Введение к работе
Актуальность темы. Вопросы обеспечения внутренних тепловых условий зданий массовой застройки в холодный период года имеют исключительную важность в социальной и аконоиичеокои плане в связи о ростом городов в различных климатических районах страны, трудностями развития муниципального жилищного строительства и централизованного теплоснабжения, е также возрастанием объеиов капитального ремонта и реконструкции зданий и инженерных систем.
Основную застройку современных городов представляют типовые жилые здания массового индустриального строительства, оснащен- ные осноьныии видами благоустройства, снабжаемые продукцией различных сиотеы энергетики и отличающиеся широким диапазоном тепловых характеристик, В основу создания отечественных тепловых сиотеы положен принцип централизованного обеспечения теплових условий, что обусловило преимущественное распространение однотрубных систем отопления, неприспособленных к потребительской регулировке теплоотдачи нагревательных приборов. Учитывая социально-экономическую и экологическую обстановку крупных городов, оложившиеся основные тенденции муниципального строительства сохраняются на перспективу.
Вместе с тем с ростом крупности тепловых систеи возросли вероятность и продолжительность нарушения отопления зданий, аоледствиз изменения ладидиостних характеристик систеи, а также возможности нарушения их устоичивоспособноати и живучести, обусловленные недостаточной управляемостью. Центральноз качественное регулирование отпуска теплоты по совмечешои нагрузке является преимущественным для спстзц отопления и т.д. В этих условиях удовлетворение индивидуальных потребностей в тепловом комфорте нередко осуществляется за счет изменения режима аорация помещений и бытовых источников энергии, что обусловливает скрытые потери топливно-энергетических ресуроов. Нарушения режима теплоснабжения приводят к ыассовш и наиболее суцественныы в суровые зішц отклонениям теплоиых условий, которые, как показывает практика, сопровождаются значительным социальным и экономическим ущербами.
^
Существующее положение во многой обусловлено, сложившейся практикой, опирающейся на опыт традиционного строительства, и недостаточно учитывающей всю совокупность факторов и условий, определяющих выбор эксплуатационных качеств и режимов функцио--нирования инженерных средств и устройств обеспечения тепловых условий зданий, как элементов единого комплекса. Совершенствование методов проектирования и эксплуатации вновь строящихся и реконструируемых подобных комплексов массового обслуживания, направленных на повышение эффективности их действия, требует развития научно-методологических основ. Диссертационная работа посвящена разработке теоретических основ и практических методов решения задачи обеспечения заданных тепловых условий.
Целью исследования является разработка методологических основ проектирования и выбора режимов функционирования комплекса инкенерных средств и устройств обеспечения заданных тепловых условий зданий массовой застройки в холодный период года, как элементов единой биотехнической системы массового обслуживания.
Задачи исследования состоят в:
построении обобщенной модели формирования тепловых уодо-вий зданий массовой застройки, ее системном представлении с выявлением свойотва целостности и его влияния не гффективность функционирования системы, формулировании общего критерия эффективности системы и согласованных с ним критериев эффективности инженерных подсистем.
развитии методов расчёта тепловых состояний человека при его теплообмене с окружающей средой к регламентации на их основе показателей заданных тепловых уоловий, определяющих пределе: эксплуатационного изменения температуры помещения и параметры ее допустимых отклонений;
оценке влияния на динамику теплового дисбаланса помещений воздействий наружного климата, свойств и режимов функционирования систем теплоснабжения и отопления зданий массовой застройки с выявлением ситуаций комплексных воздействий, принимаемых за расчетные при определении эффективностных мер;
разработке инженерных методов расчета нестационарного теплового режима помещений в ситуациях аварийных нарушений '' режима тепдояодачй и наибольшая похолоданий, некомпенсируемых отоплением.
разработке иетодик решения задач, связанных с определенней показателей тепловой мощности, надежности и режимной управляемости комплекса средств и устройотв обеспечения тепловых условий зданий массовой застройки на стадиях их проектирования л эксплуатации;
заявлении степени рациональности существующих требований проектирования и технического обслуживания вданий, систеы отопления и теплоснабжения для обеспечения заданных тепловых уоло-вий при различных клвдатичвоких и других условиях сгроитель-
t отва. і
Научная новизна работы состоит в: постановке зедачи фориирования тепловых условий в зданиях массовой заст-. ройки, как биотехнической систеыы, обладающей свойством адаптивности, которое выражается в тенденции автостабилкзации тепловых уоловий в поиецениях при практически значимых отклонениях рсжиыа теплопидачи на отопление; выявлении характера влияния свойства адаптивности на эффективность функционирования систеыы и формулировании с его учзтои обдего критерия эффективности системы II согласованных о ниц требований к эффективности инженерных средств и устройств обеспечения тепловых условии, как элеыентов единой систеыы; разработке основ расчета показателей эдфсктивносм, включающих методы расчета тепловых состояний человеке и регла- . ыентацию на их основе параметров заданных тепловых условий, представляющих общий критерий эффективности функционирования систеыы, определение параметров характеристик комплексных воздействий на тепловой режиы помещений в расчетных ситуациях и инженерные нетоды расчета теплового режима помещений s этих ситуациях; теоретической обосновании рационального метода количественного регулирования отпуска теплоты на отопление в тепловых пунктах при зависимом присоединении снетеи; результатах исследошшп зависимости количественных характеристик показателей эффективности инженерных средств и устройств обеспечения тепловых условий от климатических и других региональных факторов строительства.
Практическая ценность результатов исследования состоит я раураситко .інженерних методов решения задач, служащих обоснованием выбора \ свойств и режимов раооты компчекса инженерных средств и устройств, обуоловлизащих выдерживание заданиях тепловых условий в зданиях с учетом факторов строительства, ка основа определения: расчетной темпера-
туры наружного воздуха для проектирования установочной мощности систем отопления зданий; временного критерия для оценки необходимости резервирования элементов тепловой системы; коэффициента резервной теплоподачи на отопление при лимитированном режиме теплоснабжения; допустимой величини снижения эксплуатационной мощности теплоисточника при его подготовке к прохождению зимнего периода; лимита времени на аварийно-восстановительный реыонт нерезервированных элементов систем теплоснабжения и отопления в зависимости'от текущих наружных условий.
Практическое значение в проектировании и эксплуатации также имеют: реализация установленных рациональных методов управления отпуском теплоты на отопление зданий в тепловых пунктах за условиях крупной тепловой системы; применение технологической охемы количественного регулирования отопительной нагрузки в тепловых пунктах при зависимом присоединении систем отопления; рекомендации по ограничению единичной тепловой мощности источников централизованного теплоснабаения в суровых климатических районах строительства и др., приведенные в диссертации, которые вытекают из анализа степени рациональности существующих требований строительного проектирования.
Реализация результатов работы. Теоретические основы и инженерные методы проектирования систем обеспечения теплового режима зданий массовой застройки городов с учетом гарантированного поддержания заданных тепловых условий в помещениях в холодное время года изложены в монографии "Тепловой режим зданий массовой застройки", выпущенной Стройизда-том в 1986 г. и предназначенной для инвенерно-технических работников проектных и эксплуатационных организаций.
Результаты работы такке включены в "Отраслевые нормы и правила технической эксплуатации зданий и инженерных оистем туристских предприятий" (М., Изд. Турист, 1991), раздел "Обеспечение теплового режима зданий в холодный период года" учебного пособия "Примеры расчетов по организация и управлению эксплуатацией зданий" (ІІ., Стройиздат, 1992) для студентов специальности 2905 и используются в МИСИ им. В.В.Куйбышева в дипломном проектировании и при изучении курса "Техническая эксплуатация зданий и инженерных систем".
Результаты исследований легли в основу обоснования и разработки схемного решения альтеративного метода количественного : регулирования отпуска теплоты і:а отопление зависимо присоединен-.
них систем, который апробирован на двух действующих ЦТП г.Уоск-вы в 1987-1933 г.г. к принят к внедрению ГПО "Мосинжреыонт"; использованы при разработке, совместно о АКХ им. К.Д.Памфилова, мероприятий по эффективным режимам работы электрокотельнои системы теплоснабжения поо. городского типа Светлогорок (Даг. АССР) и др. Принципи и иотоди решения задач, предотаэлявдие единую методологическую основу целевого проектирования и эксплуатации средств обеспечения тепловых условии зданий, могут быть использованы при рэшении вопросов, рассматриваемых в главах СНиП 2.Q4.05-86, 2.04.07-86 и др.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывалиоь и обсуждались на научно-практичеоких семинарах "Экономика и организация топлогозоонабжения и вентиляции" (Таллинн, 1972), "Зкоиоиика, планирование и расчеты в килшдноы хозяйстве" (Москва, 1972 и 1978), "Пути экономии топливно-энергетических реоурсов и води в'жилищной хозяйстве" (Ыооква, 1986 и 1990)і на республиканской научно-техничеокои конференции "Теплоснабжение жилых » обмостяениых зданий" (Ыосква, 1974), Всесоюзной научно-технической конференции "Развитие диспетчеризации в городских электрических и тепловых сетях" (Запорожье, 1976), Всесоюзной научно-технической конференции "Пути совершенствования эксплуатации жилищного хозяйства" (Днепропетровск, 1974); на' секции отопления, вентиляции и строительной теплофизики 1-го Всесовзного съезда АВОК (Ленинград, 1990); научно-тохничеоких конференциях МИСИ им. Б.В.Куйбышева (Москва, 1986, 1989, 1991), научных семинарах кафедр ЫИСИ "Техническая эксплуатация зд&иий", "Огопленио и вентиляция" (1984, 1990, 1991) и ряде других конференций, семинаров и совещаний.
На защиту вынооятоа теоретические основы и практические ыэтоды проектирования свойств и режимов функционирования коиплексо инженерных средств и уотройств обеспечения заданных геплоиих условий здании ыоссоьой застройки в холод-кий' период, года,- которые представлены в виде:
исследования'Формирования тепловых условии, как сложной Оиотихничесі:о.І системы массолого обслуживания, с выявлониеы свойства целостности, условии и следствии его проявления, формулирования ооїцві'о кр.іторан о^рсктииьоохи системы и частных критериев эффоктишюсти инженерных средств и устройств, кап ее элементов;
методики регламентации показателей заданных теплових ус-
ловий, выдерживаемых в течение холодного периода года, представляющих общий критерий эффективности системы; '
вероятноетно-детершшировашшх показателей характеристик комплексных воздействий на тепловой режим помещений, представ- t лящах расчетные ситуации для определения зффективностных мер;
инженерных методов расчета нестационарного теплового ре-жииа помещений в расчетных ситуациях, связанных с аварийным нарушением условий отопления к экстремальным понижением температуры наружного воздуха з периоды наибольших похолоданий;
методов решения задач, служащих обоснованием определения показателей эффективности инженерных средств и устройств обеспечения заданных тепловых условий зданий на стадиях проектирования и эксплуатации;
-> форыулртания требований к рациональным методам управления отпуском теплоты на отопление в тепловых пунктах крупной системи теплоснабжения, а так ае технологической схемы их.реализация при количественном регулировании для зависимо присоединенных систем отопления;
. - результатов анализа степени рациональности сущесгвувчих. требований проектирования и технического обслуживания вданий, систем отопления а теплоснабжения для обеспечения необходимых. тепловых уоловий с учетом региональных факторов строительства»
-Объем работы. Диссэртация состоит из введения,
5 глав и заключения. Изложена на 408 стр., включая 101 стр..
рисунког и таблиц, И- стр. библиогрд&ии из 178 наименований.
'. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ '
Сущность проблемы обеспечения заданных тепловых- условий' к п у т иг " ее решения. Тепловое восприятие и самочувствие людей
6 обогреваемых помещениях вилых зданий определяют температурные'
условия, поскольку при принягах нормах строительного проектиро
вания другяа параметры микроклимата (влажность, подвйкность,
,газовыЙ состав воздуха, радиационный теплообмен с взгретыми-и ;.
охлаждаешь: поверхностями) сохраняются на уровне санитарно- ,
^гигиенических..требований. Взаимосвязанные температуры внутрен
него воэдрса.н огравдений обусловливая? обобщенный показатель'
: тепловых условий -..температуру помадения.
Надежное и экономичное обеспеченно заданных тепловых уело-, вий в зданиях массовой застройки предотавляет сложную научно-техническую задачу. В методологическом плана ее решение связано о выбором оптимальных свойств и режимов функционирования совокупности инженерных средств и устройств, формирующих тепловые условия, как единого комплекса массового обслуживания. Условия типового строительства, предопределяющие объемно-планировочную отруктуру, конструктивные запщтше свойства зданий и ооновные технические решения инженерных систем, ограничивают выбор упраэ-ЛЯ9ИЦХ параметров.
Методология решения оптимизационных задач применительно к выбору физико-технических параметров систем вентиляции и кондиционирования воздуха для производственных и общественных зданий получила развитие в работах А.А.Рымкевича и др. Однако отличие содержания и услорий решения поставленной, задачи требует разработки самостоятельной концепшв л специального методического аппарата.
Отправными моментами разработки концепции диссертации по-слувили научные положения, связанные с выбором расчетных наружных условий для проектирования отопления с учетом заданной обеспеченности внутренних условий и принципами проектирования надежности системи тепловых сетей, которые били выдвинуты B.H.Soro-словоким и АД.Ионикнм. Вместе о тем реализация положений концепции потребовала развития существующих представлений, нормативных данных и методов решения новых зада?, которые и явились предметом исследований.
При сложной совокупности факторов различной природы, влияющих на формирование тепловых условий зданий массовой эаотройкя, выбор и обоснование мер, направленных на обеспечение заданных условий, основывается на методологических аредстаах системного анализа и принципе еффективаости систем. Наряду о эвристическими методами, в качестве конструктивного аппарата исследования поведения системы используется набор разработанных узкорриентирсван-ных математических моделей, отражающих разные отроны -сущности .Системы.,:
В связи о этим обобщенная модель'формирования тепловых уо-ловий (рие.1) представляется и исследуется в отношение эффективности, как сложная открытая биотехническая система, обладающая внутренним свойством целенаправленности, под которым пенимаетоя
-Р1
ваш. (ода
СИСТПІА ТЇПЛСШХ СЕТЙІ (1С)
тшлсисточш
п;
[
^грлгопциЕІІскст.ватЕатвїн. швтр.сок) "пшішявдг tea
мгр.пнпир
(ІИ)
ГКВДК* ТГУГ)
в глшаї комк.
СІЕТ.ОТОМВ-ИИ (CO)
е:
-г—ж—
1ШСВ0Й шккт (та)
1 СЦТІ
—L J
яітовив зігато-
ПРЙБОШ {Ш>
сист.шито-
и ГЛЗССН.(СЭ*Г)
"ТХ
(Ч
кайми кладт
ч_.
1~—[
ттвт-этггт .хаашхе
)
?ис. І.;Сх9ма формирования тепловых условий , .
Тиш. овязей:..—чр. твпло-массопврвноса; ;—*. технического обстукивания; „_ _^. информационные; «> воздействия жителей.
функциональная тенденция системы к достижению поставленной перед,' неп целя, как системой массового обслуживания: "сохранить заданные тепловые условия лра любых возможных ситуациях". Это сбойство отражает сущности рассматриваемой системы и формируется'специфическими для кое механизмами. Выбор мер, обеспечиващих эффективность инженерных средств и устройств, как элементов системи, опирается на учет этой специфики и заключается в выявлении и стимуляции факторов, оказывающих положительное влияние ка достижение поставленной цели.
Выявление свойства целостности требует рассмотрения поведения1 системы в различных ситуациях, которое определяется содержанием отношений межд> ее частями. Многие из этих отношений изуче-. на достаточно полно. Связи подсистемы СКМ (системи кондиционирования шкроклгаата), в основа которых лежат тепло-маесообмвннне процессы, происходящие в конструкциях, домощений, зданта и его системах получили глубокое освещение в работах'А.В.Лыкова, О.Е*Власова, В.Д.Иачинского, К.Ф.Фокина, Ф.В.Ушкова, В.Н.Богословского, Л.Д.Богуславского, И.Ф.Ливчака, В.Е.Константиновой, Н.Н.Разумоза, В.П.Титова, Ю.А.Табунщикова, Ю.Я.Кукпинрва и др. Работа В.МДашшка, С.Ф.Кспьева, А.В.Хлудова, Е.Я.Соколоэа, Л.А.Мелектьева, Н.К.Грошвь, Н.М.Зингера, М.Л.Закса, С.АДисто-вича, А.А.Иояина, В.Н.Братенкова и др., посвященные обоснования, управлению и кадеяносги систем теплоеяабжжвя, раскрывают зодер-кание внутренних и внешних связей элементов подсистемы СЦТ. Данные гигиенических исследований о влиянии тепловой среды на физиологическое состояние и поведение человека, приведениие в работах М.С.Горомосова, A.S.Малышевой, Ю.Д.Губернского, Б.И.Ко-реневской, В.И.Кричагиня, В.О.Кощеева, П.О.Фангера, Л.Бакхиди, А.Еартона и др., увились основой определения свойства подсиетемн "человек-житель" и ее связей с другими элементам! системы.
Взаимосвязи подсистем СЦТ и СКМ определяют отношения управления отопительной нагрузкой в тепловн:: іг/нктаї (ТП). На основе научно-технических разработок ЦЦШЭП инженерного оборудования, МНИИТЗП, АКХ им.К.Д.Памфилова, ЬТИ им.Ф.Э.Дзержинского, Мосжил-нкипроекта и др.организаций дачи предложения, сонованныэ на разных подходах к решению задачи. На наш взгляд, выбор рационального способа регулирования отопления зданий массовой застройки должен основываться на учете свойства целостности биотехнической системы и принципе иерархии управления тепловой системой, что является предметом дополнительного исследования. Требования
к свойству оперативности подсистема ABC, определяющему содержание связей обслуживания не имеют дбстеточюго научного обоснования.
Свойство адаптяв но с т и о и с т а мы. направления п о в ы ю з я и я эффективно о т и ё е ф у н к ц и они р о в а к и я. Анализ факторов и свойств, влияющих на формирование возмущающих и регулирующих воздействий на тепловой режим зданий масоовой застройки, свидетельствует- о характерности энакоперемонного. динамического теплового дисбаланса помещений, влияние которого на состояние тепловых условий существенно сглажнваживается, особенно при небольшой (менее суток) периодичности воздействий, благодаря свойству теплоустойчивости помещения. Это свойство представляет техническую компоненту целенаправленности система. При недостаточной эффективности этого механизма стабилизации теплових условий вступает в действие другой - биологический, характеризуемый адаптивным поведением человека-жителя, учитывая связи и свойства элементов СКМ (рис.1).
.... . Одним из орвдетв поддержания требуемых условий является аэрация. Исследование о помощью математического моделирования ситуации стабилизации внутренней температуру.sa счет компеное-' дли отклонений режима обогрева соответствующим изменением интенсивности воздухообмена, свидетельствует о достаточно широких .возможностях такого средства, особенно в условиях перегрева помещений, Последствия адаптивного поведения предсказуемы и в уело-: веях недостаточного обогрева: с большой вероятностью следует ожидать еамвщвшя тепловой энергия алактряческой или газом, тем болов, что, снабжение, ими жилах зданий осуществляется в приоритетном порядка.и по сравнительно низким тарифам. В связи л этим ; случаи: массового и существ енного отклонения теплолнх условий нередко сопровождается цепью-событий, усиливающих их неблагоприятнее социальные и экономические последствия (возможное спонтанное нарушение уотойчивоопособвости- тепловой сети, увеличение до аварийных нагрузок на другие системы енергетики и т.д.). \;.vy>Таким образом участие человека в управлении кикроклиматом , придает системе Формирования, тепловых условий свойство адаптив- ' *ностй, выражащееоя-. в тенденции азтоотвбшгазацни тепловых условий. ". Действие механизмов адаптации направлено на изменение параметров ..функционирования элементов системи; СЕВ, БЭП, а иногда и ТП . . (см; :.риЬ>1).» ч?о обусловливавЇ. вкояомичеокво издержки, а при ; анататольном.нарушении теплйвогр режима г возможность их каскад-
ного роста. ..';.'.
Выявление условий и следствий проявления механизмов адаптации определяет исходные принципа выбора мор, направленных на-повышение эффективности- функционирования рассматриваемой системы:
-
Обеспечение необходимых тепловых условий функциональными техническими средствами обусловливает минимизацию прямых и сопряженных экономических ущербов. В связи о этим з качестве общего критерия эффективности системы целесообразно принять заданные тепловые условия.
-
Вследствие функциональной зависимости теплолотерв, помещений от реаима теплоподачи в практически значимых пределах, и, следовательно, того, что температура внутреннего воздуха не может являться однозначным признаком качества отоплекия, для зданий массовой застройки целесообразно программное управление отпуском теплоты на отопление в Тії в зависимости от основных факторов, формирующих теплоспрсс.
-
Условием обеспеченности заданных тепловых условий и, следовательно, нейтрализации механизмов адаптации является полнота ооновных невзаимокомпенсируемых свойств системы, характеризующих обеспеченность тепловой мощности, уровень надежнооти и режимную управляемость, которые образуют комплексное свойство ее эффективности .
В соответствии с этими положениями сформулированы требования' к эффективности технических средств обеспечения тепловых условий, как элементам системы. Определение количественных показателей характеристик эффективности потребовало развития инфориацяонно-методической базы расчете^ за счет: регламентации параметров заданных тепловых условий, аыявлэнзя характеристик воздействий на тепловой режим помещений в расчетных ситуациях, разработки методов расчета теплового режима помещений в этих ситуациях.
Регламентация- заданных теплових у с-л о в и ft имеет целью определение границ основных эксплуатационных изменений температуры помещения, а также параметров допустимых в редких случаях-отапонйний (понижений) температуры. , Принципиальная возможность единой регламентации для разных возрастных групп населения обусловлена близостью физиологических показателей комфортного и допустимого тепловых состояніїй людей и общностью вида их деятельности в яклище.
. Учитывая неизменность теплопродукции QM при этих состояниях,
а такке возможность количественной оценки соответствующих изменений RrK ("оболочям" человека), потерь теплоты иопарением и о открытых поверхностей тела, предложены слэдуэдие расчетные зависимости для определения границ комфортного изменения температуры. ($кла СП) и нижнего, переходного к допустимому состоянию, уровня, температуры (ф-ла (2)) в зависимости qt термического сопротивления одежды Ret,ii м ,0С/Бт:
Ери QM «= 70 Бт/иг, (состояние покоя). и стандартной для
холодного периода года утешюняооти одежды (1../1,2 кло) значения
^*. отвечают показателям (го П.О.Фаягеру): РРД « -0,5 я РРИв
-» 10%. При повышенной утепленяости одежда (1,5 кло) показатель
PPV возрастает до 20$. Учитывая взаимосвязь температур -g и
. а в жилых помещениях (см.ниже), рассмотренным условиям соот
ветствуют zf^ , в пределах примерно 18-22С, которые являются
комфортными, и отличаются процентом неудовлетворенных тепловыми
условиями, который, однако, не превышает приемлемого уровня
при ' . их централизован но*) обеспечении (Л.Банхиди я др.).
Этот диапазон может быть принят в качестве регламентированного с
учетом климатических и сезонных особенностей, рекомендуемых .
Ю.Д.Губернсяим. .. ,
Б принятой: постановке задачи наибольшее значение имеет нор
мирования допустимых' отклонений -Ьп . Вместе с тем этот, вопрос
наименее, изучен. Тепловое восприятие температуры помещения, оп-
,'ределяемоі по ф-лв.(2), примерно. 30 людей в одежде повышенной..
утэплакности юкет выражаться оценкой "прохладно", что по при
нятой классификации гигиенистов указывает ва ее прнаяддежность .
к граничному значении ыезшу комфортная и допустимым тепловыми-
состсякияш челозека. . ,.'-.' "'-.]''"
': :На основе анализа' характеризующей их совокупности гедло-фЕзнчеакях показателей,', было сделано предполоаение о возможности описания переходного процесса, от комфортного к допустимому ; їешовому-состояния (представительным: критерием которого является понизениб средней темпера туры тела :А'^г.*' *& Jv*'J»20C.b
зависимостями регулярного режима охлаждения физических тол. В соответствии с нтим при переходе человека в тепловую обстановку с постоянной темпера г/рой ~tn< іпкмин і изменение во времени средней температуры его тела можно описать следующим образом
Щ-х-(*1«г.ф-«?(--Я,»)] !3)
Пренебрегая малой величиной теплоемкости одежда, темп изменения температуры тела человека М. , ч определяется:
Щ - V crGT ~ CrGrdM+R^c) <4>
Результаты расчета ло формулам (3), (4) апробированы .опубликованными данными (В.С.Коцеев), полученными з ходе комдлекс-иых гигиенических иопытаний в специально» термокамере, где поддерживались субнормальные тепловые условия, а испытуемые находились в нрЙ в состоянии покоя и одеаде стандартной утепленное-тл. В связи о этим представляется правомерным использование приведенных зависимостей для регламентации продолжительности й%. , ч и величины скачкообразного отклонения температуры помещения до уроачя п» . Взаимосвязь меаду укаэанш/гш параметрами, которая, исходя из физического смысла рассматриваемого явления, действительна при ^wy<--.> й^гз Шбет Бг,д
4*Ы \-/ (>
События, вызывающиесущеоївешше нарушения/ теплоьых
условий сравнительно редки. Поэтому при рэгчаментаиии
параметров-долустамь'х отклонений іп целесообразно расочигы-зать на оденду большой утепленности, принимая во внимание вероятную частоту отклонения. Предлагаются грл градации норм параметров (рис,2), соответствующие условиям: лт » 1,2С и Q.M г. 70 ВтД/Г.
Регламентация параметров допустимых тепловых условий при известной функции- изменения -&п во Еремэнп проводится яа 00-иове эквивалантироваиия градусо-часов действительного и ступенчатого отклонений темпера туры или с помощью расчета на ЭВМ.
Как следует из анализа данных рис.2, при'малом темпе понижения температуры (не более.0,3 С/ч) допустимое отклонение тепловых условий регламентируется только минимально допустимым уровнем температуры..
х ?.- —"1 -^ "''--х- -'- г—-— 1
//
//
1 /
\ и
.О 10 20 30 40 &Zs,t
Рис.2. Параметры допустимых отклонений тепловых условий (область слева от кривых) в зависимости от частоты события: I - несколько раз в течение отопительного.периода ( R.^ =1,25 кло); I - один pas в несколько лет С ^ =1,5 кло); 3 - один pas . в десять к более лет ('.#** « 1,7 кло). ' ,. .
Поскольку используемые в практике проектирования методы, расчета температурного режима помещений ориентированы на опреді ленив температуры воздуха, для учета параметров заданных теплових уеловиЧ необходимо установить взаимосвязь, т о м п е р с т у р воздуха и- п он е н е н и я. Она однозначно определяется соотношением между температурами ~^е к ТІ (т.к. ~п = 0,5 (^+-^)), дрормируемкм коявективно-лу-,-чистым теплообменом в помещении. Его расчет представляет можную задачу, которая в полной физико-математической постановке решается для конкретних условий с подащыи ЭВМ или аналогового, моделирозаімя. Это определило необходимость разработки метола расчете теплообмена в пометений, которой, учитывал совокупность формирующих его факторов (геометрические и радиационные парзмет-рч, уровень теплозащиты, способ обогрева, интенсивность'.возку-'> хообмена,.битовые те'плопост^тения'гю^
достаточной для инженерной практика точностью, позволяет полутать общее решение задачи для рассматриваемого круга условий. ; В развитие существующих подходов построена модель теплообмена, основанная на представлении всех поверхностей помещения F0 в виде единой изотермической поверхности (сферы) о температурой ~& , в центра которой расположены внутренние теплоисточники (отопления, бытовке), сум/арной площадью существенно меньшей / , а их теплоотдача представлена конвективными долями
*т в 'Чв ' от 0Й15еЯ« ЯРИ ST0M количество поглощенной поверхностью лучистой энергии:
Получено описание теплообмена ь помещении одним уравнением:
Уг ^а Л ъ ЬЛ Йн+СМ V й4 b(w^;
"выло} А" <7)
На основе опытных дондах и расчетных исследований определены значения tor для разных способов обогрева, а тек же осред--ненкая величина' t^ от бнтозых тэпдоисточников. Показано, что в широком, диапазоне температур наружного воздухй отношение избыточных- температур l^/l^s Кх. изменяотся несущественно и зависит в основном' от места расположения помещения з здании и способа его обогрева.
С учетом этих ректоров определены количественные показатели
коэффициента температурной обстановки в помещении ^ . Напри
мер,'для представительного помещения (углового, распожягенного ;
на нижнем этажа), обогреваемого радиаторами (конвекторами) или
панелями лучистого отопления, его значения равны соответственно
0,92 и 0,98. В связи с ятям взаимосвязь между искомыми темпера
турами можно определить из соотношения .
Допустимость принятых упрощатощкх предпосылок и достаточная для инженерной практики точность предлагаемого метода подтверждается результатами сопоставления расчетов с опубликованными даннь'ми расчета геплообмена в помещении на ЭВМ и натурных обсле-дованийУтедятературнок обстановки в помещениях зданий массового
Строительства при разных способах их обогрева,.
3 период охлавдэшш помещения при отклонениях тепловых условий, вызванных разнами цричинами (полное или частичное нарушение режима теплоснабжения, экстремальное понижение ~ін и пр.) взаимосвязь между температурами ~6^ и ~п такет быть оцонена расчетом по ф-лс (8) при условии определения избыточных температур относительно условной температуры наружного воздуха, эквивалентной влиянию на тепловой режим помощений, теплопсступ-лений от всех внутренних источников Qu ; интенсивность ко-торых может быть принята средней за рассматриваемый период. Эта температура равна
и.^-ь^1йч/йл.щ -<9>
В частом случъв, яри аварийном прекращении теплоснабжения зданий и отключении систем отсекания и горячего водоснабжения, после нескольких часов охлаждения помещений, независимо от способа их обогрева, ьюжно принять, что -іп(^)к ().
. Проведенный анализ-такие показал, что допустимые отклонения тепловых условий не сопровождаются нарушением влажностного режима помещений.
В соответствии с концепцией исследования за расчетные условия, для обоснования эффективное т я ых мер должны быть принята ситуации дисбаланса теплоты, могущие привести к отклонениям тепловых условий за пределы заданных га разных этапах отопительного периода. Выявление таких ситуаций предопределяет анализ возможных воздействий на теплоштребноегь и режимы тепяопопачи, а также отбор существенных из них на осново оценки влияния на тепловые условия.
Характеристика наружного климата и технологических процессов, и их влияние на тепловой и воздушный режим зданий и помещения исследовались многими авторами в связи с решением прикладних еадач- прооктирования и режимов функционирования элементов СКМ и СІТІ* Основная зэдача иослэдеваякя состояла в систематизации и отборе Быявленнкх раз розненных фактов и данных. Б основу ео ратания положен принцип учета вклада различных факторов в усиление или.ослабление общих тенденций теплового дисбаланса помещений,1 обусловленных основними.режимами теплоснабжения. В закрытых
Оистзмах теплостдкатя с-ги режким охвамзают диапазоны срэд-несуточных температур наружного воздуха, характерше_ для осеннв-весеннего (I диапазон), зимнего (П) и наиболее сурового зимнего (И) периодов отоиления. Центральное качественное регулирование отпуска теплоты на отопление осуществляется только в пределах П . диапазона с учетом прогноз ируешх значений, темпера туру наружного воздуха и выдерживания (о рагламонтированнымн отклонениям) суточного баланса оовыоогной тепловой нагрузки; в условиях I и II' диапазонов температур отпуок теплоты не регулируется, обусловливая соответственно избыточную теплоподачу на отопление и возможный ее дефицит.
Из оценочного атлиза характеристик возможных воздействий по сочетанию показателей мощности, гродолжитальности, вероятное^ тп и времени проявлония следует, что расчетные ситуации приходятся на условия I и Е диапазонов температур отопительного периода. I диапазон - расчетный для выбора мгр по активному регулированию отопительной нагрузки з ТП. Он характеризуется значительной общей интенсивностью и стохастичностью инсоляции, которая совместно е бытовыми теплопостуилениямк существенно снижает , удельккй зео отопления в энергетическом балансе помещений. Одновременно повышается вероятность аэрации помещений с целью реіу-лирования влажности внутреннего воздуха, что тормозит снижение теплопотрабности, но усиливает ее стохастическую изменчивость. Наряду в этим следует учитывать гигиеническую целесообразность более високих температур в переходный весенний период по сравнению с зимним периодом (Ю.Д.Іуберкский). Проведенный анализ вскрывает особенности ситуации, которые долкны учитываться при выборе рзшениі* по управлению отопительной нагрузкой. , .
Факторами, усиливающими пефицит теплота на отопление в условиях Ш диапазона температур являются периоды наибольших резких похолоданий и возможные отказы и неполадки в работе систем теплоснабжения и отопления. Первыо из них представляют расчетные ситуации для выбора установочной телловой мощности отопления, : определения допустимой эксплуатационной мощности теплоисточника. Наруккыв условия, соответствующие достаточной вероятности сочетания обоих факторов, являютсч расчетными для обоонования совокупности проэкткых и эксплуатационных мер, обусловливающих необходимый уровень надежности тепловых систем. На основе проведенных исследований и' существующих данных определены показатели
.характеристик воздействий на тешкшой режим помещений, необходимые' для его расчета. ' ,
Они условно разделены на вероятностные и детерминированные.
Взроятностными величинами представляются некоторн е климатические
(температура, инсоляция) и надежностные характеристики систем. ,
В пределах рассматриваемых ситуаций постоянными,, равными средней
величине принимаются: воздухообмен (учитывая адаптивное поведе
ние мителей), бытовые тєЕЛопсступления и время восстановления
работоспособности моментов..- ' '-.':'"'
инженерные методы, расчета реак
ции .помещений на выявлении э ' в о s-
действия. Периодическая суточная изменчивость внешних и '
внутренних воздействий в I диапазоне обусловливает применение
для их учета инженерных методов теории теплоустойчивости поме
щения. Расчетные условия в пределах Ш диапазона температур1 ха
рактеризуются двумя налами разовых воздействий, связанных с:
I) аварийным нарушением тэплоподачи (от 5-6 ч до 2 суток и бо-
лэе), которое происходит при несущественна изменении ^A-.v«(B
дальнейшем ситуация 1) й 2) экстремальным, относительно приня
той обеспеченности наружных условий, понижением Tt/y с тем
пом Ь , С/ч (составляющим, обычно, 3 суток и более) при рас
четной теплоподаче на отопление (ситуация 2). Расчет охлаждения
помещений, при воздействиях такого рода привлекал внимание шо
па исследователей. Характерным.для этих попыток решения задачи
яшлозь применэняе зависимостей регулярного теплового режихт.
охлаждения (нагревания) однородных и изотопных тел. Помещение , .
является энергетической системой, основные элемента которой
(наружные.и внутренние ограждения, обогревающее устройство)" су
щественно различаются между собой материалами и условиями теп-
лообнепа,, Поэтому такой подход правомерен для обстоятельств,
где эти факторы в совокупности нэ имеют столь большого значения,
как-в современных жилых зданиях. Исследования, проведенные
АТОС (А.Н.Ыелентьев, Н.К.Громов и др.), показали, что описание
кзмэ.чения :ied) ЩФ- охлаждении таких помещений, простой экспонен-
,,той дэш ^'..учетом- значений постоянной времени (называемой.козф-
фитдаентом теплоаккумуляцим),*которые определены .эксперимектапь-
; нш путем,'мокет давать существенную погрешность расчета.,Это
: определило необходимость разработки инженерного метода решения
^. за иачя ;,'*' . " ;'' ':-.' '.."'" .. V ,: . .-"''."
Проведанный анализ влияния на тепловую инерцию теплоемких наружных- и энутрекних ограждений рассматриваемых зданий продолжительности изменений температур наружной и внутренней среды в ситуациях. I и 2, показал возможность приближенного описания тепловых процессов, происходящих в них, в виде непрерывного чередоза-ния стационарных состояния теплопередачи, что является частным случаем затухания колебаний температуры окружающей среды в ограждения. Для уменьшения влияния.этого упрощающего допущения на конечный результат расчета выявлена неойсодкмэсть введения поникающих коэффициентов кс к расчетной величина С">.г з зависимости от тепловой инерции ограждения 0 (при периоде 24 ч).
Определение значений этих коэффициентов потребовало проведения специальных исследований, связанных с решением задачи одностороннего охлаждения (гагрева) неограниченной аластига при резнях граничных уоловиях на аа поверхностях, являющейся аналогом теплового процесса в. теплоемком наружном ограждения помеще-: raw.- В ходе иссладоваяия получено общээ решение'такой задачи. . Найдено, что для ситуации I к « 1-0,1 (D- 2), а шля ситуации 2 при D < 8 Vc*I и 0,9 при Ь > 8.
Удельная энгаяьк8Я ограждений, пренебрегая малой теплоемкостью остекления сватового проема, определяется
Сп > Сн/ С, о - Kt ГкД (cfS F)K-+Z (cfSF)J IZ (ю)
Так как практический интерес при ситуации I представляют
. температурные условия, складывающиеся по прошествии нескольких
часов нарушения реаяма обогреаг», и в задачу расчета кз входят
описание сложной начальной сїадик процесса, то, пренебрегая
теплоемкость» воздуха, примем скачкообразное понижение */ до
г5д- з начальный момент времени.
Таккч образов представилось возможным описать теплово? 6а-
- даясломедания при рассматриваемых ситуациях линейнымидиффере^
йпиальшми уравнениями первого порядка. Например/ ь ситуации I
для лериола охлаждения '!':'''',
в ситуаций 2 для периода понижения "ц с темпом В , т.е. при 0^2-^г*
Полученные решения подобных уравнений представляют, зависимости инженерного метода расчета температурного режима помещений. Для ситуации I. получены описания процессов охлаждения и последующе- го нагопа; для периода охлаждения: -
Получены формулы, описыващне викамику изменения "іе в ситуации 2. Приведем зависимости, определяодее ее наибольшее, отклонение и время его наступления:
В приведенных формулах величина J&» 0,28^/^,,,^, ч яв" ляется постоянной времени помощзшш и характеризует его тепло-
. устойчивость по отношению к разовым возмущающим воздействиям. Она зависит от климатических .условий и определена для представительного помещения зданий массового строительства.
Адекватность предлагаемого метода подтверждают результаты
.сопоставления данных расчета по полученным формулам о опубли-
..кованными данными расчета нр ЭВМ, а также данными проведенных натурных испытаний, охватывающими широкий диапазон условий теплообмена помещений. Последние относятся к угловым помещениям эксплуатируемых зданий (в г.Магнитогорске), оборудованных раз-
ными системами отопления, подключенными к единой тепловой сети
(рис.3) и охватывают промежуток времен» охлаждения (6 ч) в* пре
делах которого принятие упрощающие допущения проявляются-в
наибольшей мэре. .*.-.
, Выполненные исследования создали необходимые предпосылки
Рио.З. Данные термогрвфировайия (I) и расчета предложенном методом <2). Обогров помещений: радиаторами (а), греющими панелями в наружной стене (б) я плите шрекрнтия (е).
для определения показателей, эффективности средств обеспечения заданных теплових условий о учетом региональных условий строительства. '
Необходимая тепловая мощность о т о п л о н и ,1. В основу действующих норм проектирования установочной тепловой мощности отопления даложанн исследования теплового -рэяима зданий традиционного строительства в условиях"* сродней полосы европейской частя России, koto;js предполагают возможность снижения температуры внутреннего воздуха в перися расчетного зимнего похолодания нэ 3-5С (К.Ф.Фокин я др.). За характеристику такого похолодания была принята средняя температура пяткдневіси вя восемь тлболэе суровых ".зим последних 50-та «тот, соответствующая ее обеспеченности 0,52. Такой подход
распространен на вое климатические районы строительства.
В принятой поотановке решение задачи состоит в нахоадении
такой условной температуры -6НЙ , при которой мощность отоп
ления, определенная по методике СНиП 2.04.05-86, обеспечит .
при наибольшем зимнем похолодании (обеспеченность!) 0,98) откло
нение температуры внутреннего воздуха, не превышающее заданную
величину. При абсолютной минимальной темпера туре 2^^w и t$
(об. 0,98), принимаемых по СНиП 2.01.01-82, а также определенном
с их учетом темпе В поникения "tft .искомая температура оп
ределяется ' k ./
Из формул (14), (15), упитывая,, что ЕКВ и обозначив /%аА^ /fib (модифицированный критерий Фурье), получим
\ . ^ (17)
Для удобства выбора if-^^-s при проектировании найденная, функция А^ <р ( AtfiA4tt*fi t В ) представлена в виде номограмм.
Неправомерность единообразного подхода к нормированию тепловой мощности отопления показывает анализ возможных поникений tfe в представительном помещении вданий массового строительства в периоды наибольших зимних похолоданий .для ряда пунктов, расположенных в климатических районах ІА, IB, ПВ, Ш. и ЕШ> Для пунктов (табл. I) эти периоды отличаются отклонением минимальной *V от принятой по СНиП . -kg- на 6-13С (при обеспеченности наружных условий 0,92) и на 9-21С (при обеспеченности 0,98); а общая продолжительность отклонения составляет соответственно 3,5 и 4,4-6,4 суток. Значения характеристики /> приняты минимальными для данного пункта.
Как'видно из табл.1, при наружных условиях обеспеченностью 0,92 наибольшие понижения te (на 2,1 - 5,0С) соответствуют допустимой тепловой обстановке (рис.2). Вместе с тем, при наиболее суровых условиях 8тз отклонения (на 4-9,8С) выходят за пределы допустимых для ряда пунктов.
Таблица I Взаимосвязь внутренних и наружных расчетных условий
. [ ^./-=^ 'С \ <по СНиП В. 04.05-86] ! 1 !
1 (мини-
іімаль-!ная)
!
Некоторые факторы при расчета не учитывались, создавая тенденцию запаса его надежности. К ним относятся: надбавка к основным теплопотерям, принимаемая в типовых проектах и предетазляю-щая по существу коэффициент запаса, который, как считают многие специалисты, компенсирует несоответствие тепловых характеристик строящихся зданий проектгам; возможное сокращение воздухообмена за очет адаптивных действий жителей; расчет основных тегиопотерь
ПО СНйП С уЧеТОМ СІС , ЧТО ОбуСЛОВЯИВаеТ НеСКОЛЬКО более B-JCOICjTiO
действительную температуру іл , чем расчетная (А.М.Шкловер). Учитывая эти обстоятельства,нормативные требования СНиН 2.08.01-85 к ^е для углового помещения (представительного), а также исключительную редкость (I раз в 50 лет) наибольшего отклонения внутренней температуры, прлмэм за расчетную величину Д^&.мак (06.0,98) * 3С.
Для гарантии обеспечения тепловых условии не ниже принятых, принимаемая ныне /м/ для пунктов моает бктьскорректирована на величину ам (табл,- I). Ври зтом при наружных условиях 06,0,92 можно ожидать отклонение te не более, чем на 4-5С.
Выявленные состояния зимнего теплового режима зданий ыао-оовой застройки свидетельствуют о неодинаковой степени риска отказа в использовании помещений по назначению вследствие недопустимых тепловых условий при свпкенЕи » к о п л у а тачко н-н о й тепловой мощности источника отопления. За критерий такого соогоянвя, учитывая общую продолжительность ситуации, примем ui/fv^l(pQ.
Раочетные исследования для ряда городов показали, например, что предельно допустимый дефицит аксплуатапионной мощности теп-лоиоточкика отопления моаат составлять до: Ъ% - для Мооквы, Твери, Новгорода; 1С5> - Курока и Пензы, 15 - Иркутска, Челябинска и Уфи. Действующие нормативные материалы по подготовке т&плового хозяйства к прохождению зимнего периода допускают оиикение мощности до 15. Б дейстаительнооти этот уровень долаак быть дифференцирован о учетом климатических условий, что позволяет разработанная методика.
Необходимый уровень надоян оотп тепловых систеи обусловливается^ольо в единой системе обеспечения заданных тепловых условий.. Отправными моментами проектирова-ния падежнах систем являются: критерий необходимости резервирования элемента, ва который принято условие -3?д,е > л, и величина резервной топлоподачи (Нл). Показатели ZA в К* определяются на единой методической оонове: расчете теплового ревима помещений в ситуации I с учетом продолкительнооти (определяемой временем j&foz ) и характера нарушения теплоподачи на отопление (полного прекращения, учитываемого при расчете 2А шга частичного уменьшения - при расчете Кл ), обусловливающего особенности взаимосвязи температур -е и in в период охлакдения помещения ; а также анализа допустимости отклонения тепловых условий, принимая во внимание их частоту. При этом за расчетные наруккае условия, как это предложено А.А.Иониным применительно к раочету надежности .тепловых сетей, принимаются температуры -6* близкие, но чэ ниже ~iH,f, соответствующие значимой вероятности р попадания отказа участка (элемента) сети в период стояния йтих температур.
2?
Наибольшую актуальность определение указанных показателей имеет для проектирования надежной оиотемы тепловых сетей СЦТ, являясь основанием выделения тупиковых и закольцованной частей, а так же определения пропускной способности трубопроводов резервированной части система. Расчетные исследования показали, что при нормативных значениях tOr*»e 0» № 1/('км.год)и Ш3 «* 0,002 1/гоц дли тупикового ответвления от кольцевой чаоти сети (или самостоятельной сети) общей протяженностью прямой а обратной линий от 3 до.6 км., вероятность р <^ 0,05. Для резервированной части сети, имущей большую протяженность, вероятность такого события оценивается частотой I раз в 15 н более лет. Это позволяет ориентироваться на выбор заданных внутренних условий по кривой 3, рис.2 с учетом возможной продолжительности охлаждения помещения.
Приняты ореянив нормы Z-toc секционированных участков труб подземной прокладки (Ё.Я.Соколов, А.А.Иснин):
,&,, и ОД. ..0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
Stt Ч 5 S 12 15 20 25 - 30 35
.'..-' Ддй труб надземной прокладки, обладающих существенно большей рэйонтопрпгодностьго, эта норма принята ориентировочно о учетом-того, что значительная часть времени ремонта приходится на спуск я наполнение водой секционированного участка: от 4 ч для d.^ 0,3 м я до 10 ч для сС& 0,6 м (СНиП 2.04.07-86).
Э овязи а этим приняты расчетные параметры для определения 'ЗГИ- а Кл . Минимальная за времяохлаждения ~ц(2)\ 10 и 12С (при Z « 15 ч), II я 13с0 (от 15 до 30 ч). 12 и 14С (при Z >-30 ч). В обоих случаях jf/,0 « 20С. С учетом значения р и
бЫТОВах ТеПЛОПОСТуПЛеНИЙ\^lyCAf" l^tt/iMg в ^МР* 5С
,; Так как рассматриваемые процессы охлаждения помещения достаточно; длительна, л поэтому тепловая инерция нагревательных приборов а остываний вода (в случав отклвчения система) не оказывает непосредственного влияния на 2^ , на основе ф-лы (13) получив:
(19)
В табл. 2 представлены реочетныо значения ZA для разных условий строительства. Анализ полученных данных показывает, что они в основном корреспондируются с требованиями СНиО" 2.04,07-86, относящимися к трубам, подлеаащим резервированию, при условии минимальной теплозащиты зданий и безынерционных приборах отопления.
Таблица 2
Расчетные вначенкя 5л , ч .
SSaarmJr^nocQd 6^ ЗШТИЄ Za\ Ч ^ Ap ' .C;
pyx огрзЕде-,г,рвва y—j^ , _эо , ^o , ^
Соответствует Конвекторы,
RTP (СНиП радиаторы 20,2 16.Э 11,8 8,8 6,8
11-3-70^) Іроющая па-
нель в кон-отр.перек- 24,1 17,9 15,8 14,0 12,7
рытия
нв^?ипрП^вн Конвекторы.
5вот« SSfei Радааторб 26.4 17,0 13.9 10,2 7,6
Однако, даже в этом случае неправомерен отказ от резервирования труб надземной прокладки в районах о &.-/»> -30 и ниже. Так ко видно, что*повышение теплозащиты зданий, практически не изменяет .условий резервирования труб при суровом климате. Сущеэтзенно больший эффект здеоь мржэт дать применение теплоемких греющих панелей./
Как видно из табл.3 необходимые значения А'д ; полученные для условий минимальной тэплозащитн зданий и безынерционного отопления, существенно меньше регламентируемых СНиП, что обусловливает завышение требований к резервной мощности теплоисточников и пропускной способности закольцованной тепловой сети. Оценочные расчеты показали, что в связи о этим для наиболее широко применяемых а тепловых сетях труб ( afss 0,8 м) перерасход металла, на обеспечение транспортного резерва может составить от 13 до 255S,-
При других теплозащитных: свойствах зданий или опособах их обоїрева такие от/ичия бупут еще большими, что указывает на цеправомернссіь унификации нори строительного.лроекткрованич. Выводы, основанные на результатах исследования имеют, на на:-взгляд, особое значение для массового'строительства в суровых
Таблица З
Раочетные вивчення кА и рекомендуемые СНиП 2.04.07-86 (в скобках)
климатических районах, где во избежаний существенных дополнительных ватрат на резервирование труб d& 0,4 м при любом способе их прокладки, целесообразно ограничение единичной мощности теплоисточника до ~ 60 МВт.
Внявленк требования к оперативности ШЗ в аависимости от расчетных и текущих наружных условий. Показано, что в пунктах о tHj, -20С эти требования практически не изменяются во воом диапазоне отрицательных температур. В пунктах о более суровыми расчетными условиями лимит времени на производство аварийного ремонта в наиболее холодный зимний период сокращается в 2-3 раза по сравнению о допустимым при нулевой температуре наружного воздуха.
Проведенные исследования позволяют уточнить содержание задач а требовсния к средствам и методач регулирования отпуока теплоты на отопление ма-' н и й м а о с о в о й застройки в тепловых пунктах (їрупповат, маотных) о позиций эффективности функционирования единой биотехнической система, обеспечения тепловых условий. Они могут быть сформулированы в следующих полокеняях."
; I; Регулирование отпуска теплоты на отопление в ТП сохраняет принцип централизованного (только в меньшем масштабе) обеспечения йряемлемнх тепловых условий а помещениях, реализация которого, обусловливает рациональность расхода гопливно-энергетическЕХ ресурсов на яти цели. 2. Практическая необходимость в таком рагу-
даровании возникает главным образом в условиях первого и третьего. (нерегулируемых) режимов теплоснабжения и имеет разные вадаче, определяемые характером теплового дисбаланса помещений и ого ситуационными особенностями. 3, Активное автоматическое регулирование отопительной нагрузки необходимо в осенве-ьеоенний периода; а осуществление мероприятий по поддержанию тепловых условий в на-: иболее холодный зимний период носит вероятностный характер, обусловленный совокупностью причин (экстремальным понижением н дефи«итом топлива, эксплуатационной мощности теплоисточника). 4. Целесообразно программное управление отпуском теплоты о учетом основных факторов, формирующих теплопотребность. 5. Практически равноценные.в гигиеническом плане тепловые условия могут достига-тся при разных способах суточного регулирования отпуска теплоты на отопление. При атом непревышение расчетного расхода сетевой воды на ТП является общим требованием для всех их. 6. Технологическая схема регулирования должна быть приспособлена-к выполнению задач, возникающих на разных этапах отопительного периода, на нарушая этого принципа.
В овяэи о этим задачи управления отпуокон теплоты на отопление в ТП в Ш диапазоне нзружных температут состоят в стабилизации расчетного расхода сетевой вода на Ш, а при остром дефиците теплоты, в т.ч. экстремальной понижении tH , как показали расчетные и экспериментальные исследования - также в "передачен тепловой нагрузки ОГВ на отопление путем отключения обеих ступеней водонагревателей ели, если это не усугубляет дефицит топлива, путем перевода их на работу по "эавключенной" схема, пропуская обратную воду из систем отопления последовательно через П и I ступени ВЕП. Во П диапазоне, где теплоспроо практически полностью" определяется изменчивостью -ih , принятый метод центрального качественного регулирования отпуска теплоты в аакрытых системах теплоснабжения при поддержании устойчивого гидравлического режима тепловой сети обеспечивает, благодаря теплоустойчивости помещений, приемлемые тепловые условия.
Отопительная нагрузка в переходные периоды характеризуатся, как показано выше, существенным уменьшением ее общей доли в энергетическом баланса помещений и ярко выраженной отохастической изменчивостью. Существующие схемы автоматического регулирования зависимо присоединенных систем отопления (соотавлчкхцих более В0%) реализуют, нэзависимо от выбора регулирующих параметров, принцип сохранения расхода вторичного теплоносителя, что требует дополни-
тачьннх затрат на оборудование, электроэнергию и обслуживание. С целью их сокращения го задании ГО "Мосиввремонт" разработано альтернативное решение регулирования отопительной нагрузки, основанное на выдерживании заданной температуры вода, поступающей в ГТП йа опстем отопления Т, в зависимости, от температури инерционного датчика путем двухпозиционйого изменения расхода теплоносителя (расчетный - примерно 2055 от него). Соответствующее схемное решение, использующее регулятор "Электроника Р-І", клапан о электрическим исполнительным механизмом БУЕ и датчик-реле разности давлений типа РКС, прошло стадию спнтного внедрения в эксплуатационных условиях на 2 ГТП г.Москвы, результаты которого подївор-дили теоретические предпосылки и эффективность метода.
. Важным момэнтом его обоснования является оценка влияния тран
спортного запаздывания температуры на разницу между Тс и tc
(обратной из СО здания). 3 связи о этим построена модель, пред
ставляющая обратную линию квартальной тепловой сети отопления, со
стоящей из П участков (го числу присоединенных 00), имеющих
одинаковые длину ( t ) и V . Считаем, что тешгопотери сети пре
небрежимо мата. _
Рассматриваются значения температур после онкхения расхода 4>
через дискретные промежутки времени Д2 , Vs /j і у кратныо
№*t/(l'Vt) (20)
В начальный момент ^c,0sTe,o\ в последующие-- 4<.,соотвв,гствУвт дискрэтным значениям, которые в порядке первого приближения можно принять с учетом линейного изменения, при продолжительности пере-, ходного процесса в системе отопления зданий, равной ~ 2 ч (по данным экспериментальных исследований). В принятой модели:
при Un , Tti* [^Ъ* (ПгІ)ІіЛ]іП-Г «І)
ПРИ />П Гц = [Z" Al] Г)"* (22)
При наружных условиях, требующих активного регулирования т,чп-лошдачи, характерных параметрах сети( . 60 м, У„ 0,4 м/с); %,а* ^0 * изменении jC до 0,2, понижению 7С на 1С (после чего регулятор дает команду на увеличение расхода) соответствует понижение -с на 4 и *?С соответотвеняо при протяженности сети 240 и 600 м, что корреспонляруэтея о паяными натурных наблюдений.
Термогрвфированив воздуха в помещениях обслуживаемых вданий
(о втакных о двухтрубной оистемей отопления) свидетельствовало об обычном ходе иуровне te .На основе раочбтных исследований тепло-гидравлической устойчивости отолков однотрубной оиотемы (А.Н.Ска-аи, Л.М.Махов) по завершении переходного процесса можно ожидать отличия в теплоотдаче безынерционных приборов по ходу движения теплоносителя на ~ 1Ь%, что," учитывая особенности тепловых ситуаций рассматриваемого периода отопления, не может отразиться существенным образом на уровне тепловых условия.
На основе выполненных исследований и обобщения существующих Представлений показано, что поддержаниз приемлемых тепловых условий в помещениях зданий маооовой застройки городов в холодный период года при рациональных капитальных и эксплуатационных затратах, возможно при взаицооогласовакии и оптимизации овойота и режимов функционирования совокупности инженерных оредств а устройств обеспечения ТРЗ, хак элементов словсной оиотемы касоового обслуживания. Научно-методологичеокое обоснование выбора соответствующих проектных и эксплуатационных мер базируется на «отосад сне теплого анализа и принципе эффективности онотем.
Системное представление процесса формирования тепловых условий и раскрытие содержания отношений и езязэй между объектами различной природа, участвующих в нем, включая человека-жителя, позволило выявить свойство целостности системы - адаптивность, выражающееся в тенденции автостабилизации тепловых условий.при практически значимых отклонениях режима отопления. Рассмотрено s влияние втогс овойотва на эффективность Функционирования сиотемы, выбор путей я средств ее повышения при существующей структуре.
Установлена необходимость з: принятии в качестве общего критерия оптимизации управляемых параметров оиотемы требования обеспечения заданных тепловых условий ; применения программного принципа управления отпуском теплоты на отопление в зависимости от основных факторов, формирующих теплоспрое ^обеспечения полноты основных невзаимокомпедсируемых свойств системы - тепловой мощности, надежности и режимной упрявляемооти.
Определение количественrux показателей характеристик эффективности потребовало развития норматипно-мэтодаческой базы расчетов. На основе интерпретации гигиенических данных разработаны ме-
года регламентации параметров заданных тепловых условий, включая пх допустимые отклонения ; выявлены ситуации комплексных воздействий, принимаемые за расчетные, для разных этапов отопительного периода ; разработаны инженерные методы расчета теплового режима пшешений в ситуациях аварийного нарушения режима отопления и экстремального понижения температуры наружного воздуха в периоды резких похолоданий.
Предложены разработанные на единой методической основе инженерные методы решения задач, служащие обоснованием: выбора расчетной температуры наружного воздуха для проектирования установочной тепловой мощности отопления ; регламентации эксплуатационной мощности теплоисточника отопления при его подготовке к прохождения зимнего периода ; определения основных показателей надежности проектируемых систем теплоснабжения - критерия резервирования элементов и величины резервной теплоподачи ; требований к оперативности аварийно-восстановительного ремонта на объектах теплового хозяйства в зависимости от наружных условий.
Сопоставление количественных показателей этих характеристик эффективности, определенных для ряда пунктов различных климатических районов строительства, с рекомендуемыми действующими нормами проектирования и эксплуатации свидетельствует о неправомерности унификации последних, создающей неоднородные ситуации в отношении создаваемых тепловых условий и обоснованности затрат. Показана возможность экономии капитальных затрат при реализации существующих решений, а также за счет предотвращения их неэффективного использования в конкретных условиях строительства и т.д.
На основе теоретических и экспериментальных исследований и обобщения существующего опыта сформулированы задачи управления отпуском теплоты на отопление зданий массовой застройки в тепловых пунктах, вытекрвдие из учета принципа иерархия управления тепловой системой, характера и существенности теплового дисбаланса помещений на разных этапах холодного периода п др. Предложено альтернативное решение автоматического двухступенчатого количественного регулирования теплоподачи на отопление в ТП для зависимого присоединения систем, имеющего преимущественное распространение, реализация которого сокращает дополнительные затраты на оборудование, электроэнергию и обслуживание по сравнению с извес-тпнгли решениями.
Предлагаемые для использования в проектировании и эксплуатации инженерше методы расчетов/ техническяе решения и рекомендации
исходят из принципа социальное эффективности - обеспечения приемлемых теплових условий и являются основой более рационального использования капитальных вложений, материалов, оборудования и топливно-эняргетическюс ресурсов при иовом строительстве и реконструкции зданий массовой застройки и систем теплоснабжения и отопления.
На базе совокупности методов расчета'могут быть созданы программы САПР для оптимизации основных решений о учетом набора теплотехнических характеристик зданий, климатических и технологических воздействий, а также теплового состояния человека.
При возможном в перспективе переводе зданий на условия обогрева "по потребности с оплатой фактически израсходованной тепловой анергии" актуальность рассмотренных вопросов выбора тепловой мощности и обеспечения проектной и эксплуатационной надеяшости сиотеа полностью сохраняется,
С - удельная энтальпия ограждающей конструкции, кДя/С ; с - удельная теплоемкооть, кДн/(кг.С); D - тепловая инерция ограждающей конструкции і S, - темп понижения и повышения температуры наружного воздуха в период резкого похолодания, С/ч; < '- коэффициент теплообмена, Вг/(ьг»С) ; F - площадь поверхности, \г; FDM - площадь поверхности тела человека (поверхность Дюбуа), tt;
j- - относительная площадь поверхности тала чачовека, защищенная одеждой; /<t - коэффициент температурной обстановки в помещении;
к'д - коэффициент лимитированного теплоонабкения потребителей;
L - массовый расход,кг/см-/*; V - ско]ость движения теплоносителя, м/с; QH - теплопродукция человека (метаболическоо тепло), Вт/м2; Qrt.^ - удельныа теплопотери помшіения, Вт/С; Ь - температура, С J "Ъц - радиационная температура помещения, С;
V* - избыточная температура по отношению к t* , С ; R - термическое сопротивление, м ^С/Вт; ~НГ - критерий иерлпномерности распределения температури в тале; m - темп охляждрния (нагрева) нагревательного прибора, ч-1; fi - постоянная нроуони (характеристика теплоустойчивости) помещения, ч; Z - время, ч; G - t/,no~ са, кг; <5" - толщина конструкции, м ; f - плотнооть, кг/м3 ;
f - относительный коої^кіз'^ит. излучения поверхности ; А - показатель интенсивности конаоктииного .теплообмена., Вт/С; ^ -. поля конвективно? чпсти трплоього потока; cvre. , со, - параметр потока отказов труб (1/(кмтод)) и задвижок (1/гоя) тепловой сета;
р - вероятность ССЙЫТИЛ.
S - бытовые (теплопоступления) ; (~> - внутренний воздух, вентиляция; ёо - внутреннее ограждение; воо- восстановление; - принадлежащий к допустимому значению; Н - конвективный, комфорт; А - лимитируемая величина ; И - наружный; НТ - наружное теплоемкое ограждение ; о - суммарная величина , начальное состояние; от - отопление ; од - одежда ; п - помещение; р - расчетный ; Т - тело человека ; уел - условная (температура).
