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 | 3 || 5 | 6 |

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

-- [ Страница 4 ] --

Серией других натурных исследований, осуществленных при бесконтактных измерениях температуры на поверхностях окна, которые обращены в сторону помещения, установлено, что такое окно (с трехслойным остеклением и пятикамерными металлопластиковыми профилями), ориентированное на экватор, около полудня солнечного времени при безоблачной и безветренней погоде выступает как лучисто-конвективный источник отопления. Это вызвано тем, что средняя температура на указанных поверхностях окна оказывается выше, чем температура внутреннего воздуха и радиационная температура помещения.

Разработанная компьютерная программа расчета (на языке "Turbo-Pascal") позволяет определить текущие и интегральные значения интенсивности потока прямой, рассеянной и отраженной солнечной радиации, поступающей на поверхность любой ориентации и любого наклона для любого часа календарного дня, количества суток и сезона года. Расчеты можно осуществить для любой географической широты местности на любой высоте над уровнем моря с учетом степени загрязнения атмосферы. Сезонные расходы искусственных ресурсов энергии на отопление, охлаждение и вентиляцию следует определять при поступлении теплоты солнечной радиации, найденной с учетом облачности неба. В компьютерные программы расчета были заложены и используются соотношения продолжительностей наблюдения облачного и безоблачного неба среднего дневного периода суток каждого месяца для 13 наиболее важных населенных пунктов Кыргызстана (такие данные имеются и для 54 метеорологических пунктов на территории России). Для этого используются соответствующие графические годовые структуры погоды, представленные на географических атласах. Приемлемая достоверность результатов расчета суммарной солнечной радиации для безоблачного неба, а также при средней его облачности подтверждена тем, что их погрешность по сравнению с данными, приведенными в СНиП «Строительная климатология», не превышает ±7 %.

Эффективность пассивных способов солнечного нагревания здания изучена путем компьютерного решения уравнений теплового баланса для холодного периода года. В качестве объекта исследования приняты идентичные компактные здания в виде куба с одинаковой ориентацией, расположенные в климатических условиях г. Новосибирск и г. Кызыл-Кия (Кыргызстан). Расчеты осуществлялись с учетом средней облачности неба. Рассмотрен тепловой эффект через обычные окна с двойным остеклением на Ю, В и З фасадах и остекленную солнечно-активную бетонную стену Ю фасада. Изучена целесообразность применения этой стены при возможных сочетаниях вариантов одинарного и двойного остекления, вентилируемой и невентилируемой воздушной прослойки между стеклом и стеной, окрашенной в черный цвет. Были построены графики изменения всех составляющих уравнения (3) по месяцам холодного периода при . Установлено, что массивная стена с двойным остеклением и невентилируемой воздушной прослойкой совместно с указанными окнами дает наилучший эффект – позволяет снизить сезонный расход теплоты на искусственное отопление здания в г. Новосибирск на 30,6 %, в г. Кызыл-Кия – на 49,3 %. Такие снижения, относящиеся только к окнам, составляют, соответственно, 6 % и 14,6 %. Выявлена, что действительная продолжительность отопительного сезона значительно уменьшается. Например, в условиях г. Новосибирск систему отопления можно включать не в середине, а в конце сентября, а в условиях г. Кызыл-Кия – выключать ее намного раньше – в начале третьей декады февраля.

В течение отопительного периода 2003-2004 гг. испытан экспериментальный вариант установки пассивного солнечного отопления двухкомнатного жилого дома в г. Бишкек через остекленную (10,4 м2) глинобитную стену южного фасада. Такая стена позволяет снизить годовой расход теплоты на отопление здания на 30-40 %. В теплый период, когда возможно перегревание помещения, деревянные крайние рамы в виде створок накладываются на аналогичные центральные рамы для затенения стены за счет размещения блестящей полиэтиленовой пленки между ними. При этом обеспечивается также свободное продувание подстекольного пространства, что дополнительно снижает суточные поступления теплоты в помещение.

На основе компьютерных расчетов изучена энергоэффективность теплового режима компактных трехэтажных жилых зданий, имеющих одинаковые объемы = 912,7 м3 и различные варианты формы и ориентации. Для них приняты одинаковыми суммарные площади окон = 60 м2 и остекленных массивных стен = 64 м2. Эти окна и стены имеют двухслойные остекления и размещены на фасадах с южной стороны. Некоторые результаты суммарного солнечного нагревания этих зданий представлены на рис. 1. Из I и II вариантов зданий, имеющих одинаковые формы, но различные ориентации, эффективнее I вариант с более интенсивным поступлением суммарной солнечной радиации на окна и остекленные стены. Установлено, что целесообразно принимать указанную стену с невентилируемой воздушной прослойкой.

Наибольшую продолжительность периода отопления имеет II вариант здания (135 сут., отметим, что = 150 сут.), а наименьшую – III вариант (111 сут.). Она для I варианта здания, имеющего наибольшее поступление теплоты солнечной радиации , оказалась больше (115 сут.), чем у III варианта.

Рис. 1. Динамика изменения потерь (, ) и поступлений ( и ) теплоты и энергоэффективности () теплового режима зданий различной формы и ориентации

Это связана с тем, что здание I варианта обладает большим потенциалом совершенствования энергоэффективности формы (соответственно и большими потерями теплоты ), чем у III варианта здания в виде восьмигранника. Для найденных значений определяются величины , , и с целью расчета требуемой теплоты на отопление . Она эквивалентна площади той зоны графика, которая расположена между горизонтальной осью и линией изменения . Изложенные данные о динамике потерь, поступлений и подачи теплоты характеризует лишь отдельные аспекты теплового режима здания. Более общей количественной мерой энергоэффективности теплового режима здания служат текущие значения показателя , определенные по формуле (8).

Идеально энергоэффективное здание с = 0 характеризуется текущими значениями = 1, наблюдаемыми в течение всего отопительного сезона. Для реального здания значение = 1 означает, что заданные уровни и обеспечиваются в соответствующий период года без привлечения искусственных ресурсов тепловой энергии. Например, для здания III варианта (рис. 1) такие режимы представлены горизонтальными участками графика с ординатой = 1.

Показатель энергоэффективности служит, в частности, как численный показатель, характеризующий продолжительность отопительного периода в виде записи 0 < 1. Если запись =1 соответствует «нулевому» потреблению искусственных ресурсов энергии, то запись = 0 описывает тот тепловой режим здания, когда такое потребление максимально, т. е. когда отсутствуют внутренние поступления теплоты и не привлекаются естественные ресурсы энергии на нагревание или охлаждение здания. Следовательно, условие = 0 соответствует максимальной подаче теплоты системой отопления = .

При потеплении погоды весной, после наступления момента, когда =1, суммарные поступления теплоты + становятся больше суммарных потерь + . Математически это выражается как

jpg">> 1. Такая запись показывает, что уже требуются, начиная с указанного момента, режимы охлаждения здания, чтобы обеспечить заданный уровень . Но на практике в период между сезонами отопления и охлаждения самоустанавливаемые значения весной постепенно изменяется от до , а осенью – в другую сторону. Эти расчетные температуры должны быть энергосберегающими: – минимальной, а – максимальной из возможных (допустимых) нормативных значений (по ГОСТ и СНиП). Тогда диапазон изменения между ними станет больше – повышается продолжительность периода без искусственного отопления и охлаждения. Такая продолжительность увеличится еще больше, если в начале и конце сезонов отопления и охлаждения обеспечить саморегулирование теплового режима за счет согласованного привлечения естественных ресурсов энергии для вентиляции, нагревания (солнечной радиацией, подачей теплого наружного воздуха и др.) и охлаждения (ночным проветриванием, длинноволновым излучением и др.). Целесообразно использование для этого и энергосберегающую архитектуру – стационарных и мобильных тепловых экранов, устройств затенения и улавливания ветра и защиты от него, остекленных солнечно-активных стен и др. Эти меры позволяют не только снизить расход теплоты и холода, но и сократить продолжительность периодов суточного и сезонного искусственного отопления и охлаждения. Достигается этим и экономия электроэнергии, потребляемой нагнетателями систем обеспечения микроклимата.

Следовательно, проблему повышения энергоэффективности теплового режима здания следует рассматривать как задачу повышения текущих и сезонных значений .

В пятой главе представлены особенности создания энергосберегающей архитектуры здания и оптимизации теплозащитной способности его оболочки.

Одним из возможных пожеланий заказчика может оказаться разработка проекта здания с такой теплозащитой, которая исключает искусственное отопление и охлаждение. Для этого случая из уравнения (3) при и с использованием аналогичного выражения [как первое слагаемое правой части уравнения (6), относящегося к реальному зданию] для можно определить

. (10)

Для зданий обеспечение требует больших капитальных затрат на создание ограждений с соответствующим слоем теплоизоляции толщиной . Причем величины любого ограждения и любого здания имеют графическую зависимость от аргумента в виде ниспадающей экспоненты. Компьютерными расчетами, осуществленными на основе таких зависимостей, установлено, что существуют критические значения и , ниже которых дальнейшее их уменьшение за счет увеличения экономически нецелесообразно. Рассмотрение трехэтажного жилого дома в виде куба в г. Бишкек показало, что для наружной стены критический коэффициент теплопередачи достигается при толщине , которая значительно выше той толщины, которой соответствует оболочки этого здания. Отсюда получен практически важный вывод: для реального здания необходимо принимать экономически приемлемую толщину ограждений, чтобы создать менее дорогостоящее здание для случая выполнения условия . При таком здании более экономичными могут оказаться те энергосберегающие меры, которые позволяют оптимизировать, например, значения и в уравнении (3). Интересно, что теоретическое здание с ограждениями с минимальными термическими сопротивлениями материальных слоев (с 0), имеющими , обладает . Тогда для выбора реального здания справедливо, во-первых, соотношение < < , во-вторых, условие . Причем нормативное значение определяется при нормативных коэффициентах теплопередачи наружных ограждений, принятых по СНиП 23-02-2003 в зависимости от значений градусо-суток Dd расчетного отопительного периода. Вышеизложенный подход сравнения идеальных и реальных показателей теплозащиты повышает результативность рассмотрения здания в целях минимизации его энергопотребления и поддержания параметров микроклимата помещений, а также для обеспечения долговечности, теплоустойчивости, сопротивления воздухо- и паропроницанию экономически приемлемых ограждающих конструкций, предотвращения ими увлажнения, намокания и появления плесени.

Компьютерные расчеты позволили изучить динамику теплового эффекта затенения любого ограждения здания как для любого часа любого безоблачного календарного дня года, так и для многолетних среднемесячных условий облачности неба. Для здания в г. Бишкек (42°51 северной широты) рассмотрены различные варианты затенения окна, ориентированного на юг, на восток, запад, юго-восток и юго-запад и имеющего остекление в виде витрины размером 2 м х 1,8 м. В случае ориентации его на юг наибольшее снижение поступления солнечной теплоты наблюдается при одновременном использовании верхнее-горизонтального Г и двух вертикальных устройств затенения с их восточным вВ и западным вЗ расположением у окна. В холодные зимние месяцы (например, с 1 ноября по 31 марта) указанное сочетание устройств затенения шириной 800 мм приблизительно в 1,5 раза снижает общее поступление теплоты прямой солнечной радиации. Летом наименьший эффект затенения наблюдается при отдельном использовании устройств вВ и вЗ расположения.

Выдвинутая идея создания энергосберегающей архитектуры здания предполагает, в частности, выбор целесообразной формы здания.

Установлено, что для вариантов зданий с одинаковым объемом , но различными формами предложенная величина [по формуле (7)] имеет прямолинейную зависимость от удельной площади внешней поверхности их теплозащитной оболочки = . На основе использования этой формулы для теоретического здания в виде шара такого же объема, рекомендовано определять значение для здания любой формы по выведенному выражению

. (11)

Как видно, расчетная формула удобна для проектировщика, поскольку не содержит геометрические показатели сравниваемого теоретического здания.

Из числа наиболее распространенных зданий, имеющих вид четырехгранных прямых призм, энергоэффективной формой обладает здание в виде куба с 0,24.

Старинные здания и сооружения как историческое наследие архитектурной мысли народов, живущих в холодных климатических условиях, обычно имеют более округлые фрагменты формы в зоне обитания и пребывания людей. Например, кыргызская юрта может служить эталоном формы здания с позиций акустики, эффективности и экономичности освещения, вентиляции, нагревания и охлаждения его объема. Теоретический резерв совершенствования ее формы составляет незначительную величину и равен лишь 0,154.

На основе вышеизложенного следует, что задача повышения энергоэффективности теплового режима здания предполагает рассмотрение этапа снижения показателя .

Шестая глава посвящена особенностям практического опыта повышения энергоэффективности теплового режима зданий при их проектировании, создании, реконструкции и эксплуатации.

Предложенная общая методология улучшения теплозащитных качеств существующего здания позволяет определить, в частности, стратегию поэтапного их совершенствования. При этом устанавливается приоритетно-последовательный энергетически и экономически выгодный путь его реконструкции.

В 1996 г. при участии автора осуществлена энергосберегающая реконструкция девятиэтажного крупнопанельного жилого дома 105 серии по адресу: г. Бишкек, микрорайон «Асанбай», д. 9. Энергоффективность дополнительной теплоизоляции наружных стен и чердачного перекрытия (листами пенопласта толщиной 50 мм) и реконструкции систем отопления и горячего водоснабжения оценена путем сравнения данных экспериментальных измерений в реконструированном и аналогичном контрольном здании идентичной формы и ориентации.

В тепловых пунктах обоих зданий были установлены счетчики потребления теплоты указанными системами, а также счетчики расхода горячей воды. В реконструированном здании также установлены: в тепловом пункте – регулятор подачи теплоты на отопление, работающий по сигналу датчика температуры наружного воздуха; регулятор постоянства расхода воды, циркулирующей в системе отопления; трехходовой автоматический клапан, поддерживающий температуру (около ) подаваемой горячей воды; в квартирах – термостатические клапаны и местные счетчики теплоты у каждого нагревательного прибора отопления, счетчики расхода горячей воды.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 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.