Из-за энергетической оценки зданий, решения для оптимального теплоснабжения являются актуальной проблемой. Актуальность этой проблемы подчеркивается требованиями Европейского Союза по снижению энергетических потребностей зданий к 2020 году.
С эксплуатационной точки зрения большинство систем отопления кажутся оптимальными; однако с использованием результатов этого детального анализа можно добиться еще большего улучшения. Цель состоит не в том, чтобы поставлять больше тепловой энергии, чем необходимо для достижения энергосбережения. Это снижение теплоснабжения может быть достигнуто за счет использования потенциала аккумулирования тепла здания посредством надлежащим образом выбранного режима отопления. Под режимами работы подразумевается режим с постоянным нагревом и режим с прерывистым нагревом.
В этом примере нестационарного моделирования во время режима прерывистого нагрева можно продемонстрировать потенциальную экономию, достигаемую выбранным режимом прерывистого нагрева (например, теплотрасса упонор). Тематическое исследование проводится в здании средней школы. В этом проекте, поддержанном конкретным исследовательским проектом на факультете гражданского строительства, я провел эксперимент с прерывистым режимом, который также был поддержан теоретической частью, в которой использовался нестационарный расчет.
Этот вклад предполагает возможность экономии энергии за счет оптимизации теплоснабжения. Здесь также представлена разница между стационарным и нестационарным решением этой проблемы.
Вступление
Оптимизация теплоснабжения с точки зрения энергетической оценки зданий является в настоящее время актуальной темой. Снижение потребления тепла за счет увеличения ширины теплоизоляции, используемой для утепления зданий, практически вне пределов возможного. Поэтому ищутся новые способы экономии энергии. Актуальность этой проблемы подчеркивается требованиями Европейского Союза по снижению энергетических потребностей зданий к 2020 году.
В случае, когда были предприняты меры по экономии средств, такие как замена окон, дверей и реконструкция ограждающих конструкций здания, вопрос заключается в том, что еще можно сделать для достижения дальнейшей экономии. Одна из многих возможностей – оптимизировать подачу тепла. Большинство внедренных систем отопления, по-видимому, являются оптимальными с точки зрения эксплуатации, но благодаря детальному исследованию потребностей отдельных зданий можно добиться дальнейшего улучшения. Цель состоит не в том, чтобы поставлять больше тепловой энергии, чем необходимо для достижения энергосбережения. Это снижение теплоснабжения может быть достигнуто за счет использования потенциала накопления тепла в здании и с помощью надлежащим образом выбранного режима отопления. Под режимами работы подразумевается режим с постоянным нагревом и режим с прерывистым нагревом. Выбор режима работы в действительности часто выбирается на основе тестирования условий эксплуатации пользователем, и таким образом достигается оптимизация теплоснабжения. Однако в большинстве зданий это не так. Этот вклад предполагает возможность использования методов расчета для расчета поведения здания во время прерывания отопления и во время отопления. Благодаря концепции поведения здания можно определиться с ходом и возможной оптимизацией теплоснабжения.
Физическая природа проблемы
В случае режима непрерывного нагрева можно использовать соотношение, известное из теплотехники, где можно использовать упрощенные дифференциальные уравнения. Это упрощение возможно только в том случае, если мы выполняем требования линейности. Первым необходимым требованием является наличие стабильных тепловых условий, которые вытекают из независимости времени от температурного профиля.
 |
(1) |
Второе требование предполагает, что теплопроводность является положительной постоянной.
 |
(2) |
Однако в случае режима непрерывного нагрева невозможно использовать упрощенный дифференциал уравнения, потому что одно из требований не выполняется; это требование стабильного теплового режима. В случае непрерывного нагрева обычно существуют три фазы: постоянный нагрев (I), прекращение подачи тепла (II) и нагрев до необходимой температуры для постоянного нагрева (III). Чтобы выяснить ход нагрева в фазе прерывания нагрева или в фазе нагрева, необходимо контролировать постоянные условия с помощью дифференциальных уравнений. Эти фазы могут быть установлены аналитическими методами расчетов охлаждения и обогрева помещения, эти методы основаны на следующих принципах:
а) При модификации охлаждения или нагрева устройства, теплопроводность которого бесконечно велика, то есть, или внутреннее тепловое сопротивление равно нулю, то есть (сюда относится, например, метод Киршнера и его модифицированная версия в Чешском техническом стандарте 06 0220)
б) Тепловой поток в помещение представлен рядом Фурье (метод Шкловера)
в) о балансе теплового потока, поступающего в помещение и из помещения (метод Лаштовки)
При сравнении рассчитанных и измеренных методов метод Лаштовки оказался наиболее точным – наблюдение основано на [1]. Этот метод был рассмотрен для оптимизации теплоснабжения. Принцип метода – заменить соотношения для расчета унитарных тепловых потоков соотношениями для непосредственного расчета температуры на внутренней поверхности структур, образующих границу помещения; Частью уравнения является также тепловой баланс комнаты, который состоит из частичных компонентов. Конструкции делятся на внутренние и внешние. Застекленные поверхности на периферийной оболочке являются структурами без накопительных способностей.
Тематическое исследование
Вышеуказанное представлено на примере кейса. Это дело было проведено в здании средней школы, оболочка и система отопления которого были отремонтированы, включая блок теплоснабжения. Здание используется только во время обучения. После того, как здание было отремонтировано, был введен режим непрерывного отопления. Однако этот режим, похоже, не самый эффективный. Цель состояла в том, чтобы найти другой режим, который позволил бы сэкономить тепло. Поскольку здание было построено из обожженного кирпича толщиной 450 мм и выдержано в ходе реконструкции, была возможность использовать большую массу кирпичных стен. Накопление может быть использовано во время перерывов в отоплении.
Рисунок 1. График температуры в помещении и на улице в процессе охлаждения.
При анализе хода комнатной температуры было выявлено небольшое снижение комнатной температуры, когда в течение 2 часов комнатная температура снизилась приблизительно на 3°С; однако средняя температура наружного воздуха составляла 3°C. На рисунке 1 показано графическое представление изменения температуры воздуха на этапе охлаждения помещения в выходные дни. За фазой охлаждения следовал нагрев, что было необходимо для достижения оптимальной температуры к моменту использования здания (началу обучения).
Чтобы найти удобный режим обогрева, который позволял бы людям оставаться в помещении, необходимо было описать охлаждение помещения при экстремальных условиях наружного воздуха. По этой причине был использован нестационарный расчет комнатной температуры с использованием аналитического метода, основанного на принципе баланса теплового потока, поступающего в помещение и выходящего из него.
С помощью этого расчета были рассчитаны режимы обогрева для рабочих дней и выходных при экстремальных температурах наружного воздуха -12 ° C. Этот расчет сравнивался с данными измерений, и, по статистике, максимальное отклонение составляло 10%.
По расчету был оценен умеренный режим обогрева, при котором путем уменьшения эквитермальной кривой (кривая № 1) уменьшалась мощность теплоснабжения в течение времени, когда здание не использовалось; затем был также оценен нагрев с повышенной экватермальной кривой (кривая № 2). Вторым оцениваемым режимом был режим с перерывами на отопление во время, когда здание не использовалось (мощность теплоснабжения 0%), а затем нагрев с максимальной мощностью блока теплоснабжения. Третьим оцениваемым режимом был режим с перерывами на отопление в то время, когда здание не использовалось, а затем нагрев с мощностью, контролируемой эквитермным регулированием, до более высокой экватермальной кривой, чем установлено для времени непрерывного нагрева (кривая № 2). По нестационарному расчету температуры определяли время нагрева и соответствующую мощность теплоснабжения для работы в рабочие дни и для работы в выходные дни. Из результатов измерений были также констатированы приобретенные сбережения.
Заключение
В рамках проекта, поддерживаемого конкретными исследованиями строительного факультета, была проведена экспериментальная проверка режима прерывистого нагрева, которая была подтверждена теоретической частью, для которой был использован нестационарный расчет. В данной статье предлагается возможность использования режима прерывистого нагрева в качестве меры для оптимизации теплоснабжения. Тематическое исследование было проведено в здании средней школы, для которого было рекомендовано изменить режим отопления и использовать режим прерывистого отопления, так как он является наиболее удобным. Благодаря этому изменению экономия 38% в течение отопительного сезона была достигнута по сравнению с прежним непрерывным режимом отопления. Цель этого вклада состоит в том, чтобы указать на возможности энергосбережения с помощью оптимизации теплоснабжения. Вклад также представляет разницу между стационарным и нестационарным решением этой проблемы.
Использованные источники
[1] J. Řehánek, Tepelná akumulace budov. (Original language – Czech, English translation: Building thermal accumulation) 1. vyd. Praha: Informační centrum ČKAIT, 2002, 276 p
[2] Laštovka, Z. Průběh vyhřívání místností s přerušovaným vytápěním. (Original language – Czech, English translation: Room heat course with the use of interrupted heating) Strojnický obzor, vol. 1941, No. 21/22
[3] Laštovka, Z. Průběh teplot při chladnutí místnosti (budovy) při přerušovaným vytápěním. (Original language – Czech, English translation: Temperature course during room (building) cool down with the use of interrupted heating) Strojnický obzor, vol. 1944, No. 4
[4] Arcadis project managment, s.r.o., Klimatologické údaje (Original language – Czech, English translation: Climatological data), 2012
[5] H. Koutková, Pravděpodobnost a matematická statistika (Original language – Czech, English translation: Probability and mathematical statistics), Brno, 2004
[6] TNI 730331, Energetická náročnost budov – Typické hodnoty pro výpočet (Original language – Czech, English translation: Building energy intensity – Typical values for calculation)
Petr Komínek