Обоснование комплексных мероприятий по обеспечению теплового режима зданий массовой застройки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.03, кандидат технических наук Шевченко, Анатолий Андриянович

• Шевченко, Анатолий Андриянович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шевченко, Анатолий Андриянович

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПУТЕЙ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЯХ.

1.1. Общая характеристика развития строительства зданий массовой застройки.

1.2. Основные факторы, влияющие на обеспечение теплового режима зданий.

1.3. Режимы отопления зданий при централизованном теплоснабжении.

1.4. Параметры теплового режима зданий.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ВЕРОЯТНОСТНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВОЗМУЩАЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ЗДАНИЙ.

2.1. Задачи изучения возмущающих действий.

2.2. Вероятностно-временные показатели изменения наружных параметров воздуха.

2.3. Влияние внутренних тепловыделений на тепловой режим.

2.4. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА РАСЧЕТНЫХ ВНУТРЕННИХ ТЕПЛОВЫХ УСЛОВИЙ.

3.1. Состояние вопроса.

3.2. Тепловое состояние человека в помещении.

3.3. Влажностный режим помещения при допустимом отклонении температуры внутреннего воздуха.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ИНЖЕНЕРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПОМЕЩЕНИЯ.

4.1. Анализ нестационарного теплового режима элементов помещений зданий.

4.2. Расчет температуры помещения при изменении режем обогрев.

4.3. Факторы теплоустойчивости зданий массовой застройки.

4.4. Проверка адекватности инженерного метода расчета температурного режима помещения.

4.5. Оценка погрешности существующего приближенного метода расчета охлаждения помещения.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5. ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЗДАНИЙ МАССОВОЙ ЗАСТРОЙКИ.

5.1. Обоснование минимальной тепловой мощности отопления зданий.

5.2. Достижимый уровень надежности систем теплоподачи.

5.3. Временные критерии резервирования и оперативности аварийно-восстановительных работ.

5.4. Допустимое снижение подачи теплоты на отопление

Выводы по главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование комплексных мероприятий по обеспечению теплового режима зданий массовой застройки»

В крупных городах проживает более половины населения России. Жилой фонд городов, в основном, составляют современные типовые многоэтажные здания, оснащенные всеми видами инженерного обустройства и обеспечиваемые продукцией различных систем энергетики. По масштабам строительства в стране жилых зданий массовой застройки не имеется аналогов в мировой строительной практике.

Наиболее массовые по своему характеру нарушения теплового режима зданий имеют место при авариях в тепловых системах в зимний период и сопровождаются значительным социальным и экономическим ущербом. При этом вероятны отказы в использовании зданий вследствие недопустимых тепловых условий. Нельзя не считаться и с риском катастрофических тепловых условий при возможном дефиците эксплутациопной тепловой мощности источника теплоснабжения. О существенности ущербов и катастрофических последствий, связанных с недостаточной эффективностью систем, свидетельствует опыт их эксплуатации в крупных городах за последние 20.25 лет (Москва, Челябинск, Нижний Новгород и др.)

Вместе с тем существующее состояние обеспеченности теплового режима в помещениях не случайно. Традиционные методы и принципы расчета отдельных элементов теплового режима, локальная оптимизация их параметров но критериям минимума стоимости, материалоемкости и т.п. оказываются недостаточными для обеспечения эффективности функционирования комплексов теплоподачи, как единых целых для обеспечения поставленных целей. Однако вопросам эффективности систем уделяется недостаточное внимание, и поэтому они не нашли всестороннего отражения • и учета в нормах строительного проектирования. Попытки восполнения этого пробела на стадии эксплуатации оказываются малоэффективными вследствие невозможности учета всей совокупности факторов, обусловливающих тепловой режим.

Очевидна необходимость целевого подхода к решению вопросов проектирования и эксплуатации объектов рассматриваемого комплекса, который должен быть ориентирован на достижение конечного результата: гарантированное выдерживание гигиенических обоснованных параметров тепловой среды в помещениях в отопительный период. Это требует разработки соответствующих норм и методов решения задач, связанных с обоснованием и выбором технических и организационных мер, реализация которых позволит обеспечить необходимый тепловой режим.

Нами в основу решения проблемы положен принцип эффективности сложной системы - система обеспечения теплового режима зданий охватывающий совокупность взаимосвязанных объектов различной природы, участвующих в формировании теплового режима. Система отражает взаимосвязи объектов инженерного комплекса между собой и с наружным климатом, человеком, другими системами энергетики в процессе поддержания нормируемых тепловых условий в жилых зданиях массовой застройки при любых климатических ситуациях отопительного периода.

На основании этого следует считать, что главными свойствами эффективности систем обеспечения теплового режима зданий массовой застройки являются: обеспеченность тепловой мощности отапливаемого здания; управляемость систем теплоподачи в условиях нормируемого отпуска теплоты; поддержания гарантированного санитарно-гигиенического температурного режима в каждом из помещений зданий.

Целью исследования является разработка научно-методических решений по выявлению закономерностей динамики теплового режима эксплуатируемых жилых зданий массовой застройки в отопительный период для гарантированного обеспечения нормируемых температурных условий в помещениях при минимуме энергозатрат.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи по обоснованию комплексных мероприятий по обеспечению теплового режима эксплуатируемых жилых зданий массовой застройки.

1. Уточнить методический подход и разработать меры, направленные на поддержание теплового комфорта в жилых зданиях массовой застройки с учетом их специфических конструктивных и теплофизических характеристик;

2. Выявить количественные характеристики отклонения теплового режима зданий от расчетных в зависимости от продолжительности стояния температур наружного воздуха в трех диапазонах, соответствующих основным режимам теплоснабжения;

3. Уточнить математическую модель теплообмена человека в помещении при разных видах деятельности и степени утепленности одежды для выявления комфортных и дискомфортных тепловых условий;

4. Разработать инженерные методы расчета по оценке влияния на тепловые условия: ограждений, нагревательных приборов, возможных единовременных воздействий наружного климата, интенсивности теплоподачи в помещения;

5. Обосновать минимальную производительность систем отопления, при которой можно ожидать критического состояния теплового режима здания или неизбежности чрезвычайных ситуаций.

Предложенные в работе концепции в значительной мере опираются на научные положения, связанные с выбором расчетных наружных условия для расчета систем отопления с учетом обеспеченности внутренних условий и расчетом надежности тепловых сетей, которые разработаны профессорами В.Н. Богословским, А.А. Иониным, Ю.В. Кононовичем. Вместе с тем требуется уточнение и развитие существующих методов обеспечения теплового комфорта для зданий массовой застройки.

Исследования явились обобщением и продолжением опыта жилищного строительства в г. Нижнем Новгороде, в котором автор принимал активное участие.

Работа явилась составной частью НТП «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» на 200СИ-2003 годы, подпрограммы «Архитектура и строительство», тема «Повышение энергоэкономической эффективности реконструируемых зданий массовой застройки на основе совершенствования методов их эксплуатации». (№Г.Р. 01200107235).

Заключение диссертации по теме «Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение», Шевченко, Анатолий Андриянович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В результате проведенных исследований научно обоснован комплекс мероприятий по обеспечению теплового режима помещений эксплуатируемых зданий массовой застройки, которые включают в себя следующие направления:

1. Обоснован методический подход к выбору обеспечения допустимого теплового режима зданий, имеющих специфические конструктивные и теплофизические характеристики, как сложной системы массового обслуживания при минимальных затратах.

2. Выявлены количественные характеристики процессов, отклоняющих тепловой режим зданий от расчетного: продолжительность стояния температуры наружного воздуха в трех диапазонах, соответствующих основным режимам теплоснабжения; температурные надбавки для солнечной радиации по периодам отопительного сезона (со знаком +); температурные надбавки от скорости ветра (со знаком -); интенсивность часовых внутренних (бытовых) тепловыделений в течение суток.

3. Уточнена математическая модель теплообмена с окружающей средой, устанавливающая взаимосвязь между изменением температуры помещения и тепловым состоянием человека. Проведено нормирование температурного режима в зимний период, соответствующее принятым градациям тепловых условий: комфортные; с пониженным уровнем комфортности; с допустимым температурным режимом при ограниченном времени пребывания.

4. Разработан инженерный метод расчета взаимосвязи температуры воздуха и ограждений, учитывающий совокупность факторов, определяющих теплообмен в помещениях зданий массовой застройки и позволяющий оценить динамику температуры помещения при колебаниях температуры наружного воздуха. Сформулированы и количественно оценены модели расчетных ситуаций с обоснованием возможных погрешностей расчетов на основании анализа влияния на тепловые условия наружных, внутренних ограждений и нагревательных приборов и возможных внешних воздействий.

5. Количественно обоснована минимальная относительная теплопроизводительность систем отопления Q0, при которой можно ожидать критического состояния теплового режима здания при КОБ=0,92 или неизбежны чрезвычайные ситуации при КОБ=0,98.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шевченко, Анатолий Андриянович, 2004 год

1. Абакумова, Г- М. Роль антропогенных факторов в формировании климата города / Г. М. Абакумова // Тр. 2-го междунар. сим п. по строит, климатологии. -М.: Стройиздат, 1987. С. 172 - 177.

2. Авдолимов, Е. М. Реконструкция водяных тепловых сетей / Е. М. Авдолимов. М.: Стройиздат, 1990. - 304 с.

3. Агницев, А. А. Влияние архитектурно-пространственного решения застройки на инсоляционный и ветровой режим внутриквартального пространства / А. А. Агнивцев // Тр. 2-го междунар. симп. по строит, климатологии. -М.: Стройиздат, 1987.-С. 165- 171.

4. Апарцев, М. М. Наладка тепловых систем централизованного теплоснабжения: Справ, пособие / М. М. Апарцев. — М.: Энергоатомиздат, 1983.-203 с.

5. Бартон, А. Человек в условиях холода: Пер. с англ. / А. Бартон., О. Эдхолм. М.: Изд-во иностранная литература, 1957.

6. Бахинди, Л. Тепловой комфорт помещений. Расчет комфортных параметров по тсплоощущсниям человека: Пер. с венг. / Л. Бахинди. — М.: Стройиздат, 1982. 248 с.

7. Бекетов, А. И. Теплоотдача испарением при разных энергозатратах и тепловых состояниях человека в условиях низких и средних температур среды / А. И. Бекетов // Проблемы биоклиматологии и климатофизиологии. Новосибирск, 1970. - С. 92 - 94.

8. Богословский, В. Н. Проблемы развития строительной физики на современной этапе / В. Н. Богословский // АВОК. 1990. - № 1 - С. 15 -19.

9. Богословский, В. Н. Строительная теплофизика / В. Н. Богословский. — М.: Высш. шк., 1982-415 с.

10. Богословский, В. Н. Тепловой режим зданий / В. Н. Богословский. — М.: Стройиздат, 1979. 248 с.

11. Богословский, В. Н. Климатическое обеспечение проектирования и эксплуатации зданий с эффективным использованием энергии / В. Н. Богословский, Ю. Я. Кувшинов, Е. Г. Малявина // Тр. междунар. симп. «Строит, климатология». М., 1982. - С. 45 - 61.

12. Бодров, В. И. Микроклимат зданий и сооружений / В. И. Бодров. -Н.Новгород: Арабеск, 2001 -394 с.

13. Болтунов, В. Природные и техногенные факторы возникновения аварийных ситуаций тепломагистралей / В. Болтунов, В. Гиргорн // Мир и безопасность. 2000. - № 5. - С. 35 - 37.

14. Брайнина, Е. Ю. Данные для расчета аккумулирующей способности зданий методом регулярного режима: Сб. тр. НИИ по стр-ву. М.: Госстройиздат, 1960.

15. Власов, О. Е. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций / О. Е. Власов. М.-Л.: Гос НТЦ, 1931. - 20 с.

16. Гаврилов, Н. Т. Практический опыт диагностики и прогнозирования технико-эксплуатационного состояния здания в условиях нерасчетных температурно-влажностных воздействий / Н. Т. Гаврилов // Инженер, системы. 2002. - № 4 (8). - С. 52 - 57.

17. Горин, В. И. Пути повышения надежности теплофикации / В. И. Горин, Е. Я. Соколов, Н. М. Зингер //Теплоэнергетика. 1982. - № 8. -С. 19-24.

18. Горомосов, М. С. Микроклимат жилища и его гигиеническое нормирование / М. С. Горомосов. М.: Медицина, 1963.

19. Громов, Н. К. Абонентские устройства водяных тепловых сетей / Н. К. Громов. -М.: Энергия, 1979. 248 с.

20. Громов, Н. К. Научно-технический прогресс в теплоснабжении городов / И. К. Громов // Водоснабжение и санитар, техника. 1987. - № 11. - С. 13-15.

21. Громов, Н. К. Проблемы повышения эффективности использования тепловых сетей от ТЭЦ / Н. К. Громов // Теплоэнергетика. 1982. - №8.-С.31 -33.

22. Грудзинский, М. М. Отопительно-вентиляционные системы зданий повышенной этажности / М. М. Грудзинский, В. И. Ливчак, М. Я. Поз. -М.: Стройиздат, 1982 255 с.

23. Губернский, Ю. Д. Некоторые гигиенические критерии воздушного комфорта для закрытых помещений / Ю. Д. Губернский, М. Т. Дмитриев, Д. И. Исмаилова // Гигиена и санитария. — 1976. № 5. - С. 3 -6.

24. Губернский, Ю. Д. Гигиенические основы кондиционирования жилых и общественных зданий / Ю. Д. Губернский, Е. И. Кореневская. — М.: Медицина, 1978.- 192 с.

25. Гухмап, А. А. Введение в теорию подобия / А. А. Гухман. М.: 1963. -254 с.

26. Денисов, А. А. Теория больших систем управления / А. А. Денисов, Д. Н. Колесников. -JI.: Энергоиздат, 1982. 180 с.

27. Денисов, П. П. Теплоэнергетическая оценка зданий различной этажности / П. П. Денисов // Жилищ, стр-во. 1983. - № 5.

28. Дешко, Э. J1. Модель стохастических климатических воздействий для теплотехнического расчета наружных ограждающих конструкций с заданной вероятностью / Э. J1. Дешко // Тр. междунар. симп. «Строит, климатология». М.: Стройиздат, 1982. - С. 76 - 85.

29. Заветкин, Н.А. Развитие методов диагностики конструкций тепловых сетей / Н.А. Заветкин, Б.В. Казаков, Э.Я. Островский, А.И. Антыпко // Энергетик, 1998. №10. - Тс. 12-14.

30. Заречнев, Ю. В. К выбору системы отопления при утеплении существующих зданий / Ю. В. Заречнев, Б. А. Крупнов // Актуальные проблемы строительной теплофизики: Сб. докл. НИИСФ. М., 2003. -С. 209-216.

31. Зингер, Н. М. Повышение эффективности работы тепловых пунктов / Н. М. Зингер, В. Г. Бестолченко, А. А. Жидков. М.: Стройиздат, 1990-188 с.

32. Зингер, Н. М. Гидравлические и тепловые режимы теплофикационных систем / Н. М. Зингер, В. Г. Бестолченко, А. А. Жидков. М.: Энергоатомиздат, 1986 - 320 с.

33. Зингер, Н. М. Инерционный датчик температуры наружного воздуха / Н. М. Зингер, A. J1. Бурд // Сб. тр. ин-та Мосжилниипроект. М.: 1978. -Вып. 2.-С. 150- 159.

34. Зоколей, С. В. Архитектурное проектирование, эксплуатация объектов, их связь с окружающей средой: Пер.с аигл. / С. В. Зоколей. -М.: Стройиздат, 1984. -670 с.

35. Иванов, В. В. К оценке тепловых потерь подземных теплотрасс / В. В. Иванов, В. В. Василенко, С. В. Черныш // Изв. вузов. Стр-во. 2000. -№ 1.-С. 66-69.

36. Иванов, Г. С. Радикальное решение проблемы энергосбережения в градостроительстве на основе применения энергоэффективиых конструкций окон / Г. С. Иванов // Окна и двери. № 7- 9. - 2000.

37. Энергосбережение при реставрации и капитальном ремонте зданий / Г. С. Иванов, А. В. Спиридонов, Д. Ю. Хромец, А. М. Морозов // Жилищ, стр-во. №3. - 2002. - С. 7 - 9.

38. Ивянский А.З. Микропроцессорные регуляторы для автоматизации систем теплопотребления / А. 3. Ивянский, Ю. Б. Мальков, А. 3. Шефтель // Водоснабжение и санитар, техника. 1990. - № 10. - С. 12 -14.

39. Инструкция по капитальному ремонту тепловых сетей. — М.: Стройиздат, 1988.

40. Ионин, А. А. Критерии для оценки и расчета надежности тепловых сетей / А. А. Ионин // Водоснабжение и санитар, техника. 1979. - № 12.-С.9- 10.

41. Ионин, А. А. Надежность систем тепловых сетей / А. А. Ионин. М.: Стройиздат, 1989.- 268 с.42,43.44,45,46,47.48,49,50,51