Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.
Томск: ТГАСУ, 2007. — 160 с.
Специальность 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение
Научный руководитель: д.т.н., профессор С.А. Карауш Разработка методики расчета теплового состояния подвального помещения в нестационарном режиме на основе программного продукта позволит проводить расчет тепловых потерь подвального помещения, а также его температурного режима в течение всего времени эксплуатации с учетом многофакторности различных климатических процессов и их взаимном влиянии на процессы теплопереноса. Актуальность работы: Вопросы энергосбережения остро стоят в настоящее время в жилищно-коммунальной сфере. Это, во-первых, объясняется все более увеличивающимися ценами на энергоресурсы и их неизбежной исчерпаемостью, а во-вторых, глобальным изменением климата на Земле. Чрезвычайно низкая температура воздуха зимой 2006 года по всей территории России и, в частности Западной Сибири (где по северным районам температура воздуха опускалась до -50°С и ниже), говорит о необходимости более внимательного отношения к вопросу обеспечения нормативных параметров микроклимата для помещений различного назначения. При таких «экстремальных» условиях повышаются тепловые потери помещениями 1-го этажа. Более интенсивно охлаждается теплоноситель в трубопроводах системы отопления, что может при резких колебаниях температуры наружного воздуха в зимний период привести к размораживанию инженерных коммуникаций. Промерзание наружных стен и фундаментов влечет за собой уменьшение эксплуатационного срока строительных конструкций и возможному разрушению здания. Это может привести к тому, что подвальные помещения в зданиях различного назначения могут иметь низкие эксплуатационные и технико-экономические показатели. Несоответствие условий эксплуатации подвальных помещений требуемым (возникающим при переводе подвальных помещений в эксплуатируемое состояние) может привести либо к невозможности постоянного пребывания в них людей, либо к неоправданно высоким затратам на обогрев этих помещений системой отопления или электроэнергией. В настоящее время требования к проведению тепловых расчетов и обеспечению тепловой защиты зданий все более усиливаются, например, температура воздуха внутри подвального помещения должна определятся на основе теплового и воздушного балансов. Методика теплового расчета подвальных помещений, основанная на нестационарном режиме теплообмена, существенно уменьшит трудозатраты инженера-проектировщика при проведении подобного рода расчетов с условием сохранения их точности, которое обеспечивается за счет рассмотрения тепловых процессов в динамике по времени. Кроме того, нормативные документы требуют проверки наружных ограждающих конструкций на условия возникновения «точки росы» и просчитывать тепловую изоляцию с учетом этого фактора. Рассмотрение подвального помещения в системе «помещение - наружная среда» позволит оценить его как единый тепловой объект, с учетом взаимного влияния в нем на тепловые процессы различных факторов в нестационарном режиме. Разработка на основе математической модели нестационарного теплообмена подвального помещения с окружающей средой пакета программ, с помощью которых возможно рассчитать тепловые потери через многослойные ограждающие конструкции подвального помещения, обеспечит высокую скорость расчетов с их достаточной инженерной точностью. Исходя из вышесказанного, расчет нестационарного теплопереноса через ограждающие конструкции подвальных помещений на текущий момент является актуальной задачей строительной теплотехники. Отсюда вытекают цель и задачи исследования. Цель работы: Цель работы - исследование нестационарного теплопереноса через ограждающие конструкции подвальных помещений. Задачи исследования: - разработать математическую модель теплообмена подвального помещения с окружающей средой в нестационарных условиях; - разработать программный комплекс расчета нестационарного теплопереноса через многослойные ограждающие конструкции и температурных полей в их массиве и грунте внутри и снаружи подвального помещения; - провести тестирование разработанного программного комплекса путем сравнения данных математического моделирования с результатами серии проведенных экспериментов на примере подвального помещения типового здания г. Томска; - провести экспериментальное исследование параметров теплообмена подвального помещения с окружающей средой за период с 2002 по 2004 г.г. в климатических условиях г. Томска; - разработать методику теплового расчета подвального помещения для условий нестационарного теплопереноса в рамках предлагаемого программного комплекса. Объект исследования: Объектами исследования являются многослойные ограждающие конструкции подвальных помещений зданий, грунт внутри и снаружи здания, внутренний и наружный воздух, снежный покров вблизи здания. Предмет исследования: Предметом исследования являются процессы теплопереноса через многослойные ограждающие конструкции и грунт подвальных помещений здания. Используемое оборудование и методы: В работе использованы численные, экспериментальные и статистические методы математического и физического моделирования, а также экспериментальный измерительный комплекс, состоящий из электронного микровольтметра, термометра и анемометра, датчиков градиентных тепломеров и термопар. Достоверность результатов: Обеспечивается использованием сертифицированного измерительного оборудования и корректным применением современных методов проведения экспериментальных исследований. Подтверждается результатами проверки разработанной математической модели на адекватность сопоставлением полученных результатов с результатами теоретических и экспериментальных исследований других авторов. Научная новизна работы: - предложена новая физико-математическая модель теплообмена подвального помещения с окружающей средой в нестационарных условиях, учитывающая совместное влияние на тепловой баланс инфильтрации наружного воздуха, теплопоступлений через перекрытие и тепловыделений от инженерных коммуникаций; - разработана в рамках нового алгоритмического программного комплекса методика численного расчета в реальном времени величин тепловых потоков через произвольные участки наружных ограждающих конструкций подвальных помещений в условиях нестационарного теплопереноса; - экспериментально определены значения тепловых потоков через многослойные ограждающие конструкции, количество инфильтруемого воздуха и температурные поля в массиве грунтов внутри и снаружи подвального помещения жилого здания типовой серии г. Томска для периода с 2002 по 2004 г.г.; - экспериментально установлена зона теплового влияния подвального помещения здания типовой серии г. Томска на температурное поле прилегающих грунтов в период отрицательных температур.
Специальность 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение
Научный руководитель: д.т.н., профессор С.А. Карауш Разработка методики расчета теплового состояния подвального помещения в нестационарном режиме на основе программного продукта позволит проводить расчет тепловых потерь подвального помещения, а также его температурного режима в течение всего времени эксплуатации с учетом многофакторности различных климатических процессов и их взаимном влиянии на процессы теплопереноса. Актуальность работы: Вопросы энергосбережения остро стоят в настоящее время в жилищно-коммунальной сфере. Это, во-первых, объясняется все более увеличивающимися ценами на энергоресурсы и их неизбежной исчерпаемостью, а во-вторых, глобальным изменением климата на Земле. Чрезвычайно низкая температура воздуха зимой 2006 года по всей территории России и, в частности Западной Сибири (где по северным районам температура воздуха опускалась до -50°С и ниже), говорит о необходимости более внимательного отношения к вопросу обеспечения нормативных параметров микроклимата для помещений различного назначения. При таких «экстремальных» условиях повышаются тепловые потери помещениями 1-го этажа. Более интенсивно охлаждается теплоноситель в трубопроводах системы отопления, что может при резких колебаниях температуры наружного воздуха в зимний период привести к размораживанию инженерных коммуникаций. Промерзание наружных стен и фундаментов влечет за собой уменьшение эксплуатационного срока строительных конструкций и возможному разрушению здания. Это может привести к тому, что подвальные помещения в зданиях различного назначения могут иметь низкие эксплуатационные и технико-экономические показатели. Несоответствие условий эксплуатации подвальных помещений требуемым (возникающим при переводе подвальных помещений в эксплуатируемое состояние) может привести либо к невозможности постоянного пребывания в них людей, либо к неоправданно высоким затратам на обогрев этих помещений системой отопления или электроэнергией. В настоящее время требования к проведению тепловых расчетов и обеспечению тепловой защиты зданий все более усиливаются, например, температура воздуха внутри подвального помещения должна определятся на основе теплового и воздушного балансов. Методика теплового расчета подвальных помещений, основанная на нестационарном режиме теплообмена, существенно уменьшит трудозатраты инженера-проектировщика при проведении подобного рода расчетов с условием сохранения их точности, которое обеспечивается за счет рассмотрения тепловых процессов в динамике по времени. Кроме того, нормативные документы требуют проверки наружных ограждающих конструкций на условия возникновения «точки росы» и просчитывать тепловую изоляцию с учетом этого фактора. Рассмотрение подвального помещения в системе «помещение - наружная среда» позволит оценить его как единый тепловой объект, с учетом взаимного влияния в нем на тепловые процессы различных факторов в нестационарном режиме. Разработка на основе математической модели нестационарного теплообмена подвального помещения с окружающей средой пакета программ, с помощью которых возможно рассчитать тепловые потери через многослойные ограждающие конструкции подвального помещения, обеспечит высокую скорость расчетов с их достаточной инженерной точностью. Исходя из вышесказанного, расчет нестационарного теплопереноса через ограждающие конструкции подвальных помещений на текущий момент является актуальной задачей строительной теплотехники. Отсюда вытекают цель и задачи исследования. Цель работы: Цель работы - исследование нестационарного теплопереноса через ограждающие конструкции подвальных помещений. Задачи исследования: - разработать математическую модель теплообмена подвального помещения с окружающей средой в нестационарных условиях; - разработать программный комплекс расчета нестационарного теплопереноса через многослойные ограждающие конструкции и температурных полей в их массиве и грунте внутри и снаружи подвального помещения; - провести тестирование разработанного программного комплекса путем сравнения данных математического моделирования с результатами серии проведенных экспериментов на примере подвального помещения типового здания г. Томска; - провести экспериментальное исследование параметров теплообмена подвального помещения с окружающей средой за период с 2002 по 2004 г.г. в климатических условиях г. Томска; - разработать методику теплового расчета подвального помещения для условий нестационарного теплопереноса в рамках предлагаемого программного комплекса. Объект исследования: Объектами исследования являются многослойные ограждающие конструкции подвальных помещений зданий, грунт внутри и снаружи здания, внутренний и наружный воздух, снежный покров вблизи здания. Предмет исследования: Предметом исследования являются процессы теплопереноса через многослойные ограждающие конструкции и грунт подвальных помещений здания. Используемое оборудование и методы: В работе использованы численные, экспериментальные и статистические методы математического и физического моделирования, а также экспериментальный измерительный комплекс, состоящий из электронного микровольтметра, термометра и анемометра, датчиков градиентных тепломеров и термопар. Достоверность результатов: Обеспечивается использованием сертифицированного измерительного оборудования и корректным применением современных методов проведения экспериментальных исследований. Подтверждается результатами проверки разработанной математической модели на адекватность сопоставлением полученных результатов с результатами теоретических и экспериментальных исследований других авторов. Научная новизна работы: - предложена новая физико-математическая модель теплообмена подвального помещения с окружающей средой в нестационарных условиях, учитывающая совместное влияние на тепловой баланс инфильтрации наружного воздуха, теплопоступлений через перекрытие и тепловыделений от инженерных коммуникаций; - разработана в рамках нового алгоритмического программного комплекса методика численного расчета в реальном времени величин тепловых потоков через произвольные участки наружных ограждающих конструкций подвальных помещений в условиях нестационарного теплопереноса; - экспериментально определены значения тепловых потоков через многослойные ограждающие конструкции, количество инфильтруемого воздуха и температурные поля в массиве грунтов внутри и снаружи подвального помещения жилого здания типовой серии г. Томска для периода с 2002 по 2004 г.г.; - экспериментально установлена зона теплового влияния подвального помещения здания типовой серии г. Томска на температурное поле прилегающих грунтов в период отрицательных температур.