WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |

Проблемы развития строительной теплофизики зданий на современном этапе

http://www.stroinauka.ru/biblio.asp?d=12&dc=12&dr=3921

В этом номере мы публикуем статью из первого номера журнала «АВОК» 1990 года.

Один из ее авторов — Богословский Вячеслав Николаевич (1923—2001), академик РААСН, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, один из основателей Ассоциации инженеров АВОК, создатель нового направления в специальности ОВК — тепловой режим здания, где он интегрировал и значительно расширил знания о физических процессах тепло, влаго и воздухообмена в зданиях с системами ОВК, в вопросах формирования и управления микроклиматом помещений.

В настоящее время исключительную важность в экономическом и социальном плане приобретают вопросы научноинженерного обеспечения систем кондиционирования микроклимата (СКМ).

Основной целью научноинженерных разработок в этой области является создание оптимальных санитарногигиенических и технологических параметров среды. СКМ должны быть эффективными, экономичными и обеспечивать наименьший социальный и производственный ущерб при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах, экономном расходовании энергетических, материальных и трудовых ресурсов. Вот почему вопросам строительной теплофизики уделяется огромное внимание во всех развитых странах мира.

Можно сказать, что сейчас уровень развития этой специальности и отношение к ней является индикатором состояния социального развития общества, отношения государства и правительства к реальным социальнообщественным запросам современного человека. Научнотехнический уровень специальности во всех развитых странах сейчас чрезвычайно высок. В инженерных системах кондиционирования микроклимата используются все достижения современной науки и техники. Следует признать серьезное отставание нашей страны в этой области, особенно в части технологии, хотя и в плане развития научных разработок в последние годы начинает намечаться отрыв.

Решение проблемы возможно только при комплексном ее рассмотрении. Здание и его инженерные системы необходимо представлять как единую систему кондиционирования микроклимата.

Под СКМ следует понимать совокупность всех инженерных средств и устройств, обеспечивающих заданные режимы ее функционирования. Объемнопланировочные, градоустроительные и конструктивные защитные свойства здания, системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха все это является составляющими СКМ, и именно в этой роли они должны рассматриваться.

Комплекс сложных, взаимосвязанных между собой процессов тепло и массообмена, происходящих в современных зданиях и его системах, обычно представляют как тепловой, воздушный и влажностный режим здания. В научноинженерном плане эти проблемы изучены и решены достаточно полно. Существенной является концепция эффективности СКМ как совокупного ее свойства обеспеченности, надежности и управляемости. При проектировании СКМ зданий, анализе их режима работы и регулирования определяющими являются тепломассообменные условия в помещениях. Они формируются под влиянием комплексного воздействия наружного климата, внутренней среды и технологических процессов. Общий теплообмен в помещении имеет определенную специфичность, связанную с ограниченным объемом, определенными радиационными свойствами и ограниченным диапазоном температуры поверхностей. Его описание можно привести к одному уравнению лучистоконвективного теплообмена между нагретыми и охлажденными поверхностями.

Наряду с этим тепловая обстановка, которая должна выдерживаться в помещении, определяется двумя условиями комфортности. Первое условие определяет общую тепловую обстановку в помещении, второе допустимые температуры на нагретых и охлажденных поверхностях, скорости и температуры струй воздуха на входе в помещение, т. е. локальные условия комфортности на границах обслуживаемой зоны помещений. Таким образом, задача обогрева (охлаждения) помещения определена уравнением общего теплообмена и двумя условиями комфортности.



Расчет теплопотерь помещением через ограждения сложной конструкции предложено определять с помощью приведенного сопротивления теплопередаче. В нем использован принцип суперпозиции с помощью «факторов формы», которые показывают возрастание теплопотерь через двухмерные элементы охлаждения.

Нестационарный тепловой режим помещения, который формируется под влиянием возмущающих и регулирующих воздействий, определяется с помощью теории теплоустойчивости. В общем, совместно рассматриваются лучистые и конвективные составляющие теплообмена. При этом потоки теплоты делятся на гармонические и прерывистые, учитывается воздухообмен и наличие оборудования в помещении. С помощью уравнений теплоустойчивости можно рассчитать изменение температурной обстановки в помещении, необходимую подачу в помещение теплоты или холода для обеспечения заданного внутреннего теплового режима.

Решен принципиально важный вопрос о величине регулирующего воздействия одного вида (например, конвективного при кондиционировании воздуха) на возмущающее воздействие другого вида (например, лучистого при проникновении солнечной радиации в помещение). В результате, например, доказано, что установочная мощность системы кондиционирования воздуха должна быть меньше летних расчетных теплопоступлений в помещение. Решения использованы для определения частотных и временных характеристик помещения как объекта регулирования при проектировании средств автоматического регулирования СКМ. Составлены полный алгоритм и ряд программ расчета нестационарного теплового режима помещений на ЭВМ.

Внутренние тепловые условия в помещении должны соответствовать функциональным и санитарногигиеническим требованиям с определенной обеспеченностью. Отклонение от расчетных условий можно характеризовать числом случаев и общей продолжительностью отклонений. В качестве показателя обеспеченности принят коэффициент обеспеченности, который определяет в долях единицы недопустимость отклонений условий от расчетных. Обеспеченность внутренних условий связана с вероятностью внешних воздействий. Поэтому с их учетом должны определяться расчетные условия. Таким образом, определяются расчетные параметры наружного климата для холодного, теплого и годового периодов.

Разработана единая методика термодинамического описания и расчета процессов тепло и массообмена во всех элементах кондиционирования микроклимата здания. В основе ее использован приближенный аналитический способ расчета изменения тепловлажностного состояния воздуха, термодинамическое состояние которого определяется температурой и потенциалом влажности. Как показано выше, большое многообразие тепломассобменных элементов системы кондиционирования микроклимата здания можно привести к трем основным моделям, для которых получены общие постановки задачи и аналитические решения.

Над решением различных задач СКМ работает значительное число научноисследовательских, учебных, проектных, конструкторских и производственных организаций.

Основным направлением является исследование теплового режима, конечная цель которого создание современного здания с эффективным использованием энергии. Здесь разрабатываются климатологическое обеспечение, комфортность условий, защитные свойства ограждений, периодические и переходные процессы тепло и массообмена, режимы работы, регулирование и управление СКМ. Широкий круг исследований проводится в области воздушного режима здания и его внутренней, краевой и внешней задач. Изучаются влажностью режимы материалов в ограждениях зданий. Ведутся исследования по схемным решениям и отдельным аппаратам и устройствам СКМ, в частности для современных производственных помещений. Ниже рассмотрены некоторые наиболее важные и новые научнотехнические направления.

Одной из основных задач строительной теплофизики на современном этапе является оптимизация теплового режима зданий и сооружений с целью снижения материалоемкости ограждающих конструкций и уменьшения затрат тепловой энергии на отопление зданий. Это потребовало новых методов теплотехнических расчетов, уточнения и детализации климатических расчетных параметров для строительства. Все возрастающая ориентация на широкое внедрение в отечественную строительную практику энергоэффективных зданий предусматривает дальнейшее совершенствование индустриальных ограждающих конструкций путем повышения их термической однородности при существенном увеличении общего уровня теплозащиты.





Последовательность повышения эффективности использования энергии в здании должна включать в себя прежде всего оптимизацию СКМ и всех ее элементов в основных проектных решениях здания и их реализацию при строительстве. При наличии оптимальной СКМ с эффективным энергопотреблением необходимо рассмотреть вопросы экономии энергии в процессе эксплуатации здания в режиме его круглогодичной работы и при регулировании. Только после выполнения всех перечисленных выше условий целесообразно принятие дополнительных решений по утилизации низкопотенциальной теплоты, по использованию нетрадиционных возобновляемых источников энергии (вторичных энергоресурсов, солнечной энергии и т. п.).

Совершенствование норм и методов проектирования теплозащиты энергоэффентивных зданий является ключевым вопросом энергосбережения. На основе комплекса теоретических и экспериментальных исследований в настоящее время получили обоснование новые нормативные требования к сопротивлению различных видов наружных ограждений, которые находятся на уровне развития капиталистических стран. Требуемое сопротивление теплопередаче принимается в СССР от 1,3 м2*°С/Вт в южных районах до 4 м2*°С/Вт в северных районах. Внедрение новых требований уже позволило в новостройках снизить на 15 % расход энергии. Для сравнения, нормативные уровни теплозащиты в зарубежных странах имеют следующие значения:

Швеция 3,34 м2оС/Вт;

Финляндия 3,6 м2оС/Вт;

Канада 2,53,7 м2оС/Вт;

ФРГ 1,52 м2оС/Вт;

США 1,12,5 м2оС/Вт;

Великобритания 1,7 м2оС/Вт.

Однако нормируемая в СССР степень герметичности зданий ниже в среднем в 24 раза аналогичных показателей в развитых капиталистических странах. Так, по отечественным нормам воздухопроницаемость окон и балконных дверей допускается от 8 до 10 кг/(м2ч), а в Швеции 2,4 кг/(м2*ч). Если сопоставить суммарное годовое удельное энергопотребление в жилых домах Швеции 33 кг у.т./м2, США 57 кг у.т./м2 и СССР 61 кг у.т./м2, то видно, что в СССР имеются большие возможности в части эффективного использования энергии.

Для решения перечисленных задач НИИСФ работает сейчас над следующими вопросами:

Совершенствование норм по строительной теплофизике.

 Повышение уровня теплозащиты зданий.

Обеспечение требуемого микроклимата при одновременном снижении энергозатрат.

 Повышение долговечности наружных ограждающих конструкций.

Создание методов и средств неразрушающего контроля теплотехнических качеств индустриальных ограждающих конструкций.

Совершенствование норм по строительной теплофизике сводится к разработке норм и методов расчета зданий с эффективным использованием энергии. При решении задач выбора оптимального уровня теплозащитных свойств ограждающих конструкций и теплозащиты здания в целом получили развитие теоретические основы энергетического взаимодействия теплового, воздушного и влажностного режима здания как единого целого, разработаны методики расчета оптимальных размеров и ориентации здания и нормирование, и расчет энергетических характеристик здания. Нормативные расчетные характеристики определены с заданной обеспеченностью.

Будут разработаны комплексные характеристики теплозащиты здания, зависящие не только от сопротивления теплопередаче отдельных ограждающих конструкций, но и от их массивности, площади световых проемов, теплопоступлений от солнечной радиации, а также учета теплового взаимодействия различных видов ограждающих конструкций и отопительных приборов в зданиях. Для полной оценки эффективности ограждающих конструкций необходим анализ их теплового состояния в годовом цикле эксплуатации с учетом суточных изменений климатических факторов.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.