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 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 6 |

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

-- [ Страница 3 ] --

Естественное тепловое состояние здания характеризуется тем, что здание не испытывает на себя тепловые воздействия искусственных источников энергии, биологически активных организмов (включая теплокровных животных и сочного растительного сырья), энергетически ощутимых процессов изменения агрегатного состояния и химического состава физических тел. Соответственно тепловые воздействия на здание формируются лишь за счет теплового эффекта солнечной радиации и окружающей среды. При таком тепловом состоянии для долгосрочного холодного периода года, когда значения самоустанавливаются, наблюдаются соотношение < , а также , и , зависимость показателя термической энергоэффективности теплового режима здания принимает вид .

Естественно-возмущенное тепловое состояние здания. В реальности естественное состояние здания часто оказывается нарушенным из-за возникновения внутренних тепловых воздействий, выраженных величиной . Для долгосрочного холодного периода, когда значения самоустанавливаются, наблюдаются соотношение < , а также и 0, справедлива запись .

Искусственное тепловое состояние здания характеризуется наличием воздействий и , а также влиянием тепловой энергии систем искусственного отопления или охлаждения. Для отопительного сезона или его отдельных периодов (месяцев), когда поддерживается около заданной, < и , показатель термической энергоэффективности теплового режима здания принимает вид

. (9)

Теоретическая сущность величины заключается в том, что она численно характеризует практически важное свойство здания – его термическую способность и приспосабливаемость к поддержанию заданного уровня теплового микроклимата с минимальным привлечением искусственных источников тепловой энергии. Главная задача повышения – уменьшить значения за счет соответствующего изменения составляющих правой части этого уравнения путем минимизации величины = / (+).

Теоретически оправдано принять как наиболее важный параметр теплового микроклимата температуру воздуха в помещении и рассмотреть круглогодичную динамику ее изменения при естественном тепловом состоянии здания, чтобы оценить теплозащитную способность здания. Для этого состояния в течение года средние за месяцы среднесуточные значения следуют за изменениями аналогичных значений температуры наружного воздуха. Обычно такое изменение графически выглядит приблизительно как синусоида с годовым периодом . Ее нижняя часть характеризует период года с преимущественно прохладным внутренним микроклиматом с продолжительностью , а верхняя – преимущественно с теплым микроклиматом с продолжительностью при . Чем больше амплитуда этой синусоиды, тем хуже теплозащитная способность здания. Для обычного здания горизонтальные линии, проходящие через ординаты, определенные энергосберегающими расчетными (экономически целесообразными) температурами воздуха в (обслуживаемой зоне) здании и , «срезают», соответственно, нижнюю и верхнюю часть этой синусоиды, показывая по точкам пересечения продолжительность периодов и , когда необходимо искусственное отопление и охлаждение. Указанная «энергосберегающая расчетная температура» означает, что (например, по ГОСТ 30494-96) является минимальной температурой из оптимальных (допустимых) расчетных для холодного периода, а – максимальной – из допустимых (но не выше разрешенных по СНиП 41-01-2003) расчетных для теплого периода. Эти расчетные температуры позволяют, при прочих равных условиях, свести к минимуму затраты теплоты на отопление, охлаждение и вентиляцию.

Предложен временной показатель энергоэффективности теплового режима здания при заданных значениях и в виде и . Он универсален и численно характеризует степень сезонной приспосабливаемости здания к внешним и внутренним тепловым воздействиям. Чем ближе его значения к единице, тем лучше энергоэффективность теплового режима здания и наоборот. Для теоретического здания с идеальной теплозащитной способностью, имеющего = 0, указанная выше синусоида оказывается между горизонтальными линиями, проходящими через ординаты и . Соответственно, для такого здания = 1.

Предложенные показатели термической и временной энергоэффективности теплового режима служат как расчетно-методический инструмент для его улучшения и количественной оценки.

Общие свойства здания, определяющие его тепловое состояние, предложено назвать «теплозащитными качествами здания» и представить их в виде совокупности таких основных его показателей, как: 1) объем; 2) форма; 3) ориентация; 4) общая площадь поверхности теплозащитной оболочки; 5) степень ветрозащищенности, затененности и примыкания (к грунту, другому зданию и т.д.); 6) уровень герметичности и проветриваемости; 7) теплотехнические характеристики ограждений.

Предлагается спирально-циклическая модель и методика улучшения указанных теплозащитных качеств здания, основанные на повторно-поэтапном решении задач по определению: I) благоприятного эффекта взаимодействия здания с окружающей средой (с позиции акустики, зрительного обзора, доступности чистого воздуха и др.); II) объемно-планировочных показателей на основе предложенной концепции энергоэффективной формы здания; III) целесообразной ориентации здания, его энергоемких помещений и ограждений (с позиции эффекта влияния солнечной радиации и окружающей среды); IV) энергосберегающих теплотехнических показателей наружных и внутренних ограждений.

Все четыре этапа улучшения в большей или меньшей степени подвержены влиянию экономических, финансовых, экологических и социальных факторов, национальных традиций и менталитета населения, а результативность их зависит от уровня знаний, опыта и эстетических вкусов как заказчика, так и исполнителей: архитектора, проектировщика и строителя.

В третьей главе рассмотрены энергосберегающие тепловые режимы обеспечения микроклимата в помещениях здания.

Ход среднестатистических значений среднесуточных температур наружного воздуха данной местности за эталонный климатический год имитирует течение времени от сезона к сезону. Для разработки стратегии круглогодичного энергосбережения в здании удобен графический способ представления уравнения (3). Предлагается осуществить компьютерные расчеты и построить графики величин , , и в зависимости от , чтобы получить картину сезонной динамики изменения согласно формуле (3) при . Если принять в качестве энергосберегающей расчетной температуры воздуха в большинстве помещений, например, жилого здания = 20 °С, то для здания линии изменения и в зависимости сходятся при = 20 °С, когда = = 0. При расчетной температуре определяются расчетные ординаты этих прямых – и .

Линии, относящиеся к изменению интегральных значений , , и по продолжительности, строятся в зависимости от числа часов, в течение которых наблюдается заданное значение температуры и тех температур, которые ниже этой. Аналогично строятся подобные линии, относящиеся к суммарным потерям (+ ) и поступлениям (+ ) теплоты. Площадь зон между линиями этих сумм эквивалентна годовым затратам теплоты (холода) на искусственное отопление (охлаждение).

Характер отдельных линий потерь ( и ) и поступлений ( и ) теплоты позволяет определить наиболее результативные пути и меры по реализации спирально-циклической модели и методики улучшения теплозащитных качеств здания. Такое улучшение сводится к решению наглядной «геометрической» задачи – требуется шаг за шагом уменьшать площади указанных зон графика, характеризующих затраты искусственных ресурсов энергии на обеспечение приемлемых параметров теплового микроклимата.

Вышеизложенную практически важную «геометрическую» методологию повышения энергоэффективности теплового режима здания выражает предложенная концепция «ножниц»: графики суммарных потерь + и поступлений теплоты + представляют собой скрещенные линии с точкой их пересечения, когда они равны между собой. Причем эта точка является и осью этих “ножниц”. Для теоретического здания концы этих «ножниц» замкнуты вокруг этой оси, поскольку разница общих потерь и поступлений теплоты равна нулю как для холодного, так и теплого периода года.

Следует сначала определить вид и положение «ножниц» графиков суммарных потерь и поступлений, затем решать задачи дальнейшего повышения энергоэффективности теплового режима здания, чтобы максимально замкнуть эти «ножницы». Например, базовые «ножницы» уже энергоэффективны и их дальнейшая оптимизация дает еще большую экономию энергию, если графики и были построены для энергосберегающих (экономически целесообразных) расчетных температур (скажем, по ГОСТ 30494-96 и СНиП 41-01-2003) воздуха в (обслуживаемой зоне) здании и .

При оптимизации «ножниц» наличие избытка или дефицита теплоты наглядно показывает на необходимость энергосберегающего изменения потоков теплоты , , и (даже ). Причем для каждого диапазона изменения выбирается энергоэффективный тепловой режим с целью минимизации .

В четвертой главе рассмотрены задачи оптимизации теплового эффекта солнечной радиации и окружающей среды на здание.

Степень оптимизации теплового эффекта солнечной радиации и окружающей среды на параметры микроклимата помещениях здания определяет уровень, во-первых, первоначальных капитальных затрат на сооружение самого здания и систем его отопления, охлаждения и вентиляции, во-вторых, затрат на их эксплуатацию. Климатические показатели местности в виде градусо-суток расчетного отопительного периода Dd представлены на карте Кыргызской Республики в виде изолиний, относящихся к населенным зонам ее территории. Такую карту можно использовать при прогнозировании расхода теплоты на отопление и вентиляцию конкретных зданий и определении стратегии обеспечения энергоресурсами различных регионов. Это связано с тем, что Dd выступает главный параметр при расчете сезонных потерь теплоты и любого здания.

Для холодного периода повышения энергоэффективности теплового режима здания можно добиться, в частности, при уменьшении величин и . Это достигается, например, на основе уравнения за счет снижения значений всех составляющих правой его части, кроме климатического параметра . Значительный потенциал кроется в возможности принятия энергосберегающей расчетной температуры воздуха в здании. Минимизация и расчетной кратности воздухообмена позволяет минимизировать и величину . При этих условиях достигается также сокращение реальной продолжительности отопительного периода.

Важно сосредоточить усилия на снижение . Здание можно рассматривать как объем , заключенный наружной поверхностью теплозащитной оболочки , при ее среднем коэффициенте теплопередачи . Причем геометрической характеристикой здания любой формы служит математическая запись в виде Следовательно, для снижения рассматриваемого здания требуется уменьшать показатели и . Распространено снижение за счет улучшения теплозащитных способностей материальных слоев наружных ограждений.

Ограждения здания могут примыкать к грунту основания, холодному подвалу, веранде и другим теплозащищенным воздушным пространствам. Для расчета интенсивности теплопередачи через эти ограждения действительный температурный напор () можно заменить расчетным в виде (), где поправка является температурным показателем теплового эффекта окружающей среды. При условии b > 0 помещение испытывает влияние потерь теплоты через примыкающее ограждение. Условие b = 1, являясь одним из возможных условий с b > 0, характеризует случай, при котором ограждение с внешней стороной имеет непосредственный контакт с наружным воздухом. Если b < 0, поток теплоты направлен в сторону помещения. Следовательно, целесообразно снизить за счет экономически приемлемых конструктивных решений.

Обычно наблюдается превалирующее ночное охлаждение и дневное нагревание ограждений здания. Динамику этих процессов целесообразно изучать на основе опытных измерений. Методически оправдано, если рассмотреть наиболее простой случай, когда минимизирован эффект теплового воздействия на наружное ограждение, например, со стороны помещения. В качестве объекта экспериментальных исследований принят двухэтажный одноквартирный дом в г. Бишкек с нормативной теплозащитой, где температура воздуха в помещениях автоматически поддерживалась около заданной с помощью термостатических клапанов, установленных у каждого радиатора низкотемпературной двухтрубной системы отопления. Осуществлены долгосрочные и краткосрочные опытные исследования. При этом использован инфракрасный термометр Fluke 69 (наряду с приборами Testo 435 и Testo 445), имеющий сертификат соответствия России, достаточное быстродействие и высокую точность, для бесконтактного измерения температуры на поверхностях при погрешности показания на дисплее ±0,1 °С. Результаты измерений, произведенных со 2 по 12 января 2010 г., позволили оценить основные причины динамики нагревания и охлаждения наружных ограждений. Ежечасные изменения разности между температурами наружного воздуха и на внешней поверхности различных наружных стен, во-первых, стены, облучаемой прямыми лучами солнца, во-вторых, полностью затененной стены, а также между температурами воздуха в помещениях и на внутренних поверхностях указанных стен, позволили оценить соответствующий тепловой эффект ветра, суммарной солнечной радиации и .

В общем случае поступающая (прямая, рассеянная и отраженная) солнечная радиация вызывает нагревание наружного ограждения, а наружный воздух – либо конвективное его охлаждение, если < , либо конвективное его нагревание, если > . Причем установлено, что для незатененной стены южного фасада, имеющей с внешней стороны слой теплоизоляции из пенопласта (толщиной 50 мм) под штукатуркой, около безоблачного солнечного полудня значительно выше, чем . Соответственно, наружный поверхностный слой стены, нагретый лучами солнца, оказывается источником нагревания как наружного воздуха, так и прилегающей массы материала стены.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 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.