Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ работы обусловлена решением крупной научной проблемы-развития теории и практики вентиляционных процессов в зданиях и сооружениях в районах Северо-Востока РФ. Эта аробявма гшэет важное социальное, экологическое и народно-хозяйственное значение, направленное на улучшение условий жизнедеятельности человека. Для ее решения кеобходимо развивать и совершенствовать теоретические и экспериментальные методы определения естественного воздухообмена помещений в условиях Севера.
В настоящее время существуют еще много нерешенных задач, вследствии чего в помещениях довольно часто состояние воздупной среды , в том числе естественный воздухообмен, зависящий о\і климатических ' условий не отвечает санитарно-гигиеническим нормативам, имеется перерасход тепла и электроэнергии.
В обращении научно-технической общественности (Ю. А. Табунщиков, С. А. Чистовлч, М. И. Гримитлин, В. Н. Богословский и другие) о необходимости создания самостоятельного государственного научно-технического "Российского центра по технологии и технике создания и завиты среды обитания человека" отмечено, что около 40% всего добываемого органического топлива и 18 вырабатываемой электроэнергии в энергетическом балансе страны расходуется на теплообеспечение и кондиционирование воздуха в зданиях и сооружениях. Ежегодно строится' до 6 тыс. котельных, монтируется более 100,тыс. вентиляционных установок, сотни тысяч систем отопления и тепловых сетей, что составляет до 20 всех затрат на капитальное строительство.
В связи с этим необходимо располагать надежной информацией о воздухообмене, знать особенности его формирования и влияния на динамику изменения параметров воздушной среды. Не менее важны результаты исследований надежности вентиляционных систем, которые позволяют улучшить качество проектирования и повысить эффективность их эксплуатации.
Работа выполнена в с соответствии комплексной программой Минвуза РСФСР "Человек и окружающая среда", целевой программойиСибирь" раздела "Южно-Якутский территориально-производственный комплекс", отраслевой научно-технической программой 0. 55. 01. 121. Разработать и внедрить
прогрессивные способы строительного обеспечения реконструкции и технического перевоорухения промыпленных предприятий, сокращающие сроки ввода мощностей, стоимости строительно-монтажных работ за счет максимального использования' конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений , координационный планом разработки концепции экономического' и1 социального развития народностей Севера и районов их проживания на' период до 2005 г., раздела 5 "Энерго-,тепло- іг водообеспечение производственных объектов и населенных пунктов народностей1 Севера".
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ заключается в обобщении? и1 раввиттпг научных основ формирования естественного воздухообмена' й< условиях холодного климата, в обосновании и разработке расчетных и экспериментальных методов определеншг основних показателей вентиляционных . процессов для условий" Севера1.
анализ влияния климатических условий Севера на воздуийвй'' режим здания, разработка требований к выбору расчетных параметров наружного воздуха, обоснование их значений ля» районов Севера;
обобиение уравнений математических моделей, описывающих ин^-фильтрацию воздуха через наружные ограждающие конструкции ;-
создание статистической модели вентиляционной систем» й) разработка методики расчета ее надежностных характеристик на прогнозируемый период;
анализ укрупненных показателей для оценки теплового режима и санитарно-гигиенического состояния зданий;
разработка математической модели, описывающей зависимость кратности естественного воздухообмена от факторов, формирующих воздухообмен,обоснование экспериментальных методов определения его основных параметров;
получение аналитических реиений задач по изучению динамики изменения концентраций вредных газов и температуры воздуха от воздухообмена и режимов работы технологического оборудования, разработка программы для численных расчетов на персональной ЭВМ ;
разработка научных основ и использование метода радиоактивных индикаторов для натурных исследований воздухообмена .
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ, заключающаяся, в разработке, теоретических положений, .совокупность которых представляет
собой новое -крупное достижение в развитии вентиляционной науки, состоит в следующем:
сформулированы требования к выбору расчетных параметров наружного воздуха, установлены количественные значения и их соотношения для районов Севера: введено понятие эквивалентной скорости ветра: получено обобщающее уравнение, связывающее расход ^фильтрационного воздуха с перепадами давления и аэродинамическими параметрами неплотности ограждающих конструкций;
систематизированы уравнения, описывающие особенность воздействия температуры наружного воздуха и скорости ветра на воздулный режим помеиения или здания в целом: впервые предложено понятие об абсолютной и относительной чувствительности воздухообмена к изменениям факторов его формирующих и рекомендованы выражения для их вычислений;
разработана статистическая модель вентиляционных систем: установлено, что исследуя работу отдельных узлов и схемы их соединения, можно получить прогнозируемую надежность системы, не увеличивая экономических затрат: рекомендованы уравнения для определения вероятности безотказной работы вентиляционных систем на расчетный период работы: предложено использовать техническую эффективность вентиляции как критерий сравнения различных проектных решений ;
получены формулы для оценки влияния естественного воздухообмена и теплотехнических параметров наружных ограждающих конструкций на удельную тепловую характеристику здания: установлено соотношение, характеризующие зависимость коэффициента турбулентного обмена от кратности воздухообмена;
решены задачи о качественном и количественном описании формировании естественного воздухообмена: получены формулы, характеризующие зависимость кратности воздухообмена от температурных условий, скорости ветра и параметров воздухопроницаемости наружных ограждающих конструкций: предложены выражения для сравнения соответствия величины Фактического воздухообмена с нормируемыми значениями;
созданы методы построения зависимости кратности естественного воздухообмена от'режимов открывания и закрывания оконных притворов или ворот и др. факторов, разработаны экспериментальные методы определения реальных значений сопротивления воздухопроницаемости элементов ограждающих конструкций и аэродинамических параметров, характеризующих эффект действия
скорости ветра на фильтрацию воздуха; доказано,что естественный воздухообмен в помещении можно охарактеризовать обобщающим алгебраическим уравнением ю-степени; получены формулы для оценки влияния гидравлического сопротивления вытяжного канала на естественный воздухообмен; разработан метод учета влияния естественного' воздухообмена на выбор температурного графика подачи тепла в здания :
разработаны математической модели, описывающие зависимость концентраций вредных газов и температуры» внутреннего-воздуха от нестационарных режимов работы технологического» оборудования и воздухообмена ; обоснован принцип определения-расхода инфильтрационного воздуха на основе применения регулярного режима охлаждения помещения ;
разработаны научные основы применения метода радиоактивных индикаторов в натурных исследованиях воздухообмена в помещениях разного назначения.
ПРАКТИЧЕСКУЮ ЦЕННОСТЬ результатов диссертационной работы составляет решение "конкретных задач,направленных на улуч-шение жизнедеятельности человека в условиях Севера; -создана система определения расчетных параметров естественного воздухообмена и показателей надежности вентиляционных систем; .
-разработан метод сравнения фактических кратностей естественного воздухообмена с нормируемыми и предложен экспериментальный способ нахождения параметров, формирующих воздухообмен;
- внедрен в практику натурных испытаний радиоиндикаторный
метод;
-составлены программы для расчетов на ПЭВМ динамики изменения концентраций вредных газов и воздухообмена при различных режимах выделения вредностей .
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ В НАУЧНЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ: ОРГАНИЗАЦИЯХ
Материалы исследований внедрены в производство- иі используются в научные работы различных организаций: Внедрения имеют социальное значение, проявляющееся; в-улучшении условий работы и быта, а также снижение числа профессиональных заболеваний. В результате внедрений получен экономический эффект обусловленной повышением производительности труда, уменьшением, расхода тепла на нагрев инфильтрационного воздуха и т.д.
?
Результаты натурных испытаний хилых зданий применены в ГИПРОНИИГАЗе (Саратов) при проведении проектных работ и разработке мероприятий по уменьиению загазованности воздуха в газифицированных квартирах Севера .
В территориально-производственном объединении "ВОСТОК-TEXMOHTAI" (Якутск) результаты натурных испытаний и методические принципы расчета расхода инфильтрационного воздуха применены при реконструкции отопительно-вентиляционных систем и улучшении их эксплуатации.
На Якутском мясокомбинате результаты испытаний и методика расчетов концентрации вредных газов при нестационарных режимах работы технологического оборудования и воздухообмена и рекомендации использованы при реконструкции вентиляционных систем и выборе эффективных зонтов. ^
На Якутском пассажирском предприятии мі внедрены рекомендации по оптимизации тепловоздушного режима производственных зданий,тепловому и гидравлическому регулированию системы теплоснабжения .
ВНИИвагоностроения (Москва) использовал разработанную аппаратуру и полученные данные о воздухообмене в пассажирских и рефрижераторных вагонах для определения их герметичности и теплотехнических качеств в различных условиях эксплуатации.
Госпредприятие "Якутгазпром" использовало методику расчетов концентрации вредных газов в разработке экологических мероприятий по охране воздушной среды. .
В Иркутском политехническом институте разработанные методы анализы воздушного режима помещений использованы при натурных экспериментах мобильных домов различного типа.
Научные труды автора в т.ч. монография "Вентиляционные процессы в зданиях" используются в Якутском госуниверситете в качестве учебных пособий..
Экономический эффект от разных внедрений составил около 1,7 млн руб ( в ценах 1978 ... 1991 гг.).
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты доложены и обсуждены на xiv Международном конгрессе по холоду (Москва, 1975г.), Международном симпозиуме по технологии открытых горных работ (Мирный,Удачный, 1990 г.), и и ш съезде ассоциации инженеров по отоплению ,вентиляции, кондиционирования воздуха и строительной теплофизике (Москва,
1990-1991 гг.), Всесоюзной конференции "Устойчивость к неблагоприятным факторам среды и продуктивность растений" (Иркутск,1981 г.). Региональной научно-технической конференции "Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири" (Иркутск,1993 г.). Межотраслевых научно- практических конференциях по проблемам вентиляции и кондиционирования воздуха (Волгоград, 1975 и 1986гг.), Республиканских конференциях по развитию производительных сил Якутской АССР (Якутск, 1980 и 1981гг.), зональном семинаре "Применение изотопов и радиоизотопной техники в народном хозяйстве" (Саратов ,1975 г.), научных конференциях Якутского госуниверситета и Санкт - Петербурского архитектурно- строительного университета , проводившихся в 1975 ... 1993 гг. Международных конференциях "COLD CLIMATE HVAC'94 (Finland", "roomvent'94,Poland",семинарах кафедры отопления и вентиляции Московского государственного строительного университета в 1993...1994 гг.,Республиканском семинаре "Инженерное обеспечение индивидуального жилого дома" (Якутск,1995 г.). НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ :
Методы и результаты анализа влияния климатических условий Севера на воздушный режим зданий. Стратегия выбора расчетных параметров наружного воздуха.
Обобщение уравнений, описывающих связь инфильтр'ационного воздуха от определявших факторов и его воздействия на тепловой режим помещений. Обоснование использования зависимостей для вычислений абсолютной и относительной чувствительности воздухообмена к изменениям основных параметров.
Формулировка задачи и составление статистической модели вентиляционных систем. Методы расчетов их параметров надежности. Обоснование применения технической эффективности вентиляции для сравнения эксплуатационных качеств проектов.
Результаты анализа укрупненных показателей для оценки теплового режима и санитарно-гигиенического состояния зданий.
Постановка задачи и математическое моделирование естественного воздухообмена.Формулы для сопоставления фактического воздухообмена нормируемому. Способы экспериментального определения основных параметров, формирующих воздухообмен .
Математические модели описывающий' влияние нестационарного воздухообмена и технологических процессов на динамику
изменения концентрации вредных газов и температуры внутреннего воздуха .
Теоретические , методические основы и результаты использования радиоактивных индикаторов при натурном изучении воздухообмена в помещениях разного назначения.
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 5
глав, заключения. Изложена на 247 страницах основного текста, содержит 29 рисунка и 12 таблиц, 2 приложения и список
литературы из 183 наименований.
Автор приносит свою искреннюю благодарность доктору технических наук, профессору, члену - корреспонденту РААСН В. П. Титову за научную консультацию и советы, позволившие диссертанту определить направления проведенных исследований. ^
Автор выражает благодарность доктору технических наук, профессору А.А.Гусеву , пробудившему и постоянно поддержавшему в диссертанте интерес к освоению теоретических и экспериментальных методоь изучения вентиляционных процессов.
Автор благодарит сотрудникав кафедры "Отопления и вентиляции" Московского государственного строительного университета за замечания и пожелания, высказанные при обсуждении данной работы на научных семинарах.
Похожие диссертации на Естественный воздухообмен в помещениях на севере
