциональности, которая для выбранного типа ТСГ составляет 2 °C. Это означает, что клапан терморегулятора закроется полностью, когда температура в помещении превысит поддерживаемую температуру на 2 °C. Такая точность регулирования ТСГ может привести также к неполной компенсации теплоизбытков.
Отметим, что процессы реагирования ТСГ на изменение температуры воздуха, регулирования теплоотдачи отопительных приборов и изменения температуры воздуха в помещении обладают большой инерционностью [5]. В дальнейшем следует изучить это подробнее, чтобы точно определить способность такого решения своевременно и эффективно экономить тепловую энергию и поддерживать комфортную температуру в помещении.
Таким образом, если говорить об энергоэффективности применения ТСК с ТСГ, то она должна быть подтверждена для каждой конкретной конструкции системы отопления. Возможно, обязательное требование пункта 6.4.9 Свода Правил 60.13330.2016 о необходимости применения терморегуляторов предусматривает не только энергосберегающую функцию, но и заботится о комфорте пребывания людей в отапливаемых помещениях. Однако, как указывалось, в связи с большой инерционностью процесса регулирования и изменения температуры воздуха это следует дополнительно изучить.
Кроме того, согласно пункту 6.4.9 Свода Правил 60.13330.2016, допускается не устанавливать терморегуляторы при техническом обосновании. Это говорит о том, что есть необходимость создания методики «технического обоснования необязательности применения терморегуляторов».
Однако авторы статьи считают, что навязывание применения того или иного оборудования проектировщикам недопустимо, а применение его должно быть всегда конкретно технически обоснованным. Следовательно, есть необходимость создания методики «технического обоснования применения терморегуляторов», а в первом допущении конструкции системы не навязывать их в качестве дополнительного оборудования.
Нельзя не заметить и важный эксплуатационный недостаток, приводящий в ряде случаев к потере экономической эффективности применения ТСК с ТСГ.
В летний период все клапаны будут автоматически закрыты. В то же время требуется ежегодная промывка систем отопления. Чтоб промыть систему, термостатические головки необходимо снимать и ставить заглушку. А после промывки — всё восстанавливать. Эти трудозатраты необходимо учесть при расчёте техникоэкономических расчётов. Кроме трудозатрат при обходе квартир сотрудниками управляющих компаний, неизбежно возникнут юридические вопросы их проникновения в квартиры для работы. Эти вопросы на практике не решены.
На основании исследования можно сделать следующие выводы:
1. В каждом конкретном случае, при проектировании системы отопления следует учитывать рациональность применения любого технического решения с точки зрений пяти основных требований к системе отопления.
2. Срок окупаемости применения ТСК с ТСГ по энергосбережению может быть ориентировочно определён исходя из величины теплоизбытков, которые потенциально можно скомпенсировать снижением теплоотдачи отопительных приборов в помещении.
3. Справедливость требования пункт 6.4.9 СП 60.13330.2016 о необходимости применения терморегуляторов должна ещё раз быть осмыслена и подтверждена исследованиями.
4. Есть необходимость продолжения изучения процесса регулирования теплоотдачи отопительного прибора терморегуляторами с учётом теплового баланса здания в целом, конструкций ограждающих конструкций, процессов жизнедеятельности в помещениях и типа отопительных приборов.