Итоговый отчет (аннотация).
Важнейшие результаты, полученные при реализации проекта.
1. Одним из вариантов повышения эффективности работы систем теплоснабжения зданий с секционными биметаллическими радиаторами, является использование пульсирующего режима движения и смешения теплоносителя. Установлено, что использование пульсирующего режима движения теплоносителя в секционных радиаторах при пониженных температурах его повышает их эффективность в два раза. Эти задачи можно решить за счет включения в схему ИТП энергонезависимого двухпоточного мембранного насоса, использующего для работы определенную часть располагаемого напора тепловой сети.
2. Проведено патентное исследование по проблеме повышения эффективности систем теплоснабжения зданий согласно ГОСТ Р 15.011-96. Патентный анализ подтверждает актуальность проблемы, ее научное и практическое значение. Большая часть сторонних патентов посвящена рациональному отпуску тепловой энергии на ИТП и ЦТП без учета эффективности отопительных приборов, отдельные патенты позволяют определять КПД теплообменника, но управлять эффективностью могут только изменением расхода теплоносителя. Из 50 патентов участвующих в анализе 14 принадлежит исполнителям, которые создают научный задел для реализации данного проекта;
3. Обоснован и реализован способ организации пульсирующей циркуляции теплоносителя (расход и температура) в секционных радиаторах (СР) систем отопления зданий, с зависимым их присоединением к тепловым сетям. Для осуществления способа предложена схема ИТП с двухконтурным мембранным насосом для организации пульсирующей циркуляции теплоносителя (расхода и температуры). Суть способа заключается в пульсирующем реверсивном пропуске через отопительные приборы горячего и охлажденного теплоносителя. Способ позволяет добиться более равномерной температуры на поверхности отопительного прибора, а следовательно повысить эффективность СР;
4. Разработана математическая модель на базе энергетической цепи, адекватно описывающая гидродинамику процессов в системе отопления с СР и пульсирующей циркуляцией теплоносителя. Участок теплосети и каждый СР характеризуется массой m воды, гидравлическим сопротивлением r, и податливостью l (утечки). Модель позволяет прогнозировать падение давления в контуре отопления с пульсирующей циркуляцией теплоносителя от параметров сети, СР, схемы и числа подключенных приборов. Для последовательного подключения СР с сетью установлено, что увеличение числа подключенных отопительных приборов приводит к росту падения давления от 15 кПа при одном приборе до 85 кПа при 8. Причем на низких частотах пульсации теплоносителя (ниже 4 рад/с) отмечается увеличение падения давления. Для параллельного соединения СР с сетью выявлено, что увеличение числа подключенных отопительных приборов приводит к снижению падения давления от 9,8кПа при двух приборах до 6 кПа при 8. Причем на низких частотах пульсации теплоносителя (ниже 4 рад/с) отмечается существенное снижение падения давления;
5. Разработана математическая модель на базе энергетической цепи, адекватно описывающая теплопередачу процессов в системе отопления с СР и пульсирующей циркуляцией теплоносителя. Энергетическая цепь теплопередачи включает три звена: первое учитывает снижение энтальпии за счет массы m, кг, теплоносителя; второе звено – преобразовательное, преобразует энтальпию h, Дж/кг, в температуру t, °С, а массовый расход g, кг/с, в удельный тепловой поток q, Вт/°С, через теплоемкость c; третье звено тепловое, учитывает падение температуры на СР с помощью термических активных сопротивлений R1, R2, R3, °С2/Вт, соответственно от теплоносителя к поверхности нагрева, теплопроводность стенки и от стенки к воздуху, а также аккумулирующей способности воды податливостью l1, Вт/с, и аккумулирующей способностью стенки податливостью l2, Вт/с. Модель позволяет прогнозировать эффективность СР по снижению температуры теплоносителя в зависимости от массы теплоносителя, термических сопротивлений, аккумулирующих свойств теплоносителя, теплопередающих поверхностей и схем их включения. В результате моделирования в базовом режиме наибольшее снижение температуры на выходе СР наблюдается на частоте 3,6 рад/с и соответствует 3,6 °С, что полностью совпадает с экспериментально полученными зависимостями эффективности СР на данной частоте. При параллельном соединении СР активное термическое сопротивление снижается в два раза, происходит лучшее перемешивание, а частота, при которой наблюдается наибольшее снижение температуры на выходе СР составляет 3 рад/с и соответствует 2,23 °С. При последовательном соединении СР, активные термические сопротивления возрастают в два раза, увеличивается масса теплоносителя на 2,4 кг. Что касается температуры на выходе последнего СР, то они возрастают до 6,7 °С, а частота сдвигается в большую сторону и составляет 4,2 рад/с. При последовательном соединении СР с увеличенным в два раза расходом частота работы двухпоточного мембранного насоса снижается до 3 рад/с, а минимальная температура на выходе из последнего СР составляет 4,33 °С. - смонтирована экспериментальная установка для исследования тепловых и гидродинамических процессов в отопительных приборах систем с пульсирующей циркуляцией теплоносителя производительностью 3000 кг/ч;
6. Разработана конструкторская документация на изготовление опытных образцов основных узлов (импульсного распределителя потока и двухпоточного мембранного насоса) и их 3D модели, изготовлены опытные образцы данных узлов на расходы 2000 кг/ч.7. Опубликованы 3 статьи, из которых 2 в базе данных ВАК и одна в Web of Science и получены два патента на полезные модели.
Проект выполнен в соответствии с заявленным на 2019 г. полностью.