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 5 ] --

Как показали результаты натурных исследований, в опытный период потребление теплоты системой отопления для контрольного здания составило 20,36 МВт·ч, а реконструированного – 14,4 МВт·ч при 29,3 % энергосбережении. Измерения температуры воздуха в помещениях характерных квартир показали, что в контрольном здании ее среднее значение колебалось около 18 °С, а в реконструированном – около 20 °С. Соответственно, в контрольное здание за этот период требуется подавать около 22,7 МВт·ч теплоты, чтобы достичь такой же средней температуры воздуха в помещениях, как и в реконструированном здании. Расчетами установлено, что при поддержании одинаковой температуры воздуха в обоих зданиях, равной 20 °С, экономия тепловой энергии за счет реконструкции составляет 37 %.

Результаты вычислений, касающихся расчетного отопительного периода и условий, когда одинаковы в обоих зданиях, показали, что годовая расчетная экономия теплоты на отопление составляет около 40 % (из них вследствие дополнительной теплоизоляции – приблизительно 25 %, автоматического регулирования подачи теплоты в здание и в отдельные помещения – 15 % при соответствующем сроке окупаемости затрат около шести лет). Дополнительная экономия потребляемой теплоты жителями при оплате за нее по показаниям местных счетчиков, установленных на нагревательных приборах, и за счет использования термостатических клапанов составляет приблизительно 10-15 %. Следовательно, общее энергосбережение в здании составило 50-55 %.

Вследствие низкого уровня теплозащиты существующих зданий, особенно индивидуальных домов, отдельные виды энергосберегающей реконструкции (например, дополнительная теплоизоляция наружных стен, чердачного перекрытия, перекрытия над подвалом с применением экологически чистых отходов и дешевых местных материалов) окупаются иногда за 1,5-2 года. При участии автора и его студентов в 2002-2004 гг. осуществлены различные типы теплоизоляции наружных ограждений более 20 индивидуальных домов в холодных горных регионах Кыргызстана, позволившие на 40-60 % снизить расход теплоты на их отопление. Причем степень энергосбережения и улучшения комфортных условий в шести реконструированных домах (в различных климатических районах) определена на основе опытных измерений, осуществленных в течение двух отопительных сезонов – до и после такой теплоизоляции.

Опытными измерениями изучена энергетическая эффективность реконструкции 2237 тепловых пунктов, подключенных к централизованной открытой системе теплоснабжения г. Бишкек, а также каскада повысительных насосов (с регулируемой частотой вращения электродвигателя) на ее главных магистралях. В этих тепловых пунктах были установлены: бесшумные циркуляционные насосы вместо струйных элеваторов; регуляторы температуры воды на падающем трубопроводе системы отопления, работающие по сигналу датчиков температуры наружного воздуха; регуляторы постоянства расхода этой системы. Были измерены количества теплоты , отпущенной ТЭЦ в течение 6 отопительных сезонов (с 1997 г. по 2002 г.) в зависимости от среднесуточных температур наружного воздуха . В последние два сезона (т.е. после реконструкции 92 % всех теплопунктов) наблюдалась такая динамика потребления теплоты городом, которая оказалась более адекватной к тепловым режимам обслуживаемых зданий, в частности, к изменениям . Для учета реальных продолжительностей отопительных сезонов и соответствующих средних температур наружного воздуха были сопоставлены отношения к действительным значениям градусо-суток . Установлено, что указанная реконструкция позволила достичь общей годовой экономии расхода теплоты на отопление зданий, подключенных к общегородской тепловой сети, приблизительно на 3,5 %.

Специальные опытные измерения показали, что попытки энергосбережения путем отключения нагревательных приборов в отдельных помещениях (например, в лестничных клетках) здания приводят к отрицательному результату – снижается энергоэффективность микроклимата в смежных помещениях из-за того, что тепловой комфорт в них обеспечивается (вследствие снижения радиационной температуры в них, особенно в крупнопанельных жилых домах) при более высоких значениях температуры воздуха – при = 23…26 °С вместо нормативной= 20 °С. Это приводит к увеличению потерь теплоты через ограждения и на вентиляцию помещений.

В работе представлены также результаты опыта затенения элементов кровли, совмещенной с плоским покрытием здания. На основе компьютерных расчетов суточных и сезонных (за три жарких месяца) поступлений солнечной радиации изучены варианты затенения низких двускатных световых фонарей административных помещений здания в г. Каракуль на юге Кыргызстана. Установлено, что для затенения горизонтальных поверхностей целесообразна конструкция над ними, состоящая из ячеек квадратного сечения. Ячейки образованы листами (из рулонной алюминиевой фольги толщиной 0,3 мм и шириной 0,2 м), установленными вертикально по направлениям юг-север и восток-запад с размерами сторон 0,2 м. В холодный период южную сторону этой конструкции следует уклоном обеспечивающим максимальное сезонное поступление теплоты солнечных лучей.

На практике целесообразно интегрировать элементы солнечных установок к конструкциям здания, и наоборот. Реализовано, как пример, попутное летнее затенение и охлаждение совмещенной плоской мягкой кровли вспомогательного административного помещения ТЭЦ г. Бишкек за счет размещения на ней абсорбера солнечней установки. Абсорбер представляет собой открыто настилаемые на кровлю рулонные резиновые ленточные элементы, состоящие из восьми трубок с диаметром живого сечения около 8 мм. Прямое его назначение – предварительное солнечное нагревание части артезианской подпиточной воды тепловой сети в безморозный период года. Специально созданная опытная установка с комплексом измерительных приборов позволила автоматически записывать ежеминутные усредненные значения расхода нагреваемой воды, ее температуры до и после абсорбера, температуры и влажности наружного воздуха, скорости ветра, а также интенсивности суммарной и рассеянной солнечной радиации и длинноволнового излучения окружающей среды, поступающих на горизонтальную поверхность. Абсорбер выполняет функцию, во-первых, устройства затенения перекрытия, во-вторых, источника его охлаждения. Он за счет контакта с покрытием кровли охлаждает ее, т.е. снимает и полезно использует часть избыточной теплоты помещения для нагревания воды. Этим обеспечивается эффект лучистого охлаждения помещения более холодной поверхностью потолка, что значительно снижает уровень теплового дискомфорта присутствующих людей, характерного для периода летнего перегрева.

Обычно в условиях резкоконтинентального климата большинство гражданских зданий имеет значительный расход энергии как на отопление, так и на охлаждение. Здание с ограждениями из сильно прессованных тюков соломы во многом свободно от такого перерасхода энергии. Такое здание, запроектированное и построенное с участием автора и его студентов в с. Жарды-Суу Московского района Кыргызстана, состоит из зала собраний и рабочей комнаты с внутренними размерами в плане 11,5 м х 6,0 м и 4,0 м х 2,0 м при высоте 3,2 м. Несущей конструкцией здания служит деревянный каркас, образующий стойки стен и фермы перекрытия. Соломенные тюки, плотно уложенные друг к другу между указанными элементами каркаса и имеющие с двух сторон глиняные защитные штукатурки, создают слой качественной теплоизоляции толщиной 0,5 м. Принята ориентация продольного фасада строго на юг при расположении пластиковых окон с двухслойным остеклением почти заподлицо с поверхностью этого фасада.

Ожидаемые энергозатраты на отопление этого здания были оценены путем сравнения его показателей с данными здания с обычными, наиболее распространенными в селе ограждениями, в частности, с кирпичной стеной толщиной 0,38 м. Оба варианта зданий имеют идентичные объемы, формы, ориентации, окна и двери. Как элемент, служащий устройством затенения, принят выступающий скат металлической кровли двускатной крыши. Закономерности изменения теплоты суммарной солнечной радиации, поступающей на окна, ориентированные на юг с общей площадью 11,2 м2 при средней облачности неба и различных вариантах их затенения, представлены на рис. 2. Компьютерными расчетами установлено, что по условиям возможного летнего перегрева этого зала целесообразен конструктивно приемлемый вылет указанного ската в 1 м, при котором уровень кромки кровли окажется на 0,56 м выше уровня верха остекления окон. Но последующее рассмотрение условий их затенения в холодный период года показало, что это расстояние целесообразно принимать равным 0,86 м при соответственно найденной высоте остекленной части окон 1,65 м при их ширине 2,35 м.

Для принятых размеров и мест размещения трех окон установлено, что для холодного периода (с 8 октября по 11 марта), когда наблюдаются низкие температуры , достигнуто минимальное их затенение. За этот период общее количество теплоты суммарной солнечной радиации, поступающей на окна, составило 3145 кВтч. Найденное конструктивное решение обеспечивает также максимальное затенение окон в течение всего периода ожидаемого летнего перегрева помещения. При этом достигнуто снижение (рис. 2, d) количества указанной теплоты в июне на 51,6 %, в июле – на 51,2 % и в августе – на 30,6 %.

Динамика изменения требуемого количества теплоты на отопление сравниваемого зала (а также величины ), имеющего обычные кирпичные стены и общепринятые другие ограждения, показывает, что продолжительность периода искусственного отопления составляет 176 сут. Этот период для зала здания из соломенных тюков меньше на 100 сут. при = 0,89 (при расчетной продолжительности 162 сут. и средней температуре наружного воздуха минус 1 °С этого сезона). Расчетная требуемая мощность нагревательных приборов для отопления этого зала (при расчетной температуре наружного воздуха минус 24 °С) равна 1,77 кВт (а кабинета – 0,92 кВт). Соответственно, для зала достаточно иметь, например, электрический радиатор мощностью 1,8 кВт с термостатом.

Рис. 2. Динамика изменения теплоты поступающей среднемесячной солнечной радиации на окно южного фасада: а – на 1 м2 его площади – линии: 1 и 2 – без учета и с учетом средней облачности неба; 3 – рассеянной радиации: 4 – температуры наружного воздуха; b и с – при разнице уровней верха остекления окна и нижней кромки кровли в 0,56 м; d и е – то же, в 0,86 м.

Установлено, что полное пассивное солнечное отопление зала удается обеспечить при варианте с тремя указанными окнами (в 11,4 м2) и дополнительном одинарном остеклении всей наружной поверхности (в 25 м2) бетонной стены южного фасада. Этот вариант, хотя и позволяет получить реальный практический результат почти с «нулевым» расходом теплоты на отопление, приводит к значительному увеличению капитальных затрат на создание как остекленной стены, так и всего здания.

Тепловой режим зданий сезонного действия, например, летних пансионатов на берегу озера Иссык-Куль, зимой вызывает обычно разрушения строительных конструкций и мебели из-за наблюдаемых низких температур и высоких относительных влажностей внутреннего воздуха. Как показали компьютерные расчеты, в случае, когда указанное здание из соломенных тюков расположено в климатических условиях г. Чолпон-Ата и не используется зимой (при естественном его тепловом состоянии и кратности воздухообмена 0,2 ч-1), температура воздуха в зале не опускается ниже 12 °С в течение всего холодного периода. Другой расчет был посвящен определению временного показателя энергоэффективности для этого зала при =16 °С за этот период. Установлено, что при = 173 сут. продолжительность периода , когда 16 °С, равна лишь 58 сут., а интересующая величина = 0,66. Если принять как базовую температуру =12 °С (вместо 16 °С), то для данного помещения за весь холодный период наблюдается = 1. Следовательно, зимой, когда не используется данное энергоэффективное здание, его саморегулируемый тепловой режим обеспечивает нормируемую (по СНиП 41-01-2003) температуру внутреннего воздуха без устройства и работы системы отопления.

Следовательно, теплозащитные качества здания сезонного действия должны выбираться не только на основе минимизации энергозатрат (повышения Е) в период его эксплуатации, но и по условиям обеспечения приемлемого саморегулирования теплового режима здания, когда оно не используется, чтобы достичь = 1.

Основные выводы и результаты работы

  1. Реализация значительного потенциала повышения энергоэффективности теплового режима гражданских зданий (достигающего часто 30-60 %) не только позволяет локальную, региональную и планетарную экономию энергоресурсов, но и вносит существенный вклад в снижение темпов глобального потепления климата, вызванного интенсивным накоплением «парниковых» газов в атмосфере. Эта задача особо актуальна для совершенствования научно обоснованных методов изучения, проектирования, создания, реконструкции и эксплуатации гражданских зданий в условиях Кыргызстана.
  2. Предложенная имитационная математическая тепловая модель здания, представленного как открытая термодинамическая система в виде замкнутого полезного объема с массой обновляемого воздуха, ограниченной внутренней границей теплозащитной оболочки, служит теоретической основой выбора энергоэффективных режимов обеспечения требуемого круглогодичного теплового микроклимата.
  3. Новая концепция энергоэффективной формы здания позволила получить простую, наглядную и практически результативную методологию улучшения формы реального здания заданного объема относительно показателей теоретического здания в виде шара того же объема. Полученный безразмерный показатель энергоэффективности формы здания позволяет количественно оценить степень совершенства и потенциал улучшения формы здания любой конфигурации.
  4. Выдвинутый принцип суточного саморегулирования теплового режима помещений и здания служит теоретической основой методологии оптимизации и гармонизации внутренних и внешних тепловых воздействий путем создания энергосберегающей архитектуры для снижения энергозатрат на обеспечение относительно благоприятного и стабильного круглогодичного внутреннего микроклимата.
  5. Разработанная спирально-циклическая модель и методика улучшения "теплозащитных качеств здания" позволяет поэтапно совершенствовать энергосберегающие проектные решения по выбору места размещения, формы, ориентации, размеров и теплотехнических показателей как здания в целом, так и его отдельных помещений и ограждений.
  6. Выдвинутая идея и выведенные расчетные формулы термического и временного показателя энергоэффективности теплового режима здания позволяют использовать их как расчетно-методический инструмент улучшения и количественной оценки уровня энергетического совершенства этого режима для предложенных типов естественного, возмущенно-естественного и искусственного динамичного теплового состояния любого здания.
  7. Новая концепция оптимизации «ножниц» графиков суммарных потерь и поступлений теплоты здания позволяет определить энергоэффективные пути и меры улучшения его теплозащитных качеств и теплового режима в целях минимизации годового расхода энергии на отопление, охлаждение и вентиляцию в зависимости от изменения среднесуточной температуры наружного воздуха в течение эталонного климатического года места строительства.
  8. Решение задач оптимизации теплового эффекта солнечной радиации и окружающей среды на здание в соответствии с условиями примыкания его к грунту и теплозащищенному воздушному пространству, динамики нагревания и охлаждения ограждений и внутреннего воздуха позволяет минимизировать расход искусственных ресурсов энергии на отопление, охлаждение и вентиляцию.
  9. Установленная энергосберегающая количественная взаимосвязь теплотехнических, геометрических и температурных показателей наружных ограждений здания, реализация принципа комплексной его теплозащиты на основе предельно низкого, высокого, нормативного и критического значения их коэффициентов теплопередачи и среднего коэффициента теплопередачи оболочки здания позволяют принимать энергетически, экономически и конструктивно выгодные варианты совокупности этих ограждений.
  1. Комплексное решение задач оптимизации формы, размеров, ориентации, места размещения здания, его помещений, окон и дверей, а также энергосберегающих заграждений (от тепловых, световых и звуковых волн и ветра) у ограждений позволяет реализовать выдвинутую идею об энергосберегающей архитектуре здания. Такая архитектура направлена на оптимизацию эффекта солнечной радиации и окружающей среды и повышение энергоэффективности круглогодичного теплового режима здания и его помещений для минимизации их энергопотребления.
  2. Предложенные энергоэффективные суточные и сезонные режимы обеспечения теплового микроклимата помещений при максимальном привлечении пассивных способов нагревания и охлаждения поступающим потоком наружного воздуха, длинноволнового лучистого ночного охлаждения, контроля влияния солнечной радиации и теплозащитных способностей ограждений за счет стационарных и мобильных заграждений у этих ограждений позволяет свести к минимуму общее энергопотребление здания.
  3. Компьютерное решение задачи организации и предотвращения затенения окон в условиях безоблачного неба и его средней облачности позволяет определить их площадь, форму, ориентацию, размеры и места размещения и выбрать энергоэффективные солнцезащитные устройства, обеспечивающие максимальный уровень пассивного солнечного нагревания здания зимой и защиты его от перегрева летом. Практическая реализация этой задачи для здания, построенного в горном селе с ограждениями из соломенных тюков и пассивным солнечным нагреванием через окна южного фасада, позволила снизить на 92 % потребление тепловой энергии на его отопление и вентиляцию.

Условные обозначения



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.