Содержание к диссертации
Введение
1 Методы и средства обеспечения микроклимата и состава воздушной среды в жилых зданиях 8
1.1 Анализ решений по обеспечению теплозащиты и энергосбережения жилых зданий 9
1.2 Анализ решений по обеспечению воздухообмена, шумозащиты и инсоляции в помещениях 12
1.3 Санитарно-гигиенические требования к параметрам воздушной среды в жилых помещениях 15
1.4 Выводы 25
2 Условия и зависимости приведения параметров микроклимата зданий старой застройки к современным требованиям 27
2.1 Условия формирования нормативных параметров микроклимата зданий старой застройки 30
2.2 Влияние режима вентиляции жилых помещений на параметры теплового, воздушного и санитарно-гигиенического комфорта при модернизации зданий 42
2.3 Тепло-влажностный режим модернизируемых наружных ограждений зданий старой застройки 58
2.4 Инфильтрационно-сорбционные процессы при движении наружного воздуха через пористый утеплитель наружных ограждений зданий 60
2.5 Диффузионные процессы проникновения загрязняющих веществ через воздухопроницаемые материалы 66
2.6 Выводы 70
3 Технические решения и экспериментальные работы по обеспечению теплового, воздушного и санитарно-гигиенического комфорта в зданиях при их модернизации 72
3.1 Процессы переноса загрязняющих веществ и влаги через пористый утеплитель наружных стен 72
3.2 Определение теплотехнических и воздухопроницаемых характеристик пористых утеплителей 75
3.3 Результаты испытаний на воздухопроницаемость пористо-волокнистых утеплителей 82
3.4 Влияние аэродинамических факторов на состояние воздушной среды в помещениях зданий старой застройки 87
3.5 Результаты испытания моделей зданий в аэродинамической установке 91
3.6 Выводы 96
4 Воздушно-тепловая, экологическая и экономическая эффективность модернизации зданий старой застройки 98
4.1 Показатели мониторинга загрязненности атмосферного воздуха жилой застройки 98
4.2 Влияние воздухообменных процессов на состояние воздушной среды жилых помещений 102
4.3 Сорбция загрязняющих веществ пористо-волокнистыми материалами 106
4.4 Экономическая и энергетическая оценка модернизации зданий старой застройки 109
4.5 Выводы 112
Общие выводы 113
Список использованных источников 114
Приложение А 122
- Санитарно-гигиенические требования к параметрам воздушной среды в жилых помещениях
- Влияние режима вентиляции жилых помещений на параметры теплового, воздушного и санитарно-гигиенического комфорта при модернизации зданий
- Определение теплотехнических и воздухопроницаемых характеристик пористых утеплителей
- Влияние воздухообменных процессов на состояние воздушной среды жилых помещений
Введение к работе
Актуальность работы. Дома средней этажности старой застройки 1950 -1980 годов прошлого столетия с заниженными планировочными решениями и выполненные по ранее действовавшим нормам и правилам не соответствуют современным нормативным параметрам микроклимата и санитарно-гигиеническим требованиям. Кроме этого, тенденции городского строительства по уплотненному размещению нового строительства на площадках существующих жилых зданий, а также развитие городских автотранспортных сетей поставили перед специалистами в области обеспечения микроклимата ряд трудных задач.
Действующий СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», как и ранее действовавший СНиП 11-3-79*, основан на принципе двухуровневого нормирования теплозащитных качеств наружных ограждений зданий. Первый из них-обеспечение санитарно-гигиенической безопасности, второй - снижение расходования природных энергетических ресурсов. Федеральным Законом № 184-ФЗ от 27.12.2002г. «О техническом регулировании» предусматривается обязательность соблюдения норм безопасности, к которым следует отнести санитарно-гигиенические нормы, устанавливающие допустимое воздействие на здоровье человека. Допускается регулирование параметров по другим направлениям на основе территориальных технических регламентов.
Современные санитарно-эпидемиологические требования СанПиН 2.1.2.1002-00 не допускают превышения концентраций загрязняющих веществ (ЗВ) в воздухе жилых помещений выше среднесуточных предельно-допустимых значений (ПДКс.с), что при норме фоновых концентраций в наружном воздухе не выше максимально разовых предельно-допустимых значений (ПДКм.р.) обеспечить это условие затруднительно. Особенно это касается места расположения жилого массива вблизи автомобильных магистралей и промышленных объектов. Возникшие новые строения вокруг мест расположения зданий старой застройки изменили аэродинамический режим зданий, что может привести к ухудшению микроклимата в жилых помещениях и интенсификации режимов проникновения ЗВ в них.
Теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий старой застройки в 2,5...3 раза ниже действующих нормативных требований, вызывая повышенное теплопотребление. Стремление к снижению поступления наружного воздуха, преимущественно через неплотности светопрозрачных ограждений для снижения потребной тепловой энергии, осложняет обеспечение жилых помещений требуемой кратностью воздухообмена.
Поэтому значительную актуальность приобретает разработка методов модернизации жилых зданий старой застройки с обеспечением нормируемых параметров микроклимата, состава воздушной среды и энергосбережения в жилых помещениях без отселения жильцов на период проведения работ.
Такой подход позволяет также эффективно решить экономические и социальные вопросы, так как не изменяется место проживания жильцов, а стоимость модернизации наружных ограждений существенно ниже стоимости строитель-
ства нового здания.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с НИР Минобразования РФ «Разработка методов и структур вентиляционных систем, предотвращающих негативные экологические ситуации», «Разработка систем теплогазо-снабжения с целью экономии теплоэнергетических ресурсов».
Целью работы является формирование теплового, воздушного и влажно-стного режимов зданий старой застройки при их модернизации с учетом требований экономии энергоресурсов и качества наружного воздуха.
Поставленная цель определила главные задачи исследования:
Разработать схему модернизации зданий старой застройки с учетом влияния воздухопроницаемости и термического сопротивления ограждающих конструкций на микроклимат жилых помещений.
Установить математические зависимости по определению влияния воздухопроницаемости пористых утеплителей наружных ограждающих конструкций на температуру поступающего воздуха в помещение, кратность воздухообмена в помещении и рекуперацию тепловых потерь.
Определить влияние толщины, пористости утеплителей наружных стен, возникающего перепада давления от действия гравитационных и ветровых сил на величину поступающего воздуха в помещения.
Выполнить экспериментальные работы по определению коэффициентов воздухопроницаемости пористо-волокнистых утеплителей.
Выполнить экспериментальные работы по определению аэродинамических коэффициентов зданий с учётом влияния на них сложившейся уплотненной застройки различной этажности.
Установить влияние проникновения в помещение с наружным воздухом загрязняющих веществ за счет сорбирующих свойств пористых воздухопроницаемых утеплителей.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Разработан вариант схемы модернизации наружных ограждающих конструкций зданий старой застройки с использованием пористого воздухопроницаемого утеплителя для поступления через него наружного воздуха в помещение и снижения тепловых потерь.
Получены математические зависимости:
теплового потока, уходящего из воздушной прослойки через утеплитель в наружный воздух от его воздухопроницаемости;
температуры подогрева воздуха в воздушной прослойке от термического сопротивления теплопередаче стены здания и поверхностей воздушной прослойки;
- рекуперации уходящего из помещения тепла от воздухопроницаемости пористого утеплителя.
3 Установлены зависимости влияния толщины и пористости утеплителя,
возникающего перепада давления на утеплителе от действия гравитационных и
ветровых сил на величину поступающего воздуха в жилые помещения.
4 Экспериментально определены коэффициенты воздухопроницания по
ристо-волокнистых утеплителей в зависимости от толщины материала и возни-
кающего перепада давления на них.
Экспериментально определены аэродинамические коэффициенты зданий, учитывающие влияние на них сложившейся уплотненной застройки зданий различной этажности.
Установлена зависимость снижения проникновения в помещение загрязняющих веществ с наружным воздухом, за счет сорбирующих свойств пористых воздухопроницаемых утеплителей и сменных фильтрующих элементов.
На защиту выносятся:
Схема модернизации наружных ограждающих конструкций и математические зависимости, при совместном решении которых определяются параметры теплового, воздушного и влажностного режимов в жилых помещениях, соответствующих уровню нормативных требований.
Зависимости влияния толщины и пористости утеплителя, возникающего перепада давления на утеплителе от действия гравитационных и ветровых сил на величину поступающего воздуха в жилые помещения.
Результаты экспериментального определения характеристик воздухопроницаемых пористо-волокнистых утеплителей в зависимости от толщины материала и возникающего перепада давления от действия гравитационных и ветровых сил на ограждающие конструкции зданий.
Результаты экспериментального определения аэродинамических коэффициентов зданий учитывающие влияние на них сложившейся уплотняющейся застройки различной этажности.
Результаты определения влияния сорбционной способности воздухопроницаемых пористых материалов, используемых в качестве утеплителей наружных стен и сменных фильтрующих элементов, при инфильтрации через них загрязнённого вредными веществами наружного воздуха.
Обоснованность и достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе подтверждается использованием основных фундаментальных законов тепло- и массообмена, соответствием результатов экспериментальных работ, выполненных с использованием современных методов и поверенных приборов, позволяющих провести эксперименты с допустимой погрешностью 12%.
Практическое значение работы заключается в развитии и экспериментальном дополнении научной информации о тепло- массообменных, диффузионных и аэродинамических процессах в ограждающих конструкциях зданий, разработке подходов и методов выполнения модернизации зданий старой застройки применительно к центральной зоне России в условиях, отвечающих социально - бытовым интересам проживающих.
Результаты выполненных исследований внедрены в ОАО «Термит» г. Воронежа при реконструкции жилого дома, в учебном процессе на кафедре отопления и вентиляции, на кафедре проектирования промышленных, гражданских зданий и сооружений Воронежского государственного архитектурно-строительного университета.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических кон-
ференциях:
Международной научно-практической конференции в Белгородском ГТАСМ «Рациональные энергосберегающие конструкции, здания и сооружения в строительстве и коммунальном хозяйстве» (г. Белгород, 2002);
6-ой Международной научно-практической конференции «Высокие технологии в экологии» (г. Воронеж, 2003);
4-ой Международной научно-практической конференции «Проблемы энерго-и ресурсосбережения в промышленном и жилищно- коммунальном комплексах» (г. Пенза, 2003);
8-ой Международной научно-практической конференции «Высокие технологии в экологии» (г. Воронеж, 2005).
58, 59, 60 - ой научно-технических конференциях ВГАСУ (г. Воронеж, 2003-2005 г.г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано в различных изданиях 7 печатных статей общим объемом 24 станицы, из них лично автору принадлежит 18 страниц. Выпущено четыре учебных пособия, два из них с грифом УМО, общим объемом 664 страницы. Из них лично автору принадлежит 259 страниц. Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 149 наименований. Диссертация изложена на 124 страницах машинописного текста и содержит 22 рисунка, 31 таблицу.
Санитарно-гигиенические требования к параметрам воздушной среды в жилых помещениях
В подавляющем большинстве жилых зданий применена нерегулируемая вентиляция с естественным побуждением движения воздуха. Воздухоприток по расчету должен составлять 3 м /ч на 1 м жилой площади или 30 м /ч на одного человека с естественным проветриванием за счет инфильтрации воздуха преимущественно через светопрозрачные ограждающие конструкции и входные двери [100, 101]. Установлено [128], что половина потребляемой тепловой энергии на системы обеспечения микроклимата составляет расход на подогрев поступающего воздуха, поэтому для обеспечения требований по энергосбережению при санации зданий старой застройки целесообразно при возможности предусматривать переменный расход подаваемого воздуха в помещения в различные периоды года и при различных возникающих метеорологических условиях.
С другой стороны, герметизация оконных и дверных проемов существенно уменьшает поступление приточного воздуха и поэтому естественный гравитационный напор не в состоянии обеспечить необходимый воздухообмен. При санации зданий старой застройки характеристики вентиляционных каналов остаются неизменными, поэтому необходим поиск рационального решения по обеспечению требуемого воздухообмена в различные периоды года, определение температурного режима помещений без увеличения удельного энергопотребления. При интенсификации притока воздуха путем открытия оконной форточки не учитывается аэродинамическое сопротивление от наружной среды до вытяжных решеток в кухне, ванной, туалете и поэтому далеко не всегда обеспечивается необходимый воздухообмен и это предстоит учитывать при выборе схемы его обеспечения.
Нормируемый воздухообмен установлен для условий при температуре наружного воздуха 5 С [99], но при температуре в холодный период года он значительно увеличивается за счет увеличения гравитационного давления, а при температуре теплого периода года - снижается, при этом расхождения воздухообмена будут увеличиваться при герметизации окон и дверей. Естественно, это также необходимо учитывать при модернизации зданий.
Подвижность воздуха в помещении оказывает значительное влияет на комфортное состояние человека. По требованию СНиП 2.04.05-91 скорость движения воздуха в теплый период года устанавливается не более 0,5 м/с, в холодный период года - не более 0,2 м/с, по вновь введенным нормам СНиП 41-01-2003 режим подвижности воздуха не изменился. Как установлено выполненными исследованиями [34, 61], изменение подвижности воздуха в определенных пределах также является способом оптимизации микроклимата. При повышении температуры до 28 С, и при влажности 50 % достигается оптимизация теплового состояния человека при подвижности воздуха до 0,6...0,9 м/с, при подвижности воздуха менее 0,1 м/с человек испытывает чувство духоты.
На комфортное состояние воздушной среды оказывает влияние не только температура и подвижность воздуха, но и его относительная влажность. При относительной влажности менее 20 % пересыхает слизистая оболочка человека и происходит повышенная восприимчивость к инфекциям, при относительной влажности более 75 % существенно снижаются испарительные процессы влаги с кожи [52, 111]. Установленная норма относительной влажности воздуха в СНиП 41-01-2003 [99] не более 65 % может быть обеспечена при регулировании режима вентиляции в жилых помещениях.
Проникающий шум в помещения является одним из факторов, определяющего гигиеническое состояние среды обитания. Организм человека плохо адаптируется к шумовому раздражителю, поскольку ассоциируется с опасностью. Известно, что шумовые воздействия делят на три группы: шумы, не мешающие сну и пассивному отдыху - 45 дБА, шумы, не препятствующие бодрствованию в помещении - 55 дБА и недопустимые шумы болевого ощущения -90 дБА и более [13]. Эффективным способом снижения проникновения городского шума преимущественно от движущегося автотранспорта и электротранспорта являются светопрозрачные ограждающие конструкции зданий. Так, окна с двойным переплетом при толщине стекла 4...5 мм снижают уровни звука до 35 дБА , открытая форточка до 10 дБА, открытое окно до 5 дБА [52]. Архитектурно-планировочные способы снижения шума для действующей жилой застройки не рассматривались. Малошумной считается квартира при уровне звука в ней днем до 50 дБА, а ночью - до 40 дБА.
Уровень шумового воздействия зависит также от взаимного расположения зданий, характера окружающего ландшафта и от степени озеленения территории. Так, поверхность земли с деревьями и кустарниками способна снизить шум до 20...40 %, газон - на 10 %, а асфальтированная поверхность уменьшает влияние расстояния на снижение шума. При высоте здания более 7 м шумовая нагрузка на верхний этаж увеличивается на 2...3 дБ, при высоте 16 м - на 4...6 дБ, поэтому это будет учтено при санации среды зданий с заменой оконных проемов.
Потребность в освещенности жилых помещений определяется функциональным состоянием человека, для отдыха требуется мягкий рассеянный свет, для активной деятельности - значительной эффективности. При санации среды зданий следует учитывать нормативный коэффициент естественного освещения (КЕО), который за многие годы может существенно измениться за счет насаждения высокорослых деревьев и новых построек. В некоторых зданиях нормируют не КЕО, а отношение площади светового проема к площади пола [84, 85]. Известно, что естественный свет создает меньшую тепловую нагрузку по сравнению с электрическим освещением, так как он содержит меньшую долю инфракрасного излучения.
К важному экологическому фактору относится инсоляция помещений, то есть солнечное облучение помещения здания в течение от 2,5 до 3 часов в сутки [84]. Инсоляция оказывает гигиеническое действие, влияет на адаптационные процессы в организме, повышает иммунитет к воздействию неблагоприятных факторов, убивает болезнетворные микроорганизмы, тонизирует и создает радостное настроение [20]. С течением времени для невысоких зданий она может значительно измениться за счет дополнительной застройки ранее нормируемой площади участка и возросшей плотности и высоты вблизи расположенной зеленой посадки. Снижение интенсивности солнечных лучей происходит и от запыленности воздуха в городской среде. Допускается снижение нормативной инсоляции не более чем на 0,5 часа.
При применении оконных стеклопакетов с покрытием стекол пленкой снижаются оптические коэффициенты стекол, что наглядно видно из данных, представленных в таблице 1.1 [34]. Как недостаток использование указанных в таблице металлизированных пленок придает фасаду здания неприятный блеск. Вопросы оздоровления окружающей среды (снижение фоновых концентраций загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы, снижение шума, электромагнитных излучений и т.д.) в данной работе не рассматриваются и максимальные значения этих параметров должны учитываться как постоянно действующие факторы, кроме аэродинамического ветрового давления на наружные ограждения зданий при оценке проникновения извне загрязняющих веществ в помещение.
Влияние режима вентиляции жилых помещений на параметры теплового, воздушного и санитарно-гигиенического комфорта при модернизации зданий
Системы обеспечения комплексной комфортности жилого помещения включающие в себя как детерминированные, так и вероятностные факторы, с достаточной степенью вероятности должны определить граничные значения, не выходящие за установленные нормами величины.
Степень достижения поставленной цели определена достигаемыми критериями оптимальности, под которыми не всегда понимается максимальное или минимальное значение принятого критерия. Ими могут быть показатели, характеризующие лучший вариант среди сравниваемых. Такой подход и был принят при разработке математических зависимостей, описывающих процессы достижения режима комфортности в помещениях при модернизации зданий.
Определение наиболее рационального решения модернизации зданий достижимо лишь при комплексном учете факторов оздоровления внутренней среды здания, что позволяет установить их связи, позволяющие определить вариант достижения целевой функции - обеспечение комфортности в жилых помещениях в условиях экономии энергетических ресурсов и влияния качества окружающей среды. С учетом множества взаимозависимостей различных параметров выразить их единой математической зависимостью практически нереально, поэтому принято направление по установлению ряда математических зависимостей с рядом неизвестных, при совместном решении которых достигается искомый результат.
Для достижения поставленной цели необходимо было установить связь: - нормативного тепло-влажностного режима, - требуемого нормами воздухообмена в помещении, - приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, - рекуперации теплового потока через наружные ограждающие конструкции для снижения теплопотерь. Их связь может быть определена при выборе физической модели наружной ограждающей конструкции. Наружные ограждения зданий, подлежащие модернизации, характеризуются значением термического сопротивления теплопередаче наружной стены здания старой застройки - RQ, общей его толщиной д0, показателем удельной воздухопроницаемости через неплотности ограждений - Ge, паропроницаемо-стью - у..
Граничными условиями при разработке математических зависимостей приняты: неизменными являются температура внутреннего t-m и наружного воздуха text, температура внутренней поверхности стены тм не менее г,„, —t-M— 4 С, снижение тепловых потерь через ограждающие конструкции должно произойти только за счет введения дополнительного наружного воздухопроницаемого слоя пористого утеплителя.
Известно [5], что увеличение в два раза термического сопротивления стены от ранее допустимого R\ = 1... 1,2 м -С/Вт приводит к сокращению энергозатрат на 13,8 %, в пять раз - только на 22 %. Значит, при увеличении термического сопротивления начиная с RrQ - 3 м2 С/Вт на каждую единицу снижаются потери тепла не более чем на 4 %, поэтому значение Rr0 = 2,5...3 м2 с С/Вт можно принять в расчетах за предельное с учетом экономической целесообразности, если будут реализованы меры по другим направлениям экономии энергоресурсов, например, при рекуперации тепла.
Поступление воздуха через слой пористого утеплителя по величине должно быть не менее требуемого нормативного значения для воздухообмена в жилом помещении. Без учета устранения загрязняющих веществ методом интенсивного вентилирования помещений нормативное удельное воздухопоступле-ние должно быть не менее Ge 3 м3/ч на 1 м площади жилого помещения, расход инфильтрующегося воздуха через пористый утеплитель площадью Fy должен быть Lu Ъ-Fy.
Установка дополнительного средства утепления ограждающей конструкции на внутренней или внешней стороне ограждения никакой роли не играет, однако, сопротивление паропроницанию, равное сумме произведений коэффициента паропроницания у на толщину слоя S, то есть X ju S должно уменьшаться, чтобы уже просочившаяся влага из помещения могла уходить в следующие наружные слои и не конденсироваться на внутренних поверхностях. Располо жение утеплителя с внешней стороны несущей части стены предпочтительно и для исключения больших перепадов температур за теплый и холодный периоды года, что исключает температурные напряжения вследствие уменьшенной части тепловой энергии, уходящей наружу.
На рисунке 2.2 приведена предлагаемая схема инфильтрации воздуха, рекуперации тепла и снижения тепловых потерь через ограждающие конструкции с дооборудованием их слоем пористого утеплителя с воздушной прослойкой, обеспечивающие повышение сопротивления теплопередаче и подогрев наружного воздуха, подаваемого в помещение при замене конструкции окон герметичными стеклопакетами.
Поступающий наружный воздух в входной канал (11), проходя через установленный под оконным проемом сменный кассетный фильтр (6) с сопротивлением до 5 Па, например типа ФЯВ или Ф1111-70-05 [106], для осаждения пыли и, пройдя через всю поверхность утеплителя (3) наружной стены кроме площади оконного проема, поступает в вентилируемую воздушную прослойку (2). Очистившись частично от поступающих с воздухом газообразных ЗВ и утилизировав часть уходящего тепла из помещения, подогретый воздух поступает в помещение через выходной канал (10) оконного проема над стеклопаке-том. Регулирование поступающего воздушного потока в помещение осуществляется с помощью заслонки (7).
Кассетный фильтр рамочной конструкции толщиной 2 мм, с фильтрующим материалом из перхлорвинила, по данным [106], устанавливаемый при загрязненности пылью атмосферного воздуха, в состоянии очищать воздух жилых районов от мелкодисперсной пыли в течение 1...3 лет. Его расположение непосредственно под окном позволяет удобно его демонтировать для замены или регенерации. Имеется опыт оснащения аналогичных фильтров тонким слоем активного угля для адсорбции газообразных загрязняющих веществ.
Определение теплотехнических и воздухопроницаемых характеристик пористых утеплителей
Системы обеспечения комплексной комфортности жилого помещения включающие в себя как детерминированные, так и вероятностные факторы, с достаточной степенью вероятности должны определить граничные значения, не выходящие за установленные нормами величины.
Степень достижения поставленной цели определена достигаемыми критериями оптимальности, под которыми не всегда понимается максимальное или минимальное значение принятого критерия. Ими могут быть показатели, характеризующие лучший вариант среди сравниваемых. Такой подход и был принят при разработке математических зависимостей, описывающих процессы достижения режима комфортности в помещениях при модернизации зданий.
Определение наиболее рационального решения модернизации зданий достижимо лишь при комплексном учете факторов оздоровления внутренней среды здания, что позволяет установить их связи, позволяющие определить вариант достижения целевой функции - обеспечение комфортности в жилых помещениях в условиях экономии энергетических ресурсов и влияния качества окружающей среды. С учетом множества взаимозависимостей различных параметров выразить их единой математической зависимостью практически нереально, поэтому принято направление по установлению ряда математических зависимостей с рядом неизвестных, при совместном решении которых достигается искомый результат.
Для достижения поставленной цели необходимо было установить связь: - нормативного тепло-влажностного режима, - требуемого нормами воздухообмена в помещении, - приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, - рекуперации теплового потока через наружные ограждающие конструкции для снижения теплопотерь. Их связь может быть определена при выборе физической модели наружной ограждающей конструкции. Наружные ограждения зданий, подлежащие модернизации, характеризуются значением термического сопротивления теплопередаче наружной стены здания старой застройки - RQ, общей его толщиной д0, показателем удельной воздухопроницаемости через неплотности ограждений - Ge, паропроницаемо-стью - у..
Граничными условиями при разработке математических зависимостей приняты: неизменными являются температура внутреннего t-m и наружного воздуха text, температура внутренней поверхности стены тм не менее г,„, —t-M— 4 С, снижение тепловых потерь через ограждающие конструкции должно произойти только за счет введения дополнительного наружного воздухопроницаемого слоя пористого утеплителя.
Известно [5], что увеличение в два раза термического сопротивления стены от ранее допустимого R\ = 1... 1,2 м -С/Вт приводит к сокращению энергозатрат на 13,8 %, в пять раз - только на 22 %. Значит, при увеличении термического сопротивления начиная с RrQ - 3 м2 С/Вт на каждую единицу снижаются потери тепла не более чем на 4 %, поэтому значение Rr0 = 2,5...3 м2 с С/Вт можно принять в расчетах за предельное с учетом экономической целесообразности, если будут реализованы меры по другим направлениям экономии энергоресурсов, например, при рекуперации тепла.
Поступление воздуха через слой пористого утеплителя по величине должно быть не менее требуемого нормативного значения для воздухообмена в жилом помещении. Без учета устранения загрязняющих веществ методом интенсивного вентилирования помещений нормативное удельное воздухопоступле-ние должно быть не менее Ge 3 м3/ч на 1 м площади жилого помещения, расход инфильтрующегося воздуха через пористый утеплитель площадью Fy должен быть Lu Ъ-Fy.
Установка дополнительного средства утепления ограждающей конструкции на внутренней или внешней стороне ограждения никакой роли не играет, однако, сопротивление паропроницанию, равное сумме произведений коэффициента паропроницания у на толщину слоя S, то есть X ju S должно уменьшаться, чтобы уже просочившаяся влага из помещения могла уходить в следующие наружные слои и не конденсироваться на внутренних поверхностях. Располо жение утеплителя с внешней стороны несущей части стены предпочтительно и для исключения больших перепадов температур за теплый и холодный периоды года, что исключает температурные напряжения вследствие уменьшенной части тепловой энергии, уходящей наружу.
На рисунке 2.2 приведена предлагаемая схема инфильтрации воздуха, рекуперации тепла и снижения тепловых потерь через ограждающие конструкции с дооборудованием их слоем пористого утеплителя с воздушной прослойкой, обеспечивающие повышение сопротивления теплопередаче и подогрев наружного воздуха, подаваемого в помещение при замене конструкции окон герметичными стеклопакетами.
Поступающий наружный воздух в входной канал (11), проходя через установленный под оконным проемом сменный кассетный фильтр (6) с сопротивлением до 5 Па, например типа ФЯВ или Ф1111-70-05 [106], для осаждения пыли и, пройдя через всю поверхность утеплителя (3) наружной стены кроме площади оконного проема, поступает в вентилируемую воздушную прослойку (2). Очистившись частично от поступающих с воздухом газообразных ЗВ и утилизировав часть уходящего тепла из помещения, подогретый воздух поступает в помещение через выходной канал (10) оконного проема над стеклопаке-том. Регулирование поступающего воздушного потока в помещение осуществляется с помощью заслонки (7).
Кассетный фильтр рамочной конструкции толщиной 2 мм, с фильтрующим материалом из перхлорвинила, по данным [106], устанавливаемый при загрязненности пылью атмосферного воздуха, в состоянии очищать воздух жилых районов от мелкодисперсной пыли в течение 1...3 лет. Его расположение непосредственно под окном позволяет удобно его демонтировать для замены или регенерации. Имеется опыт оснащения аналогичных фильтров тонким слоем активного угля для адсорбции газообразных загрязняющих веществ.
Влияние воздухообменных процессов на состояние воздушной среды жилых помещений
Представленная на рисунке 3.8 установка по структуре мало отличается от ранее приведенной установки для определения воздухопроницаемости материала. Отличие состоит в методике проведения экспериментальных работ и измерительной аппаратуре.
Используемые физические модели зданий и их взаимное расположение -это упрощенная схема реально происходящих аэродинамических процессов, но в ней выделяются наиболее существенные связи этих процессов. Для рассматриваемых задач диссертации к факторам, влияющим на ранее используемые аэродинамические коэффициенты кн и к3 при проектировании здания, отнесены высота впереди стоящего здания, расстояние его от исследуемого здания, высота деревьев перед зданием, их ажурность.
Если B H L или L H B, то такие здания относятся к разряду линейных. Здания, у которых L и S существенно превышают высоту Н, их относят к плоским, при В Н L-к башенным. Рассматриваются только линейные и плоские здания от 5-ти и до 12-ти этажей. Рассмотрены взаимные влияния зданий с соотношением высокого здания к низкому не более Нв /Нн = 2,5, длина низкого здания к его высоте не более LH /Нн 5. Такие соотношения приняты, исходя из наибольшего количества групп зданий старой застройки с такими соотношениями размеров. Рассматривались здания с плоской крышей или крышей со слабым наклоном скатов.
Потребовалось проведения ограниченного количества экспериментов, учитывая наличие исследований аэродинамических параметров отдельно стоящих зданий с различными соотношениями параметров Н, L, В [74,75,97]. Однако, установленные в этих работах зависимости имеют ограничения по области использования, поэтому потребовалось выполнение ряда наиболее значимых для окружения зданий старой застройки базовых вариантов, в наибольшей степени влияющие на воздушный баланс зданий и состояние воздушной среды.
Были рассмотрены варианты: 1 - вдоль направления ветра расположено два здания одинаковой высоты, - 2 - вдоль направления ветра за высоким зданием расположено низкое здание, - 3 - вдоль направления ветра за низким зданием расположено высокое здание, - 4 - перед зданием расположены зеленые насаждения высотой, не превышающей высоту здания. Эти варианты были выбраны с учетом расположения исследуемого здания в заветренной области, определяемой по зависимости При выполнении экспериментов определялись средние значения аэроди намических коэффициентов по высоте здания, начиная от поверхности земли до кровли здания, при этом учитывалось несущественное различие их значений для невысоких зданий. В таблице 3.5 приведены их значения для наветренной стороны вертикальной стены пятиэтажного здания с малой шероховатостью поверхности земли, где у - расстояние от уровня земли до расчетной точки, м. На аэродинамические характеристики здания оказывают некоторое влияние зеленые насаждения и заметное проявление этого наблюдается при высоте деревьев, сопоставимых с высотой здания. В качестве модели зеленых насаждений использовалась стальная сетка с просветностыо у = 0,3. Воздушный поток испытывает тормозящее воздействие зеленых насаждений на расстоянии до них, равном не менее 5 //,.„., где Нзж - высота зеленых насаждений. По мере приближения к насаждениям с наветренной стороны скорость потока постепенно снижается и она продолжает снижаться при прохождении через сетку. За сеткой она достигает минимального значения vfn на расстоянии около 3 //,.„., после чего наблюдается по показаниям термоанемометра медленный подъем. Восстанавливается начальная скорость невозмущенного воздушного потока vo на расстоянии от решетки до 10 Нзм_. Сетка с ажурностью у = 0,2 ПРИВОДИТ К ЗамеТНОМу СНИЖеНИЮ ОТНОСИТеЛЬНОЙ СКОрОСТИ V\/VQ ПОЧТИ В полтора раза. Следует отметить, что между рассмотренными выше непродуваемыми преградами в виде зданий и воздухопроницаемыми преградами существует значительное различие [97]. В первом случае над преградой формируются турбулентные струи, вызывающие за преградой циркуляционное движение. За зеленой преградой происходит простое смешение струй воздуха, из которых один поток струйками проходит через листья деревьев, а другой проходит над преградой и смешивается с первым ниже расположенным потоком. Из-за малых значений скоростей, малых измеряемых перепадов давлений и нестабильности турбулентных течений воздушных струй получаемые результаты имеют погрешность до 20 %. Однако, оцененная при проведении экспериментов степень значимости их влияния на аэродинамические коэффициенты здания свидетельствует о допустимости такой погрешности. В таблице 3.9 приведены результаты определения снижения относительной скорости воздушного потока за счет торможения потока имитатором зеленых насаждений с ажурностью у = 0,3 на различных относительных расстояниях в/Нзж имитатора от здания (вариант 4). При измерении скорости воздушного потока за решеткой на различных от-носительныхрасстояниях от решетки - в/Нзж, разности статистических давлений в потоке и вне его - АР и определении динамического давления Р$ по зависимости (3.26) получены значения аэродинамических коэффициентов здания, приведенные в таблице ЗЛО. Из полученных данных следует, что при насаждениях деревьев, не превышающих по высоте стоящее за ними здание с ажурностью в теплый период года более 0,3, их влияние на аэродинамические коэффициенты здания является несущественным. Проведена оценка влияния угла встречи воздушного потока с фасадом впереди стоящего здания относительно исследуемого здания. При направлении ветра к фасаду здания под углом а= 45 в центре его фасада аэродинамический коэффициент снижается и составляет к = 0,3...0,4; у периферии фасадной стены к- 0,1...0,2, перед крышей к = 0,1, непосредственно у земли/: = 0...0,1. Если угол встречи ветрового потока с фасадом составляет а = 60...70, то давление по всему фасаду и на боковых поверхностях становится отрицательным и аэродинамический коэффициент равен к = - 0,5...- 0,9, причем большее отрицательное давление будет у крыши здания. Для заветренного фасада при угле встречи потока больше 100 относительно направления ветра с нормалью значения аэродинамических коэффициентов по высоте стены и её ширине меняются незначительно и составляют /: = -0,4...-0,6. Если направление ветра составляет с фасадом угол а = 45, то у наветренных кромок возникают завихрения и относительно большие скорости, вызывающие разрежения. Режим обтекания воздушного потока существенно зависит помимо формы здания и от рядом расположенных зданий, как видно из рисунка 3.10. Это особенно заметно, если здания расположены на расстоянии в пять раз превышающем высоту здания.
