авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

Основы теории и особенности практики повышения энергоэффективности теплового режима гражданских зданий (на примере кыргызстана)

-- [ Страница 2 ] --

До 1995 г. требуемое сопротивление теплопередаче наружных ограждений принималось в основном по допустимой разности между температурами внутреннего воздуха и на внутренней их поверхности. Изменения № 3 и 4 к СНиП II-3-79* фактически стали первым шагом к внедрению новых норм, основанных на ограничении годового энергопотребления здания или сезонных потерь теплоты через отдельные ограждения (по значениям расчетных градусо-суток) при обеспечении ими долговечности, нормативных параметров микроклимата и предотвращения увлажнения, намокания и появления плесени. Такой принцип принят во многих странах. В России он реализуется нормами по теплозащите зданий, например, через СНиП 23-02-2003 и СП 23-101-2004, принятыми за основу и при внедрении подобных норм в Кыргызстане с 2009 г.

Потенциал сокращения энергопотребления существующих гражданских (жилых и общественных) зданий путем экономически обоснованной дополнительной теплоизоляции наружных ограждений составляет около 40–60 %.

Известно, что перерасход энергоресурсов, связанный с недостатками методов разработки генпланов, выбора плотности застройки и архитектурно-планировочных решений жилых и общественных зданий, составляет приблизительно 20–25 %. Большой резерв экономии расхода теплоты кроется и в улучшении способов по ограничению возникновения «тепловых мостов», инфильтрации наружного воздуха, использованию строительных конструкций для приема и аккумуляции теплоты солнечной радиации, интеграции элементов активных и пассивных гелиосистем к архитектурным элементам зданий.

Вторая глава посвящена разработке теоретической основы практики повышения энергоэффективности теплового режима гражданских зданий.

В первой имитационной математической модели здания оно представлено как открытая термодинамическая система с объемом , ограниченным внешней границей теплозащитной его оболочки с площадью . Элементарное изменение среднемассовой температуры здания с общей теплоемкостью за время зависит, во-первых, от процесса теплообмена внешней поверхности оболочки здания с окружающей средой, во-вторых, от результирующего эффекта отдельных потерь и поступлений теплоты внутри указанной границы этой оболочки . Это изменение происходит при средних за время температурах на этой поверхности и окружающей среды . Причем на практике принимают вместо значения температуру наружного воздуха , а усредненный по времени и поверхности коэффициент теплообмена – как сумму коэффициентов конвективного и лучистого составляющих.

Величина характеризует, с одной стороны, теплоту нагревания или охлаждения массы как отдельных физических тел, находящихся внутри указанной внешней границы оболочки здания, так и поступающей в него и уходящей из него воздушной среды, с другой – выделение теплоты от людей, бытовых приборов, технологического оборудования и др.

Математическое описание оказывается более точным при рассмотрении индивидуальных особенностей теплообмена каждого вида наружной поверхности здания (с площадью при соответствующих средних значениях , и ) и выглядит:

=. (1)

На основе вышеизложенных позиций здание можно представить как куриное яйцо, находящееся в тепловом взаимодействии с окружающей средой через наружную поверхность его скорлупы. В реальности здание предназначено создавать обитаемый объем с чистым воздухом, обеспечивающий, например, комфортное самочувствие людей. Изменение среднемассовой температуры этого воздуха в здании с общей теплоемкостью зависит, во-первых, от условий его теплообмена с контактирующимися поверхностями как ограждений, так и мебели, оборудования и др., во-вторых, от результирующего эффекта явной теплоты массы поступающей в него и уходящей из него воздушной среды, представленного, например, в виде.

Тепловое взаимодействие внутреннего воздуха с указанными поверхностями за время зависит от средних за это время среднемассовой температуры этого воздуха и средней температуры на этих поверхностях , имеющих общую площадь . Интенсивность такого взаимодействия характеризуется средним коэффициентом конвективного теплообмена .

Имитационная математическая тепловая модель здания более точна, если отдельно представлять индивидуальные особенности теплообмена внутреннего воздуха с каждой поверхностью, которая имеет контакт с ним через ее площадь при соответствующих средних значениях , и :

= . (2)

Тепловые долгосрочные процессы, происходящие в воздухе в здании под действием приблизительно повторяющихся внешних и внутренних воздействий, можно рассматривать как квазистационарные. Тогда они в совокупности составляют условно стационарные процессы за сутки, месяцы и сезоны года. В связи с этим левую часть преобразованного уравнения (2) в виде можно представить как . При этом члены его правой части могут выступить в качестве других составляющих уравнения баланса теплоты здания за долгосрочный период, связанных с результирующими краткосрочными потоками ее потерь (теплопередачей через оболочку , на нагревание или охлаждение поступающего внешнего воздуха ) и поступлений (от солнечной радиации , от людей, приборов, оборудования и др. ) по формуле

. (3)

При рассмотрении долгосрочного теплового состоянии здания доля становится незначительной. Поэтому, например, месячный и сезонный баланс теплоты воздуха в здании можно представить с достаточной точностью как уравнение (3) при 0.

Важной теоретической основой энергосберегающей стабилизации параметров микроклимата в здании является, при прочих равных условиях, предложенный принцип суточного саморегулирования теплового режима его помещений, направленный на минимизацию текущей разницы суммарных потерь и поступлений теплоты, т.е. величины . Наибольший эффект такого саморегулирования достигается для холодного периода при максимальном и сбалансированном увеличении величины () и уменьшении – ().

В ночные часы суток окно, ориентированное, например, на экватор, может играть роль теплопроводного включения наружной стены, а в дневные часы при безоблачной погоде наоборот, – источника теплоты для нагревания помещения. Например, его стекло в часы около полудня солнечного времени повышает свою температуру настолько, что оно уже нагревает окружающую среду как на внутренней, так и на внешней его стороне. Если поверхность окна со стороны помещения (с и ) имеет средний коэффициент теплообмена , представленный как сумма средних коэффициентов лучистого и конвективного теплообмена, то общий динамичный поток теплоты от этой поверхности окна можно представить в виде

, (4)

где – коэффициент притока теплоты суммарной солнечной радиации сквозь стекло с , определяемый в зависимости от способности этого стекла отражать, пропускать и поглощать ее.

Значения обоих слагаемых правой части этого уравнения колеблются от нуля до своего максимального значения и наоборот в зависимости от времени суток. Причем, первое слагаемое меняет также свой знак: существуют периоды передачи лучисто-конвективного потока теплоты, направленного от поверхности окна в сторону помещения (когда температура помещения < ) и от него (когда > ). «Ночной» режим такого теплового эффекта характеризуется условием = 0.

Следует отметить, что любая конструкция окна в относительно теплые и безоблачные дни имеет свой «порог чувствительности» к плотности потока поступающей суммарной солнечной радиации, например, равной , выше которой наблюдается конвективно-лучистое поступление (с ее поверхности ) в помещение той части солнечной теплоты, которая накоплена в массе этой конструкции. Тогда величину = , соответствующую «порогу чувствительности» данного окна, можно определить на основе уравнения (4) при = 0 как

. (5)

Это значение относится к тем моментам времени суток, когда «ночной» тепловой эффект окна переходит на «дневной» и наоборот. В холодную погоду с переменной облачностью неба этот момент времени может оказаться не только в утренние и вечерние часы, но и, например, в соответствующий период середины дня.

В холодный период года по условиям «дневного» теплового режима несветопрозрачного ограждения, облучаемого солнцем, целесообразно, чтобы его масса имела минимальную теплоемкость и максимальную теплопроводность (для пропуска через себя максимального количества аккумулированной теплоты солнечной радиации в помещение), а «ночного» – наоборот: ограждение должно иметь высокую теплозащитную способность. Рассмотрение особенностей «дневного» теплового режима тем важнее, чем ближе местоположение здания к экватору. Здание на крайнем севере испытывает в основном «ночной» тепловой режим и, соответственно, требуется значительная его теплозащита. В условиях гор Кыргызстана, где наблюдается суровый и вечный мороз, требуется такая же теплозащита, но следует учесть большой вклад солнечного нагревания, например, через окна на южном фасаде, поскольку очень интенсивна здесь солнечная радиация.

При режимах теплого периода, когда осуществляется охлаждение помещения ночным проветриванием, охлаждаемые поверхностные слои ограждений должны иметь высокую теплопроводность и максимальную теплоаккумулирующую способность.

На практике в качестве диктующих условий, которые позволяют определить целесообразные теплотехнические показатели ограждения, могут выступить «дневные» или «ночные» процессы теплопередачи, происходящие через него как в холодный, так и в теплый период года. В решении подобных инженерных задач величина расчетной площади каждого ограждения определяется по так называемым «правилам обмера». Они призваны учитывать косвенно и приблизительно особенности трехмерных нестационарных процессов теплообмена в толще ограждений.

Выгодна такая геометрическая форма здания, которая образует максимальный внутренний теплозащищенный объем при минимальной площади его контакта с внешней средой. Отсюда следует, что идеальная геометрическая модель здания – это шар.

Предложен теоретический подход, основанный на оценке степени совершенства формы реального здания заданного объема путем рассмотрения разницы между общими потерями теплоты рассматриваемого здания и теоретического здания в виде шара того же объема. При этом принято, что на практике важным показателем служат годовые затраты теплоты на нагревание здания. Поэтому при решении вышеуказанной задачи рассмотрен его тепловой баланс за отопительный сезон в виде уравнения (3). Допустим, что за этот сезон соответствующие поступления теплоты теоретического и реального здания равны между собой: и . Тогда подача теплоты системами отопления обоих зданий ( и ) зависит только от их общих потерь ( и ), определяемых как сумма потерь из-за теплопередачи через ограждения ( и ) и нагревания поступающего наружного воздуха ( и при равенстве температур внутреннего и уходящего воздуха), например, как

, (6)

где приняты для здания средние за период значения: – среднесуточных температур наружного воздуха; – объемной удельной теплоемкости воздуха; – общей кратности воздухообмена; – температурного показателя теплового эффекта окружающей среды. При этих температурных условиях и когда оба здания имеют одинаковую кратность воздухообмена , то и разница общих потерь теплоты этих зданий и составляет . Разделив обе части этого равенства на , получим, что . Это уравнение является практически важной теоретической базой улучшения формы реального здания, если выразить его правую часть через зависимости для и .

При условии, когда теоретическое здание обладает = , расположено на том же месте строительства и имеет идентичные условия контакта ограждений с окружающей средой, как и реальное здание, выраженного в виде = , относительное превышение общих потерь теплоты последнего составляет

– 1. (7)

Величина выражает степень энергоэффективности формы здания и служит количественной мерой теоретически возможного потенциала улучшения формы реального здания заданного объема относительно показателей идеального здания в виде шара того же объема. Предлагаемый подход прост, нагляден и практически результативен. Он служит для широкого круга специалистов эффективным теоретическим инструментом улучшения формы здания при решении задач его проектирования, строительства, реконструкции и эксплуатации.

Далее предлагается улучшать показатели отдельных ограждений и, в первую очередь, тех, которые оказывают наибольшее влияние на формирование теплового режима здания. При прочих равных условиях, такое влияние проявляется через соответствующие процессы конвективного, кондуктивного и лучистого теплообмена. Причем они испытывают особую динамику при наличии теплового эффекта солнечной радиации. Суммарный («дневной» и «ночной») тепловой эффект этих процессов целесообразно контролировать путем целенаправленного влияния на частные параметры механизма их проявления. Энергосберегающего увеличения или уменьшения потерь и поступлений теплоты здания можно добиться за счет создания специальных заграждений у ограждений. Представителями таких заграждений являются устройства затенения от солнечных лучей, ставни, шторы и жалюзи окон, защитные и декоративные экраны, остекления солнечно-активных наружных стен.

Автором предложена (и одобрена в 1989 г. на конференции в г. Праге, Чехословакия) концепция энергосберегающей архитектуры и саморегулирования теплового режима помещений здания. Причем создание энергосберегающей архитектуры основано на решении задач по улучшению, во-первых, места размещения, формы, размера и ориентации здания, его отдельных помещений и ограждений, во-вторых, энергосберегающих заграждений у ограждений.

Имитационную математическую модель здания в виде формулы (2) можно принять как зависимость, которая выражает для любого момента времени равенство сумм всех ее потерь и поступлений = , включающих в себя и величину . При этом левую часть этого равенства можно выразить путем отдельного представления поступлений теплоты (или холода) от системы искусственного отопления (или охлаждения) в виде суммы + . Полученное уравнение баланса потоков теплоты = + станет универсальным, если записать его как соотношение

. (8)

Величина представляет собой показатель термической энергоэффективности теплового режима здания. Она характеризует способность здания поддерживать заданные параметры теплового микроклимата при минимальном привлечении искусственных ресурсов тепловой энергии .

Установлено, что существуют следующие теоретически возможные и практически наблюдаемые типы теплового состояния здания.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.