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, которая 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:

3. Исходные данные для моделирования

Исходные данные для построения модели отражены в Таблице 1 и Таблице 2.

4. Модель системы обогрева дома в ПО REPEAT

Разработанная в ПО REPEAT модель системы обогрева дома приведена ниже (см. Рис. 1):

5. Результаты моделирования

Результаты моделирования, которые получены на трафиках при запуске расчета модели, показаны ниже для соответствующих параметров (см. Рисунок 2 - Рисунок 9):

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):

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.