КОНФЕРЕНЦИЯ ШКОЛЬНИКОВ «СТАРТ В НАУКУ»
advertisement
КОНФЕРЕНЦИЯ ШКОЛЬНИКОВ «СТАРТ В НАУКУ» СЕКЦИЯ 2 – «ОБЩАЯ И ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА» Исследование процессов теплопередачи в зданиях с использованием методов теплового неразрушающего контроля Автор: Аль-Згуль Самир Хусейнович МОУ гимназия №52 г. Ростова-на-Дону, 11 класс Научный руководитель: Шпитальник Борис Цаликович МОУ СОШ «Эврика-развитие» учитель физики канд. физ.-мат. наук Москва - 2012 Введение. Значительная часть энергии, расходуемая всем народным хозяйством – это энергия, идущая на отопление зданий (примерно1/4 часть всей потребляемой энергии). В процессе отопления здания часть энергии расходуется на «обогрев улицы», т.к. часть тепла теряется в основном через ограждающие конструкции. Цель данной теплопередачи работы через технологический - выполнить ограждающие расчет исследование конструкции теплопотерь и процессов здания, рассчитать провести экономическую эффективность мероприятий, при которых может быть достигнута экономия энергии. Для этого необходимо решить следующие задачи: 1. Выявить причины потерь тепла в здании; 2. Исследовать процессы, приводящие к потерям тепла; 3. Проанализировать возможности уменьшения теплопотерь; 4. Выделить элементы - источники тепла в здании; 5. Исследовать процессы, увеличивающие и уменьшающие теплоотдачу этих элементов; Разработать мероприятия, приводящие к увеличению теплоотдачи 6. элементов отопления; 7. Проанализировать возможности уменьшения теплопотерь; 8. Оценить экономическую эффективность предложенных мероприятий; В качестве объекта исследования выбрать здание МОУ гимназии № 52 г. Ростова-на-Дону, на примере которого реализовать поставленные задачи. Исследование осуществлялось в три этапа: 1 этап – поисково-теоретический проблемы) 2 этап - опытно-экспериментальный (анализ литературы, изучение 3 этап – заключительно-обобщающий (систематизация материала исследования, обобщение результатов, формулирование выводов и рекомендаций прикладного характера); Инструменты бесконтактных исследования: измерений при тепловизор комплексном «Иртис тепловом 2000с» для неразрушающем контроле строительных конструкций, измерители-регистраторы самопишущие ИС -201, измеритель плотности теплового потока ИПП – 2. Результаты исследования: 1. Проведено тепловизионное обследование здания школы. Получены термограммы южного, северного, западного и восточного фасадов школы. 2. С помощью приборов измерения теплового потока и датчиков самописцев теплового потока и температуры были поведены многодневные измерения параметров среды и теплофизических характеристик наружных ограждающих конструкций школы. 3. Создана компьютерная модель здания школы в среде объектно- ориентированной САПР AllPlan по техническому паспорту БТИ. Рассчитаны площади ограждающих конструкций для определения теплопотерь всего здания. 4. Проведен расчет теплопотерь здания школы. 5. В результате анализа термограмм выявлены зоны с повышенной температурой (зарадиаторные участки, зоны дефектов конструкций, увлажненных участков стен, щелей и т.д.). 6. Предложен ряд качественных энергоэффективных мероприятий - устранение протечек в водопроводной систему здания, заделка стыков и устранение других конструктивных дефектов. 7. Предложена конструкция устройства зарадиаторного отражающего экрана. С помощью приборов измерения теплового потока и датчиков самописцев теплового потока и температуры были поведены измерения параметров среды и теплофизических характеристик наружных ограждающих конструкций после устройства зарадиаторного экрана. 8. Произведен расчет энергетической и экономической эффективности устройства зарадиаторных отражающих экранов из материала с высокой отражательной и низкой теплопроводной характеристикой. 9. Выполнен расчет теплотехнических характеристик радиаторов в зависимости от цвета окраски. 1.Актуальность и новизна исследования Требования энергетической эффективности зданий, строений, сооружений включают в себя: 1) показатели, характеризующие удельную величину расхода энергетических ресурсов; 2) требования архитектурным, к влияющим, на энергетическую функционально-технологическим, эффективность, конструктивным и инженерно-техническим решениям; 3) требования к отдельным элементам, конструкциям и к их свойствам, к используемым устройствам и технологиям, а также требования к включаемым в проектную документацию и применяемым при строительстве, реконструкции, капитальном ремонте технологиям и материалам, позволяющим исключить нерациональный расход энергетических ресурсов как в процессе строительства, так и в процессе эксплуатации. Требования энергетической эффективности зданий, строений, сооружений подлежат пересмотру не реже чем один раз в пять лет в целях повышения энергетической эффективности зданий, строений, сооружений. Для определения эффективности зданий, соответствия строений, требованиям сооружений энергетической необходимо проведение энергетического обследования. Целью энергетического обследования является: 1) получение объективных данных об объеме используемых энергетических ресурсов; 2) определение показателей энергетической эффективности; 3) определение потенциала энергосбережения и повышения энергетической эффективности; 4) разработка перечня типовых, общедоступных мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и проведение их стоимостной оценки. На данный момент по результатам энергетического обследования составляется энергетический паспорт. Проанализировав методы проведения подобного рода обследований и изучив отчеты, составляемые по результатам обследования, были поставлены и решены следующия задачи: - выполнено тепловизионное обследование школы, с целью сбора и анализа данных, необходимых для расчета теплопотерь здания в отопительный период; - выполнен технологический расчет по определению фактических теплопотерь здания; - проведена техническая оценка эффективности мероприятий, повышающих класс энергоэффективности зданий, т.к. в изученных отчетах оценка зачастую приводилась лишь качественная; - проведен эксперимент по устройству защитных отражающих экранов в зарадиальной зоне и , т.к. несмотря на то, что данное мероприятие предлагалось в изученных отчетах, но экспериментально подтвержденных данных о целесообразности подобного рода мероприятий не приводилось ; - проведена экономическая оценка эффективности данного мероприятия; - проведена оценка эффективности покраски радиатора краской с более высокой излучательной способностью, с целью увеличения теплоотдачи радиатора. Также предполагается продолжить исследование с целью: 1. Моделирования оптимального сочетания следующих параметров: материала защитного экрана; расстояния между стеной и отопительным прибором; угла наклона защитного экрана; размера защитного экрана с возможностью захода экрана на пол и под подоконник. 2. Построение на базе этих параметров целевой функции минимизирующей теплопотери через наружные ограждения. 3. Разработка программы в среде Delphi, выбирающей для данного типа здания, наиболее эффективные энергосберегающие мероприятий 2. Теплофизические исследования с целью определения теплопотерь здания школы. Тепловые потери в зданиях происходят по трем основным причинам (рис.1): вследствие теплопроводности через стены, окна, крыши и полы 1-го этажа; вследствие теплопроводности и меньшей степени путем излучения и конвекции через окна и иное остекление; путем конвекции и перетока воздуха через элементы наружного ограждения здания, который обычно происходит через открытые окна, двери и вентиляционные отверстия (принудительно или естественно) или путем инфильтрации, т.е. проникновения воздуха через щели в ограждающих конструкциях здания, например по периметру дверных и оконных рам. Рис. 1 Тепловой баланс здания. Для того чтобы решить проблему экономия энергии в здании путем уменьшения теплопотерь, необходимо разобраться сопровождающих теплопотери процессов. Как любое в механизме физическое явление, теплопроводность протекает во времени, пространстве и связано в большей степени с понятием поля температур. Совокупность значений температур в различных точках пространства в различные моменты времени называется температурным полем. Если температура конкретной точки тела зависит только от координат T = f (x, y, z) , то такое температурное поле называется стационарным, а если от координат и времени T = f (x, y, z, τ) – нестационарным. Обычно при теплотехнических расчетах наружных ограждающих конструкций принимается, что теплопередача происходит в стационарных тепловых условиях, т.е. при постоянстве во времени всех характеристик процесса: теплового потока, температуры в каждой точке, теплофизических характеристик строительных материалов. Математическое выражение закона теплопроводности Фурье: q = −λ(∂T / ∂n) λ - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·°С); (1) n - нормаль к поверхности. Чем больше значение λ, тем интенсивнее в материале процесс теплопроводности теплоизоляционными и значительнее материалами тепловой принято поток. считать Поэтому материалы с коэффициентом теплопроводности менее 0,3 Вт/(м·°С). Коэффициент теплопроводности увеличивается с повышением влажности материала. Повышение коэффициента теплопроводности с увеличением влажности материала происходит из-за того, что вода, находящаяся в порах материала, имеет коэффициент теплопроводности около 0,58 Вт/(м·°С), что в 22 раза больше, чем у воздуха, находящегося в порах. Еще более резко возрастает коэффициент теплопроводности, если влажный материал промерзает, т.к. лед имеет коэффициент теплопроводности 2,3 Вт/(м·°С), что в 80 раз больше, чем у воздуха. Коэффициент теплопроводности материала увеличивается с повышением температуры, при которой происходит передача теплоты. Усиление теплопроводных свойств объясняется возрастанием кинетической энергии молекул скелета вещества. Знак минус, стоящий в правой части уравнения (1), показывает, что увеличение теплового потока не совпадает с увеличением температуры (рис.2). Рис. 2 Распределение температуры в плоскопараллельной стенке при переносе теплоты за счет теплопроводности Для плоской однородной стенки (рис. 2) тепловой поток qт, Вт/м2, передаваемый теплопроводностью через однородную стенку, определяется по формуле qÒ ( 1 2 ) (2) где δ - толщина стенки, м; τ1, τ2 - значение температуры соответственно на поверхностях стенки 1 и 2, °С. Из формулы (2) следует, что распределение температуры по толщине стенки - линейное. Термическое сопротивление материального слоя Rт, м2·°С/Вт, определяется по формуле (3) Rt Следовательно, (3) qÒ ( 1 2 ) RT (4) Термическое сопротивление слоя - это сопротивление теплопроводности, равное разности температур на противоположных поверхностях слоя при прохождении через него теплового потока с поверхностной плотностью 1 Вт/м2. Общее сопротивление теплопередаче ограждения Rо, м2·°С/Вт: Rо = Rв + ΣRi + Rн, где Râ 1 â Rí ; 1 í ; При расчете теплопередачи через наружные ограждения принято не разделять лучистую и конвективную составляющие в общем теплообмене на поверхностях. ограждения оцениваемое поверхности Считается, в что отапливаемом общим - на внутренней наружного помещении происходит тепловосприятие, â , Вт/(м2·°С), а коэффициентом теплоотдача, поверхности интенсивность на которой наружной определяется коэффициентом теплоотдачи í , Вт/(м2·°С). Общее сопротивление теплопередаче R0, м2·°C/BT, ограждающих конструкций, а также окон и фонарей (с вертикальным остеклением или с углом наклона более 45°) следует принимать не менее нормируемых значений Rreq, м2·°С/Вт, определяемых по в зависимости от градусо-суток района строительства Dd, °С·сут. Расчетная температура внутреннего воздуха tint. Для общественного здания в г. Ростове-на-Дону tint = 20 °С. Расчетная температура наружного воздуха text. Принимается значение температуры наружного воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 согласно СНиП 23-01. Для г. Ростова-на-Дону text = -22 °С. Продолжительность отопительного периода zht. Принимается согласно СНиП 23-01. Для г. Ростова-на-Дону zht = 171 сут. Средняя температура наружного воздуха за отопительный период tht. Принимается согласно СНиП 23-01. Для г. Ростова-на-Дону tht = -0,6 °С. Градусо-сутки отопительного периода для г. Ростова-на-Дону Dd = (tint - tht ) zht =(20 °-(-0,6 °С))* 171= 3522,6 °С·сут. На основе вышеизложенного по табл. 4.СНиП 23-01-2003 определяется требуемое сопротивление теплопередаче наружных стен: Rreq = 2,257 м2 0С/Вт. Расчет термического сопротивления в реперных зонах, проводится по результатам измерения температуры и плотности теплового потока для каждой реперной зоны. RTi ( âi íi ) , qi (5) где вi и нi — значения температуры соответственно внутренней и наружной поверхностей ограждающей конструкции, °C; qi — значение плотности теплового потока, Вт/м2; рекомендуется при расчете использовать результаты измерений теплового потока на внутренней поверхности. Реперные зоны (базовые участки) — зоны без температурных аномалий на поверхности объекта контроля, на которых проводят контактные измерения температуры и тепловых потоков и настраивают тепловизор. Две реперные зоны были выбраны на наружной стене первого этажа восточного фасада . На предварительно выбранном участке (реперной зоне) наружной стены были установлены датчики, регистрирующие температуру и тепловые потоки, кроме этого регистрируется температура внутреннего и наружного воздуха. По результатам измерения температуры и тепловых потоков каждые 2—3 дня проводят предварительные расчеты термического сопротивления RTp реперной зоны с графическим представлением результатов и оценкой погрешности определения Для погрешность получении RTp . удовлетворительных определения RTp , включая результатов погрешность, (суммарная обусловленную нестационарностью процесса теплопередачи, не должна превышать 15 %) проводится наружная тепловизионная съемка ограждающих конструкций всего здания и внутренняя съемка в местах установки регистрирующих приборов — реперных зонах. C этой целью был использован тепловизор «Иртис 2000с» для бесконтактных измерений при комплексном тепловом контроле строительных конструкций (метод теплового неразрушающего контроля - ТНК) Погрешность измерения температуры не должна превышать 0,5 °C. Погрешность измерения плотности теплового потока не должна превышать 1 Вт/м2. Первичные преобразователи (датчики) плотно прижимают к ограждающей конструкции и закрепляют в этом положении, обеспечивая постоянный контакт с поверхностью исследуемых участков в течение всего периода измерений. При креплении преобразователей между ними и ограждающей конструкцией не допускалось образование воздушных зазоров. Для исключения их на участке поверхности в местах измерений нанесен тонкий слой технического вазелина, перекрывающий неровности поверхности. Обработка результатов измерений включает в себя расшифровку информации с регистраторов температуры и тепловых потоков и определение p термического сопротивления RT в реперных зонах. Результаты расчета RTip представлены в графическом виде вместе с результатами измерения tвi, tнi, вi, нi, qi. За истинное значение термического сопротивления в реперной точке принимается выборочное среднее значение RTp 1 n p RTi n i 1 n =573– общее число измерений До отбраковки получилось , (6) Продолжительность расчетного периода кратна 24 часам и составляла не 7 суток. Отбраковка значений Gri RTip RTp RTip S производилась при невыполнении условия 2, (7) где S — выборочное стандартное отклонение для результата отдельного измерения, равное n S p p RT RTi i 1 n 1 2 =0,4 Отбраковка начиналась с члена выборки (8) RTip , который характеризуется максимальным значением Gri ,после чего рассчитывались новые значения и Gri. Процедура отбраковки продолжается до тех пор, пока все значения RTp , RTip S не будут удовлетворять условию (7). Т.о. было отбраковано 128 первых измерений, при расчете учитывались n =445 — число измерений, вошедших в выборочную совокупность (отбросили с 1 по 128 измерение) Т.о. после отбраковки: Реперная зона №1 Восточный фасад. Область между вторым и третьим окном. Значение термического сопротивления реперного участка составляет RT = 2,69 м2·°C/Вт. Общее термическое сопротивление: R0=2,69+0,115+0,043=2,848 м2·°C/Вт Реперная зона №2 Восточный фасад. Угол здания. Значение термического сопротивления реперного участка составляет RT = 2,70 м2·°C/Вт. Общее термическое сопротивление: R0=2,70+0,115+0,043=2,858 м2·°C/Вт Основная относительная погрешность измерений составляет: для температуры ...................... 1 %, для плотности теплового потока 5 %. Суммарная относительная погрешность определения сопротивления теплопередаче в реперной точке составляет (1 25) 5.1% . Обработка результатов тепловизионного обследования заключалась в определении температурных полей по поверхности и расчете термических сопротивлений исследуемых участков ограждающих конструкций. Термограммы участков наружных ограждающих конструкций школы с установленными регистрирующими приборами в реперных зонах необходимо использовать для корректировки температурных полей, полученных с помощью тепловизора. Расчет конструкции термического RTm сопротивления m-го участка ограждающей проводился по формуле RTm RTp нр tн (8) нm tн где нm — температура наружной поверхности на участке m; нр =1,7°C — температура наружной поверхности в реперной зоне; tн =1°C— температура наружного воздуха; RTf 2,69 — термическое сопротивление реперной зоны Для сравнения с нормируемыми (СНиП 23-02) или проектными значениями вычисляется сопротивление теплопередаче при расчетных температурных условиях R0m RTm 0,115 0,043 (м2·°C/Вт). (9) Здесь 0,115 и 0,043 — сопротивления теплоотдаче на внутренней и наружной поверхностях соответственно при расчетных условиях. Величина, обратная сопротивлению теплопередаче, названа коэффициентом теплопередачи К, Вт/(м2·°С): K 1 Ro (10) Коэффициент теплопередачи ограждения К равен плотности теплового потока, проходящего сквозь ограждение, при разности температур сред по разные стороны от него в 1 °С. Следовательно, тепловой поток q, Вт/м2, проходящий через ограждение за счет теплопередачи, определяется по формуле q K (t â t í ) (11) Теплопотери за счет теплопередачи (трансмиссионные теплопотери) Qoгp, Вт, рассчитываются через каждое теплотеряющее ограждение (или его часть) отдельно по формуле Qîãð KA(t â t í ) (12) При подсчете потерь теплоты по формуле (12) площадь отдельных ограждений А, м2, определялась с соблюдением следующих правил обмера (рис.3): 1. Площадь окон, дверей и фонарей измеряли по наименьшему строительному проему. 2. Площадь потолка и пола измеряли между осями внутренних стен и внутренней поверхностью наружной стены. 3. Площадь наружных стен измеряли: • в плане - по наружному периметру между осями внутренних стен и наружным углом стены; • по высоте - на всех этажах, кроме нижнего: от уровня чистого пола до пола следующего этажа. На последнем этаже верх наружной стены совпадает с верхом покрытия или чердачного перекрытия. При определении теплопотерь через внутренние стены их площади обмеряют по внутреннему периметру. Потери теплоты через внутренние ограждения помещений можно не учитывать, если разность температур воздуха в этих помещениях составляет 3 °С и менее. Рис. 3 Определение размеров стен, окон и.т.д. Рис.4 План 1-го этажа с размерами и обозначением помещений Общие технико-экономические показатели школы: Количество этажей -4 Год постройки 1971 г. Материал наружных стен – кирпич; Материал перекрытий – железобетонные плиты Общая площадь здания – 4780 кв.м. Объем здания -16730 куб.м. Приведены результаты обследования теплотехнического состояния ограждающих конструкций четырехэтажного здания школы с целью выявления сверхнормативных потерь тепла, поиска скрытых дефектов, зон промерзаний и протечек наружных ограждений зданий посредством инфракрасной термографии и установки дополнительной аппаратуры. При проведении работ по тепловизионному контролю качества ограждающих конструкций жилого дома использована методика приведённая в ГОСТ 26254-84. Методика дает возможность: проводить в реальном времени температурные бесконтактные натурные обследования поверхности ограждающей конструкции; проводить в реальном времени температурные контактные измерения температур и тепловых потоков на обследуемой ограждающей конструкции; организовать при необходимости периодический или систематический контроль качества наружных ограждающих конструкций в эксплуатируемых условиях; обнаружить скрытые дефекты и определить сопротивление теплопередаче и другие теплотехнические характеристики ограждающих конструкций зданий и сооружений; по результатам проведения контроля определить соответствие качества ограждающих конструкций и строительных работ нормативной документации и дать рекомендации по изменению строительных технологий и изготовлению ограждающих конструкций, а также проведению ремонта скрытых дефектов строительства. При теплотехнических обследованиях наружных стен тепловизором осуществляется: исследование температурно-влажностного и воздушного режима помещений здания; измерение температур и термографирование заранее определенных участков наружной и внутренней поверхностей стены; расшифровку термограмм, полученных с помощью тепловизора, и представление их в виде, удобном для последующей интерпретации; выявление зон теплотехнических неоднородностей ограждающих конструкций (стеновых панелей, перекрытий, заполнений стыков и оконных блоков, обнаружение скрытых дефектов строительства); определение с необходимой точностью на основе зарегистрированных температурных полей и других вспомогательных параметров внутренней и наружной окружающей поверхностей среды, ограждающей количественных конструкции, значений а также теплотехнических характеристик, в том числе сопротивления теплопередаче; определение приведенного сопротивления теплопередаче в реальных условиях эксплуатации зданий; расчет максимальных, минимальных и средних температур отдельных участков внутренней и наружной поверхностей ограждающей конструкции и на их основании, коэффициентов теплотехнической однородности (при необходимости), локальных или приведенных сопротивлений теплопередаче. Первые два этапа проводятся в натурных условиях, последние пять осуществляются на IBM совместимом компьютере по программе IRPreview. Объектом испытаний стали элементы наружных стен. Натурные обследования проводились при отсутствии солнечного облучения, атмосферных осадков, тумана и других подобных явлений. Термографирование наружной поверхности стен проводилось общим панорамным снимком, охватывающим всю стену. Осуществлена съёмка фасадов с помощью панорамного тепловизионного комплекса «ИРТИС-2000С». Проведенный анализ фасадов (рис. 5 – рис.12 ) показывает, что ограждающие конструкции характеризуются в основном средней теплопроводностью, определяемой нормальным значением сопротивления теплопередаче. Но существуют зоны повышенных тепловых потерь на уровне установки отопительных приборов, оконных и дверных проемов, а также протечек и промерзаний ограждающих конструкций. Рис. 5. Южный фасад (КМЗ школы) Рис. 6. Термограмма южного фасада Рис. 7. Западный фасад (КМЗ школы) Риc. 8. Термограмма западного фасада Рис. 9. Северный фасад (КМЗ школы) Рис. 10. Термограмма северного фасада Рис. 11 Перспектива со стороны восточного фасада Рис. 12. Термограмма части восточного фасада Теплопотери здания при расчете по укрупненным показателям определяются по формуле: Q = 1.163 • q0 • Vзд • (tв - tн), Вт, (13) где 1,163 – коэффициент перевода из килокалорий • ч в ватты; q0=0,33 ккал/м3•ч•ºС - ориентировочные удельные расходы тепла на отопление и вентиляцию, принимаются по справочным данным для школ; Vзд – отапливаемая кубатура здания, м3; tв и tн – внутренняя и наружная температура воздуха для расчетного периода, ºС; Q = 1.163 • 0.33 • 16730 • (20 – (-22))=269673,88 Вт (14) Реальные теплопотери, рассчитанные по каждому помещению, с учетом их размеров, также полученных сопротивлений теплопередаче в реперных зонах, а значениям температурных полей, полученных в результате тепловизионного обследования составили Q=507779.4 Вт (расчет выполнен в табличной форме в среде Excel). Расчет показал, что реальные теплопотери превышают допустимые. 4. Разработка и оценка мероприятий по уменьшению теплопотерь через наружные стены и увеличению теплоотдачи радиатора. В школе отопительные приборы в основном устанавливаются у наружных стен. В таком случае температура внутренней поверхности стены за прибором значительно выше, чем в остальной части, что является причиной увеличенных теплопотерь. В случае монтажа отопительных приборов в нише, стена за прибором тоньше, и ее сопротивление теплопередаче меньше сопротивления полной стены. Это еще больше увеличивает теплопотери. Анализируя полученные термограммы можно сделать вывод, что в местах примыкания радиаторов отопления к наружным стенам температуры повышена на 1-3°. Для снижения теплопотерь необходимо теплоизолировать заприборные участки наружной стены материалами с низким (около 0,05 Вт/м·°С) коэффициентом теплопроводности (например, алюминиевой фольгой). Теплоизоляцию желательно располагать ближе к наружной поверхности стены. Размер утепленного участка стены должен превосходить проекцию прибора на стену с каждой стороны как минимум на толщину прибора. Установка теплоотражающих экранов за радиаторами отопления по мнению фирм производителей полностью изолирует стены от нагрева, тем самым, понижая потери тепла. Был проведен эксперимент по определению влияния отражающих экранов на увеличение термического сопротивления наружной стены и уменьшения теплопотерь здания. В одном из помещений школы были установлены самопишущие измерители температуры и теплового потока ИС-201 и сняты показания в течение 7 дней до установки отражающих экранов и после их установки (рис13, 14). Рис.13 Теплофизические характеристики зарадиаторных участков наружных стен до установки отражающих экранов Рис.14 Теплофизические характеристики зарадиаторных участков наружных стен после установки отражающих экранов Как показывают проведенные расчеты, установив теплоотражающий экран (рис.15) за радиатор отопления, можно повысить термическое сопротивление на 7,23-9,57 % на участке стены расположенной за радиатором, а расчету по определению теплопотерь для данного помещения показывают уменьшение теплопотерь на 4,58%. Рис.15 Схема устройства зарадиаторного экрана Использованный нами отражающий материал ПЕНОФОЛ - представляет собой комбинированный материал. Это слой вспененного полиэтилена, с одной или двух сторон покрытый алюминиевой фольгой высокого качества. Изолирующий материал Пенофол Коэффициент теплового отражения поверхности % до 97 Сопротивление теплопередаче R при установке с двумя воздушными прослойками м2°С/Вт 1 - 1,3 Удельная теплоемкость кДж/(кг °С) 1,95 Коэффициент теплопроводности без учета 0,045 теплоотражения Вт/м °С 0,049 Капитальные затраты мероприятия, равные затратам на материал, составят: Средняя стоимость материала, руб. 150,0 Количество материала, м2 263 Теплопотери до установки экранов, Вт 507774 Общая сумма капитальных затрат, руб 39450 Ожидаемая экономия тепловой энергии : Теплопотери до Теплопотери после установки установки экранов, Вт экранов, Вт 507774 494673 13101 100,00% 97,42% 2,58% Ожидаемая экономия, Вт 1Вт за 171 сутки отопительного периода=171*24Вт*час=4104 Вт*час ΔGв =13101*4104*0,860 Ккал= 46261810.32 Ккал=46 Гкал (16) Снижение затрат на теплоснабжение: В= ΔGв·Тв = 46 ·1035,36 = 47626,56 руб/год (17) где Тв = 1035,36 руб/Гкал – тариф за теплоснабжение за 2011 год с учетом НДС. Срок окупаемости: РВ = Io / B = 39450 / 47626,56 = 0,828 года. Общие капитальные затраты: 39450 руб. (18) Общая экономия в натуральном выражении: 46 Гкал Общая финансовая экономия: 47626,56 руб/год Общий срок окупаемости: 0,828 года. Теплотехнические возможности любой системы водяного отопления во многом определяются отопительным (нагревательным) прибором. Тепловой поток от теплоносителя передается в помещение через стенку именно отопительного прибора. Коэффициент теплопередачи стенки прибора зависит от многих факторов, которые разделяют на основные и второстепенные. Среди второстепенных факторов всегда называют окраску приборов. При этом среди этих качественных оценок приводятся данные, что окраска прибора может повысить теплопередачу отопительного прибора. Лучистый теплообмен происходит между поверхностями, обращенными в помещение, наружными поверхностями различных зданий, поверхностями земли и неба. Важен лучистый теплообмен между внутренними поверхностями ограждений помещения и поверхностью отопительного прибора. Во всех этих случаях лучепрозрачной средой, пропускающей тепловые волны, является воздух. Каждая поверхность тела в зависимости от своей температуры излучает энергию в виде волн различной длины. Видимые световые лучи имеют длину волны от 0,4 до 0,8 мк, а инфракрасные - тепловые - от 0,8 до 800 мк. Это излучение называется собственным. В соответствии с законом Планка при значениях температуры, имеющих место в помещениях, подавляющая часть энергии излучается в узком диапазоне длин волн, поэтому собственное излучение поверхностей в помещениях может считаться монохроматическим. Если на поверхность падает лучистая энергия, то, как известно, часть ее поглощается телом, повышая его температуру, часть отражается, а если это лучепрозрачное тело, то часть падающей энергии пропускается сквозь него. Тело, которое поглощает всю падающую на него лучистую энергию, называется абсолютно черным; то, которое частично отражает лучистый поток, - серым; то, которое отражает всю падающую лучистую энергию, - абсолютно белым; тело, пропускающее всю энергию через себя, - абсолютно прозрачным. Собственное излучение поверхности абсолютно черного тела q, Вт/м2, по закону Стефана-Больцмана пропорционально четвертой степени абсолютной температуры тела: q Co ( T 4 ) , 100 (19) где Со - коэффициент излучения абсолютно черного тела; Со = 5,67 Вт/(м2·К4); Т - температура излучающей поверхности по шкале абсолютных температур, К. Это означает, что интенсивность излучения резко возрастает с повышением температуры поверхности тела. При появлении дополнительного слоя на поверхности отопительного прибора толщиной d, м, его удельное термическое сопротивление составит: Rîê , ( ì 2 Ê ) / Âò (20) Где λ - коэффициент теплопроводности окрасочного слоя, Вт/(м*К). Данный параметр Rок должен способствовать некоторому снижению температуры наружной поверхности прибора, tн. Но наиболее важный фактор, как отмечалось выше, - термическое сопротивление внешнему теплообмену, Rn, которое можно определить как: Rn 1 n где λn- общий коэффициент теплообмена на наружной поверхности отопительного прибора, характеризующий плотность теплового потока при разности температуры tн-tв=1 °С. n k ë Коэффициент теплообмена (21) слагается из коэффициентов лучистого, конвективного, теплообмена и теплопроводности слоя воздуха в помещении. Коэффициент конвективного теплообмена зависит от разности температур, в данном случае между температурой поверхности стенки отопительного прибора и температурой воздуха в помещении. Следовательно, чем выше температура поверхности отопительного прибора, тем выше коэффициент конвективного теплообмена. Коэффициент лучистого теплообмена выражает плотность излучения с поверхности отопительного прибора с температурой через лучепрозрачную среду (воздух) с температурой tв: ë C ïð (Tí / 100) 4 ((Tâ / 100) 4 Ñ ïð k tí tâ (22) где Спр - приведенный коэффициент излучения теплообменивающих поверхностей, Вт/(м2.К4); Tн , Tв – абсолютная температура теплообменных поверхностей, К; k – температурный коэффициент; Рассмотрим окраску радиатора лаком черным матовым и лаком белым с коэффициентами излучения соответственно 1,163-0,872. Приведенный коэффициент излучения определяется как: C ïð 1 (1 / c1 1 / c 2 1 / c0) (23) Где с1, с2, с0 – соответственно коэффициенты излучения материала (краски) поверхности отопительного прибора, поверхности строительных материалов помещения, который принимаем 4,96Вт/(м2К4), абсолютно черного цвета 5, 53 Вт/(м2К4). Тогда C ïð 1 (1 / ñ1 0,029) C Co (24) (25) Где - степень черноты серого цвета (относительный коэффициент излучения) Для белого лака получаем Спр=4,35 Вт/м2К4, а для черного лака Спр=4,76 Вт/м2К4.. Для белого и черного лака коэффициенты лучистого теплообмена соответственно равны 4,35Вт/м2К4 и 4,76 Вт/м2К4 Термического сопротивления слоя лака разных цветов очевидно будет совпадать, в отличиее от общего термического сопротивления прибора, на которое оказывает влияние коэффициент лучистого теплообмена ( 4,76 Вт/м2К – для черного, 4,35 Вт/м2К – для белого цвета). Чем выше излучательная способность краски тем выше теплоотдача отопительного прибора Окраску отопительных приборов следует производить по хорошо очищенной металлической поверхности с толщиной слоя краски не более 1-2 мм. Учитывая, что тип краски может достаточно сильно изменять коэффициент теплопередачи (до 20%), необходимо создание специальных эмалей для окраски отопительных приборов. Данные материалы должны быть сертифицированы по теплопроводности, Вт/(м.К), и по приведенному коэффициенту излучения теплообменивающихся поверхностей, Вт/(м2.К 4). Причем на упаковке данной краски должно быть указание на возможность ее использования для окраски отопительных приборов. 5. Выводы. 1. Проведено тепловизионное обследование здания школы. Получены термограммы южного, северного, западного и восточного фасадов школы. 2. Создана компьютерная модель здания школы в среде объектноориентированной САПР AllPlan по техническому паспорту БТИ. Рассчитаны площади ограждающих конструкций для определения теплопотерь всего здания. 3. Проведен расчет теплопотерь здания школы. 4. В результате анализа термограмм выявлены зоны с повышенной температурой (зарадиаторные участки, зоны дефектов конструкций, увлажненных участков стен, щелей и т.д.). 5. Предложен ряд качественных энергоэффективных мероприятий устранение протечек в водопроводной системе здания, заделка стыков и устранение других конструктивных дефектов. 6. Предложена конструкция устройства зарадиаторного отражающего экрана. С помощью приборов измерения теплового потока и датчиков самописцев теплового потока и температуры были поведены измерения параметров среды и теплофизических характеристик наружных ограждающих конструкций в месте устройства зарадиаторного экрана. 7. Выполнен расчет коэффициента лучистого теплообмена существующих радиаторов в зависимости от излучательной способности краски. 8. Произведен расчет энергетической и экономической эффективности устройства зарадиаторных экранов из материала с высокой отражательной и низкой теплопроводной характеристикой. Литература: 1. Е. Г. Малявина, «Теплопотери здания», Справочное пособие, Москва, «АВОК-ПРЕСС», 2007 2. Ллойд Дж. «Системы тепловидения»./Пер. с англ. под ред. А. И. Горячева. — М.: Мир, 1978, с. 416. 3. Ржеганек Я., Яноуш А., «Снижение теплопотерь в зданиях.» (Tepelne ztraty budov a moznosti jejich zmensovani) , научное издание, перевод с чешского В.П.Поддубного. Под редакцией канд. техн. наук Л.М.Махова., 4. http://afdanalyse.ru/publ/teorija/ocenka_ehkonomicheskoj_ehffektivnosti_in vesticij/27-1-0-224
