Температура в неотапливаемом доме
Скорость остывания дома без отопления
Опубликовано 23 Фев 2019
Рубрика: Теплотехника | 4 комментария
Зима. Мороз. Аварийно отключено водяное отопление. Сколько времени есть на ремонт и восстановление работоспособности системы отопления без слива до размораживания? За какое время воздух в помещении остынет до критической температуры, при которой возникнет…
…опасность замерзания воды в трубах?
Критическим значением температуры внутреннего воздуха помещений принято считать +8°C. Предполагается, что при этом в подвалах, технических помещениях, на лестничных клетках температура может оказаться уже отрицательной, и последствия могут быть катастрофическими.
На скорость остывания дома влияют множество факторов: температура и влажность наружного воздуха, скорость и направление ветра, уровень и продолжительность инсоляции, наличие или отсутствие иных внутренних источников тепла (включая людей и животных), инфильтрация, вентиляция.
В расчете, представленном далее, будет учитываться только температура наружного воздуха. Этот факт не добавляет точности, делая расчет, по сути, оценочным, зато существенно его упрощает.
Следует заметить, что наука предлагает более высокоточные алгоритмы расчета скорости остывания дома (например: docplayer.ru/44638823-K-teorii-matematicheskogo-modelirovaniya-teplovogo-rezhima-zdaniy.html). Однако вся их точность нивелируется сложностью корректного определения фактических значений многочисленных исходных данных. А так как исходных параметров много, то неточности их значений в результате вычислений накапливаются в одной большой погрешности конечного результата.
Теория.
По классическому закону Ньютона-Рихмана время нагрева (охлаждения) тела в среде с постоянной температурой определяется по формуле:
z=(LN (ABS (tн-t1)) -LN (ABS (tн-t2)))·c·ρ·V/(α·F), с (1)
Здесь:
- tн — температура среды, °C
- t1 — начальная температура тела, °C
- t2 — температура тела по истечении времени z, °C
- c — удельная теплоемкость тела, Дж/(кг·К)
- ρ — плотность тела, кг/м3
- V — объем тела, м3
- α — коэффициент теплоотдачи на границе поверхность тела — среда, Вт/(м2·К)
- F — площадь поверхности тела, м2
Выделим правую часть формулы и обозначим β:
β=c·ρ·V/(α·F), с (2)
β имеет размерность времени — секунда:
(Дж/(кг·К))·(кг/м3)·м3/(Вт/(м2·К)*м2)=Дж/Вт=Дж/(Дж/с)=с
В строительной теплотехнике величину β принято называть коэффициентом аккумуляции тепла здания и считать не в секундах, а в часах.
Наиболее надежным, достаточно точным и простым способом определения коэффициента аккумуляции здания β является практический замер температуры воздуха в помещении (как правило, в угловом) при отключенном отоплении и достаточно стабильной наружной температуре при пасмурной безветренной погоде без осадков.
Если температура воздуха в точке замера снизится с t1 до t2 за z часов, то согласно тем же формулам (1) и (2):
β=z/LN ((t1-tн)/(t2-tн)), час (3)
Для некоторых типов зданий значения β приведены в таблице:
* МДС 41-6.2000, Таблица 2, автор таблицы: к.т.н. Брайнина Е.Ю.
** Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление, Москва, Стройиздат, 1991, стр. 81
Зная коэффициент аккумуляции β, можно достаточно легко смоделировать процесс остывания, вычислив время и среднюю скорость остывания дома:
z=β·LN ((t1-tн)/(t2-tн)), час (4)
v=(t1-t2)/z, °C /час (5)
Расчет в Excel скорости и времени остывания помещения.
На скриншотах далее представлен пример выполнения расчета, реализованного в Excel, с интерактивным отображением графика остывания помещения.
Задав исходные данные, вписав их в ячейки со светло-зеленой и светло-бирюзовой заливкой, пользователь получает автоматически вычисленные время z и скорость остывания v в ячейках листа Excel со светло-желтой заливкой фона.
Меняя шаг времени (в примере задан шаг 2 часа), можно визуально оценить темп остывания в разные по длине периоды времени.
В примере на скриншотах воздух в некоем помещении с коэффициентом аккумуляции β=20 часов остывает с t1=20°C до t2=8°C при температуре наружного воздуха tн=-10°C. Расчет в Excel показывает, что этот процесс по времени займет z=10,2 часа.
Средний темп падения температуры или скорость остывания в течение этого промежутка времени составит v=1,2°C/час. Самая большая скорость остывания будет в первый час после отключения отопления: vmax=1,4°C/час.
Беглого взгляда на график достаточно, чтобы понять, что отрицательной температура воздуха в помещении станет через 22 часа.
Программу можно использовать для расчета коэффициента аккумуляции β или температуры воздуха в помещении t2 по известному времени остывания z при помощи сервиса Excel «Подбор параметра».
Заключение.
Скорость остывания дома при отключении отопления зависит в первую очередь при отсутствии инфильтрации от коэффициента аккумуляции здания и от разницы между внутренней и внешней температурой воздуха.
Наибольшей способностью аккумулировать (запасать и сохранять) тепло обладают тяжелые массивные кирпичные старые здания с чугунными радиаторами и большим объемом воды в системе отопления. У таких домов коэффициент аккумуляции β достигает порой 120 часов.
С увеличением в здании количества и размеров окон, с уменьшением толщины стен в связи с широким использованием легких утеплителей, с распространением конвекторов, обуславливающих относительно небольшой объем теплоносителя в системе современные легкие дома плохо аккумулируют тепло. У таких зданий β может быть 40-20 часов и даже меньше.
Для одного и того же здания коэффициент аккумуляции угловых помещений верхних этажей меньше чем у срединных помещений средних этажей в 1,5-2 раза.
Прошу уважающих труд автора скачивать файл с программой расчетов после подписки на анонсы статей!
Ссылка на скачивание файла: raschet-vremeni-i-skorosti-ostyvaniya-pomeshcheniya (xls 65,5KB).
Другие статьи автора блога
На главную
Отзывы
- Виталий 24 Фев 2019 07:36
К сожалению в таблице нет современных вариантов пирогов стен, типа кирпич с утеплением или ячеистые бетоны, да и просто массива дерева…
- Александр Воробьев 24 Фев 2019 12:44
«Наиболее надежным, достаточно точным и простым способом определения коэффициента аккумуляции здания β является практический замер температуры воздуха в помещении» и дальнейший расчет по формуле…»
Данные в таблице — из 60-х…70-х годов прошлого века. Никто даже в МДС 41-6.2000 в 2000 году не удосужился ничего добавить!
Цитата:
«…да и просто массива дерева…» — см. п. 10 Таблицы Коэффициент аккумуляции.
- Василий Петрович 25 Фев 2019 07:24
Для примерного расчёта годится.
Не хватает обычного бетонного дома без утепления.
Как же поправка на ветер?
Расчёт верен только при одновременном отключении дома от электричества, при его наличии 70% жителей обязательно включат нагревательные приборы или хотя бы печи.
На практике обычно ориентируются по температуре теплоносителя в системе отопления.
- Гасан Басирович 13 Июн 2019 00:05
Ещё одна замечательная программа! Поражаюсь Вашей работоспособности Александр Васильевич, Вашей скромности и проницательности, особенно, когда Вы описываете состояние души человека и его темперамента в возрастной динамике в коротком рассказе «О себе». Вы даже не написали, когда Вы родились, чтобы можно было поздравить Вас. Дай Вам Бог благодати, здоровья и всяческих успехов! Поистине, Вы заслуживаете самых высоких научных степеней!
Ваш отзыв
Источник: http://al-vo.ru/teplotekhnika/skorost-ostyvaniya-doma-bez-otopleniya.html
Какая система автоматического отопления подойдёт для дачи
Автоматизацию отопления на даче удобнее всего делать с электрическими радиаторами
В большинстве дачных домов России выбор типов отопления невелик. Как правило, это обычная → печь на угле или дровах (по ссылке рассказано о строительстве печи на даче своими руками), в лучшем случае твердотопливный или другой котёл, электрические обогреватели.
Но даже у систем на → дизельном топливе (по ссылке рассказано об устройстве отопления от дизельного котла), или газе, автоматическое включение предусмотрено далеко не всегда.
Единственным реальным типом автоматического отопления для дачи будет использование электричества. Но поскольку эксплуатация таких систем обходится недешево, электрический обогрев предусмотрим как вспомогательный.
То есть, электричество нагреет до комфортной температуры одну, две комнаты к нашему приезду, обеспечит функционирование водопровода и канализации. А по приезду мы в комфортной обстановке запустим основную систему обогрева в ручном режиме.
Но каким бы умным не был дом, предвидеть визит гостей он не сможет.
Включение отопления к определённому времени
Можно установить время приезда заранее. Такой вариант подкупает своей простотой и дешевизной.
Всё что нам потребуется из автоматики это реле времени. Достаточно установить таймер в цепь с электрическим обогревателем и задать необходимое время включения.
Скажем, планируя приехать на дачу к восьми утра, установим реле на пять. За три часа воздух в доме гарантированно прогреется.
В целях экономии, отопление можно включить не во всех комнатах (если конечно у вашей фазенды число помещений не равно единице). Довести температуру в гостиной и в санузле до +10 будет достаточным.
Даже с небольшого мороза такая температура будет ощущаться комфортно.
Современные модели реле времени можно установить даже на годичный цикл
А чтобы зря не расходовать электроэнергию, если поездка сорвется, запрограммируем устройство отключить отопление, к примеру, в обед.
Недостаток такого варианта очевиден — жесткая привязка по времени. Да и стоит хорошее реле времени с программируемым циклом на месяц и больше не так чтобы дешево.
Автоматическое поддержание плюсовой температуры
Напрямую с отоплением связано и снабжение водой. Если поездка на дачу зимой — это что-то из ряда вон выходящее, особо мудрить с водопроводом не стоит. На день, два воды можно и с собой привезти, либо запасти в пластиковых емкостях с лета, а при нужде растопить.
Другое дело, если такие поездки происходят часто, а вода кроме как для питья используется и для душа, и для канализации. То есть дача существует в режиме загородного дома. Тут уже требуются системы более умные, чем простой дистанционный выключатель.
Постоянное замораживание-размораживание в подобной ситуации повлечет порчу отделки дома и в конечном итоге обойдется хозяевам дороже, чем поддерживание постоянной плюсовой температуры. То есть 1-2 градуса тепла. Прогревать помещение до комфортной температуры требуется лишь периодически.
Соберем более сложную систему, куда будет входить не только отопление комнат, но так же электрический обогрев линий водопровода и канализации, а так же постоянное поддержание низкой, но плюсовой температуры.
Подобные функции имеют дорогие модели котлов на жидком и газообразном топливе, снабженные термостатом. Но поскольку мы решили, что это не наш случай, будем использовать электрический обогрев.
Как выполнить обогрев для канализации можно прочесть в статье о → канализации с малым заглублением. Обогрев водопровода делается аналогично. Для этого труба по спирали обматывается шнуром греющего кабеля, а сверху закрывается теплым рукавом из вспененного полиэтилена.
Для обогрева водопровода используем греющий кабель, и утеплительный рукав
Дополним нашу систему управления с GSM модулем ещё одной схемой.
Для этого используем реле с датчиками температуры, настроенные на 1÷3°С. Датчики размещаем на полу, в углах образованных наружными стенами. В этих местах температура падает быстрее всего.
Водопровод должен постоянно иметь плюсовую температуру, иначе вода замёрзнет и разорвёт трубы. Чтобы не держать греющий кабель постоянно включенным, на трубу так же крепим датчик температуры и подключаем его к термостату настроенному на +3.
Теперь посмотрим, как это всё будет работать.
Пока температура на улице и, соответственно, в доме выше нуля, ничего не происходит. Начинаются холода. Температура опускается ниже +1, датчики на трубах и (или) в помещении дают команду, реле замыкает контакты и подаёт напряжение на калориферы.
Калориферы поднимают температуру до +3, снова срабатывает реле термостата, отключая ток. В таком режиме дом поддерживает себя, до вашего звонка.
Получив телефонную команду GSM модуль, как и раньше, замыкает электрическую цепь калориферов. Но поскольку теперь замерзание водопровода нам не грозит, мы добавим к нагревателям воздуха ещё и бойлер для подогрева воды (см. схему на рис. 1).
Схема подключения электрического отопления умного дома
Для приведения в исходное состояние достаточно одного звонка телефона. После него, цепь снова включается через термостат и впадает в дрёму до нашего следующего визита.