В зданиях и сооружениях с переменным тепловым режи­мом (см. § 15.3) прибегают к понижению температуры поме­щений в нерабочие периоды суток. Для этого применяют прерывистое отопление — с понижением или полным от­ключением теплоподачи.

При сокращении теплопоступлений от системы отопле­ния по сравнению с теплоподачей в рабочий период суток в помещениях наблюдаются колебания температуры воз­духа и радиационной температуры. Охлаждение помещений при отключении отопления рассмотрено в § 2.9.

В сухих производственных помещениях возможно по­нижение температуры в нерабочий период до 5 °С. В поме­щениях общественных зданий можно также допустить в не­рабочий период суток понижение температуры, но до такого уровня, чтобы избежать конденсации водяного пара воз­духа на внутренней поверхности наружных ограждающих конструкций (за исключением световых проемов).

Будем считать, что к концу рабочего дня относительная влажность воздуха в помещениях при температуре 20 °С составляет 40% (в соответствии с требованием СНиП).

Исходя из этого найдем, что понижение температуры поме­щений в нерабочий период времени возможно до 8—10 °С. Примем (с запасом) минимально допустимую температуру таких помещений равной 12 °С.

Для переменного теплового режима рабочих помещений характерна суточная периодичность. В течение суток вы­делим рабочий период, когда внутренние теплопоступления (например, от людей, оборудования) в той или иной мере возмещают теплопотери и требуется главным образом вен­тиляция помещений (в помещениях преобладает режим вентилирования). Нерабочий период разделим на период естественного охлаждения помещений, когда отопление отключено и отсутствуют какие-либо теплопоступления (режим охлаждения), и период усиленного нагревания по­мещений перед началом работы (режим нагревания или, как говорят, «натопа»). Продолжительность этих периодов различна. Если режим вентилирования длится 8 или 16 ч (две смены), то продолжительность режима натопа зависит от температуры наружного воздуха и тепловой мощности системы отопления. Соответственно увеличивается или уменьшается продолжительность периода охлаждения.

Устанавливается также недельная периодичность теп­лового режима, связанная с субботне-воскресным (или только воскресным) перерывом в работе. Недельная перио­дичность нарушается только в дни праздников.

На рис. 19.6 показано изменение тепловыделений QBыд, температуры воздуха и радиационной температуры TR Помещения, в котором работают от 9 до 18 ч пять дней в не­делю, при условно постоянных теплопотерях QnoT. При­нято, что теплопоступления несколько меньше теплопотерь (Фвыд«2пот)- Поэтому на рисунке изображено, что в те­чение рабочего периода (в режиме вентилирования без из­менения температуры приточного воздуха) температура воздуха помещения понижается при возрастании радиа­ционной температуры tR. Показано также, что отопитель­ная установка мощностью Q0T, значительно превышающей величину теплопотерь помещения, включается до начала работы (режим натопа). Отопительная установка включает­ся также в промежутке между последним рабочим днем не­дели (пятница) и первым рабочим днем новой недели (поне­дельник), когда температура помещения Tn понижается до установленного минимального уровня (£Ыин на рисунке).

Продолжительность нагревания помещения отличается в рабочие дни и после воскресенья, так как исходная тем­пература помещения различна.

Прерывистая теплоподача вызывает периодические из­менения температуры помещения, зависящие от теплотех­нических свойств его ограждений, величины и продолжи­тельности теплопоступлений. Конвективная теплота от отопительной установки поступает в воздух помещения и от него передается внутренней поверхности ограждений. Температура воздуха и радиационная температура не­сколько отличаются; их изменения не совпадают во времени (см. рис. 19.6, б).

Для расчета изменения температуры воздуха и радиа­ционной температуры ограждений помещения определяют показатели теплоусвоения Упом и теплопоглощения РПОм помещения.

Показатель теплоусвоения помещения Упом, Вт/°С, ха­рактеризующий изменение температуры внутренней по­верхности всех ограждений, находят по формуле (2.64) в зависимости от коэффициента теплоусвоения У,, Вт/(м2-°С), для поверхности отдельных ограждений.

Показатель теплопоглощения ограждений Рогр, Вт/°С, Выражающий изменение температуры воздуха помещения, вычисляют по формуле (2.68) с учетом коэффициента тепло­поглощения для каждого ограждения, а также коэффициента прерывистости теплового потока Q (§ 2.9). Коэффициент прерывистости определяют в зависимости от отношения продолжительности нагревания (натопа) к общей продол­жительности нерабочего периода (например, 16 ч при одно­сменной работе).

В формулу (2.68) входит также величина ЛПОм, Вт/°С — Показатель интенсивности конвективного теплообмена на всей площади поверхности ограждений помещения, вы­числяемый по формуле

^пом = «к. ср2Л„ (19.9)

Где OtK CP — осредненный по поверхности всех ограждений коэф­фициент конвективного теплообмена [в зимних условиях — 4,0 Вт/ (ма.°С)].

Таким образом, теплоустойчивость помещения можно характеризовать отношением показателей Упом и Лпом, входящих в уравнение (2.68). Установим возможные значе­ния показателя теплоустойчивости помещения УПом^ПОм

Рнс. 19.7. Зависимость минимальной температуры воздуха после ночного ох­

Чивости помещений, имеющих окна с двойным (сплошная линия) и тройным (пунктирная линия) остеклением, при

/„ = -20 °С.

При его ограждающих конструкциях из различных рас­пространенных материалов (табл. 19.2).

При прерывистом отоплении минимальная температура помещения, которая устанавливается к концу периода от­ключения отопления (режима охлаждения), зависит от теплоустойчивости, а также теплозащитных свойств наруж­ных ограждений этого помещения.

На рис. 19.7 даны обобщенные результаты расчетов ми­нимальной температуры воздуха в четырех помещениях площадью около 50 м2 с тремя окнами (с двойным и тройным остеклением) и ограждениями, выполненными по вариантам, приведенным в табл. 19.2. При расчетах принято: темпера­тура наружного воздуха tн——20 °С, работа в помещениях односменная, помещения рядовые на среднем этаже зда­ния, отопление помещений отключено в конце работы.

Видно, что минимальная температура воздуха после прекращения отопления в течение 16 ч существенно зависит как от теплоустойчивости помещений, так и их утеплен- ности. По мере возрастания этих показателей повышается и минимальная температура воздуха, т. е. замедляется охлаждение помещений. Можно также установить, что для обеспечения в режиме охлаждения минимальной темпера­туры 12 °С следует стремиться к повышению теплоустой­чивости и теплозащитных свойств ограждений помещений.

С другой стороны, при повышении теплоустойчивости помещений экономия теплоты в условиях прерывистого отопления будет уменьшаться. Это объясняется сохране­нием в режиме охлаждения повышенного уровня тепло-
потерь через ограждения вследствие более высокой тем­пературы помещений. Кроме того, при повышении тепло­устойчивости (увеличении показателя КпОМ/Лпом) придется прибегать к более продолжительному нагреванию помеще­ний перед началом работы с соответствующим сокращением продолжительности периода охлаждения. Расчеты показы­вают, что при прерывистом отоплении помещений повышен­ной теплоустойчивости теплозатраты возрастут на 4—5% по сравнению с затратами на отопление помещений понижен­ной теплоустойчивости.

Экономия теплоты, получаемая при переменном тепло­вом режиме, зависит не только от теплозащитных свойств ограждающих конструкций помещений, но и от тепловой мощности системы отопления. Применение переменного теп­лового режима при повышенных теплозащитных свойствах ограждений обеспечивает дополнительную экономию теп­лоты вследствие сокращения продолжительности натопов и даже устранения промежуточных натопов (см. рис. 19.6) в условиях длительного охлаждения помещений в воск­ресные и праздничные дни. Продолжительность периода охлаждения может быть в этих случаях увеличена вслед­ствие относительного повышения минимальной температу­ры воздуха в помещениях (на рис. 19.7 на 2,5—3°С).

Повышение тепловой мощности системы прерывистого отопления (по сравнению с мощностью постоянно действую­щей системы отопления) при прочих равных условиях поз­воляет в еще большей мере экономить теплоту. Расчеты для крупного административного здания в климатических условиях Москвы показывают, что при увеличении тепло­вой мощности системы отопления (коэффициента натопа) от 1,3 до 1,7 раза сокращается продолжительность натопа и экономия теплоты в год повышается соответственно от 15,4 до 19%.

Дополнительные затраты на увеличение тепловой мощ­ности системы прерывистого отопления окупаются за счет уменьшения эксплуатационных расходов достаточно быст­ро, особенно при повышенной стоимости тепловой энергии и продолжительном отопительном сезоне.

Коэффициент натопа целесообразно увеличивать до 2—2,2 и выше, ограничивая его величину располагаемой мощностью теплового ввода в здание, рассчитанной на по­крытие теплозатрат как на отопление, так и на вентиляцию в рабочее время. При этом мощность теплоисточника оста­нется без изменения. Изменится лишь суточный график от­пуска теплоты с общей экономией ее в течение отопительно­го сезона. Общая экономия теплоты в течение отопительного сезона при прерывистом отоплении различных зданий со­ставляет, по данным ЦНИИЭП инженерного оборудования, 20—30% по сравнению с теплозатратами на постоянное отопление.

Система прерывистого отопления может быть чисто воз­душной, когда установки приточной вентиляции исполь­зуются в предрабочий период времени для натопа в рецир­куляционном режиме. Более гибкой в эксплуатации яв­ляется двухкомпонентная система комбинированного отоп­ления (см. § 18.4). Такая система состоит из базисной (фо­новой) части в виде водяного отопления (особенно при рас­положении рабочих мест близ световых проемов) и догре - вающей части — воздушного отопления для натопа. Водя­ное нерегулируемое отопление предназначено для постоян­ного использования с выравниванием теплонедостатка в различно расположенных помещениях здания. Воздушное отопление осуществляется установкой приточной вентиля­ции в рециркуляционном режиме, что ограничивает ее теп­ловую мощность при натопе.

Расчет двухкомпонентной системы прерывистого отоп­ления заключается не только в определении тепловой мощ­ности ее частей, но и в выявлении расчетного режима ее работы. Такой расчет проводят в суточном разрезе при различной температуре (через 5 °С) наружного воздуха в течение отопительного сезона.

Работу догревающей части системы отопления автомати­зируют с программным управлением для выдерживания расчетного режима. На случай неожиданного резкого по­нижения температуры наружного воздуха в контрольных помещениях устанавливают датчики «минимальной» тем­пературы. По сигналу от них включается догревающая часть системы отопления в дополнительный режим натопа помещений (например, на 10 °С). Эти же датчики исполь­зуются в воскресные и праздничные дни.

Для примера приведем расчетные режимы работы двух различных по мощности комбинированных водовоздушных систем отопления учебного здания (при тройном остекле­нии окон и показателе теплоустойчивости учебных помеще­ний У пом/ЛПОм=1,95).

1- Я система с коэффициентом натопа 1,5: базисная (во­дяная) часть системы отопления работает только при отри­цательной температуре наружного воздуха; догревающая (воздушная) часть с коэффициентом натопа 1,5 включается ежедневно при iH=—20 °С на 5 ч (на 13 ч после воскресенья), а при /н=0 °С — на 1 ч (на 3 ч после воскресенья).

2- Я система с коэффициентом натопа 3,0: базисная (водя­ная) часть системы работает только при tH=—10 °С и ниже; догревающая (воздушная) часть включается ежедневно при ia——20 °С на 2 ч (на 6 ч после воскресенья), при ta— ——11,5°С — на 1 ч (на 4 ч после воскресенья), при tH= =0 °С и отключенной базисной части — на 2 ч (на 5 ч после воскресенья).