Скорость остывания дома без отопления

Зима. Мороз. Аварийно отключено водяное отопление. Сколько времени есть на ремонт и восстановление работоспособности системы отопления без слива до размораживания? За какое время воздух в помещении остынет до критической температуры, при которой возникнет.

. опасность замерзания воды в трубах?

Критическим значением температуры внутреннего воздуха помещений принято считать +8°C. Предполагается, что при этом в подвалах, технических помещениях, на лестничных клетках температура может оказаться уже отрицательной, и последствия могут быть катастрофическими.

На скорость остывания дома влияют множество факторов: температура и влажность наружного воздуха, скорость и направление ветра, уровень и продолжительность инсоляции, наличие или отсутствие иных внутренних источников тепла (включая людей и животных), инфильтрация, вентиляция.

В расчете, представленном далее, будет учитываться только температура наружного воздуха. Этот факт не добавляет точности, делая расчет, по сути, оценочным, зато существенно его упрощает.

Следует заметить, что наука предлагает более высокоточные алгоритмы расчета скорости остывания дома (например: docplayer.ru/44638823-K-teorii-matematicheskogo-modelirovaniya-teplovogo-rezhima-zdaniy.html). Однако вся их точность нивелируется сложностью корректного определения фактических значений многочисленных исходных данных. А так как исходных параметров много, то неточности их значений в результате вычислений накапливаются в одной большой погрешности конечного результата.

Теория.

По классическому закону Ньютона-Рихмана время нагрева (охлаждения) тела в среде с постоянной температурой определяется по формуле:

z=(LN (ABS (t_н-t₁)) -LN (ABS (t_н-t₂)))·c·ρ·V/(α·F), с (1)

• t_н — температура среды, °C
• t₁ — начальная температура тела, °C
• t₂ — температура тела по истечении времени z, °C
• c — удельная теплоемкость тела, Дж/(кг·К)
• ρ — плотность тела, кг/м3
• V — объем тела, м3
• α — коэффициент теплоотдачи на границе поверхность тела — среда, Вт/(м2·К)
• F — площадь поверхности тела, м2

Выделим правую часть формулы и обозначим β:

β=c·ρ·V/(α·F), с (2)

β имеет размерность времени — секунда:

В строительной теплотехнике величину β принято называть коэффициентом аккумуляции тепла здания и считать не в секундах, а в часах.

Наиболее надежным, достаточно точным и простым способом определения коэффициента аккумуляции здания β является практический замер температуры воздуха в помещении (как правило, в угловом) при отключенном отоплении и достаточно стабильной наружной температуре при пасмурной безветренной погоде без осадков.

Если температура воздуха в точке замера снизится с t₁ до t₂ за z часов, то согласно тем же формулам (1) и (2):

β=z/LN ((t₁-t_н)/(t₂-t_н)), час (3)

Для некоторых типов зданий значения β приведены в таблице:

* МДС 41-6.2000, Таблица 2, автор таблицы: к.т.н. Брайнина Е.Ю.

** Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление, Москва, Стройиздат, 1991, стр. 81

Зная коэффициент аккумуляции β, можно достаточно легко смоделировать процесс остывания, вычислив время и среднюю скорость остывания дома:

z=β·LN ((t₁-t_н)/(t₂-t_н)), час (4)

Расчет в Excel скорости и времени остывания помещения.

На скриншотах далее представлен пример выполнения расчета, реализованного в Excel, с интерактивным отображением графика остывания помещения.

Задав исходные данные, вписав их в ячейки со светло-зеленой и светло-бирюзовой заливкой, пользователь получает автоматически вычисленные время z и скорость остывания v в ячейках листа Excel со светло-желтой заливкой фона.

Меняя шаг времени (в примере задан шаг 2 часа), можно визуально оценить темп остывания в разные по длине периоды времени.

В примере на скриншотах воздух в некоем помещении с коэффициентом аккумуляции β=20 часов остывает с t₁=20°C до t₂=8°C при температуре наружного воздуха t_н=-10°C. Расчет в Excel показывает, что этот процесс по времени займет z=10,2 часа.

Средний темп падения температуры или скорость остывания в течение этого промежутка времени составит v=1,2°C/час. Самая большая скорость остывания будет в первый час после отключения отопления: v_max=1,4°C/час.

Беглого взгляда на график достаточно, чтобы понять, что отрицательной температура воздуха в помещении станет через 22 часа.

Программу можно использовать для расчета коэффициента аккумуляции β или температуры воздуха в помещении t₂ по известному времени остывания z при помощи сервиса Excel «Подбор параметра».

Заключение.

Скорость остывания дома при отключении отопления зависит в первую очередь при отсутствии инфильтрации от коэффициента аккумуляции здания и от разницы между внутренней и внешней температурой воздуха.

Наибольшей способностью аккумулировать (запасать и сохранять) тепло обладают тяжелые массивные кирпичные старые здания с чугунными радиаторами и большим объемом воды в системе отопления. У таких домов коэффициент аккумуляции β достигает порой 120 часов.

С увеличением в здании количества и размеров окон, с уменьшением толщины стен в связи с широким использованием легких утеплителей, с распространением конвекторов, обуславливающих относительно небольшой объем теплоносителя в системе современные легкие дома плохо аккумулируют тепло. У таких зданий β может быть 40-20 часов и даже меньше.

Для одного и того же здания коэффициент аккумуляции угловых помещений верхних этажей меньше чем у срединных помещений средних этажей в 1,5-2 раза.

Прошу уважающих труд автора скачивать файл с программой расчетов после подписки на анонсы статей!

Можно ли включать кондиционер зимой: обогрев и охлаждение при низких температурах

Современные сплит-системы можно эффективно использовать не только для спасения от летнего зноя, но и для создания комфортного микроклимата в квартире зимой, если в этом есть необходимость. Однако, включая его в холодное время года, следует учитывать ряд важных нюансов – это позволит обеспечить безопасную и надежную работу устройства.

Неграмотное применение сплит-систем в зимнее время года влечет за собой скорый выход оборудования из строя. В первую очередь страдают дренажная система и компрессор. По этой причине нужно предельно осторожно и внимательно выставлять рабочие характеристики на устройстве.

Принцип работы современных сплит-систем

Все климатические устройства работают по одному принципу, основывающемуся на свойстве жидкостей выделять тепло при конденсации и поглощать его при испарении. Изначально все производимые системы работали только на охлаждение, но сегодня большинство из них оснащены еще и функцией обогрева.

На фото: Принцип работы кондиционера

Работа кондиционера строится на функционировании замкнутой системы: компрессор, конденсатор и испаритель соединяются между собой трубками из меди, образующими холодильный контур. По этому контуру непрерывно движется хладагент, преобразуясь из газообразного состояния в жидкое и наоборот. При работе оборудования на охлаждение фреон попадает сначала в конденсатор, а затем в испаритель, где он снова преобразуется в газ и поглощает тепло от воздуха в помещении, после чего направляется во внешний блок, откуда передает энергию окружающей среде. При работе на обогрев, благодаря специальному клапану, процесс происходит в обратной последовательности – от испарителя к конденсатору с переходом газа в жидкое состояние.

Работа кондиционера зимой в режиме обогрева

Теперь перейдем к главному и выясним, можно ли запускать сплит-систему на обогрев помещения, когда на улице значительный «минус».

При каких внешних температурах возможна работа в режиме обогрева

Большинство современных кондиционеров могут работать на обогрев только при условии, что температура за окном не ниже -7°C. -15°C. Более точную информацию по нижнему температурному порогу можно найти в инструкции к устройству. Если же использовать устройство при более низких показателях термометра, мощность обогрева будет меньшей. Кроме того, возникнет угроза обледенения дренажной системы и конденсатора, что неизбежно ведет к поломке всей сплит-системы.

На фото: Принцип работы современных сплит-систем

Но в зависимости от хладагента и типа компрессора, некоторые кондиционеры могут работать в режиме обогрева и при более низких температурах, например, -15°C…- 30°C. Речь идет о передовых моделях инверторных сплит-систем.

По каким причинам кондиционер не работает на обогрев

Если в устройстве предусмотрена возможность работы на обогрев помещения, но он не включается в этот режим, возможно произошла поломка компрессора, дренажной системы или клапана, обеспечивающего переключение холодильного контура на обогрев. Также есть вероятность утечки хладагента в местах спайки трубок. В этом случае стоит вызвать мастера по ремонту климатического оборудования.

Еще одна популярная причина – температура за окном ниже допустимого минимума, поэтому кондиционер может лишь незначительно повысить уровень тепла в комнате.

Если же прибор нормально работает, но воздух в помещении не нагревается, то, возможно, стоит просто немного подождать – иногда системе требуется дополнительное время, чтобы внутренний блок прогрелся. Зимой это вполне нормальное явление.

Также помочь разобраться в причинах неисправности может дисплей внутреннего блока, который высвечивает коды ошибок в работе сплит-системы.

Если же самостоятельно установить и устранить проблему не получается, лучше обратиться в специализированный сервисный центр.

Работа кондиционера зимой в режиме охлаждения

Охлаждение помещения с помощью сплит-системы допустимо только при условии, что температура снаружи не ниже +16°C или соответствует другим допустимым значениям, указанным в руководстве по эксплуатации оборудования. Во всех остальных случаях включение кондиционера с целью понижения температуры в комнате запрещено и грозит образованием льда и утечка воды из внутреннего блока.

На фото:Образование льда и утечка воды из внутреннего блока.

Если же есть необходимость поддерживать низкую температуру даже в зимний период, то лучше установить специальную систему, способную работать при более широких показателях температурных значений.

Еще один вариант – доработать кондиционер специальным зимним комплектом, который предоставит большие возможности по эксплуатации устройства в холодное время.

Что такое зимний комплект и для чего он нужен

Зимний комплект – это набор специальных устройств, обеспечивающих безопасную работу кондиционера при температурах ниже диапазона, заданного производителем. В него входят картерный подогрев, дренажный подогрев, регулятор скорости вентилятора. С помощью этих приборов предотвращаются оледенение дренажной системы, образование наледи на корпусе, загустение масла и переохлаждение фреона.

На фото: Зимний комплект для кондиционера Dantex

Но используя зимний комплект, очень важно не забывать, что кондиционеры, оснащенные им, могут работать лишь на охлаждение. Обогрев в данном случае возможен лишь в границах температур, обозначенных в технических характеристиках устройства.

Какие системы могут работать в режиме обогрева в зимний период

На современном рынке представлено оборудование, которое можно безопасно включать зимой в режим обогрева – даже когда температура опускается до -15°C…-30°C. Это сплит-системы инверторного типа. От стандартных кондиционеров их отличает наличие инверторного компрессора, который обеспечивает регулирование производительности. Использование инверторного компрессора с EVI-впрыском пара хладагента и ресивера позволяет достичь стабильной работы при очень низких температурах окружающей среды – у некоторых моделей предусмотрена работа при -30 °C.

Готовим кондиционер к зиме

В рамках подготовки устройства к зимнему сезону нужно провести ряд профилактических мероприятий.

Необходимо просушить внутренний блок от скопившегося конденсата. Для этого кондиционер надо сначала включить на некоторое время на охлаждение, а затем на такой же период запустить на обогрев. Почистить встроенные фильтры от скопившейся пили и грязи. Если позволяют условия, установить на внешний блок защитный козырек.

Если в помещении стоит стандартный бытовой кондиционер, то лучше ограничиться включением его в режиме обогрева лишь в период межсезонья – пока температура не опустилась ниже предельных значений, установленных производителем.

Заключение

Кондиционер может эффективно использоваться в зимнее время, однако исключительно в пределах температур, заданных производителями. Зимний комплект позволит опустить нижнюю границу этого предела, но лишь для работы в режиме охлаждения воздуха. Обогрев возможен, как правило, только при температуре снаружи не ниже -7 °C для большинства бытовых кондиционеров, поэтому не следует использовать их как основной источник отопления. Если же необходимо обеспечить работу кондиционера при более низких показателях температуры окружающей среды, лучше обзавестись инверторной сплит-системой, предоставляющей более широкие возможности.