Дослідження коефіцієнтів ефективності підсистеми тепловіддачі на основі CDF-моделі кімнати

Abstract

Мета роботи – визначення енергетичних показників роботи підсистеми тепловіддачі системи опалення на базі CFD-моделі опалювальної кімнати. За допомогою CFD-моделювання типової кімнати з радіатором та природним повітрообміном були отримані данні, використані для розрахованку показників ефективності тепловіддавальної складової системи опалення (підсистеми тепловіддачі) відповідно до методики, представленої ДСТУ Б А.2.2-12:2015. Для CFD-моделювання було використано k-ε модель турбулентності та S2S радіаційну модель. За результатами чисельних моделювань, було проведено аналіз температурного розподілу у кімнаті. На основі отриманих даних про теплове навантаження кімнати, внутрішні середньооб’ємну та середньорадіаційну температури, а також температуру в робочій зоні було розраховано складову загальної ефективності, яка відповідає за вертикальний профіль розподілення температури повітря у приміщенні та включає коефіцієнт що враховує вплив температурного напору та коефіцієнт, що враховує питомі тепловтрати через зовнішні огороджувальні конструкції, визначені за температурного напору 29 К. Запропоновано підхід до визначення коефіцієнтів, які стосуються ефективності тепловіддавальної складової системи опалення (підсистеми тепловіддачі). Таким чином методом гідродинамічного моделювання можна уточнити тепловтрати підсистеми тепловіддачі та наведені в ДСТУ Б А.2.2-12:2015 коефіцієнти. Наведені результати досліджень доводять доцільність застосування CFD-моделей при розрахунку тепловтрат тепловіддавальної складової системи опалення, а також дозволяють провести наукове обгрунтування ряду значень, наведених у таблицях стандарту ДСТУ Б А.2.2-12:2015, які стосуються ефективності тепловіддавальної складової системи опалення.

Determination of the part efficiencies of the heat emission system using CFD modeling of a typical room. The data used to calculate the part efficiencies of the heat emission were obtained in accordance with the methodology presented in DSTU B A.2.2-12:2015 (methodology based on EN 15316-2-1) and CFD modeling results. The k-ε (k-epsilon) turbulence model and the S2S (surface to surface) radiation model were used for modeling. According to the results of numerical simulations, an analysis of the temperature distribution in the room was carried out. On the basis of the received data on the heat load of the room, the internal average volume and average radiation temperatures, as well as the temperature in the working area, the coefficients that take into account the influence of "over temperature" and specific heat losses through external enclosing structures were calculated for over-temperature of 29 K. The approach to determination of coefficients that take into account the influence of over temperature and specific heat losses through external enclosing structures was proposed. Therefore, the heat losses and the part efficiencies of the heat emission system coefficients given in DSTU B A.2.2-12:2015 can be specified using CFD-modeling. The given research results prove the feasibility of using CFD models to clarify heat losses when calculating heating system losses and, in particular, the heat-emitting component of this system. The presented results also make it possible to carry out a scientific justification of a number of values given in the tables of the standard DSTU B A.2.2-12:2015 (Annexes of the Standard EN 15316-2-1), which characterize the efficiency of the heat emission system.