Введение к работе
Актуальность работы. Здания, в том числе и промышленного назначения, являются крупнейшими потребителями энергетических ресурсов. На нужды отопления зданий в России расходуется примерно 400 млн. т у.т., что составляет около 40% от общего потребления энергоресурсов. Примерно половина потребления энергоресурсов приходится на здания промышленного назначения. Потребление энергоресурсов зданиями и сооружениями напрямую связано с тепловыми потерями через ограждающие конструкции.
Существенная составляющая расходной части теплового баланса промышленных предприятий – это тепловые потери через наружные ограждающие конструкции зданий и сооружений. Большинство промышленных предприятий на территории бывшего СССР возведены в 50-70 годы, когда стоимость энергоресурсов была минимальна. Поэтому существующие промышленные здания и их ограждающие конструкции не соответствуют современным требованиям по тепловой защите, как следствие затраты на отопление промышленных зданий и сооружений велики.
Как показывает отечественный и зарубежный опыт, наибольшую эффективность в сокращении удельного энергопотребления имеют мероприятия с дополнительной теплоизоляцией стен, светопрозрачных ограждений. Расчеты показывают, что возможно сократить энергопотребление в промышленных зданиях не менее, чем на 10 % и ежегодно экономить за счет этого до 2,5 – 5 млн. т. у. т.
Для зданий, как потребителей энергетических ресурсов, современными нормативными документами в области энергосбережения нормируется ряд показателей энергоэффективности. На разных стадиях создания и эксплуатации зданий заполняется энергетический паспорт. При этом преследуются две цели: контроль соответствия нормируемых показателей существующим нормам и разработка мероприятий по снижению тепловых потерь.
Доля светопрозрачных ограждений от общей площади ограждающих конструкций промышленных зданий и сооружений велика. В производственных помещениях площадь наружного остекления может составлять до 40 % суммарной площади наружных ограждений. Как следствие, тепловые потери через светопрозрачные ограждения представляют существенную часть общих тепловых потерь промышленных зданий.
Разработка метода, который позволит оперативно количественно определить тепловые потери через светопрозрачное ограждение является актуальной и важной задачей. Тепловой неразрушающий контроль (тепловизионный метод), который сейчас широко применяется при энергетических обследованиях, позволяет оперативно получить термограммы наружных ограждающих конструкций. Однако существующие нормативные документы и методики проведения таких обследований распространяются только на несветопрозрачные ограждении. Метод тепловизионного контроля используется только для качественного анализа состояния тепловой защиты наружных ограждений. Количественные результаты получают на основании контактных измерений в заранее определенных точках ограждающей конструкции.
Цель диссертационной работы. Разработка расчетно-экспериментального метода определения тепловых потерь через светопрозрачные ограждения зданий и сооружений с применением тепловизионной техники.
Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:
разработаны новые математические модели процессов переноса теплоты через светопрозрачные ограждающие конструкции зданий с учетом лучистого теплообмена, естественной и вынужденной конвекции;
впервые предложен расчетно-экспериментальный метод определения тепловых потерь через светопрозрачные ограждения зданий и сооружений с применением тепловизионной техники;
проведены экспериментальные исследования по определению плотности теплового потока через два различных типа светопрозрачных ограждений путем контактных и бесконтактных (тепловизионных) измерений;
впервые экспериментально обосновано применение тепловизионной техники для количественного определения тепловых потерь через светопрозрачные ограждения на различных объектах. Количественные данные о тепловых потерях, полученные расчетным путем по результатам тепловизионных измерений, удовлетворительно (в пределах 7 %) согласуются с данными экспериментальных измерений тепловых потоков контактным методом.
Практическая значимость работы:
разработанные математические модели могут быть использованы при проектировании светопрозрачных ограждающих конструкций и оценки их теплозащитных свойств;
разработанный метод определения тепловых потерь через светопрозрачные ограждения может быть применен в процессе комплексных энергетических обследований промышленных и общественных зданий и сооружений с целью разработки энергетического паспорта и мероприятий по энергосбережению.
На защиту выносятся:
математическая модель «светопрозрачное ограждение – внешняя среда», учитывающая совместный лучистый и конвективный теплообмен светопрозрачных ограждающих поверхностей зданий с окружающей средой при заданных граничных условиях на наружных поверхностях ограждений;
математическая модель «многослойная конструкция», описывающая процессы теплопереноса в светопрозрачной конструкции – однокамерном стеклопакете при заданных граничных условиях на внутренних и наружных поверхностях ограждений;
расчетно-экспериментальный метод определения тепловых потерь через светопрозрачные ограждающие конструкции промышленных и общественных зданий с применением тепловизионной техники;
результаты экспериментальных исследований процессов переноса теплоты через светопрозрачные конструкции зданий с применением контактных и бесконтактных (тепловизионных) измерений;
вывод о том, что предложенный расчетно-экспериментальный метод позволяет проводить количественные измерения тепловых потерь зданий через светопрозрачные ограждения с применением тепловизионного метода обследования.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на следующих научных и научно–практических конференциях:
12 - 17 Международная научно–техническая конференция студентов и аспирантов: «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», 2006 - 2011 г.г., Москва;
Пятая Международная Школа–семинар молодых ученых и специалистов «Энергосбережение – теория и практика», 18–22 октября 2010 г., Москва;
Пятая Российская Национальная конференция по теплообмену (РНКТ–5), 25–29 октября 2010 г., Москва.
Публикации. Основные научные положения и выводы изложены в 9 опубликованных работах, в т. ч. в 1 публикации в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 65 наименований, и приложений. Общий объем диссертации составляет 153 страницы, включая рисунки и таблицы.
