Исследование температуры внутреннего воздуха в помещении гражданского здания после аварийного отключения системы отопления

Цель. Аварийное отключение системы отопления гражданского здания неизбежно приведет к нарушению теплового режима в обогреваемых помещениях. Впоследствии данный инцидент негативно отразится на тепловом комфорте человека и условиях труда. Таким образом, вопрос прогнозирования теплового режима помещения в случае прекращения подачи тепловой энергии, наряду с поиском энергосберегающих технологий в строительной сфере, является актуальной задачей.
Метод. Программные вычисления основаны на классической теории теплоустойчивости помещения в случае прерывистой подачи теплоты и законе регулярного теплового режима первого рода (для системы отопления), суть которого заключается в следующем: понижение температуры во всех точках тела в ходе его остывания происходит одинаково, подчиняясь экспоненциальному закону.
Результат. Для комнаты в жилом здании установлено, что температура внутреннего воздуха достигнет точки росы (12,5 ℃) за период времени 8 ч 42 мин после аварийного отключения системы отопления, а нулевого значения – через 23 ч 42 мин. Среднее значение темпа падения температуры за период времени 50 ч равно 0,72 ℃⁄ч, суммарные потери тепловой энергии составили 138,2 МДж.
Вывод. Тепловая аккумуляция ограждающих конструкций играет первостепенную роль для гражданских зданий в сохранении требуемого теплового режима помещения в случае аварийного отключения системы отопления. При сравнительно малой теплоемкости и большой теплоотдаче, связанной с высоким температурным напором нагревательных элементов, остывание системы отопления происходит достаточно быстро (имеет высокий показатель темпа охлаждения).

1. Korniyenko S.V., Dubov I.A., Nazarov K.R. Field study of thermal comfort in dwelling during the winter, mid-season and summer. Magazine of Civil Engineering. 2023. 121(5); 12101. https://doi.org/10.34910/MCE.121.1

2. Liu H., Ma E. An explainable evaluation model for building thermal comfort in China. Buildings. 2023. 13(12); 3107. https://doi.org/10.3390/buildings13123107

3. Samarin O.D. Thermal mode of a room with integrated regulation of microclimate systems. Magazine of Civil Engineering. 2022. 116(8); 11610. https://doi.org/10.34910/MCE.116.10

4. Vuksanovic D., Murgul V., Vatin N., Pukhkal V. Optimization of microclimate in residential buildings. Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 680. Pp. 459-466. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.680.459

5. Nifatova O. Improving the energy efficiency of buildings by providing better protective structures based on the university's knowledge HUB. Management. 2021. 34(2). Pp. 26-34. https://doi.org/10.30857/2415-3206.2021.2.3

6. Bezdenezhnukh T., Kuritsyn A., Gimelshtein I. Energy efficiency in civil engineering: analyzing world experience. MATEC Web of Conferences. 2018. 212; 02009. https://doi.org/10.1051/matecconf/201821202009

7. Рафальская Т.А. Особенности совместной работы систем отопления и горячего водоснабжения в условиях значительного снижения температур наружного воздуха. Известия высших учебных заведений. Строительство. 2010. №11-12(623-624). С. 62-72.

8. Hosseini M., Hajialigol P., Aghaei M., Erba S., Nik V., Moazami A. Improving climate resilience and thermal comfort in a complex building through enhanced flexibility of the energy system. International Conference on Smart Energy Systems and Technologies (SEST). Eindhoven, 2022. https://doi.org/10.1109/SEST53650.2022.9898453

9. Казанов Ю.Н. Реконструкция системы теплоснабжения в городском округе Мытищи. Энергосбережение. 2016. №5. С. 29-36.

10. Браславский Н.Д. Характеристики технологических процессов систем жизнедеятельности сельских жилых домов. Научно-образовательный потенциал молодежи в решении актуальных проблем XXI века. 2019. № 15. С. 52-55.

11. Королева Т.И., Кузьмишкин А.А., Васин М.Е., Иващенко Н.Ю. Возобновляемые источники энергии – путь к энергосбережению. Региональная архитектура и строительство. 2011. №2. С. 135-140.

12. Raof B.Ya. The correlation between building shape and building energy performance. International Journal of Advanced Research. 2017. 5(5). Pp. 552-561. https://doi.org/10.21474/IJAR01/4145

13. Korniyenko S.V., Vatin N.I., Gorshkov A.S. Thermophysical field testing of residential buildings made of autoclaved aerated concrete blocks. Magazine of Civil Engineering. 2016. 64(4). Pp. 10-25. https://doi.org/10.5862/MCE.64.2

14. Fjerbæk E.V., Seidenschnur M., Kücükavci A., Smith K.M., Hviid C.A. From BIM databases to Modelica – Automated simulations of heating systems. Proceedings of CLIMA 2022 Conference. Rotterdam, 2022. Pp. 2448-2454. https://doi.org/10.34641/clima.2022.365

15. Самарин О.Д. Расчет остывания помещений здания в аварийных режимах при переменной температуре наружного воздуха. Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. Вып. 1. С. 77-83. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2024.1.77-83

16. Малявина Е.Г., Ахвердашвили Р.Г. Определение времени остывания помещения после отключения системы отопления с учетом теплоустойчивости внутренних и наружных многослойных ограждающих конструкций. Известия высших учебных заведений. Строительство. 2023. №10(778). С. 83-96.https://doi.org/10.32683/0536-1052-2023-778-10-83-96

17. Варламов Н.В., Горшков А.С., Юферев Ю.В., Лезер А.Ю., Жирнов А.Е., Паращенко Н.А. Теплоаккумулирующая способность здания башни многофункционального комплекса «Лахта Центр». Теплоэнергетика. 2023. №1. С. 40-49. https://doi.org/10.56304/S0040363623010083

18. Горелов М.В., Гужов С.В., Горячева Е.М., Юркина М.Ю. Экспериментальное определение времени остывания здания при аварийном отключении системы теплоснабжения. Энергобезопасность и энергосбережение. 2020. 4(94). С. 11-15. https://doi.org/10.18635/2071-2219-2020-4-11-15

19. Staveckis A., Zemitis J. Impact of the limited heat source capacity on indoor temperature and energy consumption in serial nZEB residential buildings across the Baltic region. Energies. 2023. 16(16); 5924. https://doi.org/10.3390/en16165924

20. Шумилин Е.В., Ильин Н.В. Последствия отключения системы отопления отдельной квартиры в многоквартирном доме. Дальний Восток: проблемы развития архитектурно-строительного комплекса. 2023. №1. С. 331-334.

21. Разаков М.А. Особенности теплонапряженности машинного зала при отключении системы отопления. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2022. Т. 24. №6. С. 133-142. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2022-24-6-133-142

22. Akimov V., Ivanova E., Shishkov Yu. Statistical models for forecasting emergency situations of mancaused character. Reliability: Theory & Applications. 2023. 76(4). Pp. 41-45. https://doi.org/10.24412/1932-2321-2023-476-41-45

23. Геккель И.Я., Рыбаков А.В., Окунцов И.И., Глушаченков А.А. Общая постановка задачи оценки показателя защищенности населения при чрезвычайных ситуациях, связанных с аварийным отключением теплоснабжения жилых зданий. Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2019. №1(40). С. 86-94.

24. Rafalskaya T. Safety of engineering systems of buildings with limited heat supply. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. 1030(1). https://doi.org/10.1088/1757-899X/1030/1/012049

25. Tian Ye, Zhou Zh., Wang Zh. Connection method between urban heat-supply systems based on requirement of limited-heating. Procedia Engineering. 2016. 146. Pp. 386-393. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.417