Математические модели, алгоритмы и программы расчета систем термостатирования в строительстве

• Автор: Андреев, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Переславль-Залесский
• Количество страниц: 160 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Цель работы

Методы исследования

Научная новизна . . .

Практическая значимость работы.

Апробация работы.

Структура и объем диссертации

Содержание работы

ГЛАВА 1. Обзор математических моделей переноса и необратимых оценок эффективности тепловых насосов
1.1 Здание как открытая термодинамическая система и задача проектирования энергосбережения в строительстве
1.2 Методология термодинамики при конечном времени
1.3 Потенциал и координата. Уравнение состояния .
1.4 Математические модели процессов тепло и массопереноса .
1.4.1 Теплопроводность
1.4.2 Конвективный теплообмен.
1.4.3 Лучистый теплообмен.
1.4.4 Массоперенос в пористых телах
1.5 Принцип возрастания энтропии, производство энтропии в процессе стационарного теплообмена
1.6 Отопительный и холодильный коэффициенты кондиционера .
1.7 Выводы
ГЛАВА 2. Математические модели тепломеханических систем и задачи
термостатирования
2.1 Термодинамические балансы стационарной тепломеханической
системы и постановка задач оптимального термостатирования . .
2.1.1 Система с общим кондиционером
2.1.2 Система с индивидуальными кондиционерами.
2.2 Минимальная диссипация для процессов теплопереноса и оптимальная регенерация тепла
2.3 Радиационные обогреватели и условия минимальной диссипации при нагреве излучением
2.4 Производство энтропии в многослойной изоляции
2.5 Исследование влияния факторов необратимости на значение
отопительного и холодильного коэффициентов.
2.6 Выводы.
ГЛАВА 3. Модели и алгоритмы расчета процессов тепло и влагопереноса в ограждающих конструкциях
3.1 Математическая модель теплообмена в воздушной прослойке . .
3.2 Лучистый теплообмен на внутренней и наружной поверхностях
ограждения.
3.3 Теплопередача через многослойную ограждающую конструкцию
и алгоритмы расчета профиля температур.
3.4 Влагоперенос и конденсация в многослойной ограждающей конструкции. Алгоритмы расчета зоны конденсации .
3.5 Выбор последовательности слоев с целью предотвращения
влагоконденсации.
3.6 Примеры применения программы для расчета многослойных
ограждений.
3.7 Выводы.
ГЛАВА 4. Модели и алгоритмы решения задачи оптимального термо
статирования
4.1 Общая постановка и условия оптимальностиИЗ
4.2 Модель системы термостатирования зданий
4.2.1 Центральный кондиционер
4.2.2 Индивидуальное кондиционирование.
4.3 Учет требований вентилируемости помещений
4.3.1 Система с центральным кондиционером
4.3.2 Система с индивидуальными кондиционерами.
4.3.3 Оптимальный расход воздуха.
Ф 4.4 Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Разработке и расчету изоляции посвящено значительное количество работ [, , ] и др. При этом важны были их свойства как с точки зрения переноса тепла, так и переноса влаги. В [] рассматриваются основы теории теплопереноса и диффузии водяного пара через сорбирующую среду. Процессы переноса в строительных ограждающих конструкциях, тепловой и влажностный режим помещения рассмотрены в []. Здесь большое внимание уделено расчету процесса влагопередачи на основе потенциала влажности. Теплопередача через герметичную воздушную прослойку подробно рассмотрена в []. Там же приведены значения эквивалентных коэффициентов теплопроводности через нее, учитывающие сложный процесс переноса тепла — теплопроводностью и конвекцией. В [] большое внимание уделено методикам расчета процессов переноса и режимов здания, отраженных в строительных нормах. Для расчета процесса влагопереноса использована теория диффузии водяного пара в сорбирующей среде. В последнее годы резкий рост стоимости энергии сделал задачи оптимального термостатирования особенно актуальными, привел к созданию принципиально новых многослойных ограждающих конструкций, содержащих воздушную прослойку и материалы, препятствующие проникновению инфракрасного излучения. Такую изоляцию называют отражающей. Как правило, в роли отражащего слоя выступает алюминиевая фольга, которая практически не проводит влагу. Расчет многослойной отражающей изоляции, построение распределения температуры и влажности в условиях изменяющихся температур воздуха вне и внутри помещения может быть сделан только численно. Создание моделей, алгоритмов и программ для такого расчета является первой задачей настоящей работы. Такие здания называют энергосберегающими или «пассивными». Проектированию «пассивных» зданий посвящено в последние годы много исследований [, , ] и др. В [] определено понятие «пассивный дом», основные подходы к его реализации и приведены некоторые данные, в том числе и данные измерений по потреблению энергии на отопление, полученные в ходе эксплуатации таких домов. Основные мероприятия, повышающие энергоэффективность многоэтажного жилого здания, его общее описание и данные по экономической эффективности приведены в []. Система отопления двухэтажного дома с низким потреблением энергии, основанная на грунтовом тепловом насосе, подробно рассмотрена в []. Там же приведены показатели эффективности и другие данные по температурному режиму дома. Использование кондиционеров (тепловых насосов и холодильных машин) для поддержания температурного поля. Использование слоя земли глубиной 5-6, иногда до и более, метров как аккумулятора тепла. Регенерация тепла при вентиляции помещений. Использование энергии солнца и ветра. Создание внутреннего водяного аккумулятора. Современные эффективные ограждающие конструкции стен и окон. Покрытия для стен и крыши, препятствующие потерям с инфракрасным излучением. В настоящей работе задача расчета «пассивного» дома решаются с использованием методов термодинамики при конечном времени или «оптимизационной термодинамики» [, , ] и др. В настоящей работе аппарат термодинамики при конечном времени применен в задаче термостатирования, которая предполагает решение вопроса об интенсивности и точках подачи потоков энергии, минимизирующих ее общие затраты. Термодинамической системой называется совокупность макроскопических: тел, которые могут обмениваться энергией и/или веществом между собой и с окружающей средой (т. Открытой называют систему, в которой происходит обмен энергией и/или веществом с окружающей средой. Ограждающая конструкция и система таких конструкций характеризуют здание как открытую термодинамическую систему с ненулевыми потоками энергии од между г-м и угл помещениями. Окружающая среда является термодинамическим резервуаром, то есть ее состав и температура не зависят от потоков обмена с каждым из зданий. В дальнейшем ей присвоен индекс 0 (ноль). План и принципиальная схема такой системы (здания), состоящей из нескольких подсистем (помещений), показана на рис. Рис. План (а) и структурная схема (б) здания.