Энергосбережение в зданиях с управляемыми тепло-воздухообменными режимами

• Автор: Сигачев, Николай Петрович
• Шифр специальности: 05.23.01, 05.23.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Чита
• Количество страниц: 341 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ
1. ФИЗИКОМАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЗДАНИЙ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕПЛОМАССООБМЕНЫХ ПРОЦЕССОВ.

I. 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.2. ВЫВОДЫ.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕПЛОВЫХ И ВОЗДУХООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ЗДАНИЯХ

2.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

2.2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ОТНОШЕНИЙ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ ЗДАНИЙ И ОБЬЕКТАММИ.

2.3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЯ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ИМ ТИПЫ ОБЪЕКТОВ.

2.3.1. Объект имитатор внешних условий

2.3.2. Моделирование теплопроводящнх элементов

2.3.3. Моделирование тонких теплопроводящнх элементов.

2.3.4. Моделирование вертикальных воздушных прослоек
2.3.5. Моделирование процессов на наружных поверхностях.
2.3.6. Моделирование процессов на внутренних поверхностях.
2.3.7. Составные объекты для моделирования тепловых процессов.
2.3.8. Моделирование процессов в помещениях.
2.4. МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ЗДАНИЯХ С УЧЕТОМ ВОЗДУХООБМЕНА
2.4.1. Основные уравнения тепло воздухообмена.
2.4.2. Взаимодействия между обьсктами математическими моделями
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ СМЕШАННОЙ КОНВЕКЦИИ ОКОЛО ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
3.1. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ ПРИ СВОБОДНО ВЫНУЖДЕННОЙ КОНВЕКЦИИ ОКОЛО ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ.
3.2. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОПЕР ЕДА ЧИ В ВОЗДУШНЫХ ПРОСЛОЙКАХ ОКНА
3.3. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕШЕНИЙ. ВЫВОД РАСЧЕТНЫХ СООТНОШЕНИЙ.
3.4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ОКНА С ТРОЙНЫМ ОСТЕКЛЕНИЕМ ПРИ ПОМОЩИ ИНТЕРФЕРОМЕТРА
3.4.1. Методика исследования передачи тепла при помощи интерферометра.
3.4.2. Разработка основных параметров экспериментальной установки и проведения стендовых исследований.ЮЗ
3.4.3. Результаты экспериментальных исследований.
3.5. ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ КА ЧЕСТВ ОКОН В КЛИМА ТИЧЕСКОЙ КАМЕРЕ
3.5.1. Методика проведения исследований и описание экспериментальной установки.
3.5.2. Результаты исследований теплопередачи окон
стройным остеклением.
3.6. НАТУРНЫЕ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОКОН С УЧЕТОМ
ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТИ.
3.6.1.Исследование климатических особенностей районов проведения натурных экспериментов
3.6.2. Описание объектов исследования
3.6.3. Методика проведения натурных исследований.
3.6.4. Результаты натурных исследовании
3.6.5. Натурные исследования теплотехнических качеств окон в условиях продольной инфильтрации
4. РЕАЛИЗАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕПЛОВОГО И ВОЗДУХООБМЕННОГО РЕЖИМА ЗДАНИЙ
4.1. ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ МЕТОДА ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ ОБЪЕКТОВ
4.2. ПГОГГАММЫ ДЛЯ РАСЧЕТА НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ЗДАНИЯХ
4.3. РЕШЕНИЕ ОБРАТНЫХ ЗАДА Ч.
4.4. ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОМ УПРАВЛЕНИИ СИСТЕМАМИ ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЙ.
5. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕПЛОВОЗДУХООБМЕННЫХ РЕЖИМОВ И ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ
5.1. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
5.2. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОРИЕНТАЦИИ ЗДАНИЯ ПО СТОРОНАМ СВЕТА НА ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ЗДАНИЙ
5.3. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ КОМПОНОВОЧНЫХ РЕШЕНИЙ НА ТЕПЛОВЫЕ ПОТЕРИ ЗДАНИЙ
5.4. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЗДАНИЯХ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РЕГУЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ.
5.5. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПОГЛОЩЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ, ПЛОЩАДИ ОСТЕКЛЕНИЯ И ДРУГИХ ФАКТОРОВ НА ТЕПЛОВЫЕ ПОТЕРИ ЗДАНИЙ
5.6. СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА ТЕПЛОВОЗДУХООБМЕННЫХ РЕЖИМОВ ПО РАЗЛИЧНЫМ МЕТОДИКАМ.
5.7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИНВЕСТИЦИЙ В ПОВЫШЕНИЕ ТЕПЛОЗАЩИТЫ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ.
5.8. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В настоящее время не существует достаточно простых и удобных для использования в инженерной практике общих методов расчета нестационарных тепловых процессов в зданиях. Существующие методы либо используют дополнительные предположения, сильно сужающие возможности методов, либо неприемлемы для инженерной практики по причине большой сложности или трудоемкости вычислений. Таким образом, для практического решения задач повышения энергоэффективности без существенной реконструкции существующих зданий, требуется разработка методов расчета нестационарных тепловых процессов и соответствующего программного обеспечения, приемлемых для использования в инженерной практике. В основу метода взаимодействующих объектов положено представление о том, что все величины, определяющие тепловые потоки, являются функциями от времени. Прежде всего, это относится к температурам воздуха внутри помещений здания, температурам поверхностей и внутренних частей ограждающих конструкций, тепловым потокам в ограждающих конструкциях, конвективным и лучистым тепловым потокам, а также потокам солнечной радиации. Кроме того, возможности динамического моделирования позволяют относительно просто учесть суточные изменения величин солнечной радиации, наружной температуры воздуха и влияние изменения облачности на потоки тепла в виде лучистой энергии и солнечную радиацию, не прибегая к усредненным величинам. При этом для реализации численных методов расчета требуется задавать шаг интегрирования но времени из условия, чтобы изменениями всех названных величин за времена, сравнимые с шагом интегрирования, можно было пренебречь в пределах требуемой точности расчета. Учитывая характерные времена некоторых относительно быстропротекающих процессов например, при восходе солнца поток солнечной радиации на вертикальных ограждающих конструкциях и через заполнения оконных проемов может изменяться в пределах от 0 до приблизительно 1 КВтм2 за несколько минут, шаг интегрирования по времени должен быть того же порядка. Вторым подходом, лежащим в основе метода взаимодействующих объектов для расчета тепловых процессов в зданиях, является системный подход. Системный подход предполагает разделение сложной системы всего здания на более простые составляющие помещения со всеми ограждающими конструкциями, а те, в свою очередь, на еще более простые элементы ограждающие конструкции, перекрытия, окна и т. При этом на каждом иерархическом уровне системы требуется определить, каким образом взаимодействуют между собой составляющие одного иерархического уровня, и как изменяется состояние каждого элемента системы в зависимости от действия на него других элементов. В настоящее время системный подход является одним из наиболее эффективных подходов для анализа сложных систем. Третьей составной частью метода является наиболее общее понимание моделирования как способа изучения систем любой природы. Моделирование применительно к поставленной задаче рассматривается как совокупность приемов и способов, обеспечивающих создание системы аналога, иной, более удобной для исследования природы, процессы в которой протекают аналогично процессам в исходной системе. Для количественного соответствия результатов требуется, чтобы система аналог описывалась уравнениями, одинаковыми по форме с уравнениями для исходной системы. При таком подходе чаще всего не требуется аналитическое решение тех или иных уравнений. В предыдущей главе рассматривались методы, реализующие подобный подход метод электрических аналогий и последующий расчет на ЭВМ с использованием прикладных программ для проектирования электронных систем. Предлагаемый метод взаимодействующих объектов предполагает создание виртуальной системы объектов в памяти ЭВМ, поведение которой подчиняется дифференциальным уравнениям, описывающим тепловые процессы в здании. Но поскольку современные ЭВМ являются цифровыми, а не аналоговыми устройствами, неизбежно требуется дискретизация по времени, не вносящая существенных ошибок в расчеты. Для создания виртуальной системы аналога здания, как теплофизической системы, следует выполнить следующие действия.