Математическое моделирование процессов теплообмена в гидронической системе тёплого пола

Аннотация

пользование топливно-энергетических ресурсов являются приоритетными направлениями в энергетиче
ской и строительной отраслях республики. Согласно статистическим данным, около 40% общего энерго
потребления жилых и общественных зданий приходится на системы отопления. В связи с этим внедрение
низкотемпературных и энергоэффективных технологий отопления имеет важное значение для решения за
дач энергосбережения и ресурсосбережения. Гидронические системы тёплого пола характеризуются высо
ким уровнем теплового комфорта, равномерным распределением температурного поля и возможностью
работы с низкотемпературными теплоносителями. Однако эффективная работа данных систем требует ин
тенсификации процессов теплообмена, поскольку сложные механизмы передачи тепла от теплоносителя к
стенке трубы, далее через слои конструкции пола к поверхности пола и воздуху помещения непосред
ственно влияют на энергетическую эффективность. В связи с этим математическое моделирование процес
сов теплообмена в гидронических системах тёплого пола и оценка их влияния на энергетическую эффек
тивность являются актуальной научно-практической задачей.

Цель: целью настоящего исследования является анализ процессов теплообмена в гидронической системе
тёплого пола на основе математического моделирования, определение влияния температуры теплоноси
теля, шага укладки труб и теплофизических характеристик конструкции пола на тепловой поток и энерге
тическую эффективность, а также обоснование оптимальных режимов работы с точки зрения энергосбере
жения и ресурсосбережения.
Методы: в ходе исследования для анализа процессов теплообмена в гидронической системе тёплого пола
применялись методы математического моделирования, основанные на уравнениях теплового баланса, теп
лопроводности (закон Фурье), конвективного и лучистого теплообмена. Течение теплоносителя внутри
трубы, передача тепла через слои конструкции пола и отдача тепла с поверхности пола воздуху помещения
моделировались в виде последовательных этапов. С использованием расчётно-аналитических методов
были оценены тепловые потоки и показатели энергетической эффективности для различных эксплуатаци
онных режимов системы.
Результаты: на основе математического моделирования были проанализированы тепловая мощность и
показатели энергетической эффективности гидронической системы тёплого пола. Результаты расчётов по
казали, что температура теплоносителя и шаг укладки труб оказывают существенное влияние на величину
теплового потока. Показано, что даже при низкотемпературных режимах работы возможно достижение
достаточной тепловой мощности, а также обоснованы режимы с высокой энергетической эффективностью.
Полученные результаты подтверждают эффективность применения гидронических систем тёплого пола в
качестве энергосберегающей технологии отопления.