Влияние лучистой системы отопления на теплоизолирующие свойства покрытий производственных зданий и сооружений

Актуальность работы. Активная техническая политика теплоэнергоресурсосбережения, начавшаяся в начале 90-х годов, послужила причиной масштабного внедрения радиационной системы отопления [1]. Так, для отопления корпусов одноэтажных промышленных предприятий больших объемов повсеместно производилась замена конвективной системы отопления на лучистую (радиационную), с использованием газовых инфракрасных излучателей (ГИИ).

В свою очередь, ограждающие конструкции эксплуатируемых промышленных зданий, рассчитанные с учетом традиционных конвективных систем отопления, оставались без изменения.

В настоящее время, по различным оценкам специалистов, износ кровельного ковра промышленных предприятий приблизился к критическому уровню. Это обусловлено, прежде всего, работой кровли в широком диапазоне температур, не исключая значений температур ниже точки росы и значений, превышающих максимально допустимые температуры.

Проблема теплоэнергоресурсосбережения при отоплении производственных зданий не может быть решена исключительно за счет экономии энергетических ресурсов при использовании радиационной системы отопления без учета влияния систем лучистого отопления на теплотехнические свойства покрытий.

Кроме решения вопросов о создании оптимальных условий микроклимата в рабочей зоне и экономии топливно-энергетических ресурсов при использовании газовых инфракрасных излучателей, необходимо уделять внимание отдельным аспектам лучистого отопления, в частности, сложному процессу лучисто-конвективного-теплообмена с многослойной конструкцией кровли.

Цель работы: создание рекомендаций эксплуатирующим организациям при внедрении лучистой системы отопления, а также проектным организациям при проектировании вновь строящихся зданий с лучистой системой отопления по устройству или реконструкции существующих конструкций кровель, оптимальному размещению ГИИ по высоте с учетом излучения в верхнюю зону, выбору конструкции и единичной мощности ГИИ.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

• разработать физико-математическую модель процесса нестационарного теплопереноса через многослойную конструкцию кровли при условии лучисто-конвективного теплообмена с ГИИ и численно показать ее состоятельность;

• получить эмпирические зависимости, позволяющие определить влияние лучистого отопления на теплозащитные свойства покрытий, при помощи экспериментальных исследований тепловлажностного состояния кровли и теплообмена газовых инфракрасных излучателей с многослойной конструкцией кровли производственных зданий.

Научная новизна диссертационной работы:

• впервые изучено влияние тепловой радиации ГИИ на теплотехнические свойства покрытий производственных зданий;

• для исследования влияния систем лучистого отопления на многослойные конструкции кровель разработан и опробован теоретико-экспериментальный метод, позволяющий в зависимости от интенсивности лучистого теплообмена определять тепловое состояние кровель, а также находить из решения обратной задачи эффективный коэффициент теплоотдачи на ее внутренней поверхности;

• разработан новый комплексный метод проведения теплотехнического тепловизионного измерения влияния ГИИ на теплозащитные свойства покрытий;

• разработаны рекомендации по выбору вида и типа покрытия производственного здания при радиационной системе отопления.

Практическая значимость работы заключается в эффективном внедрении результатов теоретико-экспериментальных исследований.

Реализация результатов работы: на основании теоретико-экспериментальных исследований обоснована необходимость реконструкции и реконструированы существующие кровли ряда производственных зданийотдельные положения диссертации включены в курс лекций по строительной теплофизики.

На защиту выносятся:

• физико-математическая модель, описывающая процесс нестационарного теплопереноса через многослойную конструкцию кровли при условии лучисто-конвективного теплообмена с ГИИ;

• методика экспериментальных исследований по определению эмпирических зависимостей, отражающих влияние лучистого отопления на теплозащитные свойства покрытий;

• рекомендации по устройству и реконструкции кровель производственных зданий и сооружений, отапливаемых радиационной системой отопления.

Результаты исследований, включенные в диссертацию, базируются на аналитической теории теплопроводности, математической физике, математическом моделировании, метрологии и метрологическом эксперименте, на результатах научно-исследовательских работ.

Достоверность результатов подтверждается обоснованием принятых допущений при проведении теоретических и экспериментальных исследований и обеспечена:

• использованием современных методов проведения экспериментальных исследований на основе поверенного сертифицированного измерительного оборудования;

• сравнением результатов, полученных численными и экспериментальными методами;

• сопоставлением полученных результатов с результатами других исследователей.

Апробация работы в виде докладов проходила на следующих конференциях: Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири», г. Тюмень, 2008 г.- научная конференция молодых ученых, аспирантов и соискателей ТюмГАСУ, 2008 г., 2009 г.- Ill Международная научно-техническая конференция «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции», г. Москва, 2009 г.

В приложении представлены программа расчета теплового состояния многослойной конструкции кровли на языке Фортран, а также документы, подтверждающие внедрение полученных результатов в практику.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Разработан и опробован теоретико-экспериментальный метод, позволяющий в зависимости от интенсивности лучистого теплообмена определять тепловое состояние кровли, а также находить из решения обратной задачи эффективный коэффициент теплоотдачи на ее внутренней поверхности.

2. Разработан новый комплексный метод проведения теплотехнического тепловизионного измерения влияния ГИИ на теплозащитные свойства покрытий.

3. Разработаны и реализованы рекомендации по выбору вида и типа покрытия производственного здания при радиационной системе отопления.

4. При разработке проектной документации на строительство или реконструкцию покрытий производственных зданий и сооружений необходимо учитывать тип системы отопления данных объектов.

5. Кроме решения вопросов о создании оптимальных условий микроклимата в рабочей зоне и экономии топливно-энергетических ресурсов при использовании газовых инфракрасных излучателей, необходимо уделять внимание отдельным аспектам лучистого отопления, в частности, сложному процессу лучисто-конвективного теплообмена с многослойной конструкцией кровли.