Разработка модели системы обогрева дома
Правильно организовать систему обогрева в доме значит наделить пространство важнейшим фактором для комфортного проживания человека. Каким бы ни был роскошным интерьер, развита инфраструктура, прекрасен вид из окна — они теряют свое значение, если в доме слишком холодно или слишком жарко, если не поддерживается комфортная температура и не обеспечивается здоровое пребывание людей разных возрастов — от младенцев до пожилых людей.
При разработке системы обогрева, важную роль играет описание тепловой модели дома, позволяя позволяет оценить и оптимизировать энергетическую эффективность системы. Тепловая модель представляет собой математическую аппроксимацию поведения тепла внутри дома, учитывая различные факторы — такие, как теплопроводность материалов стен и крыши, размеры помещений, изоляция, а также параметры системы отопления.
Тепловая модель дома позволяет оценить распределение тепла внутри помещений и выявить потенциальные участки перегрева или недостаточного обогрева. Она учитывает теплопотери через стены, окна, двери и другие элементы конструкции дома, а также тепловые источники — например, отопительные приборы и солнечное излучение.
С использованием тепловой модели можно проводить различные расчеты и оптимизации системы обогрева, чтобы достичь комфортных условий внутри дома при минимальных затратах на энергию. Например, модель может помочь определить оптимальное расписание работы системы обогрева, позволяющее поддерживать комфортную температуру в разных зонах дома в зависимости от времени суток и наличия жильцов.
В данной статье будет рассмотрена разработка тепловой модели для системы обогрева дома с использованием программного обеспечения REPEAT. Это ПО позволяет моделировать и анализировать тепловые процессы внутри дома, учитывая различные факторы и параметры. Результаты моделирования могут быть использованы для принятия технологических решений по энергетической эффективности и оптимизации системы обогрева, что в конечном итоге способствует комфорту и экономии ресурсов для домохозяйств.
Ссылка на телеграм-канал REPEAT: https://t.me/repeatlab
1. Тепловая модель
Тепловая модель дома представляет собой совокупность элементарных блоков библиотек «Теплообмен» и «Автоматика».
Прирост тепла в доме обеспечивается нагревателем и окружающей средой в ситуациях, когда температура снаружи выше, чем температура воздуха внутри дома. Предполагается, что потери тепла в доме происходят по трем каналам: крыша, стены и окна. Математическое описание процессов увеличения и снижения количества тепла представлено ниже в подразделе 2. Уравнения описания системы.
Передача тепла от внутреннего и наружного воздуха к конструкциям осуществляется посредством конвективного теплообмена, внутри тепло передается теплопроводностью.
Основные конструкции дома представлены тремя тепловыми массами. Центральная тепловая масса отражает усредненные параметры выбранной конструкции, а две крайние — температуры на поверхностях.
Нагреватель забирает часть воздуха из комнаты, нагревает его и возвращает. Режим включения и отключения нагревателя осуществляется при достижении температуры воздуха в доме 18 С и 23 С соответственно. Температура воздуха на выходе из нагревателя составляет 50 С.
2. Уравнения описания системы
где:
Исходные данные для моделирования
Исходные данные для построения модели отражены в Таблице 1 и Таблице 2.
Таблица 1. Параметры внутреннего воздуха
Таблица 2. Параметры конструкций
4. Модель системы обогрева дома в ПО REPEAT
Разработанная в ПО REPEAT модель системы обогрева дома приведена ниже (см. Рис. 1):
Рисунок 1. Разработанная модель системы обогрева дома в
ПО REPEAT
5. Результаты моделирования
Результаты моделирования, которые получены на трафиках при запуске расчета модели, показаны ниже для соответствующих параметров (см. Рисунок 2 — Рисунок 9):
Рисунок 2 Изменение температуры в доме
Рисунок 3 Изменения температуры окружающей среды
Рисунок 4 Изменение теплового потока через крышу
Рисунок 5 Изменение теплового потока через стены
Рисунок 6 Изменение теплового потока через окна
Рисунок 7 Изменение температуры крыши
Рисунок 8 Изменение температуры стен
Рисунок 9 Изменение температуры окон
6. Графики изменения параметров идентичной системы в зарубежном ПО
Для сравнения полученных результатов моделирования в ПО REPEAT, было проведено референтное моделирование в идентичном зарубежном ПО. Ниже приведены графики изменения параметров температуры и тепловых потоков (см. Рисунок 10, Рисунок 11 и Рисунок 12):
Рисунок 10 Изменение температуры в доме и температуры окружающей среды (зарубежное ПО)
Рисунок 11 Изменение тепловых потоков (зарубежное ПО)
Рисунок 12 Изменение температур конструкций (зарубежное ПО)
7. Результаты моделирования
В результате построения модели системы обогрева дома с использованием программного обеспечения REPEAT были получены ценные результаты, которые позволяют более полно понять и оптимизировать тепловые процессы внутри дома. Графики, отображающие изменение температур конструкций, внутреннего воздуха и тепловых потоков от конструкций в окружающую среду, предоставили детальную информацию о тепловом поведении дома в разные моменты времени.
Сравнение результатов моделирования с идентичной моделью, созданной с использованием зарубежного ПО, показало, что программное обеспечение REPEAT обладает достаточной точностью и надежностью при расчете тепловых систем дома. Это свидетельствует о том, что REPEAT является эффективным инструментом для выполнения подобных задач и может быть надежным основанием для принятия решений по энергетической эффективности и оптимизации системы обогрева.
Результаты моделирования позволяют выявить участки перегрева или недостаточного обогрева, что может привести к повышенным энергозатратам или неудовлетворительному комфорту для жильцов. Опираясь на эти результаты, можно принять соответствующие меры, такие как улучшение изоляции, оптимизация работы системы отопления или внесение изменений в архитектурный проект, чтобы создать оптимальные условия комфортного проживания при минимальных расходах.
Кроме того, результаты моделирования могут быть использованы для сравнения различных вариантов системы обогрева и выбора наиболее эффективного варианта. Например, можно оценить, как изменение типа источника тепла или настройки системы влияет на энергопотребление и комфорт внутри дома.
Таким образом, результаты моделирования, полученные с помощью ПО REPEAT, предоставили ценную информацию для принятия решений по оптимизации системы обогрева дома, обеспечивая комфортные условия проживания и энергетическую эффективность.
