Совершенствование системы водяного капиллярного отопления

В статье представлены результаты исследования системы водяного отопления на основе стеновых блоков с капиллярными трубками. Эта технология представляет собой систему, в которой теплоноситель (вода) циркулирует через множество капиллярных трубок, которые равномерно встроены в строительные блоки или панели стен и потолков. Такие системы уже используются не только для обогрева, но и для охлаждения помещений, создания комфортного микроклимата. Был проведен анализ исследований подобных систем отопления. Основное преимущество таких систем – их энергоэффективность. Капиллярные системы могут позволить снизить общее потребление систем отопления и, соответственно, эксплуатационные расходы. Однако на данный момент внедрение и использование блоков с капиллярными трубками требует дополнительных исследований и разработок, особенно в части универсализации технологических решений, снижении стоимости материалов и упрощения монтажа. Для получения теоретических результатов была построена модель капиллярной системы, встроенной в стену. Система была разделена на несколько секций, что должно снизить потери давления. Проверена гипотеза о том, что капиллярные системы отопления позволяют обеспечить равномерное распределение тепла при относительно низкой температуре теплоносителя. В работе представлены результаты теплового расчета: график изменения температуры теплоносителя при движении по системе, график изменения давления в системе, картины изменения температуры на поверхности стены. Проведен анализ полученных данных и сделаны выводы об эффективности и целесообразности использования подобных систем. Данная работа может быть использована для дальнейшего исследования систем капиллярного водяного отопления.

Методы. Для построения модели стенового блока и проведения теплового расчета была использована программа SolidWorks и встроенный инструмент FlowSimulation.

Результаты. Проведенное исследование позволило получить зависимости изменения температуры и давления в капиллярной системе, а также картины изменения температуры на поверхности стены. Заключение. Результаты исследования показали, что система отопления на основе капиллярных трубок позволяет обеспечить равномерный нагрев поверхности стены, что в свою очередь позволит равномерно прогреть воздух в помещении. Такой результат достигается при низкой температуре теплоносителя. Кроме того, предложенное авторами разделение системы на отдельные секции позволяет снизить потери давления. 

1. Ландырев С.С. Распределение температуры в помещениях различной высоты с радиаторной системой отопления в различных районах РФ // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2022. № 12(768). С. 38-48.

2. Дадашева К.А., Пенявский В.В. Сравнение технико-экономических показателей систем настенного и радиаторного отопления // Избранные доклады 66-й Университетской научно-технической конференции студентов и молодых ученых, Томск, 21–25 сентября 2020 г. Томск: Томский государственный архитектурно-строительный университет, 2020. С. 511-512.

3. Жилина К. В., Тютюнов Д. Н., Бурцев А. П. Один из вариантов управления системой теплоснабжения зданий и сооружений с применением методов математического анализа // Известия Юго-Западного государственного университета. 2024. Т. 28, №2. С. 56-70. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2024-28-2-56-70

4. Исследование аэродинамических параметров воздухораспределителей при взаимодействии круглых несоосных струй / О.Н. Зайцев, Н.Е. Семичева, А.П. Бурцев, Е.О. Зайцева // Известия Юго-Западного государственного университета. 2024. Т. 28, №3. С. 119-130. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2024-28-3-119-130.

5. Корепанов А.С., Шавкунов М.Л., Гаврилов Р.И. Исследование низкотемпературных систем обогрева помещений // Развитие производства и роль агроинженерной науки в современном мире: материалы Международной научно-практической конференции, Ижевск, 16–17 декабря 2021 г. Ижевск: Ижевская государственная сельскохозяйственная академия, 2021. С. 305-309.

6. Основные проблемы применения низкотемпературных систем / Д.И. Вишневский, С.Д. Володин, Н.А. Гончарова, Р.В. Дубоенко // Актуальные проблемы строительства, ЖКХ и техносферной безопасности: материалы IX Всероссийской (с международным участием) научно-технической конференции молодых исследователей, Волгоград, 18–23 апреля 2022 г. Волгоград: Волгоградский государственный технический университет, 2022. С. 273-275.

7. Захаров Н.И., Афонина Г. Н. Исследование теплообмена в помещении при использовании капиллярных матов в качестве отопительной системы // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: тезисы докладов, Москва, 12–13 марта 2020 г. М.: Общество с ограниченной ответственностью "Центр полиграфических услуг" РАДУГА", 2020. С. 659.

8. Исследование работы потолочно-капиллярной системы отопления / А.В. Шишкин, С.А. Зенин, П.В. Мешалова, Н.А. Белехова // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: тезисы докладов Двадцать восьмой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов, Москва, 17–19 марта 2022 г. М.: Общество с ограниченной ответственностью "Центр полиграфических услуг "РАДУГА", 2022. С. 546.

9. Жгун Ю.В. Опыт применения капиллярных матов в Германии для повышения энергетической эффективности и обеспечения необходимого микроклимата зданий // Студенческий вестник. 2020. № 3-5(101). С. 59-61.

10. Широков В.А., Исанова А.В., Авдеева Н.Ю. Энергоэффективные системы обеспечения микроклимата зданий на основе использования холодных потолков // Студент и наука. 2023. № 1(24). С. 113-117.

11. Комплексный анализ функционирования системы теплоснабжения зданий путем применения математических методов и алгоритмов регулирования тепловых потоков / А. П. Бурцев, А. П. Бурцев, В. Е. Пахомов, М. В. Мурзина // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2024. № 10(1082). С. 57-59.

12. Исследование моделей и структурных схем автоматизации управления системой теплоснабжения здания / А. П. Бурцев, А. П. Бурцев, В. Е. Пахомов, М. В. Мурзина // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2024. № 10(1082). С. 51-53.

13. Попова А.Ю., Попов С.А. Особенности системы кондиционирования холодный потолок // Образование. Наука. Производство: сборник докладов XV Международного молодежного форума, Белгород, 23–24 октября 2023 г. Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2023. С. 155-157.

14. Жуликов А.А., Мартынов В.В. Принцип работы и виды монтажа холодных потолков // Интернаука. 2022. № 47-4(270). С. 9-11.

15. Трошкин К.А., Драбкина Е.В. Система «холодные потолки» для кондиционирования частного дома // Поколение будущего: сборник избранных статей Международной студенческой научной конференции, Санкт-Петербург, 30 сентября 2021 г. СПб.: Гуманитарный национальный исследовательский институт «НАЦРАЗВИТИЕ», 2021. С. 74-79.

16. One of the Options for Using an Integrated Air Heater in Heat Supply Systems / A. Burtsev, D. Tyutyunov, A. Burtsev, P. Akulshina // Modern Problems in Construction: Selected Papers from MPC 2022. Kursk: Springer Nature Switzerland AG, 2024. P. 183-191.

17. Разработка методики для расчета теплопередачи потолочных водяных капиллярных систем низкотемпературного отопления / А.В. Шишкин, П.В. Мешалова, Ю.В. Яворовский, Е.В. Жигулина // Энергетические системы. 2022. № 2. С. 29-40.

18. Integrated Heat Recovery of Waste Gases and Ventilation Emissions in a Multilayer Plate Heat Exchanger / A. Burtsev, V. Yezhov, N. Semicheva [et al.] // Modern Problems in Construction: Selected Papers from MPC 2022. Kursk: Springer Nature Switzerland AG, 2024. P. 1-8.

19. Использование комплексного многослойного пластинчатого рекуператора для утилизации теплоты вентиляционных выбросов / А. П. Бурцев, В. С. Ежов, Н. Е. Семичева, Н. С. Перепелица // Научный журнал. Инженерные системы и сооружения. 2023. № 4(54). С. 54-58.