Энергоэффективность систем лучистого отопления на основе водоизлучающих профилей
Автор: Бодров Михаил Валерьевич, Смыков Александр Анатольевич
Журнал: Строительство уникальных зданий и сооружений @unistroy
Статья в выпуске: 6 (104), 2022 года.
Бесплатный доступ
Использование энергоэффективных систем отопления оправдано современными экономическими условиями, одним из видов таких систем являются системы лучистого отопления. Наиболее энергоэффективным решением является использование газовых инфракрасных излучателей, в этом случае отсутствует промежуточный теплоноситель, а теплота сгорания газа поступает в помещение, но это решение имеет несколько ограничений по доступности природного газа. , комфорт и пожароопасность. Объектом исследования являются водные инфракрасные излучатели, которые могут представлять собой излучающие панели или профили с использованием промежуточного теплоносителя, но не имеют многих ограничений, присущих газовым системам. Общей проблемой для всех видов лучистого отопления является отсутствие научно-обоснованной и общепринятой инженерной методики его проектирования, а в большинстве нормативных документов просто не учтены особенности работы систем лучистого отопления и, таким образом, не позволяют реализовать некоторые его преимущества. Исследования проводились на базе единственной в России Лаборатории лучистого отопления Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета (ННГАСУ). Метод. Для всестороннего изучения модели системы лучистого отопления на основе водяных инфракрасных излучателей был проведен ряд лабораторных и натурных экспериментов: исследование тепловых характеристик водного инфракрасного излучателя; исследование характеристик излучения водного инфракрасного излучателя; исследование теплового режима в помещениях с системами отопления на основе водяных инфракрасных излучателей; исследование температурного режима в помещениях, оборудованных системами лучистого отопления на основе водяных инфракрасных излучателей; исследование теплового режима наружных ограждающих конструкций помещений с системами отопления на основе инфракрасного излучения воды. Полученные результаты. Лабораторные испытания систем водяного лучистого отопления показали их высокую эффективность, а данные, полученные в ходе исследований, легли в основу «Рекомендаций по проектированию систем лучистого отопления на основе водяных инфракрасных излучателей», которые по сути являются инженерной методикой расчета тепловой режим помещений различного назначения.
Теплофизика, лучистое отопление, водяное отопление, инфракрасное излучение, излучатель, энергоэффективность
Короткий адрес: https://sciup.org/143179865
IDR: 143179865 | УДК: 69 | DOI: 10.4123/CUBS.104.2
Energy efficiency of radiant heating systems based on water emitting profiles
The use of energy efficient heating systems is justified by the current economic conditions, one of the types of such systems are radiant heating systems. The most energy-efficient solution is the use of gas infrared emitters, in this case, there is no intermediate heating medium, and the heat of combustion of the gas enters the premises, but this solution has a few restrictions on the availability of natural gas, comfort, and fire hazard. The object of research is water infrared emitters, which can be emitting panels or profiles using an intermediate coolant, but do not have many of the limitations inherent in gas systems. A common problem for all types of radiant heating is the lack of a scientifically grounded and generally accepted engineering methodology for its design, and most of the regulatory documents simply do not consider the peculiarities of the operation of radiant heating systems and, thus, do not allow a few its advantages to be realized. This research was carried out based on Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering (NNGASU) Radiant Heating Laboratory, unique in Russia. Method. For a comprehensive study of the model of a radiant heating system based on water infrared emitters, a number of laboratory and field experiments were conducted: study of the thermal characteristics of a water infrared emitter; study of the radiant characteristics of a water infrared emitter; study of the thermal regime in rooms with heating systems based on water infrared emitters; study of the temperature regime in rooms equipped with radiant heating systems based on water infrared emitters; investigation of the thermal regime of external enclosing structures in rooms with heating systems based on water infrared radiation. Results. Laboratory tests of water radiant heating systems have shown their high efficiency, and the data obtained during the research formed the basis of "Recommendations for the design of radiant heating systems based on water infrared emitters", which are essentially an engineering methodology for calculating the thermal regime of premises for various purposes.
Список литературы Энергоэффективность систем лучистого отопления на основе водоизлучающих профилей
- Bashmakov, I.A. Analiz osnovnyh tendencij razvitija sistem teplosnabzhenija v Rossii i za rubezhom // Novosti teplosnabzhenija. – 2008. – №2 (90). (In Russian)
- Bodrov, V.I. Temperaturnyj rezhim naruzhnyh ograzhdenij pomeshhenij s sistemami otoplenija na baze gazovyh infrakrasnyh izluchatelej / V.I. Bodrov, L.Ju. Mihajlova, A.A. Smykov // Privolzhskij nauchnyj zhurnal. – 2015. – № 2 (34). – S. 58-64. (In Russian)
- Bodrov M.V. Issledovanie teplovogo rezhima pomeshhenija, oborudovannogo sistemoj luchistogo otoplenija na baze vodjanyh infrakrasnyh izluchatelej i jekonomicheskoj jeffektivnosti dannogo reshenija / A.A. Smykov, M.V. Bodrov, V.P. Boldin // Santehnika, Otoplenie, Kondicionirovanie. – 2021. – № 5 (223). – S. 38-41. (In Russian)
- Bodrov M. Energy efficiency of radiant heating systems based on water-based radiant profiles / M. Bodrov, A. Smykov, M. Morozov // Civil Engineering Journal. – 2021. – Vol. 9, № 5. – P. 1546-1557. OI:10.13189/cea.2021.090525.
- Smykov A.A. Teplovoj i temperaturnyj rezhim pomeshhenij s sistemami otoplenija na osnove vodjanyh infrakrasnyh izluchatelej / A.A. Smykov // Privolzhskij nauchnyj zhurnal. – 2021. – № 2 (58). – S. 98-106. (In Russian)
- Fanger, P.O. Calculation of thermal comfort: introduction of a basic comfort equation / P.O. Fanger // ASHRAE Transaction. – 1967. – Vol. 73. – P. III4.1…III4.20.
- Kuznetsov, G.V. Experimental determination of the temperature in a small neighborhood of the gas infrared sources / G.V. Kuznetsov, N.I. Kurilenko, G.Y. Mamontov, L.Y. Mikhaylova // EPJ Web of Conferences. – 2015. – № 82 – 01021p.1…01021.p.4. DOI:10.1051/epjconf/20158201021.
- Maksimov, V.I. Verification of Conjugate Heat Transfer Models in a Closed Volume with Radiative Heat Source / V.I. Maksimov, T.A. Nagornova, N.I. Kurilenko // MATEC Web of Conferences. – 2016. – № 72. – 01061p.1…01061.p.5. DOI:10.1051/matecconf/20167201061.
- Jung, N. Energy performance analysis of an office building in three climate zones / N. Jung, S. Paiho, J. Shemeikka, R. Lahdelma, M. Airaksinen // Energy and Buildings. – 2018. – № 158. – P. 1023–1035. DOI:10.1016/j.enbuild.2017.10.030.
- Skunce, G. Warmetechnischer, Vergleich zwischen Warmluft – und Strahlungsheizung / G. Skunce // Gaswarme intemational. – 1973. – № 7. – P. 252…255.
- Imanari, T. Thermal comfort and energy consumption of the radiant ceiling panel system. Comparison with the conventional all-air system / T. Imanari, T. Omori, K. Bogaki // Energy and Buildings. – 1999. – № 30(2). – P. 167–175. DOI:10.1016/S0378-7788(98)00084-X.
- Kollmar, A. Die Strahlungsheizung / A. Kollmar, W. Liese – Munchen: Springer, 1957. – 142 p.
- Dudkiewicz, E. The influence of orientation of a gas-fired direct radiant heater on radiant temperature distribution at a workstation / E. Dudkiewicz, J. Jezowiecki // Energy and Buildings. – 2011. – № 43(6). – P. 1222–1230. DOI:10.1016/j.enbuild.2010.12.030.
- SP 60.13330.2020 Otoplenie, ventiljacija i kondicionirovanie vozduha. – M.: Standartinform, 2021. – 25 s.
- Fonseca, N. Radiant ceiling systems coupled to its environment part 1: Experimental analysis / N. Fonseca, C. Cuevas, V. Lemort // Applied Thermal Engineering. – 2010. – № 14-15(30). – P. 2187…2195. DOI:10.1016/j.applthermaleng.2010.05.033.
- Fonseca, N. Radiant ceiling systems coupled to its environment part 2: Dynamic modeling and validation / N. Fonseca, S. Bertagnolio, C. Cuevas // Applied Thermal Engineering. – 2010. – № 14-15(30). – P. 2196…2203. DOI:10.1016/j.applthermaleng.2010.05.032.
- Rhee, K.N. A 50 year review of basic and applied research in radiant heating and cooling systems for the built environment / K.N. Rhee, K.W. Kim // Building and Environment. – 2015. – № 91. – P. 166–190. DOI:10.1016/j.buildenv.2015.03.040.
- Rhee, K.N. Ten questions about radiant heating and cooling systems / K.N. Rhee, B.W. Olesen, K.W. Kim // Building and Environment. – 2017. – № 112. – P. 367–381. DOI:10.1016/j.buildenv.2016.11.030.
- Fonseca, N. Experimental analysis and modeling of hydronic radiant ceiling panels using transient-state analysis / N. Fonseca // International Journal of Refrigeration. – 2011. – № 4(34). – P. 958…967. DOI:10.1016/j.ijrefrig.2011.01.007.
- Kuznetsov, G.V. Mathematical modelling of conjugate heat transfer and fluid flow inside a domain with a radiant heating system / G.V. Kuznetsov, N.I. Kurilenko, A.E. Nee // International Journal of Thermal Sciences. – 2018. – № 131. – P. 27…39. DOI:10.1016/j.ijthermalsci.2018.05.010.
- Jia, H. Experimentally-determined characteristics of radiant systems for office buildings / H. Jia, X. Pang, P. Haves // Applied Energy. – 2018. – № 221. – P. 41…54. DOI:10.1016/j.apenergy.2018.03.121.
- Bojić, M. Performances of low temperature radiant heating systems / M. Bojić, D. Cvetković, V. Marjanović, M. Blagojević, Z. Djordjević // Energy and Buildings. – 2013. – № 61. – P. 233…238. DOI:10.1016/j.enbuild.2013.02.033.
- Yin, Y.L. Experimental investigation on the heat transfer performance and water condensation phenomenon of radiant cooling panels / Y.L. Yin, R.Z. Wang, X.Q. Zhai, T.F. Ishugah // Building and Environment. – 2014. – № 71. – P. 15…23. DOI:10.1016/j.buildenv.2013.09.016.
- Kavga, A. Performance of an infrared heating system in a production greenhouse / A. Kavga, E. Karanastasi, I. Konstas, T. Panidis // IFAC Proceedings Volumes (IFAC-PapersOnline). – 2013. – № 46(18, part 1). – P. 235–240. DOI:10.3182/20130828-2-SF-3019.00017.
- Ermakov, S.M. Matematicheskaja teorija planirovanija jeksperimenta / S.M. Ermakov. – M.: Nauka, 1983. – 392 s.
- Zajdel', A.N. Pogreshnost' izmerenij fizicheskih velichin / A.N. Zajdel' – L.: Nauka, 1985. – 112 s.
- Yaglou, С.P. A method of improving the effective temperature index / C.P. Yaglou – ASHRAE, 1974 – 307 p.
- Chrenko, F.A. Heated ceiling and comfort / F.A. Chrenko // Journal IHVE. – 1973. – № 20 – P. 68…75.
- Pollman, F. Heizen Infrared / F. Pollman // Machinenmarkt. – 1969. – № 55. – P. 1261–1262.
- Kurilenko, N.I. Comparative analysis of methods of calculating the systems for radiation heating / N.I. Kurilenko, D.M. Zverev, A.Z. Idrisov // Gazovaya Promyshlennost. – 2001. – № 5. – P. 58–60.
