Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния проблем и существующих подходов к решению задач обеспечения оптимальных параметров микроклимата в зданиях 9
1.1. Научно-технические проблемы обеспечения оптимальных параметров микроклимата в зданиях 9
1.2. Причины нарушения параметров микроклимата помещений жилых зданий 20
1.2.1. Причины нарушения теплового режима жилых мобильных зданий с толщиной наружной стены до би = 100 мм 23
1.3. Системы обеспечения микроклимата на базе электронагрева тельных приборов разных типов и конструкций 27
Глава 2. Математическое моделирование тепловлажностного и воздушного режимов внутри здания 34
2.1. Построение математической модели теплового, влажностного и воздушного режимов здания 34
2.2. Планирование экспериментальных исследований микроклимата помещений 37
2.3. Моделирование по композиционным ротатабельным планам (РКП) 41
2.4. Моделирование по композиционным планам типа Бокса В4 46
Глава 3. Комплексные экспериментально-инструментальные исследования параметров микроклимата жилых и общественных зданий 54
3.1. Разработка методов проведения натурных экспериментальных инструментальных обследований эксплуатируемых и реконструируемых зданий 54
3.2. Натурные инструментальные исследования полей температур, относительной влажности и подвижности воздуха общественного здания 59
3.2.1. Методика исследования полей температур, относительной влажности и подвижности воздуха общественного здания 62
3.2.2. Результаты инструментальных исследований параметров микроклимата помещений общественного здания 64
3.3. Натурные инструментальные исследования жилого многоквартирного кирпичного здания с утеплителем 87
3.3.1. Методика исследования жилого экспериментального здания 90
3.3.2. Теплотехнический расчет наружной ограждающей конструкции жилого многоквартирного здания, выполненный на основе результатов натурных инструментальных измерений 92
3.4. Натурные инструментальные исследования жилых зданий мобильного типа (бет =100 мм) 97
3.4.1. Методика исследования воздухообмена в помещении жилых зданий мобильного типа 102
3.4.2. Результаты оценки воздухообмена в серийных жилых зданиях мобильного типа 105
Глава 4. Обеспечение оптимальных параметров микроклимата жилых помещений в эксплуатируемых и реконструируемых зданиях на основе плоских электронагревательных элементов 119
4.1. Обоснование целесообразности применения систем отопления на основе плоских электронагревательных приборов 119
4.2. Разработка отопительных систем на основе электронагрева тельных приборов типа СКЭН, ЭНЭПИ 123
4.2.1. Исследование мощности электронагревательных приборов типа СКЭН, ЭНЭПИ 127
4.2.2. Инструментальные теплофизические испытания плоских электронагревателей типа СКЭН 135
4.3. Размещение электронагревательных приборов на основе СКЭН, ЭНЭПИ в помещениях жилых зданий 142
Заключение 152
Список литературы 153
Приложения 167
- Причины нарушения теплового режима жилых мобильных зданий с толщиной наружной стены до би = 100 мм
- Планирование экспериментальных исследований микроклимата помещений
- Результаты инструментальных исследований параметров микроклимата помещений общественного здания
- Разработка отопительных систем на основе электронагрева тельных приборов типа СКЭН, ЭНЭПИ
Введение к работе
Существующий фонд зданий в России с точки зрения потребления электрической и тепловой энергии является весьма неэффективным. Проводимая в прошлые годы политика «дешевых» энергоносителей привела к строительству зданий с невысоким уровнем теплозащиты, а отсутствие средств учета и регулирования расхода тепловой энергии создавало условия для их расточительного потребления. Завышенному потреблению энергии способствовали также низкая эффективность автономных теплогенераторов, большие теплопотери в тепловых сетях, отсутствие оперативного управления параметрами теплоносителя и другие факторы.
Для реализации программы энергосбережения необходимо осуществить энергетическую оценку всего фонда отапливаемых зданий. Организация такой работы с последующей классификацией зданий по степени энергетической эффективности невозможна без инструментальных исследований, позволяющих сопоставить теплотехнические и энергетические характеристики, заложенные в проекте и определенные на реальном объекте.
В качестве основного требования с общегосударственной (или региональной) позиции следовало бы установить нормативы по удельному расходу энергии на отопление зданий за отопительный период. При определении рационального уровня теплозащиты необходимо рассмотреть всю цепочку: первичное преобразование топлива в тепловую энергию, теплопотери при транспортировке теплоты потребителю и преобразование ее в низкопотенциальные энергоресурсы в тепловых пунктах, и эффективность систем отопления.
С другой стороны, в зданиях должны обеспечиваться комфортные условия пребывания в них людей. Таким образом, создание комфортных условий в зданиях при заданных расходах энергии составляет главную задачу рационализации использования теплоэнергетических ресурсов.
Для обеспечения комфортных параметров микроклимата помещений при заданном расходе энергии возникает острая необходимость разработок новых
технологий в области низкотемпературного обогрева. Следует отметить, что в приангарском регионе наиболее перспективным источником является электрическая энергия. В условиях децентрализации систем теплоснабжения применение электрической энергии для обогрева помещений позволяет с минимальными капитальными затратами значительно увеличить эффективность ее использования и улучшить бытовые условия населения. Кроме того, уже сегодня применение автономных систем электроснабжения, базирующихся на различных типах преобразователей электрической энергии в тепловую, позволяет снизить энергозатраты на ЗСН-40%. Электронагревательные установки вполне могут быть взаимозаменяемыми с действующими системами электрифицированного производства. По сравнению с огневыми, электронагревательные установки уменьшают пожарную опасность, улучшают условия санитарии и гигиены, обладают, как правило, меньшими габаритами и металлоемкостью.
В последнее время во всех странах мира отмечается рост потребления электрической энергии в жилищно-бытовом секторе. Системы электроотопления в различных вариантах успешно апробированы за рубежом: в США, Канаде, Дании и дали положительный результат. Основное преимущество таких систем заключается в достижении явного энергосберегающего эффекта как для государства в целом, так и для отдельного потребителя.
Так в США на жилищно-бытовой сектор приходится около 40% потребления электрической энергии в стране, во Франции - более 35%, а в России -менее 10%. При этом основной расход электроэнергии приходится на отопление: в США - 60%, Франции - 50%, Германии - 85%. Передовые страны мира стремятся полностью исключить использование природного газа с целью отопления и приготовления пищи, объясняя это тем, что продукты сгорания отрицательно влияют на окружающую среду и людей. Сегодня, например, во Франции электроотопление используют в 96% вновь строящихся и реконструируемых зданиях, а в Норвегии - в 100%.
Однако, несмотря на сказанное, внедрение электронагрева в жилищностроительном комплексе России стало пользоваться повышенным спросом у го-
родского и сельского населения для теплоснабжения индивидуальных жилых домов сравнительно недавно.
Особое место среди электронагревательных устройств отечественного производства занимают системы низкотемпературного нагрева на основе слюдо-керамических электронагревательных элементов СКЭН и электронагревательных элементов на основе слюдопласта - ЭНЭПИ.
В связи с этим требуется всесторонний анализ и обоснование эффективности применения СКЭН, ЭНЭПИ, включая вопросы экологии, энергосбережения и создания комфортных условий в помещениях для пребывания в них людей. Тем более, что работы по разработке новых электронагревательных приборов с целью обеспечения микроклимата в зданиях были включены в сводный план научно-исследовательских, проектных и внедренческих работ по региональной проблеме сохранения уникального озера Байкал.
Цель работы. Создание методики и инструментария для исследования и обеспечения нормируемых параметров микроклимата в помещениях жилых и общественных зданий.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
провести анализ и выбрать наиболее пригодный и удобный метод исследования тепловых процессов в зданиях и его конструкциях;
оценить возможность использования метода планирования эксперимента для исследования микроклимата в зданиях;
разработать процедуру и инструмент для получения математических моделей, позволяющих рассчитывать и строить поля температур, влажности и подвижности воздуха для любого сечения исследуемого помещения;
на основе полученных корреляционных уравнений провести исследования микроклимата в эксплуатируемых зданиях различного назначения и конст-
рукций (общественное здание, типовое жилое здание, разные типы мобильных зданий);
разработать варианты конструктивных технических решений по обеспечению параметров микроклимата в мобильных зданиях.
Достоверность теоретических положений, инженерных методик расчета и рекомендаций по применению систем низкотемпературных электрических нагревательных приборов подтвердилась их практическим использованием на ряде жилых и общественных помещений в городской и сельской местности России.
Выполненные разработки по теме диссертации и отдельные материалы, входящие в диссертацию, в течение 1980-2007 гг. были доложены, обсуждены на международных, всесоюзных, республиканских, региональных научно-практических конференциях: на научно-технической конференции «Инженерные системы современных жилых и общественных зданий» в 1998 году; на научно-практической конференции «Энергосбережение. Проблемы и пути их решения» в 1999 году; на первом региональном научно-практическом семинаре «Проблемы строительного комплекса Иркутской области и пути его совершенствования» в 1999 году; на международной научно-технической конференции НТО «ЭКО ЭНЕРГО» в 2000 году; на международной научно-технической конференции «Повышение эффективности и применения передовых компьютерных технологий инженерного анализа фирмы «MSC Software» на предприятиях России, Белоруссии, Украины» в 2000 году; на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемные вопросы реконструкции коммунальной теплоэнергетики и пути их решения» в 2001 году, на международной конференции «Математические модели и методы их исследования» в г. Красноярске в 2001 году, на X Республиканской конференции «Физико конденсированного состояния» в г. Гродно в 2002 году, на научно-технической конференции «Теплотехническая диагностика жилых и общественных зданий» в «Красноярскгосэнергонадзоре» в 2003 году, на Всероссийской научно-практической конференции «Энергетические обследо-
вания зданий и сооружений» г. Иркутск в 2004 году, «Теплотехнические исследования ограждающих конструкций жилых зданий», материалы Всероссийской научно-практической конференции ИрГТУ, в 2006 году. На международной конференции (г. Амстердам, Голландия) «Компьютерная диагностика микроклимата помещений» в 2006 году. На заседаниях кафедр: теплогазоснабжения, вентиляции и охраны воздушного бассейна и физики Иркутского Государственного Технического Университета, на кафедре технологии строительного производства Новосибирской Академии Строительства.
Диссертационная работа выполнена в Иркутском Государственном Техническом Университете на кафедре «Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ.
Структура и содержание работы. Диссертация объемом 187 страниц, содержит 43 рисунка и 31 таблицу. Библиография включает 161 наименование. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.
Причины нарушения теплового режима жилых мобильных зданий с толщиной наружной стены до би = 100 мм
В старые времена стены жилых кирпичных домов независимо от теплотехнических соображений и от этажности зданий делались с большим запасом толщины. В конце XVIII и начале XIX вв в средней полосе России, включая Москву, толщина кирпичных стен достигала дст 1500 мм. С середины XX века толщина стены принималась в 2,5 кирпича (5СТ «640 мм). Это обуславливалось экономическими условиями и сложившимися требованиями к жилищу того времени.
Для Приангарского региона характеристики жилых зданий г. Иркутска отражают развитие градостроительства. В ходе натурных инструментальных обследований (произведенных автором) жилых зданий с различными ограждающими конструкциями, выяснилось, что по толщине ограждающих конструкций здания можно условно разделить на: кирпичные здания XVII века (бст - до 2000 мм); кирпичные здания XVIII-XIX веков („ - до 1350 мм); кирпичные здания 60-80 гг. XX века ( „ - 640 мм); деревянные здания XVII-XVIII веков (5СТ - не менее 400 мм); железобетонные здания массовой застройки 60-80 гг. XX века (бет-350 мм). В связи с изменениями № 3 и № 4 СНиП [73] и вопросами энерготепло-сбережения в России [134] в г. Иркутске в период 1990-2001 гг. появляются следующие жилые здания с повышенными теплотехническими характеристиками: железобетонные здания с утеплителем (бет - 400 мм); кирпичные здания с утеплителем (бст - 550 мм). Чтобы понять причину, почему по многим показателям стена в 2,5 кирпича не удовлетворяла строителей средней полосы России, тем более в регионе Приангарья с низкими отрицательными наружными температурами, сравним минимальные значения сопротивления теплопередаче: кирпичной кладке 5 - 640 мм соответствует Ro"p = 1,09 м2 С/Вт. Согласно СНиП [75] I этапу энергосбережения (для г. Иркутска) должно соответствовать значение Ronp = 2,19 м2 С/Вт, II этапу - V = 3,84 м2 С/Вт. А сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций жилых зданий - одна из основных характеристик, влияющих на параметры микроклимата помещений.
В жаркий период года становится актуальным вопрос защиты жилых помещений от летнего перегрева; возникают вопросы, связанные, с одной стороны, с интенсивным солнечным облучением, а, с другой стороны, с недостаточными искусственными мерами поддержания параметров микроклимата помещений.
В зимний период времени ставится вопрос защиты жилого помещения от холода, который осложняется отсутствием эффективных отопительных систем для обеспечения и поддержания комфортных параметров микроклимата. Это приводит к понижению температуры в районе нижней части балконной двери: по контуру оконных переплетов наблюдается проникновение холодных потоков наружного воздуха внутрь помещения (вследствие несовершенной технологии изготовления окон, дверей), через цокольное перекрытие зданий в течении круглых суток тепло уходит из помещения, способствуя тем самым понижению температуры в помещениях нижнего этажа, создаются условия выпадения конденсата на внутренних поверхностях ограждающихся конструкций, а то и промерзание (в углах, угловых помещениях), в узлах соединения перекрытий с ограждающими конструкциями образуются «мостики» холода, система отопления порой не соответствует типу здания (исследования автора подтверждают это).
К недостаткам существующих показателей микроклимата относятся такие явления, как перераспределение влаги в зависимости от температурных и влажностных условий окружающей среды. Так, под действием значительной разности парциальных давлений водяного пара, содержащегося в воздухе помещений и в наружном воздухе, в зимнее время происходит некоторое накопление влаги в ограждении за счет поступления в него пара из воздуха помещения. Это явление усугубляется большой разностью температур внутреннего и наружного воздуха. Под действием этого фактора происходит оттеснение влаги к внешней поверхности наружного ограждения, а это приводит к вертикальным, горизонтальным трещинам наружных стен, частичному разрушению наиболее подверженных этому явлению участков (фрагменты стен, узлы соединения).
Температурный режим жилого помещения - еще одна составляющая микроклимата. Температура воздуха в помещении непостоянна. Распределение температур по горизонтали, вертикали есть одна из важных санитарно-гигиенических характеристик температурного режима помещения. Распределение температур воздуха по горизонтали, вертикали зависит от множества факторов: от разности температур наружного и внутреннего воздуха, теплозащитной способности наружных ограждающих конструкций и их воздухопроницаемости, расположения отопительных приборов в плане и по вертикали, расположения помещения по высоте.
Удельный вес воздуха уменьшается с повышением температуры, нагретые частицы стремятся подняться вверх. Поэтому при центральной системе отопления (радиаторной) наблюдается общее повышение температуры от пола к потолку. Вследствие этого температура поверхности пола при обычных системах отопления оказывается ниже нормативных температур. Температура перепада между поверхностью пола и омывающего его воздуха - одна из «болевых» характеристик жилья.
По нормативным требованиям разность температур на горизонтах +10 мм и +150 мм по вертикали не должна превышать 2 С, в реальных же условиях это не соблюдается.
Вследствие этого приобретает исключительно большое значение теплоустойчивость ограждений и зданий и оказываются необходимыми исследования всякого рода защитных приспособлений от перегрева или переохлаждения помещения.
Планирование экспериментальных исследований микроклимата помещений
Математическая зависимость между основными характеристиками микроклимата, позволяет с помощью ЭВМ прогнозировать тепловлажностный и воздушный режим зданий.
Получение наиболее полной и точной информации о состоянии тепловлажностного режима и подвижности воздуха в любых локальных объемах помещения является одним из основных условий успешного решения вопроса о создании благоприятного микроклимата в здании.
Процесс создания температурно-влажностного и воздушного режима в здании влияют следующие группы факторов: - климатические (температура и относительная влажность наружного воздуха, направление и скорость ветра, теплопоступление от солнечной радиации и т.п.); - характеристика ограждающих конструкций здания (ориентация ограждений с учетом рельефа местности, их геометрические размеры, площадь остекления, наличие дверных проемов, толщина наружных стен и вид материала, из которого изготовлены стены и т.д.); - параметры основного процесса (размещение отопительных систем и количество источников тепла, интенсивность тепловыделения, режим использования оконных и дверных проемов и т.д.); - технико-технологические параметры отопительно-вентиляционных систем (интенсивность воздухообмена, количество и размещение приточно вытяжных систем, температуры приточного воздуха, схемы организации воздухообмена и пр.). Из перечисленных факторов одни изменяются в определенных пределах, другие имеют чисто случайную природу и изменяются по вероятностным законам. Изменение тепловлажностного и воздушного режимов помещения здания носит более сложный характер и в каждом конкретном случае требует дополнительных инструментальных исследований.
Математически наиболее полно описаны процессы распространения тепла и движения воздуха в здании на границе внутреннего и внешнего воздуха [67]. Например, в Тбилисском научно-исследовательском институте разработан метод расчета всех вариантов контакта по периметру помещений в жилом доме с наружной средой для летних условий эксплуатации [43].
В настоящей работе в развитие существующих предлагается метод построения математической модели определения параметров микроклимата, позволяющий оценить в каждый момент времени в любой период года на любой плоскости горизонтального или вертикального сечения помещения значения интересующих параметров.
При этом ставится задача: в кратчайшие сроки провести наименьшее количество опытов по измерению температуры, относительной влажности и подвижности воздуха в определенных местах здания и получить такое количество информации, которое было бы достаточным для построения математической модели микроклимата, адекватной реальным процессам во всем помещении. Погрешность теоретически вычисленных значений не может превышать разрешенных ГОСТом. Интервальные оценки погрешностей по каждому из оптимальных параметров тепловлажностного и воздушного режимов в помещении выбраны из специальных нормативных документов [71], [72].
В качестве основных параметров, характеризующих состояние микроклимата, выбраны температура t, относительная влажность ф и подвижность воздуха v в помещении. За независимые переменные приняты четыре фактора: время измерения т, координаты по высоте h, длине 1 и ширине а соответственно.
Опыты для получения необходимого фактического материала проводились при обычном повседневном эксплуатационном режиме зданий в зимний, летний и переходный период года.
Для экономии времени и средств при проведении достаточно большого количества опытов, повышения надежности и достоверности результатов, предварительно определялись оптимальные условия проведения испытаний. Выбор критериев оптимальности и способа проведения эксперимента осуществлялся, исходя из конкретного содержания поставленной задачи.
Выбор конкретного плана исследований (Приложение к главе 2) и его реализация составляют достаточно трудную задачу, решение которой требует глубоких специальных знаний, профессионального мастерства.
В соответствующих нормативных документах [75] приводятся экспертные оценки оптимальных и допустимых значений основных теплотехнических и энергетических характеристик в обслуживаемой зоне зданий. При практическом использовании для рекомендуемых норм и правил требуется специальная дополнительная корректировка, привязка к местным природным условиям (районирование). В работе рассматривается способ исследования микроклиматических параметров, основанный на активном эксперименте.
Традиционным методом исследования микроклимата помещений является пассивный эксперимент, когда ставится достаточно большая серия опытов и осуществляется сбор исходного статистического материала. Обработка экспериментальных данных проводится методами регрессионного и корреляционного анализа.
В последнее время получили распространение методы статистического испытания и исследования многофакторных объектов, основанные на активном эксперименте. В этом случае математические методы используются не только при обработке экспериментальных данных, но и при выборе условий опытов.
Планирование эксперимента включает следующие этапы: постановку задачи, выбор плана эксперимента, реализацию плана эксперимента, обработку результатов эксперимента, интерпретацию полученных результатов соответствующих исследований. Этот метод автором и использован при исследовании в общественном здании в шести основных помещениях (рис. 3.2), отличающихся между собой тепловыми режимами.
Результаты инструментальных исследований параметров микроклимата помещений общественного здания
Объект исследования является памятником архитектуры в г. Иркутск. Началом постройки считают 1706 год. Двухэтажное кирпичное здание с толщиной стены (5СТ =1500 мм) с высоким кубообразным четвериком и луковичной главкой относилось к широко распространенному в северных областях России типу посадского храма. За почти трехсотлетний период здание претерпело изменения. В здании в 1960-1978 гг. проводились реставрационные работы, согласно плановому заданию помещение старинного здания приспосабливается под музей краеведения.
На первый взгляд здание с достаточно защищенной с теплотехнической точки зрения ограждающей конструкцией и проведенной во время реставрационных работ реконструкции систем отопления выглядело безукоризненно.
По истечении времени в результате эксплуатации здания было отмечено нарушение температурно-влажностного и воздушного режима в помещениях, заключающееся в больших отклонениях температуры внутреннего воздуха, его относительной влажности и подвижности воздуха от нормируемых величин.
Согласно проекта: в помещениях санузла предусмотрена естественная вентиляция, в остальных помещениях вентиляция осуществлялась за счет инфильтрации воздуха через окна. В зданиях применена двухтрубная система отопления с нижней разводкой, тупиковая. Из-за сложности конфигурации системы и невозможности увязки между отдельными ветками, проектом было предусмотрена установка кранов двойного регулирования для выравнивания сопротивления веток системы в процессе наладочных работ. К недостаткам действующего проекта следует отнести отсутствие системы вентиляции, позволяющей отводить теплоиз-бытки, возникающие при посещении здания большим количеством посетителей, расположения теплового пункта на первом этаже здания, отсутствие гибкого регулирования подвода тепла.
Все это определило необходимость проведения натурных инструментальных исследований микроклимата в помещениях здания, оценки работы действующей системы отопления и разработки вариантов технических решений по нормализации его температурно-влажностного режима.
Согласно инструкции [57] важнейшим условием правильного хранения музейных фондов является поддержание необходимой температуры и относительной влажности воздуха. При комплексном хранении музейных материалов значение температуры должно находиться в пределах 18±1 С, оптимальной относительной влажности воздуха - 55±5 %. При этом безопасными пределами изменения относительной влажности считаются: нижний - 50 %, верхний - 65%. Нестабильность температурно-влажностного режима, резкие сезонные и суточные колебания являются основной причиной старения музейных материалов. Суточные колебания относительной влажности не должны превышать 5 %.
В зимний период допустимые пределы отклонения температуры внутреннего воздуха 18-20 С, относительной влажности - 30-60%, подвижности воздуха до 0,3 м/с. [89] В таблице 3.1 приведены рекомендуемые диапазоны температурно-влажностного воздействия, обеспечивающие оптимальные условия хранения различных материальных ценностей. Из-за колебаний относительной влажности воздуха ветшает ткань, растрескивается древесина, происходит ревокация красочного слоя (мелкие трещины). В городском воздухе повышенное содержание СО2, SO2, NO2, совместно с пылью и температурно-влажностными колебаниями изменяют цвета красок, коррозируют металл, обесцвечивают красители тканей, разрушают мрамор и живопись. Холст или дерево при изменении относительной влажности воздуха деформируются больше, чем краски, в результате образуются кракелюрные трещины и осыпается красочный слой. Исследования проводились в зимние периоды в январе-феврале месяце с 10 часов утра до 18 часов вечера при средней наружной температуре воздуха за период наблюдений, равной - 25,7 С, относительной влажности воздуха до 62 % и скорости ветра до 2,9 м/с. Испытания проводились в переходный период с 20 марта по 10 апреля; средняя температура наружного воздуха составила -2,7 С и изменялась от -15С до +8,9 С. При этом средняя суточная влажность находилась в пределах 49-78%. Скорость ветра изменялась от 1,5 до 4,9 м/с. Динамика изменений метеопараметров приведена на рис. 3.3. Метеорологические параметры наружного воздуха: температура, относительная влажность, скорость воздуха и его направление сравнивались с данными Иркутской обсерватории (приложение к главе 3, табл. 3.2 - 3.5). Исследования проводились в шести основных объемах помещений, отличающихся между собой тепловыми режимами. В период испытаний микроклимата измерялись: температура, относительная влажность и подвижность внутреннего воздуха во всём объеме помещения. Для постоянного контроля температуры и относительной влажности применялись суточные термографы М-16А и гигрографы М-21, установленные на стойках на высоте 0,5 и 1,5 м от пола. Для измерений температуры и влажности воздуха в помещении использовались аспирационные психрометры МВ-4М, установленные на переносной стойке на уровнях - 0,1; 0,75; 1,5; 2,25 и 3 метра. Подвижность внутреннего воздуха контролировалась полупроводниковым термоанемометром ТП-45 конструкции ВНИИГС. Места измерений на плане помещений представлены на рисунке 3.2
Разработка отопительных систем на основе электронагрева тельных приборов типа СКЭН, ЭНЭПИ
В задачу исследований входило оценить параметры микроклимата и воздухообмен в жилых помещениях следующих типов: - серийные образцы ОП-6АМ, ПО «Блоюкилкомплекта» Бугульминского комбината строительных конструкций; - АПО-8 А Треста «Востоксибэлектросетьстрой» г. Иркутска; - ЦУБ-2М «Нефтегазстроя» (естественная вентиляция предусмотрена только через проем форточки оконного заполнения); - «Вахта» японской фирмы «CAVACASI», модернизированный вариант с приточно-вытяжной системой естественной вентиляции, обогревом пола, измененной конструкцией стеновых панелей, обитых профилированным металлом; - ОП-6АМ, ПО «Блокжилкомплекта», с измененной цокольной панелью, имеющей устройство для обогрева пола. Естественный воздухообмен в здании зависит от температурных условий внешней и внутренней среды, скорости ветра, воздухонепроницаемости ограждений, работы приточных и вытяжных каналов системы вентиляции. Температура и плотность воздуха внутри и снаружи здания неодинаковы, в результате чего давление по сторонам ограждений неодинаково: за счет ветра на наветренной стороне здания создается подпор, а на поверхностях ограждений возникает избыточное статическое давление. На подветренной стороне образуется разряжение, и статическое давление оказывается пониженным. Для определения расходов воздуха через конструктивные элементы ограждений и вентиляционных систем необходимо знать распределение давлений внутри и снаружи зданий. Для расчета воздушного режима здания должны быть известны его геометрия и внутренняя планировка, температура наружного и внутреннего воздуха, скорость ветра. Существующие методы расчета естественного воздухообмена на стадии проектирования требуют многих исходных данных. При этом значения параметров, закладываемые в расчеты, например, характеристика воздухонепроницаемости строительных конструкций и сооружений, могут иметь существенное различие с действительными. Это связано не только с точностью метода определения их величин, но и с трудноучитываемыми условиями эксплуатации элементов здания.
В зависимости от направления и скорости ветра воздухопроницаемость элементов здания может быть различной. Так, например, в работе [7] приводятся экспериментальные данные изменения воздухообмена в помещениях одноквартирного деревянного щитового дома заводского изготовления АД-5-1.
Воздухообмен существенно меняется от направления ветра и его скорости, при этом доля холодного ветра для различных сопряжений конструкций составляет 50% для стыков стеновых панелей с полом; 10% - вертикальных стыков стеновых панелей.
Воздухообмен в помещении тесно связан с тепловым режимом. Количественная оценка притекающего холодного наружного воздуха в помещении необходима для определения дополнительных затрат тепла на обогрев здания. В работах показано, что потери тепла на инфильтрацию соизмеримы с трансмиссионными теплопотерями через ограждения и даже могут превышать их.
Как следствие, искаженные данные, заложенные в расчет воздухообмена, могут привести к неправильной оценке теплопотерь на инфильтрацию, увеличение эксплуатационных расходов на отопление, а также вызвать нарушение микроклиматических условий в жилом помещении. Искаженная оценка инфильтрации в расчете теплопотерь здания может привести к отличию от действительных величин на 30-60%. В связи с этим работы по оценке истинного значения воздухообмена здания, влияния на его тепловой режим и теплопотери, а также качество воздушной среды жилищ весьма актуальны.
Теоретические основы метода радиоактивных индикаторов для исследования воздухообмена в помещении, решения вентиляционных задач, контроля распространения различных газовых вредностей разработаны в ЛИСИ под научным руководством профессора, д.т.н. Гусева [45, 46]. В результате исследований было установлено, что наиболее применимы для этих целей газ-индикатор Кг-85. Это практически чистый /5-излучатель (у -квантов на 1 распад ядра 15%). Кг-85 - наиболее безопасный в биологическом отношении радиоактивный газ. «Нормы радиационной безопасности НРБ-76» [77] устанавливают на него ПДК в воздухе ра-бочих помещений при объеме V=7-50 м равным 1.2-10"Кг/л, что значительно ниже ПДК других газов. В случае применения Кг-85 дозометрические расчеты проводят лишь на внешние у и 3-облучение, которые практически отсутствуют.
В исследуемый объем Кг-85 вводится в смеси с неактивным газом (СО2, N2) с плотностью, равной плотности воздуха в помещении, в количестве 10" -5 10" Кг/л и равномерно перемешивается в воздухе помещения бытовым вентилятором. Контроль за убыванием концентрации индикатора производят с помощью детекторов излучения / -частиц - газоразрядных счетчиков СТС-5, имеющих малые геометрические размеры и достаточно большую чувствительность. Импульсы напряжения, поступающие от газоразрядных счетчиков СТС-5, регистрируют специальной аппаратурой. Уменьшение числа импульсов во времени позволяет судить о воздухообмене в исследуемом объеме. где g и go — начальная и конечная концентрация индикатора в помещении для момента времени 0 и г. где VCT, VM, Va— соответственно средне статическая, методическая и аппаратурная относительные погрешности N измерений. Из уравнений (3.7) видно, что требуемая точность определения кратности воздухообмена от 1 до 10 1/ч и относительной погрешности измерения концентрации индикатора определения величины воздухообмена Гм 10% при времени экспозиции от 4.5 до 45 мин. При (і =0.1 - 1 1/ч; vN = 5% и той же погрешности измерения кратности воздухообмена время экспозиции должно быть увеличено и находиться в пределах от 0.8 до 6.5 часов. К достоинствам радиоиндикаторного метода следует отнести: - высокую чувствительность, позволяющую при определенных условиях зафиксировать распад даже нескольких атомов; концентрацию примесей порядка 10-7мг/мЗ; - быстродействие при скорости счета импульсов порядка 200 имп./мин и выше время одного измерения может быть меньше 1 минуты; - отсутствие отбора проб воздуха и их анализа; - примененный Кг-85 не сорбируется окружающими предметами, что позволяет после кратковременного проветривания продолжить эксплуатировать исследуемое помещение для жилья; - индикатор подмешивается к изучаемой среде в количестве не более 104 % и его присутствие не влияет на исследуемый воздухообмен в помещении. К важным преимуществам метода также следует отнести простоту измерительных операций, дистанционность измерений и возможную автоматическую запись результатов.
Похожие диссертации на Исследование и обеспечение параметров микроклимата жилых и общественных зданий методами оптимального планирования эксперимента
