автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Обеспечение теплового режима зданий массовой застройки в холодный период года

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ им. В. В. КУЙБЫШЕВА

На правах рукописи

КОНОНОВИЧ

Юрий Владимирович

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЗДАНИИ МАССОВОЙ ЗАСТРОЙКИ В ХОЛОДНЫЙ ПЕРИОД ГОДА

05.23.03. — Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение, акустика и осветительная техника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Московском ордена Трудового ¡Красного Знамени инженерно-строительном институте им. В. В. |Куй;бышева.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Чистович Сергей Андреевич,

доктор технических наук, щрофессор Табунщиков Юрий Андреевич,

доктор технических наук, шрофессор Бодров Валерий Иосифович.

Ведущая организация — Академия коммунального хозяйства им. К. Д- Памфилова. л

Защита состоится к< 10. » 1992 г. в .1?. ча-

сов на заседании специализированного совета Д 053.11.07 в МИСИ ^м. В. В. Куйбышева по адресу: Москва, Ярославское шоссе, д. 26, аудитория № .^(рШ-'Г

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Просим Вас .принять участие в защите и натравить Ваш отзыв но адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, МИСИ, Ученый Совет. ^

§I.»1992 г. Ж/И^

Автореферат разослан

«

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук,

профессор П. А. Хаванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Вопросы обеспечения внутренних тепловых условий зданий массовой застройки в холодный период года имеют исключительную важность в социальной и экономическом плане в связи о ростом городов в различных климатических районах страны, трудностями развития муниципального жилищного строительства и централизованного теплоснабжения, е также возрастанием объемов капитального ремонта и реконструкции зданий и инженерных систем.

Основную застройку современных городов представляют типовые жилые здания массового индустриального строительства, оснащен- • ные основными видами благоустройства, снабжаемые продукцией различных сиотеы энергетики и отличакдиооя широкий диапазоном тепловых характеристик. В основу создания отечественных тепловых сиотеы положен принцип централизованного обеспечения тепловых условий, что обусловило преимущественное распространение однотрубных систем отопления, неприспособленных к потребительской регулировке хеплоогдачи нагревательных приборов. Учитывая социально-экономическую и экологическую обстановку крупных городов, сложившиеся основные тенденции муниципального строительства сохраняются на перспективу.

Вместе с тем с ростом крупности тепловых систем возросли вероятность и продолжительность нарушения отопления зданий, яследствиз изменения надидностшк характеристик систем, а также возможности нарушения их устойчивоспособнооти и живучести, обусловленные недостаточной управляемостью. Центральное качественное регулирование отпуска теплоты по совмещенной нагрузке является преимущественным для систем отопления и т.д. В этих условиях удовлетворение индивидуальных потребностей в тепловом комфорте нередко осуществляется за счет изменения режима аорацин помещений и бытовых источников энергии, что обусловливает скрытые потери топливно-энергетических ресуроов. Нарушения режима теплоснабжения приводят к массовым и наиболее существенный в суровые зииц отклонениям теплоиых условий, которые, как показыьа-ет практика, сопровоыдавтоя значительным социальным и экономическим ущербами.

Существующее положение во многой обусловлено, сложившейся практикой, опирающейся на опыт традиционного строительства, и недостаточно учитывающей всю совокупность факторов и условий, определяющих выбор эксплуатационных качеств и режимов функцио--нировпния инженерных средств и устройств обеспечения тепловых условий зданий, как элементов единого комплекса. Совершенствование методов проектирования и эксплуатации вновь с!роящихся и реконструируемых подобных комплексов массового обслуживания, направленных на повышение эффективности их действия, требует развития научно-методологических основ. Диссертационная работа посвящена разработке теоретических основ и практических методов решения задачи обеспечения заданных тепловых условий.

Целью исследования является разработка методологических основ проектирования и выбора режимов функционирования комплекса инкенерных средств и устройств обеспечения заданных тепловых условий зданий массовой застройки в холодный период года, как элементов единой биотехнической системы массового обслуживания.

Задачи исследования состоят в:

- построении обобщенной модели формирования тепловых уодо-вий аханий массовой застройки, ее системном представлении с выявлением свойотва целостности и его влияния не гффективность функционирования системы, формулировании общего критерия эффективности системы и согласованных с ним критериев эффективности инженерных подсистем.

- развитии методов расчета тепловых состояний человека при его теплообмене с окружающей средой и регламентации на их основе показателей заданных тепловых уоловий, определяющих пределы эксплуатационного изменения температуры помещения и параметры ее допустимых отклонений;

- оценке влияния на динамику теплового дисбаланса помещений воздействий наружного климата, свойств и режимов функционирования систем теплоснабжения и отопления зданий массовой застройки с выявлением ситуаций комплексных воздействий, принимаемых за расчетные при определении эффентивностных мер;

- разработке инженерных методов расчета нестационарного теплового режима помещений в ситуациях аварийных нарушений '' режима геплоподачй и наибольших похолоданий, некокпенсируе&идх отоплением.

- разработке методик решения задач, связанных с определенней показателей тепловой мощности, надежности и режимной управляемости комплекса средств и устройотв обеспечения тепловых условий зданий массовой застройки на стадиях их проектирования и эксплуатации;

- заявлении степени рациональности существующих требований проектирования и технического обслуживания эданий, систем отопления и теплоснабжения для обеспечения заданных тепловых условий пра различных шшиатичвоких и других- условиях сгроитель-

отва. I

Научная новизна работы состоит в: постановке зедачи формирования тепловых условий в зданиях массовой заст-. ройки, как биотехнической системы, обладающей свойством адаптивности, которое выракается в тенденции автостабилкзации тепловых уоловий в помеценнях при практически значимых отклонениях режима теплопидачи на отопление; выявлении характера влияния свойства адаптивности на эффективность функционирования системы и формулировании с его учзтои общего критерия эффективности системы и согласованных о ниц требований к эффективности инденс-рных оред-ств и устройств обеспечения тепловых условий, как элеыентов единой системы; разработке основ расчета показателей эффективности, включающих методы расчета тепловых состояний человеке и регла- . ыентацию на их основе параметров заданных тепловых условий, представляющих общий критерий эффективноети функционирования системы, определение параметров характеристик комплексных воздействий иа тепловой режим помещений в расчетных ситуациях и инженерные негоды расчета теплового режима помещений & этих оитуациях; 1еоретаческои обосновании рационального метода количественного регулирования отпуска теплоты на отопление в тепловых пуншах при зависимо« присоединении систеи; результатах исследошшп зависимости количественных характеристик показателей эффективности1 инженерных средств и устройств обеспечения тепловых условий от климатических и других региомальных факторов строительства.

Практическая ценность результатов исследования сосхент я раураситко .шженерних методов решения задач, служащих обоснованием выбора \ свойств и режимов раооты комтекса инженерных средств и устройств, обуоловлизащих выдерживание заданиях тепловых условий в зданиях с учетом факторов строительства, ка основе определения: расчетной темпера-

туры наружного воздуха для проектирования установочной мощности систем отопления зданий; временного критерия для оценки необходимости резервирования элементов тепловой системы; коэффициента резервной теплоподачи на отопление при лимитированном режиме теплоснабжения; допустимой величины снижения эксплуатационной мощности теплоисточника при его подготовке к прохождению зимнего периода; лимита семени на аварийно-восстановительный ремонт нерезервированных элементов систем теплоснабжения и отопления в зависимости'от текущие наружных условий.

Практическое значение в проектировании и эксплуатации также имеют: реализация установленных рациональных методов управления отпуском теплоты на отопление зданий в тепловых пунктах а условиях крупной тепловой системы; применение технологической охемы количественного регулирования отопительной нагрузки в тепловых пунктах при зависимом присоединении систем отопления; рекомендации по ограничению единичной тепловой мощности источников централизованного теплоснабжения в суровых климатических районах строительства и др., приведенные в диссертации, которые вытекают из анализа степени рациональности существующих требовании строительного проектирования.

Реализация результатов работы. Теоретические основы и инженерные методы проектирования сиотем обеспечения теплового режима зданий массовой застройки городов с учетом гарантированного поддержания заданных тепловых условий в помещениях в холодное время года изложены в монографии "Тепловой режим зданий массовой застройки", выпущенной Стройизда-5ом в 1986 г. и предназначенной для инвенерно-технических работников проектных и эксплуатационных организаций.

Результаты работы также включены в "Отраслевые нормы и правила технической эксплуатации зданий и инженерных оистем туристских предприятий" (М., Изд. Турист, 1991), раздел "Обеспечение теплового режима зданий в холодный период года" учебного пособия "Примеры расчетов по организация и управлению эксплуатацией зданий" (1!., Стройиздат, 1992) для студентов специальности 2905 и используются в МИСИ им. В.В.Куйбышева в дипломном проектировании и при изучении курса "Техническая эксплуатация зданий и инженерных сиотем".

Результаты исследований легли в основу обоснования и разработки схемного решения альтернативного метода количественного : регулирования отпуска теплоты па отопление зависимо присоединен-.

иых систем, который апробирован на двух действующих ЦТП г .Москвы в 1987-1933 г.г. и принят к внедрению ГПО "Мосинжремонт"; использованы при разработке, совместно о АКХ им. К.Д.Памфилова, мероприятий по эффективным режимам работы электрокогельноЯ системы теплоснабжения поо. городского типа Светлогорок (Даг. АССР) и др. Принципы и методы решения задач, предотаэлящие единую методологическую основу целевого проектирования и эксплуатации средств обеспечения тепловых условий зданий, могут быть использованы при решении вопросов, рассматриваемых в главах СНиП 2.04.05-86, 2.04.07-86 и др.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывалиоь и обсуждались на научно-практичеоких семинарах "Экономика и организация топлогазоснабжения и вентиляции" (Таллинн, 1972), "Экономика, планирование и расчеты в килшдном хозяйстве" (Москва, 1972 и 1978), "Пути экономии топливно-энергетических реоурсов и воды в жилищном хозяйстве" (Москва, 1986 и 1990); на республиканской научно-техничеокой конференции "Теплоснабжение жилых а общественных зданий" (Ыосква, 1974), Всесоюзной научно-технической кокферонции "Развитие диспетчеризации в городских электрических и тепловых сетях" (Запорожье, 1976), Всесоюзной научно-технической конференции "Пути совершенствования эксплуатации жилищного хозяйства" (Днепропетровск, 1974); на секции отопления, вентиляции и строительной теплофизики 1-го Всесоюзного съезда АВОК (Ленинград, 1990); научно-тохничеоких конференциях МКСИ им. Б.В.Куйбышева (Москва, 1986, 1989, 1991), научных семинарах кафедр ЫИС1! "Техническая эксплуатация зд&ний", "Отопление и веитиляция" (1984, 1990, 1991) и ряде других конференций, семинаров и совещаний.

На защиту аынооятоа теоретические основы и практические истоды проектирования свойств и режимов функционирования комплексе инженерных средств и уотройств обеспечения заданных геплоиых. условий здаииИ ыоссоьой застройки в холодный 'период.года, -которые представлены в виде:

- исслоаомншп' формиро.чииия тепловых условий, как сложной 0иотихничес1:о.1 системы массолого обслуживания, с выявлением свиИотяа целостности, условий и слидствиИ его проявления, фор-ыулироионин иоцвго критерий з^ектииьооги системы и честных критериев эффективности инженерных средств и устройств, кон ее элементов;

- методики регламентации показателей заданных тепловых ус-

ловий, выдерживаемых в течение холодного периода года, представляющих общий критерий эффективности системы; '

- вероятностно-детерминированных показателей характеристик комплексных воздействий на тепловой режим помещений, представ- , лящах расчетные ситуации для определения зффективностных мер;

- инженерных методов расчета нестационарного теплового режима помещений в расчетных ситуациях, связанных с аварийным нарушением условий отопления и экстремальным понижением температуры наружного воздуха з периоды наибольших похолоданий;

- методов решения задач, служащих обоснованием определения показателей эффективности инженерных средств и устройств обеспечения заданных тепловых условий зданий на стадиях проектирования и эксплуатации;

- ферыулртания требований к рациональным методам управления отпуском теплоты на отопление в тепловых пунктах крупной системы теплоснабжения, а так ае технологической схемы их реа-ляэацич при количественном регулировании для зависимо присоединенных систем отопления;

.. - результатов анализа степени рациональности сущесгвувщих требований проектирования и технического обслуживания зданий, систем отопления и теплоснабжения для обеспечения необходимых, тепловых уоловий с учетом региональных факторов строительства»

-Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Изложена на 4СВ спр., включая 101 стр., рисунков и таблиц, й- стр. библиографии из 178 наименований.

''' СОДЕРЖАНИЕ.РАБОТЫ ,

Сущность проблемы обеспечения заданных тепловых- условий' к н у т иг 1 ее решения. Тепловое восприятие и самочувствие людей в обогреваемых помещениях вилах зданий определяют температурные' условия, поскольку при принятых нормах строительного проектирования друме параметры микроклимата (влажность, подвмшость, газовый состав воздуха, радиационный теплообмен с нагретыми-и охлаждаешь®: поверхностями) сохраняются га уровне санигарно- , гигиеькчегких требований. Взаимосвязанные температуры внутреннего воздуха.и ограждений обусловливая? обобщенный показатель ^тепловых условий -..температуру помещения.

Надежное и экономичное обеспеченно заданных тепловых уело-, вий в зданиях массовой застройки предотавляет сложную научно-техническую задачу. В методологическом плана ее решение связано о выбором оптимальных свойств и режимов функционирования совокупности инженерных средств и устройств, формирующих тепловые условия, как единого комплекса массового обслуживания. Условия типового строительства, предопределяющие обьемно-пленировочную отруктуру, конструктивные защитные свойства зданий и основные технические решения инженерных систем, ограничивают выбор упраэ-лязмда параметров.

Методология решения оптимизационных задач применительно к выбору ф язи ко-тех кячвеких параметров систем вентиляции и конди-цяонирования воздав пля производственных и общественных зданий получила развитие в работах A.A.Рымкевича и др. Однако отличие содержания и услогий решения поставленной, задачи требует разработки самостоятельной концепции л специального методического аппарата.

Отправными моментами разработки концепции диссертации по-слукшга научные положения, связанные с выбором расчетных наружных условий для проектирования отопления с учетом заданной обеспеченности внутренних условий и принципами проектирования надежности системы тепловых сетей, которые били выдвинуты В.К.Богословским и АД.Иониным. Вместе о тем реализация положений концепции потребовала развития существующих представлений, нормативных данных и методов решения новых веда?, которые и явились предметом исследований.

При сложной совокупности факторов различной природы, влияющих на формирование тепловых условий зданий массовой заотройкя, выбор и обоснование мер, направленных на обеспечение заданных условий, основывается на методологических-аредстпах системного анализа и принципе эффективности систем. Наряду с эвристическими методами, в качестве конструктивного аппарата исследования поведения системы используется набор разработанных узкоориентирсван-ных математических моделей, отражвтацих разные отроны -сущности системы,

В связи о этим обобщенная модель'формирования тепловых уо-ловий (рие.1) преде та ваяется и исследуется в отношение эффективности, как сложная открытая биотехническая система, обладающая внутренним свойством целенаправленности, под которым пенимаетоя

тепловых умсюя. в пекшими

сист.ютествян. шншявдг (яш)

и

мгр.тигар

(1И)

сшт.отоплв-ьт (со) ■2Г

пяшда ТОГ) в вшксй коми. (итогов эпкгго- прйбош (бзп)

1 ■

сизт-штого ЕЩССИ. (СГВ) сист.шктро- и газссн.(и*г)

с

ТШСВОЙ отист (та)

г

сиапш таплсшх сШ\ (То

тшлсисточш

^ . '(ТИ)

з

] сат1 • I

Ь I

кагушм мвд1*

ь-ч

и

таиюяо-эшггач .хаашхс

______ )

Ряс. I. Схама формирования тепловых условий , • .

Тиш..связей:. Твшхо-массопвреноса; ■ ;—технического

обслукиБания; — информачионные; вш=>воз действия жителей.

функциональная тенденция системы к достаженига поставленной перед,' нею целя, кач системой массового обслуживания: "сохранить заданные тейповые условия лра любых возможных ситуациях". Это свойство отражает сущности рассматриваемой системы и формируется'специфическими для кое механизмами. Выбор мер, обеспечиващих эффективность инженерных средств и устройств, как элементов системы, оют-раотся на учат этой специфики и заключается в выявлении и стимуляции факторов, оказывающих положительное мияние ка достижение поставленной цели.

Выявление свойства целостности требует рассмотрения поведения1 системы в различных ситуациях, которое определяется содержанием отношений между ее частями. Многие из этих отношений изуче-. на достаточно полно. Связи подсистемы СКМ (системы кондиционирования макроклимата), в основа которых лежат тещо--массообменнне процессы, происходящие в конструкциях, помещении, здание и его системах получили глубокое освещение в работах'А.В.Лыкова, О.Е^Власова, В.Д.Иачинского, К.Ф.Фокина, Ф.В.Ушкова, В.Н.Богословского, Л.Д.Богуславского, И.Ф.Ливчака, В.Е.Константиновой, Н.Н.Разумоза, В.П.Титова, Ю.А.Табунгцикова, Ю.Я.Кунпинрва и др. Работы В,М.Чаплина, С.О.Кспьева» А.В.Хлудова, Е.Я.Соколоза, Л.А.Меяектьева, Н.К,Громов.£», Н.И.Зингера, М.Закса, С.А.Чисто-вича, А.А.Ионина, В.Н.Братенкова и др., посвященные обоснования, управлению к надежности систем геплосяабкония, раскрывают зодер-кание внутренних и внешних связей элементов подсистемы СЦТ. Данные гигиенических исследований о влиянии тепловой среды на физиологическое состояние и поведение человека, приведенное в работах М.С.Горомооова, А.З.Малышевой, Ю.Д.Губернского, Б.И.Ко-реневской, В.И.Кричагиня, В.О.Кощеева, П.О.Фангера, Л.Банхиди, А.Бартона и др., увились основой определения свойства подсистема "человек-житель" и ее связей с другими элементам! система.

Взаимосвязи подсистем СЦТ и СКМ определяют отношения управления отопительной нагрузкой в тепловых пунктАУ СШ). На основе научно-технически^ разработок ЦЦШЭП инженерного оборудования, МНИИТЗП, АКХ им.К.Д.Памфилова, ЬТИ им.Ф.Э.Дзержинского, Мосжил-нкипроекта и др.организаций дачи предложения, соноввнныэ на разных подходах к решению задачи. На наш взгляд, выбор рационального способа регулирования отопления зданий массовой застройки должен основываться на учете свойства целостности биотехнической системы и принципе иерархии управления тепловой системой, что является.предметом дополнительного исследования. Требования

к свойству оперативности подсистемы ABC, определяющему содержаний связей обслуживания не имеют достаточна научного обоснования.

Свойство а д а п т я в но с т и с и с т а м ы, направления п о в ы вг е я и я эффективности е е ф у н к ц и они р о в е к и я. Анализ факторов и свойств, влияющих на формирование возмущающих и регулирующих воздействий на тепловой режим зданий масоовой застройки, ' свидетельствует о характерности знакопеременного, динамического гэпяового дисбаланса помаценяй, влияние которого на состояние тепловых условий существенно сглаживамвается, особенно яря небольшой (менее суток) периодичности воздействий, благодаря свойству теплоустойчивости помещения. Это свойство представляет техническую компоненту целенаправленности система. При недостаточной эффективности этого механизма стабилизации твидовых условий вступает в действие другой - биологический, характеризуемый адаптивным поведением чаловека-вятеля, учитывая связи в свойства элементов СКМ (рис.1).

.... . Одним из средств поддержания требуем« условий является аэрация. Исследование о помощью математического моделирования ■ ситуации стабилизации внутренней температуры за счет компенсе-1 щи отклонений режима обогрева соответствующим изменением интенсивности воздухообмена, свидетельствует о достаточно широких •возможностях такого средства, особенно в условиях перегрева помещений, Последствия адаптивного поведения предсказуемы и в уело-: виях недостаточного обогрева: с большой вероятностью следует ожидать 8бМ5Щ8Кия тепловой энергия электрической или газом, тем болов, что, снабжение, ими ясилнх зданий осуществляется в приоритетном порядке .и по сравнительно низким тарифам. В свяви я этим случаи; массового и существенного отклонения теплолих условий нередко сбйфовркдается цепью-событий, усиливающих их неблагоприятнее социальные и экономические последствия (возможное спонтанное нарушение уотойчивоопособвос-wr тепловой сети, увеличение до аварийных яагруаок на другие системы энергетики и т.д.). ^ Ч . Таким ^образом участие человека в управлении 1мкроклиматом , придает сиЬтеме (Нормирования, ташговых условий свойство адаптив- ' ностк, выражавдееоя в теяденсти азтоотабшгазации тепловых условий. Действие механизмов адаптации направлено на изменение параметров , функционирования элементов системы : СЕВ, БЭП, а иногда и ТП . • . (см; рио.Х), что обусловливав - вканомичеокио издержки, a цра ; :ашчитальном, нарушении теплового режима - возможность их каскад-

ного роста. .

Еиявлениа условий и следствий проявления механизмов адаптации определяет исходные принципу выбора мор, направленных на -повышение эффективности- функционирования рассматриваемой системы:

1. Обеспечение необходимых тептовых условий функциональными техническими средствами обусловливает минимизацию прямых и сопряженных экономических ущербов. В связи о этим з качестве общего критерия эффективности системы целесообразно принять заданные тепловые условия.

2. Вследствие функциональной зависимости теплолотерв, помещений от реаима теплоподачи в практически значимых пределах, и, следовательно, того, что температура внутреннего воздуха на может являться однозначным признаком качества отоплекия, для зданий массовой застройки целесообразно программное управление отпуском теплоты на отопление в ТЕ в зависимости от основных факторов, формирующих теплоспрсс.

3. Условием обеспеченности заданшйс тепловых условий и, следовательно, нейтрализации механизмов адаптации является полнота оонояных невзаимокомпенсируемых свойств систеш, характеризующих обеспеченность тепловой мощности, уровень надежности и режимную управляемость, которые образуют комплексное свойство ее эффективности .

В соответствии с этими положениями сформулированы требования' к эффективности технических средств обеспечения тешговых условий, как элементам системы. Определение количественных показателей характеристик эффективности потребовало развития инфорыацяонно-методачеокой базы расчетов за счет: регламентации параметров заданных тепловых услоьий, выявления характеристик воздействий на тепловой режим помещений в расчетных ситуациях, разработка методов расчета теплового режима помещений в этих ситуациях.

Регламентация- заданных телловнх у с-л о в и й имеет целью определение границ основнкх эксплуатационных изменений температуры помещения, а также параметров допустимых в редких случеях отклонений (понижений) температуры. , Принципиальная возможность единой регламентации для разных возрастных групп населения обусловлена близостью физиологических показателей комфортного и допустимого тепловых состояний людей и общностью вида их деятельности в жклице.

Учитывая неизменность теплопропукции Ом при этих состояниях,

1k

а тоюке возможность количественной оценки соответствующих изменений RTK ("оболочки" человека), потерь теплоты иопарением и о • открытых поверхностей тела, предложены слэдумдае расчетные зависимости для определения границ комфортного изменения температуры (tp-ла CD) и нижнего, переходного к допустимому состоянию, уровня. температуры (ф~ла (2)) в зависимости от термического сопротивления' одежда • м^С/Вт:

= 37-O,72üM(0,ZiUf>Ohi) (2)

Ери '«* Вт/ы^, (состояние покоя). и стандартной для холодного периода года утешюняости одежда (I... 1,2 кло) значения -¿д^ оъъечьж показателям (по П.О.Фангеру): РРД « -0,5 я РРУК

10$. При повышенной утепленноеги одежда (1,5 кло) показатель PPV возрастает до 20%. Учитывая взаимосвязь температур ttg я . -¿п в жилых помещениях (см.ниже), рассмотренным-условиям соответствуют ^ , в пределах примерно 18-22°С, которые являются комфортными, и отличаются процентом неудовлетворенных тйпловымн условиями| который, однако, не превышает приемлемого уровня при ' . их централизованной) обеспечении (Л.Банхиди и др.). Этот диапазон может быть принят в качестве регламентированного с учетом климатических и сезонных особенностей, рекомендуемых . Ю.Д.Губернсяим. '•..,•.'

Б принятой постановке задачи наибольшее значение имеет нормирования допустимых' отклонений ~Ьп . Вместе с тем этот вопрос наименее изучен. Тепловое восприятие температуры помещения, оп-"ре деля омой по ф-ле(2), примерно. 30^ людей в одежде повышенной., утэплвкности может выражаться оценкой "прохладно", что по принятой классификации гигиенистов указывает на ее принадлежность к граничному значению между комфортным и допустимым тепловыми-состояниям! челозека.. • '

': :На основе екализа- • характеризующей их совокупности твпло-физичеоких показателей,' было сделано предположение о возмоаноо-

огасанхя переходного процесса, от комфортного к допустимому ^шовому-состоянию (првдетавятелышм: критерием которого является поннзениб сродней температуры тела я® I.. Л,2°С),..

зависимостями регулярного режима охлаждения физических тол. В соответствии с этим при переходе человека в тепловую обстановку о постоянной темпера г/рой <^>7< ¿' изменение во времени средней температуры его тела можно описать следующим образом

!3)

Пренебрегая малой величиной теплоемкости одежды, темп изменения температуры тела человека М. , определяется:

// у, «ЛЪи. ~ ¿Рои

Результаты расчета ло формулам (3), (4) агфобированы .опубликованными данными (В.С.Кощеев), полученными з ходе комплексных гигиенических испытаний в специальной термокамере, где поддерживались субнормальные тепловые услойия, а испытуемые находились в ней в состояний покоя и одежде стандартной утепленное-та. В связи о этим представляется цравомерным использование приведенных заваокыостей для регламентации продолжительности

, ч и величины скачкообразного отклонения температуры помещения до уровня • Взаимосвязь между укаэкнга/гш параметрами, которая, исходя из физического смысла рассматриваемого

явления, действительна при ^> имеет вид

■ 15>

События, вызывающие существенные нарушения/ теплоьых условий сравнительна редки. Поэтому при регламентации параметров-.допустамъ'х отклонения -¿п целесообразно рассчитывать 1а одеаду большой утепленности, принимая во внимание вероятную частоту отклонения. Предлагаются грл градации норм параметров (рис,2), соответствующие условиям: дг"г 1,2°С и 0.м 70 ВтД/Г.

Регламентащш параметров допустимых тепловых условий при известной функции- изменения -£-п во Еремэнп проводится яа оо-иове эквивалентироваиия градусо-чэсов действительного и ступенчатого отклонений темпера туры или с помощью расчета на ОВМ.

Как следует из анализа данных рис.2, при'малом темпе понижения темпера туры (не белее 0,3 °С./ч) допустимое отклонение тепловых условий регламентируется только минимально допустимым уровнем температуры. .

14

ÎZ

10

8

О 10 20 30 40

Рис.2. Параметры допустимых отклонений тепловых условий (область слева от кривых) в зависимости от частоты события: I - несколько раз в течение отопительного периода ( R.^ =1,25 кло); Г - один раз в несколько лет С ^ =1,5 кло); 3 - один pas в десять к более лет ( /?вд «s 1,7 кло). , .

Поскольку используемые в практике проектирования метода, расчета температурного режима помещений ориентированы на опред1 ление температуры воздуха, для учета параметров заданных тепловых условий необходимо установить взаимосвязь, температур воздуха и- п о м е н е н и я. Она однозначно определяется соотношением между температурами "¿с к ■¿g (т.к. = 0,5 ( é4 +- ) ), формируемом коявективно-лу-/• чистым теплообменом в помещении. Его расчет представляет сложную задачу, которая в полной физико-математической постановке расеется для конкретных условий с помощью ЭВМ или аналогового, моделирования. Это определило необходимость разработки метола расчете теплообмена в помещений, которой, учитывая совокупность формирующих его факторов (гоометркчеокив к радиационное параметру, уровень теплозащиты, способ обогрезз, интенсивность возду-хообмена,.бктоеие тешюпост^те^^

достаточной для инженерной практика точностью, позволяет получить общее решение задачи для: рассматриваемого круга условий. ; В развитие существующих подходов построена модель теплообмена, основанная на представлении всех поверхностей помещения Р0 в виде единой изотермической поверхности (сферы) о -температурой , в центра которой расположены внутренние теплоисточники (отопления, бытовые), сум/арной площадью существенно меньшей , а их теплоотдача представлена конвективными долями

Ч*т и 5 от общей. При этом количество поглощенной поверхностью лучистой энергии:

Получено описание теплообмена ъ помещении одним уравнением:

[ У* + К-

-<Эп,гл.0}Л~' (7)

• На основе опытных дондах и расчетных исследований определены значения Чог для разных способов обогрева, а так же осред--ненкая величина' г^ от бнтозых тэюшисточников. Показано, что в широком, диапазоне температур наружного ьоздухй отношение избыточных- температур изменяется несущественно и зависит в основном' от места расположен помещения в здании и способа его обогрева.

С учетом этих ректоров определены количественные показатели коэффициента температурной обстановки в шмедении ^ . Например, для представительного помещения (углового, распоисканного; на нижнем этаже), обогреваемого радиаторами (конвекторами) или панелями лучистого отопления, его значения равны соответственно 0,92 и 0,9В. В связи с ягям взаимосвязь между искомыми температурами можно определить из соотношения . •

+ (в),

Допустимость принятых упрощатощкх предпосылок и достаточная для инженерной практики точность предлагаемого метода подтверждается результатами сопоставления расчетов с опубликованными данными расчета теплообмена в помегенаи га ЭВМ и натурных обсле-

пГгиенис ми« .

дований'температурной обстановки в помещениях зданий массового

строительства при разных способах их обогрева,.

3 период охлаадэшш помещения при отклонениях тепловых ус-лоеиЙ, вызванных разними причинами (полное или частичное нарушать режима теплоснабжения, экстремальное понижение и пр.) взаимосвязь между темпера тазами и ~£п ткет быть

оценена расчетом по ф-ло (8) при условии определения избыточных темпьратур относительно уоловной температуры наружного воздуха, эквивалентной влиянию на тепловой режим помещений, теплопоступ-лений от всех внутренних источников Ои ; интенсивность которых может быть принята средней за рассматриваемый период. Эта температура равна

О)

В час-том случае, при аварийном прекращении теплоснабжения зданий и отключении систем отепления и горячего водоснабжения, после нескольких часов охлаждекш помещений, независимо от способа их обогрева, ьюжно принять, что

, Проведенный анализ такке показал, что допустимые отклонения тегиовьх условий не сопровождаются нарушением влажностного режима помещений.

Б соответствии с концепцией исследования за расчетные условия, для обоснования э ф-. <]з активное тзых мер должны быть принята ситуации дисбаланса теплоты, могущЕе привести к откяонатчм тепловых условий ьа пределы заданных на разных этапах отопительного периода. Выявление таких ситуаций предопределяет анализ возможных воздействий на теплою треб ноегь и режиш тегогопопачв, а также отбор существенных из них на основе оценки влияния на тепловые условия.

Характеристика наружного климата и технологических процессов , и их влияние на тепловой и воздушный режим зданий и помещений исследовались многими авторами в связи с. решением прикладшх еадат проектирования и режимов функционирования элементов СКМ и СЦР* Основная задача нсслэдсваякя состояла в систематизации и отборе выявленная .разрозненных фактов и данных. Б основу ео ранения положен принцип учета вклада различных факторов в усиление или.ослабление общих тенденций теплового дисбаланса помещений,' обусложттгх. ссновннш роапшта теплоснабжения. В закрытых

'системах геплоеиайасэния с-ги режимы' охватываю? диапазоны срэд-несуточных температур наружного воздуха, характерные_ для осенне-весеннего (I диапазон), зимнего (П) и наиболее сурового зимнего (И) периодов отоаления. Центральное качественное регулирование отпуска теплоте на отопление осуществляется только в пределах П . диапазона с учетом прогнозируемых значений.температуру наружного воздуха и выдерживания (с регламентированными отклонениям) суточного баланса совместной тепловой нагрузки; в условиях I и И' диапазонов температур отпуск теплсты не регулируется, обусловливая соответственно избыточную теплоподачу на отопление и возможный ее дефицит.

Из оценочного анализа характеристик возможных воздействий по сочетанию показателей мощности, гродолжитэльности, вероятное^ тп и времени проявлония следует, что расчетные ситуации приходятся на условия I и Ш диапазонов температур отопительного периода. I диапазон - расчетный для выбора мгр по активному регулированию отопительной нагрузки в ТП. Он характеризуется значительной общей интенсивностью к стохастичностью инсоляции, которая совместно с битовыми теплопостуилешлямк существенно снижает , удельный зео отопления в энергетическом балансе помещений. Одновременно повышается вероятность а грации помещений с целью ре1у-лирования влажности внутреннего воздуха, что тормозит снижение теплопотрабкости, но усиливает ее стохастическую измзнчивость. Наряду в этим следует учитывать гигиеническую целесообразность более высоких температур в пэреходяый весенний период по сравнению с зимним периодом (Ю.Д.ХУберкский). Проведенный анализ вскрывает особенности ситуации, которые долкны учитываться при выборе рзшенкй по управлению отопительной нагрузкой. , .

Факторами, усиливагакми дефицит теплота на отопление в условиях Ш диапазона температур является периоды наибольших резких похолоданий и возможные отказы и неполадки в работе систем теплоснабжения и отопления. Первые из них представляют расчетные ситуации для выбора установочной тепловой мощности отопления, определения донустимой эксплуатационной мощности теплоисточникй. Наружные условия, соответствующие достаточной вероятности сочетания обоих факторов, являются расчетными для обоснования совокупности проектных и эксплуатационных мер, обусловливающих необходимый уровень надежности тепловых систем. На основе проведенных исследований и существующих данных определены показатели

го

характеристик воздействий на теплсшой режим помещений, необходимые'для его расчета. ' ,

Они условно разделены на вероятностные и детерминированные. Взроятностными величинами представляются некоторы е климатические (температура, инсоляция) и .надежностные характеристики систем. , В пределах рассматриваемых, ситуаций постоянными,, равны ми средней величине принимаются: воздухообмен (учитывая адаптивное поведение жителей), бытовые теплэпостушшния и время восстановления работоспособности элементов,. '.....-■. ■ ' !

Инженерные методы, р а о ч е: т а реакции .помещений н а в ы я в л е н н ы з в о в-действия. Периодическая суточная изменчивость внешних и ' внутренних воздействий в I диапазоне обусловливает применение для их учета инженерных методов теории теплоустойчивости помещения. Расчетные условия в пределах Ш диапазона температур1 характеризуются двумя налами разовых воздействий, связанных с: I) аварийным нарушением тэплоподачи (от 5-6 ч до 2 суток и бо-лэе), которое происходит при несущественная изменении "¿л-.^в дальнейшем стуащн 1) й 2) экстремальным, относительно принятой обеспеченности наружных условий, понижением с темпом & , °С/ч (составляющим, обычно, 3 суток и более) при расчетной теплоподаче на отопление (ситуация 2). Расчет охлаждения помещений при воздействиях такого рода привлекал внимание шопа исследователей. Характерным.для этих попыток решения задачи .явилось применение зависимостей регулярного теплового режша. охлаждения (нагревания) однородных и изотопных тел. Помещение , . является энергетической системой, основные элемента которой (наружные.и внутренние ограждения, обогревающее устройство)" существенно различаются между собой материалами и условиями теплообмена. , Поэтому такой подход правомерен для обстоятельств, где эти факторы в совокупности нэ имеют столь большого значения, как-в современных жилых зданиях. Исследования, проредекше АЮС (А.Н.Ыелентъев, Н.К.Громов и др.), показали, что описание ьзмзлениЯ/Т^&) при охлаждении таких помещений, простой экспонен-,,той даже -о, учетом значений постоянной времени (называемой.коэффициентом теплоаккумуляции),*которые опрепаненн эксперимектапь-; |шм путем, может давать существенную погрешность расчета.,Это "определило необходитооть разработки инженерного метода решения заиачи;'- • . " ;'•■'•' '■:-.'■ '■.."'" .. : '...-."'■•

Проведенный анализ влияния на тепловую инерцию теплоемких наружных, и внутренних ограждений рассматриваемых зданий процоляи-тельнооти изменений температур (иружноЯ и внутренней среды в ситуациях. I и 2, показал возможность приближенного описания тепловых процессов, происходящих в них, в виде непрерывного чередования стационарных состояний теплопередачи, что является частным случаем затухания колебаний температуры окруясагаей среды в ограждения. Для уменьшения влияния.этого упрощающего допущения на конечный результат расчета выявлена необходимасть введения понижающих коэффициентов кс к расчетной зз&тичинэ Сз зависимости от тепловой инерции ограждения 0 (при периоде 24 ч).

Определение значений этих коэффициентов потребовало проводе кия специальных исследований, связанных с решением задачи од; постороннего охлаждения (нагрева) неограниченной апэотины при разных граничных условиях ча еа поверхностях, являющейся аналогом теплового процесса в. теплоемком наружном ограждении помеще-: ння.- В ходе иссладования получено общээ рекеннэ' такой задачи. . Найдено, что для ситуации I в 1-0,1 (Й - 2), а пля ситуа-

ции 2 при 0 < 8 и 0,9 при Ь > 8.

Удельная энгаяьк8я ограждений, пренебрегая малой теплоемкостью остекления светового проема, определяется

Сп* Сн/ с, „ - к{ [ц^М^+г №Р)ео] ¡г (Ю,

Так как практический интерес при ситуации I представляют температурные условия, складывающиеся по прошествии нескольких часов нарушения реаима обогрев?, и в задачу расчета кз входит описание сложной начальной стадии процесса, то, лр&тбрегая теплоемкость» воздуха, примем скачкообразное понижение до в начальный момент времени.

■ Таккч образов представилось возмежшм описать теплого* баланс, помещения при рассматриваешь ситуациях линейными диффере^ йцяальшми уравнениями первого порядка. Например, в ситуации I-для периода охлаждения ';

22в ситуаций 2 для периода понижения "¿и с темпом В , т.е. при ¿><2 ¿г*

/с

Полученные решения подобных уравнений представляют, зависимости инженерного метода расчета температурного режима помещений. Для ситуации I. получены описания процессов охлаждения и последующего нагопа; для периода охлаждения: -

аз,

Получены формулы, описывающие динамику изменения "¿е в ситуации 2. Приведем зависимости, определяодее ее наибольшее, отклонение и время его наступления:

В приведенных формулах величина р*> 0,28СП/$П,^ ч является постоянной времени помещзния и характеризует его гепло-. уотоЯчивость по отношению к разовым возмущающим воздействиям. Она зависит от климатических .условий и определена для представительного помещения зданий массового строительства.

Адекватность предлагаемого метода подтверждают результаты .сопоставления данных расчета по полученным формулам о опубли-.кованными данными расчета нр ЭВМ, а также данными проведении* натурных испытаний, охватывающими широкий диапазон условий теплообмена помеле кий. Последние относятся к угловым помещениям эксплуатируемых зданий (в г.Магнитогорске), оборудованных раз-• ными системами отопления, годключенвдми к единой тепловой сети (рис.З) и охватываят промежуток времени охлаждения (6 ч) в" пределах которого принятые упрощающие допущения проявляются -в наибольшей мэре.

. Выполненные исследования создали необходимые предпосылки

12 14 16 18 20 2Z YActi СУ гок

Рис.3. Данные термогрефировайия (I) и расчета предложенным методом <'2). Обогрев помещений: радиаторами (а), греющими панелями ; в наружной стене (б) и плите перекрытия (в).

для определения показателей, эффективности средств обеспечения заданных тэпловцх условий о учетом региональных условий строительства. '

Необходимая тепловая мощность о т о п л о м и я. В основу действующих норм проектирования установочной тепловой мощности отопления положены исследования теплового режима зданий традиционного строительства в условиях"* сродней полосы европейской частя Россия, кото; je предполагают возможность снмэная температуры внутреннего воздуха в период расчетного зимнего похолою>.*ш нэ 3-5°С (К.Ф.Фокин я др.). За характеристику такого похолодания была принята средняя температура пятидневки за восемь наиболее суровых зим последних 50-та лот, состпетствукияя ее обеспеченноста 0,52. Такой подход

распространен ш все климатические районы строительства.

В принятой поотановке решение задачи состоит в нахоздении такой условной температуры -¿„¿> , при которой мощность отопления, определенная го методике СНиП 2.04.05-66, обеспечит . при наибольшем зимнем похолодании (обеспеченностью 0,98) отклонение температуры внутреннего воздуха, не превышающее заданную величину. При абсолютной минимальной температуре ¿ннии и (об. 0,98), принимаемых по СНиП 2.01.01-82, а также определенном с их учетом темпе .3 понижения , искомая температура определяется ' '

Из формул (14), (15), учитывая, , что £к& и обозначив (»модифицированный критерий Фурье), получим

\ . ^ <™ \

Для удобства выбора -¿^р-, при проектировании найденная, функция А^ <р ( , В ) представлена в виде номограмм.

Неправомерность единообразного подхода к нормированию тепловой мощности отопления показывает анализ возможных понижений в представительном помещении эдаяий массового строительства в периоды наибольших зимних похолоданий для ряда пунктов, расположенных в климатических райоаах 1А, ТВ, ПВ, ША. и ИВ. Для пуьк-тов (табл. I) эти периоды отличаются отклонением минимальной ¿V от принятой по СНиП . на 6-13°С (при обеспеченности наружных условий 0,92) и на Э-21°С (при обеспеченности 0,98); а общая продолжительность отклонения составляет соответственно 3,5 и 4,4-5,4 суток. Значения характеристики р приняты минимальными для данного пункта.

Как'видно из табл.1, при наружных условиях обеспеченностью 0,62 наибольшие понижения ¿е (на 2,1 - 5,0°С) соответствуют допустимой тепловой обстановке (рис.2). Вместе с тем, при наиболее суровых условиях 8тз отклонения (на 4-9,8°С) выходят за пределы допустимых для ряда пунктов.

Таблица I

Взаимосвязь внутренних и наружных расчетных условий

Пункт отрой- ! с I А г °с при ! Величина д£н,

тельства ! <по СНиП 1(мини-йаружних уело- ! о,-, . В.04.05-86)!маль- !аиях обеспечен- !

I •исиг'« ГИ Л .

« 1 1 1МИМ./ ! ] 0,92 ! 0,98 ! е \ 7 Гг

Верхоянск (Якутск) -59 75 2,2 4,1 2 4 5

Иркуток (Кемерсво) -37 65 3,3 5,5 I 2 4

Красноярск -40 65 3,3 6,0 . 0 I 3

Уфа -35 65 2,1 4;6 2 3 4

Нижний Новгород -30 60 3,3 5,6 0 2 3

Пенза -29 60 3,2 6,8 -I 0 I

Тверь . -29 60 4,2 9,8 . -4 -3 -2

Новгород -27 60 3,6 9,5 -4 -3 -2

Курск -25 55 3,6 6,2 0 I 2

Москва -26 55 4,2 8,2 -4 -2 0 '

Минск (Саратов) -25 55 4,0 6,8 -I 0 Т 4.

Волгоград -25 55 3,5 5,8 0 I 2

Актюбинск -31 60 5,0 8.7 ••3 -2 -I

Уральск -31 60 3,8 6,0 0 I 2

Некоторые факторы при расчета не учитывались, создавая тенденцию запаса его надежности. К ним относятся: надбавка к основным теплопотерям, принимаемая в тчповых проектах а представляющая по существу коэффициент запаса, который, как считают многие специалисты, компенсирует несоответствие тепловых характеристик строящихся зданий проектгам; возможное сокращение воздухообмена за счет адаптивных действий жителей; расчет основных тегиопотерь по СНиП с учетом с£с , что обусловливает несколько более высокую, действительную температуру , чем расчетная (А.М.Шкловер). Учитывая эти обстоятельства,нормативные требования СНиН 2.08.01-85 к ¿е для углового помещения (представительного), а также исключительную редкость (I раз в 50 лет) наибольшего отклонения внутренней температуры, прлмам за раочотяую величину Л м^х (06.0,98) * 3°С.

Для гарантии обеспечения тепловых условий не ниже принятых, принимаемая ныне /мс для пунктов может б«ть скорректирована на величину J tM (табл, I). Ври атом при наружных условиях 06,0,92 можно ожидать отклонение te не более, чем на 4-5°С.

Выявленные соотаяния зимнего теплового режиш зданий ыас-оовой застройки свидетельствуют о неодинаковой степени риска отказа в использовании помещений по назначению вследствие недопустимых тепловых условий при оввдсенян »> к о п л у á т а ц а о н-н о й тепловой мощности источника отопления. За критерий такого состояния, учитывая общую продолжительность ситуации, примем

Раочетные исследования для ряда городов показали, например, что предельно допустимый дефицит -эксплуатационной мощности теплоисточника отопления может составлять до: Ъ% - для Ыоакви, Твери, Новгорода; 1С5> - Курока и Пензы, 15^ - Иркутска, Челябинска и Уфи. Действующие нормативные материалы по подготовке т&плобого хозяйства к прохождению зимнего периода допускают о ниже ни о мощности до Ibt. В действительности этот уровень долган быть дифференцирован о учетом климатических условий, что позволяет разработанная методика.

Необходимый уровень надоен о q со тепловых систеи сбусловливается^ольо в единой системе обеспечения заданных тепловых условий. Отправными моментами проевтирова-ния иадекнах систем являются: критерий необходимости резервирования элемента, ва который принято условие > и величава резервной теплоподачи (Нл). Показатели ZÁ к К* определяются на единой методической основе: расчете теплового режима помещений в ситуации I с учетом продолжительности (определяемой временем Zgoc ) п характера нарушения теплоподачи на отопление (полного прекращения, учитываемого при расчете 2Л tura частичного уменьшения - при расчете ), обусловливающего особенности взаимосвязи температур tig и Ír в период охлаждения помещения ; а также анализа допустимости отклонения тепловых условий, принимая во внимание их частоту. При этом за расчетные наружное условия, как это предложено А.А.Иониным применительно к расчету надежности .тепловых сетей, принимаются температуры -б* близкие, но че ниже ~tH f., соответствующие значимой вероятности р попадания отказа участка (элемента) сети в период стояния йтих температур.

Наибольшую актуальность определенна указании показаталей амеег для проектирования надежной оиотемы тепловых сетей СЦТ, являясь основанием выделения тупиковых и закольцованной частей, а так ае определения пропускной способности трубопроводов резервированной части система. Расчетные исследования показали, что при нормативных значениях £Ог*>в 0."05 I/(км.год)и и 0,002 1/год Ий тупикового ответвления от кольцевой части сэти (или самостоятельной сети) общей вротяхенностью прямой а обратной линий от 3 до.6 км., вероятность р> 0,05. Для резервированной части сети, имеющей большую протяженность, вероятность такого события оценивается частотой I раз в 15 н более лет. Это позволяет ориентироваться на выбор заданных внутренних условий по кривой 3. рис.2 с учетом возможной продолжительности охлаждения помещения. •

Приняты оредние нормы 2-^сс секционированных участков труб подземной прокладки (Ё.Я.Соколов, А.А.Иснин):

Л,', и ОД...0,2 0,3 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 ч 5 8 12 15 20 25 - 30 35

. .. Для труб надземной прокладки, обладающих существенно большей рейонтопрпгодяостьго, эта норма принята ориентировочно с учетом-того, что значительная часть времени ремонта приходится на спуск я наполнение водой секционированного участка: от 4 ч для (¿^ 0,3 м я до 10 ч для 0,6 м (СНиП 2.04,07-86).

Э овязи а этим приняты расчетные параметры для определения а к'л . Минимальная за вреняохлажденвя : 10 и 12°С

(при .2 г£ 15 ч), II я 13сС (от 15 до 30 ч), 12 и 14°С (пря 2 >30 ч). В обоих случаях 20°С. С учетом значения Р и

бытовых теплопоступленяй: &/./>+ " ^мй* 5°С.

,; Так как рассматриваемые процессы охлаадвняя помещения достаточно; длительна, л поэтому твидовая инерция нагревательных приборов а остываний вода (в случав отклвчения система) не оказывает непосредственного влияния на , на основе ф-лы (13) полу-чтш:

Л /> И ^ ]

(18)

В табл. 2 представлены расчетные значения .2,, для разных условий строительства. Анализ полученных данных показывает, что они в основном корреспондируются с требованиями СНиП 2.04,07-86, относящимися к трубам, подлежащим резервированию, при условии минимальной теплозащиты зданий и безынерционных приборах отопления.

Таблица 2

Расчетные акаченкя , ч .

Теплозащита наружных ограждений ! ! (Способ обо-! Значение 5ЕЛ, ч при

!грева 1 ' 1 -ю 1 -20 | -30 | -40 I -50

Соответствует ■КГ (СНиП Конвекторы, радиаторы 20,2 15,3 11,8 8,8 6,8

П-3~70кк) З^роицая панель в кок-отр.перекрытия 24,1 17,9 15,8 14,0 12,7

Стеновая панель типе "сек-двич" имеет Конвекторы, ' радиаторы 26,4 17,0 13,9 10,2 7,6

Однако, даже в этом случае неправомерен отказ от резервирования труб надземной црокладки в районах с -30 и ниже. Так ко видно, что*повышение теплозащиты зданий, практически не изменяет условий резервирования труб при суровом климате. Существенно больший эффект здесь может дать применение теплоемких греющих панелей.

Как видно из табл.3 необходимые значения ; полученные для условий минимальной теплозащиты зданий и безынерционного отопления, существенно меньше регламентируемых СНиП, что обусловливает завышение требований к резервной мощности теплоисточников и пропускной способности закольцованной тепловой сети. Оценочные расчеты показали, что в связи с этим для наиболее широко применяемых а тепловых сеТях труб ( с^гг 0,8 м) перерасход металла, на обеспечение транспортного резерва может составить от 13 до 25?. •

При других теплозащитных свойствах зданий или опособах их обохрева такие отличия буиут еще большими, что указывает на неправомерность унификации норм строительного.проекткрованич. Выводы, основанные иа результатах исследования имеют, на на:., взгляд, особое значение для массового'строительства в суровых

Таблица 3

Раочетные винчения и рекомендуемые СНиП 2.04.07-86

(S

рекомендуе скобках)

! Значения при -Ьн.р,°С:

трубопровода, м "1 -10 | -20 ' ! -зо {. -40 ! -50

.0,3 - - 0,2(0.5)

0,4 - 0,23(0,5) 0,3(0,0)

0,6 - • . 0,22(0,5) 0,3(0,6) 0,35(0,7)

0,6 0,22(0,6) 0,35(0,6) 0,43(0,7) 0,46(0,8)

0,7 0,18(0,6) 0,33(0,6) 0,45(0,7) 0,5(0,8) 0,5(0,9)

0,8 0,25(0,6) 0,4(0,6) 0,5(0,7) 0,55(0,8) 0,6(0,9)

1.0 0,43(0,5) 0,52(0,6) 0,56(0,7) 0,64(0,8) 0,68(0,9)

1.4 0,53(0,5) 0,6(0,6) 0,67(0,7) 0,7(0,8) 0,75(0,9)

климатических районах, где во избежание существенных дополнительных затрат на резервирование труб dit 0,4 м при любом способе ях прокладки, целесообразно ограничение единичной мощности теплоисточника до ~ 60 МВт.

Выявлены требования к оперативности АБС в зависимости от •• расчетных и текущих наружных условий. Покезано, что в пунктах о tн1, £ -20°С эти требования практически не изменяются во boom диапазоне отрицательных температур. В пунктах о более суровыми расчетными условиями лимит времени на производство аварийного ремонта в наиболее холодный зимний период сскрашается в 2-3 рйза по сравнению о допустимым при нулевой температуре наружного воздуха.

Проведенные исследования позволяют уточнить содержание задач а тробовенияк средствам и методам регулирования о т п у о к а теплоты а а отопление ада-ниймаооовой застройки в тепловых пунктах (групповых, маотннх) о позиций эффективности функционирования единой биотехнической системы, обеспечения тепловых уоловий. Они могут быть сформулированы в следующих положениях."

; I; Регулирование отпуска теплоты на отопление в ТП сохраняет принцип централизованного (только в меньшем масштабе) обеспечения приемлемых те аховых уаловпй a помещениях, реализация которого, обусловливает рацвонаяьность расхода гоплшшо-энергетическЕХ ресурсов на яти цеди. 2. Практическая необходимость в таком рагу-

даровании возникает главным образом в условиях первого и третьего. (нерегулируемых) режимов теплоснабжения и имеет разные задачи, определяемые характером теплового дисбаланса помещений и ого ситуационными особенностями. 3, Активное автоматическое регулирование отопительной нагрузки необходимо в осенье-ьеоенний периода; а осуществление мероприятий по поддержанию тепловых условий в на-: иболее холодный зимний период носит вероятностный характер, обусловленный совокупностью причин (экстремальным понижением i и дефицитом топлива, эксплуатационной мощности теплоисточника). 4. Целесообразно программное управление отпуском теплоты о учетом основных факторов, формирующих теолопотребность. 5. Практически равноценные.в гигиеническом плане тепловые условия могут достига-тся при раыннх способах суточного регулирования отпуска теплоты на отопление. При атом непревышение расчетного расхода оетеьой воды на ТП является общим требованием для всех их. 6. Технологическая схема регулирования должна быть приспособлена' к выполнению задач, возникающих на разных этапах отопительного периода, на нарушая этого принципа.

В овяэи о этим задачи управления отпуском теплоты на отопление в ТП в Ш диапазоне наружных температут состоят в стабилизация расчетного расхода сетевой вода на ТП, а при остром дефицвтв теплоты, в т.ч. экстремальном понижения tH , как показали расчетные и экспериментальные йсслэдования - также в "передаче" тепловой нагрузки СГВ на отопление путём отключения обеих ступеней водонагревателей или, еоли это не усугубляет дефицит топлива, путем перевода их на работу по "эавключенной" схема, допуская обратную воду из систем отопления последовательно через П и I ступит ВЕП. Во П диапазоне, где теплоспрос практически полностью* определяется изменчивостью -tu , принятый метод центрального качз-отвен кого регулирования отпуска теплоты в закрытых системах теплоснабжения при поддержании устойчивого гидравлического режима тепловой сети обеспечивает, благодаря теплоустойчивости помещений, приемлемые тепловые условия.

Отопительная нагрузка в переходные периоды характеризуется, как показано выше, существенным уменьшением ее общей доли в энергетическом балансе помещений и ярко выраженной стохастической изменчивостью. Существующие схемы автоматического регулирования зависимо присоединенных систем отопления (соотаалчкхцих более ©£) реализуют, независимо от выбора регулирующих параметров, принцип сохранения расхода вторичного теплоносителя, что требует дополни-

татаных затрат на оборудование, электроэнергию и обслуживание. С целью их сокращения по задании ПО "Мосинжрешнт" разработано альтернативное решение регулирования отопительной нагрузки, основанное на выдерживании заданной температуры вода, поступающей в ГТП йа систем отопления Тс) в зависимости, от температуры инерционного датчика путем двухпозиционйого изменения расхода теплоноси-. теля (расчетный - примерно 2055 от него). Соответствующее схемное решете, использующее регулятор "Электроника Р-1", клапан с электрическим исполнительным механизмом БУЕ и датчик-реле разности давлений типа РКС, прошло стадию опытного внедрения в эксплуатационных условиях на 2 ГТП г.Москвы, результаты которого подтвердили теоретические предпосылки и эффективность метода.

. Важным моментом его обоснования является оценка влияния транспортного аапаздаванил температуры на разницу между Тс и ±с (обратной из СО здания). 3 связи с этим построена модель, представляющая обратную линию квартальной тепловой сети отопления, .состоящей из П участков (по числу присоединенных СО), имеющих одинаковые длину ( ) и V . Считаем, что теплопотери сети пренебрежимо малы. _

Рассматриваются значения температур после онкхешш расхода 4 через дискретные промежутки времени ¿Д2 , С == /^у^. кратныо

(го)

В начальный момент ^с,овТе,0\ в последующие-- ¿¿¿соответствует дискретным значениям, которые в порядке первого приближения можно принять с учетом линейного изменения, при продолжительности пере, ходного процесса в системе отопления зданий, равной 2 ч (по данным экспериментальных исследований). В принятой модели:

при Ы п , Тс. = (п-ЦЬсо] ' (21>

при / > п тс. =[ Е ] Г)"' (22)

При наружных условиях, требующих активного регулироваягя х,еп-лоюдачи» характерных параметрах сети ( £ . • 60 м, V«, «» 0,4 м/с),

420(3 » изменении £ до 0,2, понижению Тс на 1°С (после чего регулятор дает команду аа увеличение расхода) соответствует понижение -¿с на 4 и ?°С соответственно при протяженности сети 240 и 600 м, что корреспонлируэтся о данными натурных неблюдений.

Термогрвфированив воздух^ в помещениях обслуживаемых зяднргЯ

(5 этажных о двухтрубной оистемей отопления) свидетельствовало об обычном ходе и уровне . На основе расчетных исследований тепло-гидравлической устойчивости стояков однотрубной сиотемы (А.Н.Ска-аи, Л.М.Махов) ш> завершении переходного процесса можно ожидать отличия в теплоотдаче безынерционных приборов по ходу движения теплоносителя на ~ 1Ь%, что," учитывая особенности тепловых ситуаций рассматриваемого периода отопления, не может отразиться су-цоотвеннаи образом на уровне тепловых условий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основа выполненных исследований в обобщения существующих Представлений показано, что поддержание приемлемых тепловых условий в помещениях зданий маеоовой застройки городов в холодный период года при рациональных капитальных и эксплуатационных затратах, возможно при вааимосогласовании и оптимизации овойота и режимов функционирования совокупности инженерных оредств и устройств обеспечения ТРЗ, хак элементов слоьсной системы касоового обслужи-ватя. Научно-методологическое обоснование выбора соответствующих проектных и эксплуатационных мер базируется на иэтогзх снстеапого анализа и принципе эффективности сиотем.

Системное представление процесса формирования тепловых условий и раскрытие содержания отношений и сзязэй меиду объектами различной природа, учавтвуввдс в нем, включая человека-жителя, позволило выявить свойство целостности системы - адаптивность, выражающееся в тенденции автостабилизации тепловых условий.йри практически значимых отклонениях режима отопления. Рассмотрено влияние втого овойотва на эффективность функционирования сиотеиы, - выбор путей я средств ее повышения при существующей структуре.

Установлена необходимость з: принятии в качестве общего критерия оптимизации управляемых параметров сиотеыы требования обеспечения заданных тепловых условий ; применении программного принципа управления отпуском теплоты га отопление в зависимости от основных факторов, формирующих теплоспрос { Обеспечении полно*« основных невзаимокомпенсируемых свойств системы - тепловой мощности. надежности и режимной упрпвляемооти.

Определение количественных показателей характеристик эффективности потребовало развития норматипно-мэтодаческой базы расчетов. На основе интерпретации гигиенических данных разработаны ые-

тода регламентации параметров заданных тепловых условий, включая пх допустимые отклонения ; выявлены ситуации комплексных воздействий, принимаемые за расчетные, для разных этапов отопительного периода ; разработаны инженерные методы расчета теплового режима пшешений в ситуациях аварийного нарушения режима отопления и экстремального понижения температуры наружного воздуха в периоды резких похолоданий.

Предложены разработанные на единой методической основе инженерные методы решения задач, служащие обоснованием: выбора расчетной температуры наружного воздуха для проектирования установочной тепловой мощности отопления ; регламентации эксплуатационной мощности теплоисточника отопления при его подготовке к прохождению зимнего периода ; определения основных показателей надежности проектируемых систем теплоснабжения - критерия резервирования элементов и величины резервной теплоподачи ; требований к оперативности аварийно-восстановительного ремонта на объектах теплового хозяйства в зависимости от наружных условий.

Сопоставление количественных показателей этих характеристик эффективности, определенных для ряда пунктов различных климатических районов строительства, с рекомендуемыми действующими нормами проектирования и эксплуатации свидетельствует о неправомерности унификации последних, создающей неоднородные ситуации в отношении создаваемых тепловых условий и обоснованности затрат. Показана возможность экономии капитальнкх затрат при реализации существующих решений, а также за счет предотвращения их неэффективного использования в конкретных условиях строительства и т.д.

На основе теоретических и экспериментальных исследований и обобщения существующего опыта сформулированы задачи управления отпуском теплоты на отопление зданий массовой застройки в тепловых пунктах, вытекрхзщие из учета принципа иерархии управления тепловой системой, характера и существенности теплового дисбаланса помещений на разных этапах холодного периода и др. Предложено альтернативное решение автоматического двухступенчатого количественного регулирования теплоподачи т отопление в ТП для зависимого присоединения систем, имеющего преимущественное распространение, реализация которого сокращает дополнительные затраты на оборудование, электроэнергии и обслуживание по сравнению с известны?® решениями.

Предлагаема для использования й проектировании и эксплуата-плп инженерше методы расчетов, технические решения и рекомендации

исходят из принципа социальной эффективности - обеспечения приемлемых те ал свих условий и являются основой более рационального использования капитальных вложений, материалов, оборудования и топливно-энергетических ресурсов при новом строительстве и реконструкции зданий массовой застройки и систем теплоснабжения и отопления.

На базе совокупности методов расчета'могут быть созданы программы САПР для оптимизации основных решений о учетом вабора теплотехнических характеристик зданий, климатических и технологических воздействий, а также теплового состояния человека.

При возможном в перспективе переводе зданий на условия обогрева "по потребности с оплатой фактически израсходованной тепловой энергии" актуальность рассмотренных вопросов выбора тепловой мощности и обеспечения проектной и эксплуатационной надежности систем полностью сохраняется,

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

С - удельная энтальпия ограждающей конструкции, кД»/°С ; с - удельная теплоемкооть, кДж/(кг.°С); О - тепловая инерция ограждающей конструкции ; В, £ - темп понижения и повышения температуры наружного воздуха в период резкого похолодания, °С/ч; а - коэффициент теплообмена, Вт/(ьг»°С) ; Р - площадь поверхности, ГВм - площадь поверхности тела человека (поверхность Дюбуа), м2; ^ - относительная площадь поверхности тела чаювека, защищенная одеждой; - коэффициент температурной обстановки в помещении; к'д - коэффициент лимитированного теплоснабжения потребителей; <6 - массовый расход, кг/с.,м-/*; V - ско] ость движения теплоносителя, м/с; £}м - теплопродукция человека (метаболическое тепло), Вт/м2; йл.щ - удельные теплопотери помещения, Вт/°С; Ь - температура, °С { - радиационная температура помещения, °С; V* - избыточная температура по отношению к 1:н , °С ; к - термическое сопротивление, м ^С/Вт; "У" - критерий неропномерности распределения температуры в тале; т - темп охлаждения (нагрева) нагревательного прибора, $ - постоянная времени (характери-

стика теплоустойчивости) помещения, ч; 2 - премя, ч; б - 'масса, кг; <5" - толщине конструкции, м ; р - плотнооть, кг/м3 ; £ - относительный кооЬ^-кхшент. иэлучрния поверхности ; А - показатель интенсивности конаоктииного .теплообмена., Вт/°С; ^ поля конвективно? чпсти теплоього потока; соге, , со, - параметр потока отказов труб (1/(кмтод)) и за движок (1/гоя) тепловой сета; р - вероятность ес^итид.

ИНДЕКСЫ

S'■ - битовые (теплопоступления) ; ê - внутренний воздух, вентиляция; êo - внутреннее ограждение; воо- восстановление; £ - принадлежащий к допустимому значению ; H - конвективный, комфорт; А - лимитируемая величина ; И - наружный; ИТ -ружное теплоемкое ограждение ; о - суммарная величина , начальное состояние ; от - отопление ; сд - одежда ; п - помещение; р - расчетный ; Т - тело человека ; уел - условная (температура).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУШКСВАНО В РАБОТАХ

1. Кононович D.B. Тепловой режим зданий массовой застройки. Монография. М., Стройиэдаг, 1986, 155 с.

2. Кононович D.B. Раочет температуры отапливаемых помещений при изменении наружных условий и режима обогрева. НТИ, Межотраслевые вопросы строительства. ЩШИИС Госстроя СССР, M., të 7, 1967.

3. Кононович Ю.В. Учет влияния тепловой инерции систем отопления на тепловой режим зданий. НТИ, Межотраслевые вопросы строительства. ВДШС Госстроя СССР, М., Й 12, 1967.

4. Кононович Ю.В. Эксплуатация систем геппостбжёнт жилищного фонда г.Москвы и пути повышения ее технической и экономической эффективности. Тезисы докладов семинара "Экономика и организация теплогазоснабжения и вентиляции", Таллинн, 1972,

5.. Кононович Ю.В. Повышение эффективности отопления жилых зданий при цен!ралиэованном теплоснабжении в Москве. Сб. докладов научно-технической конференции "Теплоснабжение жилых и общественных зданий". Общ. "Знание" РСФСР, ВДНТП, M., 1974.

6. Кононович Ю.В. Организация эксплуатации инженерных систем о учетом экономии энергоресурсов и воды (на примере г.Москвы). Сб.докладов Всесоюзн. научно-технич. конференции "Пути совершенствования эксплуатации жилищного хозяйства", НТО КХ и БО, Днепропетровск, 1974.

7. Порывай Г.А., Кононович Ю.В., Ретин I.E. Направления совершенствования технических решений оперативно-диспетчерского контроля за работой инженерных систем жилого микрорайота. Материалы Всесоюзной иаучно-технич.конференции "Развитие диспетчеризации .в городских электрических и тепловых сетях", Запорожье, 1976.

8. Кононович Ю.В. Снижение.стоимости услуг аварийный служб районных яилишных управлений.. В кн.: "Экономика, планирование и рен-

табельность жилищного хозяйства", Сб.докладов семинара. Общество "Знание" РСФСР, МЦНТП, М., 1972г.

9. Кононович Ю.В. Регулирование и контроль параметров централизованного теплоснабжения жилых зданий. Сб. научн.трудов института Мосжилниипроект, вып.2. М., 1978.

10. Кононович Ю.В*. Рациональное использование тепловой энергии при эксплуатации жилищного фонда. - Водоснабжение и санитарная техника, 1978, JS 4. '

11. Кононович Ю.В. Управление качеством теплоснабжения. - Городское хозяйство Москвы, 1978, JS 10.

12. Решин Л.Е., Тайкач И.В., Кононович Ю.В., Порывай Г.А., Соколов В.Б., Ильин В.К. Устройство для"диагностики инженерного оборудования. A.C. № 8092II, 1979.

13. Кононович Е.В. Качество в эффективность отопления жилых зданий, - Водоснабжение и санитарная техника, 1980, ß 2.

14. Кононович Ю.В. Управление качеством теплоснабжения жилых зданий при проектировании и эксплуатации. В кн.:"Научно-технический прогресс в жилищном хозяйстве". Сб. докл. научнс-техн. семинара. Общ. "Знание", ОДШТП, И., 1979.

15. Соколов E.H., Зингер Н.У., Кононович Ю.В. О схемах автоматизации абонентских установок крупных городских систем централизованного теплоснабжения, - Водоснабжение к санитарная техника, 1980, JS 10.

16. Кононович Ю.В. Обеспечение комфортного микроклимата жилищ при централизованном теплоснабжения. Сб. научн. трудов института Мосжилниипроект, вып.'4. И., 1982.

17. Зингер Н.М., Кононович Ю.В., 5урд А.Л. Исследование нестационарного режима подачи /епловой энергии на отопление. - Теплоэнергетика, 1984, й 7,

18. Кононович Ю.В., Соколов В.К., Захаров Э.1!. Основные направления научно-технического развития жилищного хозяйства в крупном городе. Проблемы больших городов, вып.21. МПЩТИ, М., 1984.

19. Кононович Ю.В;, Буод А.Л. Отключение подогревателя горячего водоснаозсения б аварийный период. - Водоснабжение и санитарная техника, 1984, Л 6.

20. Кононович Ю.В. Тепловой комфорт жилищ и экономия анергоресурзо: В кн.: Пути экономии топливно-энергетических ресурсов и йэдн в жилищном хозяйстве, t/атериапы научно-технич. семинара. Общество "Знание" РСФСР, ЩИ, M., 1906.

21. Шубин Л.Ф., Нононович Ю.В. Выбор наружных огракдаших конструкций для оптимальной теплозащиты гражданских зданий. Сб. научн. трудов ВИСИ, Вильнюс, 1987.

22. Кононович Ю.В. Обеспечение теплового режима жилых зданий массовой застройки в г,Москве. .Тезисы докладов иаучяо-практич. конференции "Технический прогресс и ускорение строительства". ШСИ им.В.В.Куйбкшева, 1989.

23. Кононович Ю.В. Теоретическое обоснование группового двухпози-ционного управления отопительной нагрузкой. В кн.: Совершенствование проектирования технической эксплуатации и реконструкции зданий. Сб. трудов ШСИ, М., 1939.

24. Кононович Ю.В., Ппизов А.Н., Котляров Д.А., Ильин В.К. Опытная эксплуатация ЦЗП при двухпозицнонном управлении отопительной нагрузкой. В кн.: Совершенствование проектирования технической эксплуатации и реконструкции зданий. СО. трудов МИСИ, М», 1989.

25. Кононович В.В. Вопроси совершенствования проектирования и эксплуатации снстем коммунального обслуживания. Тезисы докладов научно-технич. конференции ШСИ, М., 1991.

26. Кононович Ю.В. Ю.В. Обеспечение теплового режима зданий в холодный период года. Гл.З учебного пособия "Примеры расчетов по организации и ущявлвншо эксплуатацией зданий". М., Строй-издат, 1992, c.20S"-265.

27. Кононович Ю.В. Регламентация щравтров допустимых тепловых условий. Сб. докладов второго съезда АВ(К, М., 1992, том I,

с.97-102.

Подписано в печать 14.05.92 Формат 60x84у16 Печ.офс. И-130 . Обгем 2 уа.-изд.л. Т.100 . ЗаказБесплатно

Ротапринт ШЭД им.В.В.Куйбышева

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ПРОБЛЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕШМА ЗДАНИЙ МАССОВОЙ ЗАСТРОЙКИ В ХОЛОДНЫ! ПЕРИОД ГОДА И пга ЕЕ РЕШЕНИЙ

1.1. Сущность и комплексный характер проблемы

1.1.1. Общая характеристика развития массового жилищного строительства и теплоснабжения зданий. Выдвижение проблемы.

1.1.2. Социальные и экономические последствия нарушений теплового режима зданий

1.1.3. Состояние разработки мер по обеспечению теплового режима зданий на стадиях проектирования и эксплуатации

1.2. Исходные принципы решения проблемы. Концепция эффективности сложной системы

1.3. Обеспечение теплового режима здания массовой застройки, как сложной систещ. Мнтегративное свойство системы

1.4. Основные факторы и свойства, влияющие на обеспечение теплового режима зданий.

Системный анализ

1.4.1. Особенности формирования теплдаотребности и использования теплоты на отопление жилых зданий.

1.4.2. Факторы и свойства, обусловливающие надежность функционирования городских систем теп-лоснайжения .*.*.***.*.

1.4.3. Управление отпуском теплоты и режимы отопления зданий при централизованном теплоснабжении

1.5. Показатели и критерии эффективности системы обеспечения теплового режима зданий

1.6. Учет стохастической изменчивости параметров, о* определяющих состояния системы

1.7. Основные направления и задачи исследования

ШВА П. БЕР0ЯТН0СТЮ1ЯЗШШЛИ,.ХАРАКТЁРИСТЖ. В03!ДЩАЮЩЮС ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ТЕПЛОВОЙ

П.1. Исходные положения, состояние вопроса и задачи исследования возмущающих воздействий

1.2. Вероятностно-временные показатели характерных изменений температуры наружного воздуха

П.З. Возможная продолжительность стояния температур наружного воздуха определенного диапазона

П.4. Вероятностно-временные показатели изменения интенсивности солнечной радиации . НО

П.5. Возмущающие воздействия повышенных скоростей ветра

П.6. Возмущающие воздействия от внутренних теплоисточников .124 с

Выводы

ГШ Ш. НОРМИРОВАНИЕ ЗАДАННЫХ ВНУТРЕННИХ ТЕПЛОВЫХ

Ш.1. Концепция нормирования тепловых условий.

Состояние вопроса и задачи исследования . ±

Ш.2. Взаимосвязь температур воздуха и ограждений.

Ш.2.1. Инженерный метод расчета теплообмена в помещении . *.

III.2.2. Проверка адекватности метода расчета

Ш.2.3. Расчет температурной обстановки в помещении.

Ш.З. Взаимосвязь теплового состояния и условий теплообмена человека в помещении

Ш.3.1. Показатели комфортного и допустимого тепловых состояний человека и условий его теплообмена.

Ш.З.2. Метод расчета теплового состояния человека и проверка его адекватности

Ш.4. Нормирование параметров температурного режима' помещения

Ш.5. Влазшостный режим помещения при допустимом отклонении температуры внутреннего воздуха.

Ш.6. Сезонные особенности тепловосприятия и фактор привыкания

Выводы.

ГЛАВА 1У. РАЗРАБОТКА ИНЖЕНЕРНОГО МЕТОДА РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ПОМЕЩЕНИЯ ПРИ ВОЗМУЩАЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ НЕПЕРИОДИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА

1У.1, Анализ состояния вопроса. Концепция разработ-ки инженерного метода расчета

1У.2. Эмпирические закономерности процесса охлажде-ния и нагрева помещения

1У.З. Математическое описание нестационарного теплового режима элементов помещения, как объектов единой энергетической системы.

1У.3.1. Математическое описание теплообмена наружных • ограждающих конструкций. Общее решение краевой задачи одностороннего охлаждения (нагрева) пластины при граничном условии 2-го рода

1У.3.2. Математическое описание теплообмена внутренних ограждающих конструкций

1У.З.З. Математическое описание теплообмена нагревательных приборов при их остывании и нагреве

1У.4. Инженерный метод расчета температуры помещения при изменении режима обогрева и наружных условий

1У.4.1. Пространственно-временные условия нестационарного теплообмена помещения

1У.4.2, Дифференциальные уравнения нестационарного теплообмена помещения. Зависимости инженерного метода расчета

1У.5. Основные факторы, влияющие на теплоустойчивость зданий массовой застройки

ГУ.6. Проверка адекватности инженерного метода расчета температурного режима помещения

1У.7. Оценка погрешности существующего приближенного метода расчета охлаждения помещения . ст

ГЛАВА У. СВОЙСТВА ЭФФЕКТИВНОСТИ'СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЗДАНИЙ

У.1. Обеспеченность тепловой мощности отопления зданий.

У.1.1. Принципы выбора тепловой мощности

У.1.2. Методика определения расчетной температуры наружного воздуха для проектирования отопления

УД.З. Тепловая мощность отопления, нормируемая СНиП и необходимая для обеспечения заданных тепловых условий . 30?

У .2. Мощность теплоисточника, устраняющая риск катастрофического теплового режима зданий

У.З. Необходимый уровень надежности систем теплоснабжения и отопления

У.3.1. Принципы установления необходимого уровня надежности систем.

У.3.2. Временные критерии резервирования и оперативности аварийно-восстановительных работ

У.3.3. Допустимое снижение подачи теплоты на отопление при лимитированном режиме теплоснабжения

У.3.4. Требования к надежности тепловых сетей, нормируемые СНиП и необходимые для обеспечения заданных тепловых условий

УЛ. Режимная управляемость систем теплоснабжения -' и отопления зданий

У.4.1. Системные требования к регулированию отпуска теплоты на отопление

У.4.2. Рациональные методы регулирования отпуска теплоты на отопление в тепловых пунктах

У.4.3. Выбор способа регулирования отпуска теплоты по возмущению.

У.4.4. Метод количественного регулирования отпуска тепло- ты при зависимом присоединении систем отопления.

Вопроса создания и поддержания благоприятных тепловых условий в помещениях зданий массовой застройки в холодный период года при минимальных капитальных затратах и рациональном расходовании энергетических, материальных и трудовых ресурсов приобретают все возрастающую актуальность в связи с быстрым ростом крупных городов, индустриализацией жилищного строительства и централизацией теплоснабжения, а так же возрастанием объемов реконструкции эксплуатируемых зданий и тепловых систем.

В крупных городах уже сейчас проживает более половины населения страны? жилищный фонд, в основном, составляют современные типовые многоэтажные здания, оснащенные всеми видами инженерного обустройства и обеспечиваемые продукцией различных систем энергетики. К тепловым сетям источников теплоснабжения (котельные, ТЭЦ), мощность которых составляет от 60 до 3000 МВт,, присоединяются системы отопления и горячего водоснабжения сотен и тысяч зданий.

В этих условиях состояние тепловой среды помещений определяется эксплуатационными качествами и режимами функционирования интегрированного технического комплекса, включающего объекты различного функционального назначения: здание, системы отопления и вентиляции, другие виды инженерного оборудования (источники бытовых теплопостугшений), система теплоснабжения. По своим масштабам подобные комплексы не имеют аналогов в мировой строительной практике. Вместе с тем во всех климатических районах строительства они обладают характерными свойствами и признаками, обусловленными, главным образом, унификацией основных проектных решений. Следствием этого является и общность причин их недостаточной эффективности, о чем свидетельствует практика эксплуатации.

Наиболее массовые по своему характеру и глубокие нарушения теплового режима зданий, которые имеют место при авариях в тепловых системах в зимний период, сопровождаются значительным социальным и экономическим ущербом. При этом вероятны отказы в использовании зданий вследствие недопустимых тепловых условий, а так же распространение аварийной ситуации на системы электро- и газоснабжения в связи с непредвиденными нагрузками на них. При экстремальном понижении температуры наружного воздуха реальна угроза нарушения гидравлической устойчивости тепловых систем, что приводит к тем же негативным последствиям. Нельзя не считаться и с риском катастрофических тепловых условий при возможном дефиците эксплуатационной тепловой мощности источника теплоснабжения. Скрытые потери энергетических ресурсов особенно в осенне-весенний периоды связаны с недостаточной управляемостью централизованных систем теплоснабжения и отопления.

О существенности ущербов и катастрофических последствий, связанных с недостаточной эффективностью комплексов свидетельствует опыт их эксплуатации в крупных городах за последние 10-15 лет (Москва, Челябинск, Нижний Новгород и др.).

Вместе с тем существующее состояние обеспеченности теплового режима не случайно. Традиционные принципы и методы строительного проектирования отдельных элементов теплового режима, локальная оптимизация их параметров по критериям минимума стоимости, материалоемкости и т.п., оказываются недостаточными (а в ряде случаев и неправомерными) для обеспечения эффективности функционирования комплекса, как единого целого для достижения поставленной перед ним общей цели. Количественный рост тепловых систем порождает новые системные свойства (устойчивоспособность, живучесть') , а так же обусловливает исключительную важность таких показателей качества, как надежность и режимная управляемость. Однако вопросам эффективности систем до недавнего времени уделялось мало внимания и они не нашли всестороннего отражения и учета в нормах строительного проектирования. Попытка 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 (эффекта): гарантированное выдерживание гигиенически обоснованных параметров тепловой среды в холодный период года. Это требует разработки соответствующих научно-методологических оонов, включающих принципы, нормы и методы решения задач, связанных с обоснованием и выбором технических и организационных мер, реализация которых позволит обеспечить необходимый тепловой режим. В настоящей работе предпринята попытка решения атой комплексной проблемы.

Таким образом целью исследования является разработка научно-методологических основ проектирования и эксплуатации средств обеспечения теплового режима зданий массовой застройки в холодный период года с учетом гарантированного выдерживания заданных параметров тепловых условий в помещениях, отвечающих социальным, техническим и экономическим требованиям.

В основу решения проблемы положен принцип эффективности сложной системы - системы обеспечения теплового режима зданий (СО ТРЗ) - охватывающей совокупность взаимосвязанных объектов различной природы, участвующих в формировании теплового режима.

Система отражает взаимосвязи объектов инженерного комплекса между собой и с наружным климатом, человеком (жителем), другими системами энергетики. Принцип эффективности требует оценки свойств инженерных объектов - элементов системы с точки зрения их полезности для достижения общей цели функционирования системы, сформированной ее надсистемой. В роли надсистемы выступают тепловые условия в помещении, отвечающие запросам человека. В связи с этим цель функционирования СО ТРЗ формулируется так: "выдержать благоприятные тепловые условия при любых ситуациях отопительного периода". Требуемые тепловые условия характеризуются нормами параметров тепловой среды, отвечающими социальным и экономическим требованиям. Они выступают в качестве заданных тепловых условий и представляют функциональный критерий эффективности при оценке рассматриваемой СО ТРЗ и определении ее эф-фективностной меры.

Таким образом под эффективностью СО ТРЗ понимается то количественно выраженное положительное влияние, которое СО ТРЗ оказывает на функционирование надсистемы. При этом конкретное содержание оцениваемой системы отходит на второй план, уступая первенство оценке вклада системы в деятельность надсистемы.

Оценка эффективности СО ТРЗ требует учета свойств надсистемы, выявление которых представляет самостоятельную задачу. Как показали исследования признаки этих свойств выражаются в том, что в достаточно широком диапазоне изменений параметров внешних и внутренних возмущающих воздействий, температурный режим помещений устойчиво поддерживается на желаемом потребителем уровне, а теплоютери помещения являются функцией ваяйчины тепло-подачи. Такое положение обусловлено двойственной природой механизмов стабилизации тепловых условий в помещениях жилых зданий: технической (свойство теплоустойчивости помещения) и биологической (адаптивное поведение человека-жителя). Раскрытие и понимание сущности этих свойств позволяет более обоснованно сформулировать системные требования к эффективности элементов СО ТРЗ.

Проведенный системный анализ условий функционирования СО ТРЗ позволил раскрыть характер связей между элементами, проследить тенденции их изменения, а следовательно, значимости для результата действия системы на разных этапах отопительного периода, Одновременно конкретизированы требования к свойствам системы, а так же к содержанию и форме представления информации (учитываемой при определении эффективностной меры), характеризующей режимы работы управляемых элементов СО ТРЗ и основные возмущающие^ ¡воздействия, возникающие внутри системы и оказываемые окружающей средой. На основании этсго следует считать, что важнейшими свойствами эффективности СО ТРЗ являются: обеспеченность тепловой мощности отопления здания, необходимый уровень надежности систем теплоснабжения и отопления, а так же режимная управляемость этих систем, рассматриваемая в условиях нормированного отпуска теплоты, которому подчинены устройство и принцип действия систем.

Различные аспекты концепции эффективности СО ТРЗ, как направления исследования, открывающего путь к решению проблемы обеспечения теплового режима зданий, рассмотрены в глЛ.

Следующий этап работа (гл.П-И) посвящен разработке механизмов реализации концепции эффективности, что потребовало проведения исследований широкого круга вопросов и решения научных задач, связанных с развитием информационного обеспечения расчетов за счет учета вероятностной природы возмущающих воздействий; нормированием параметров заданных внутренних тепловых условий; разработкой и подтверждением новых физико-математических моделей нестационарного теплообмена помещения при специфических возмущающих воздействиях непериодического характера.

Исследования (гл,П) показали, что для зимних месяцев большинства климатических районов строительства изменения температуры наружного воздуха достаточно полно характеризуют внешние воздействия. В этот период общий уровень интенсивности солнечной радиации (с преобладанием рассеянной), а так же вероятная продолжительность непрерывшого действия прямой радиации таковы, что не могут оказывать заметного влияния на состояние теплового режима. Учет тепловых возмущений, вызванных скоростями ветра, превышающими расчетную, из-за ограниченности возможной продолжительности их непрерывного действия в одном направлении утрачивает практическую значимость. В переходные, особенно весенний, периоды за счет инсоляции существенно уменьшается доля отопления в энергетическом балансе помещений, а динамика отопительной нагрузки приобретает ярко выраженный стохастический характер. Используя выявленные (при обработке метеорологических данных для ряда пунктов по методике проф. В.Н.Богословского) закономерности изменений температуры наружного воздуха в периоды наибольших за зиму похолоданий разной обеспеченности, предложен метод описания таких температурных изменений, соответствующих обеспеченности 0,92 и 0,98, с использованием параметров, содержащихся в СНиП по строительной климатологии. Бытовые теплопоступ-ления целесообразно характеризовать среднесуточной величиной и учитывать ее ситуационные изменения.

Нормирование заданных тепловых условий (гл.Ш) имеет целью определение параметров тепловой среды, отвечающих комфортному и допустимому тепловым состояниям человека. В связи с этим необходимо было выявить диапазон температур среды, при которых тепловое равновесие организма человека может быть сохранено при обычных для условий жилого помещения теплопродукции и утепленное ти одежды, а так же регламентировать параметры отклонений температуры среды с учетом допустимого теплового состояния человека. Такие отклонения, отражая разумный компромисс между социальными и экономическими требованиями, учитываются при экстремальных эксплуатационных ситуациях, являющихся достаточно редкими событиями. В обоих случаях решение задачи основывается на расчете теплообмена человека с окружающей средой, показателем которой является температура помещения. Для ее определения необходимо знать взаимосвязь температур воздуха и ограждений. Получение таких данных возможно при принятии ряда упрощающих допущений с помощью ЭВМ или аналогового моделирования, что однако трудоемко и недоступно повседневной практике.

Это обусловило необходимость разработки метода расчета теплообмена в помещении, учитывающего совокупность формирующих его факторов (геометрические и радиационные параметры, уровень теплозащиты, способ обогрева, интенсивность воздухообмена, наружные условия) и вместе с тем доступного для инженерной практики. Адекватность метода расчета подтверждена данными расчета на ЭВМ и натурных наблюдений.

Разработаны математические модели стационарного и нестационарного теплообмена человека в помещении, правомерность которых подтверждена сопоставлением данных расчета и специальных гигиенических исследований для представляющего интерес диапазона условий. Полученные расчетные зависимости использованы для нормирования температур среды, соответствующих рассматриваемым тепловым состояниям человека. Построен график, отражающий взаимосвязь глубины и продолжительности допустимого отклонения температуры среды при ее динамическом изменении.

Для расчета реакции помещения на возмущающие воздействия, обусловленные экстремальным понижением температуры наружного воздуха, нарушениями режима отопления вследствие аварий в тепловой системе, перехода на лимитированный режим теплоснабжения и т.п., инженерный метод теории теплоустойчивости не может быть использован. Известные методы решения таких задач с помощью ЭВМ требуют специальных условий. Восполнение эяого пробела потребовало разработки новой физико-математической модели нестационарного теплообмена помещения при указанных воздействиях. При построении модели учтены эмпирические закономерности процесса охлаждения (нагрева) помещения, которые определяют специфику условий теплообмена различных элементов помещения, как объектов единой энергетической системы.

Получено общее решение краевой задачи одностороннего охлаждения (нагрева) неограниченной пластины при граничном условии второго рода - аналога теплообмена теплоемкого наружного ограждения, которое использовано для получения соответствующих поправочных коэффициентов, компенсирующих погрешность расчета, связанную с принятым упрощением математического описания действительного процесса. Подтверждена правомерность принятых способов описания теплообмена других элементов помещения, как объектов единой системы. С учетом этого составлены дифференциальные уравнения теплового баланса помещения при рассматриваемых граничных условиях. Их решения представляют зависимости инженерного метода расчета, которые носят обобщающий характер. Адекватность метода расчета проверена путем сопоставления данных расчета и результатов натурных испытаний и расчетов на ЭВМ при широком диапазоне условий теплообмена помещений. Выявлена зависимость показателя теплоустойчивости представительного помещения зданий массовой жилой застройки от климатических условий пункта строительства.

Разработанный метод расчета нестационарного температурного режима помещений в совокупности с инженерными методами теории теплоустойчивости составляет набор ускоориентированных моделей, необходимых для решения задач, связанных с исследованием эффективности СО ТРЗ.

Б гл.У рассматриваются вопросы определения меры свойств эффективности СО ТРЗ с учетом различных условий строительства.

Выбор тепловой мощности отопления зданий основывается на принципе поддержания допустимых тепловых условий в помещениях при расчетном изменении температуры наружного воздуха обеспеченностью 0,98. Исходя из этого разработана методика определения расчетной температуры наружного воздуха для проектирования отопления, учитывающая климатические условия района строительства и теплоустойчивость зданий. При этом используются климатические данные СНиП [138], и сохраняется метод расчета потерь теплоты помещением, принятый в СНиП [l39].

Проведено сопоставление значений расчетных температур, принимаемых ныне и требуемых для обеспечения заданных тепловмх условий в зданиях массовой застройки с минимально необходимой теплозащитой наружных ограждений, на примере 19 географических пунктов, расположенных в климатических районах 1А, ПВ, ША и ШВ. Получено, что для пунктов первых двух районов, принимаемая в настоящее время расчетная температура занижена на 4. 5°С. Для пунктов других климатических районов картина более разнородна. Во многих случаях температура занижена на I. 3°С (Минск, Харьков, Саратов, Пенза, Курск, Волгоград и др.); вместе с тем, она соответствует требуемой (Москва, Актюбинск) и оказывается завышенной на I. 2°С, (Тверь, Новгород, Уральск). Таким образом, предложенная К.Ф.Фокиным еще в 40-х годах методика выбора расчетной наружной температуры, основанная, главным образом, на опыте московского строительства, не обусловливает равноценные тепловые условия. Для многих пунктов расчетная тепловая мощность отопления может быть уменьшена на 5. 7%, а для других - сохранена практически на существующем уровне.

Выявленные обстоятельства обусловливают неодинаковую для разных городов степень риска катастрофических тепловых условий вследствие снижения эксплуатационной мощности источников теплоснабжения. Поэтому уровень допустимого снижения мощности, который определяется по разработанной методике должен быть дифференцирован и учитывается при разработке мероприятий по подготовке теплового хозяйства к эксплуатации в зимний период.

Выбор необходимого уровня надежности систем теплоснабжения и отопления основывается на принципе обеспечения допустимых тепловых условий в помещениях за время устранения аварий и неполадок в них,который был выдвинут в МШИ проф.А.А.Иониньш и др. Эта идея получила в работе свое дальнейшее развитие и конкретное приложение, дается методика расчета лимита времени, в течение которого возможен перерыв теплоподачи на отопление помещений. Приводятся количественные зависимости этого показателя от расчетных температур наружного воздуха, теплоустойчивости представительного помещения здания и способов его обогрева. Лимит времени используется в качестве критерия при оценке свойств ремонтопригодности элементов систем, на основании чего принимается решение о целесообразности их резервирования. Для различных климатических условий строительства обосновываются требования к оперативности аварийно-восстановительного ремонта нерезервируемых элементов тепловых систем.

Приводится методика расчета коэффициента отпуска теплоты на отопление при переводе зданий на лимитированный режим теплоснабжения, а так же количественные зависимости этого коэффициента от климатических и других местных условий строительства. Сопоставительный анализ полученных значений коэффициента с рекомендуемыми СйиП 140 свидетельствует о завышении нормируемой величины теплоподачи во всем диапазоне рассмотренных в СНиП условий, особенно при диаметрах трубопроводов до 800 мм. Это обусловливает возможность экономии металла на транспортное резервирование тепловых сетей таких диаметров по оценосным данным в размере от 13 до 25%, что приведет к существенному уменьшению капитальных затрат на резервирование.

Проведенные исследования указывают на целесообразность (пи условиям обеспечения теплового режима) ограничения строительства крупных тепловых систем для теплоснабжения полносборных зданий массового строительства в районах с расчетной температурой наружного воздуха для проектирования отопления - 40°С и ниже, даже при открытом способе прокладки тепловых сетей.

При современном состоянии и техническом уровне систем теплоснабжения и отопления зданий массовой застройки управление режимом отпуска теплоты на отопление возможно, в основном, на двух уровнях - центральном и в тепловых пунктах (групповых или индивидуальных), При этом сохраняется принцип нормированного снабжения теплотой всех помещений и максимальный социальный эффект, на который можно рассчитывать, состоим в поддержании параметров тепловой среды в пределах» приемлемых для большинства людей. Выполнение этой задачи возможно при оптимальных для обеих ступеней управления, и согласованных принципов и методов регулирования отпуска теплоты на отопление. Их выбор основывается на учете системных связей и условий функционирования СО ТРЗ на разных этапах отопительного периода при соблюдении основных системных требований: принципа иерархии управления отпуском теплоты и сохранения гидравлической устойчивости тепловой системы.

Учитывая системные требования, виды основных внешних и внутренних возмущающих воздействий на тепловой режим зданий в разные периоды отопительного сезона (осенне-весенний, зимний и наиболее холодный зимний с экстремальным понижением температуры наружного воздуха), а так же характерные для этих периодов режимы теплоснабжения в закрытых системах (когда центральное качественное регулирование отпуска теплоты на отопление или по совместной с горячим водоснабжением нагрузке осуществляется только в диапазоне температур наружного воздуха, свойственных, в основном, зимнему периоду), конкретизированы задачи и определены соответствующие способы и принципы регулирования отпуска теплоты на отопление в тепловых пунктах. Эти задачи,(а соответственно и методы регулирования) упрощены по сравнению с требованиями, выдвигаемыми при локальной оптимизации управления режимом отопления. Однако они согласованы в общесистемном плане и поэтому отвечают условию эффективности функционирования СО ТРЗ в целом.

Практическая реализация этих предложений будет способствовать предотвращению использования неоправданно сложных и дорогих схем и средств авторегулирования, а, следовательно, сокращению затрат на автоматизацию тепловых пунктов. Это в частности подтверждает разработанное и апробированное в эксплуатационных условиях г.Москвы схемное решение количественного регулирования отпуска теплоты на отопление в ДТП при зависимом присоединении систем отопления жилых зданий. Подтвержденный экономический эффект за счет сокращения материальных и трудовых затрат, расхода электроэнергии составляет 2,8 тыс.руб. на I МВт расчетной отопительной нагрузки.

Таким образом в настоящей работе предпринята попытка рассмотрения и решения комплексной проблемы обеспечения теплового режима зданий с системных позиций на основе концепций эффективности сложной системы - СО ТРЗ. Концепция эффективности в значительной мере опирается на научные положения, связанные с выбором расчетных наружных условий для проектирования отопления с учетом обеспеченности внутренних условий и расчетом надежности тепловых сетей, которые разработаны проф. В.Н.Богословским и проф. А.А.Ионииым. Вместе с тем реализация концепции потребовала развития существующих норм и методов, используемых при исследовании и проектировании теплового режима, постановки и решения ряда новых задач.

Разработанные методики, результаты расчетов и полученные рекомендации позволяют дополнить и более четко увязать между собой требования норм строительного проектирования, придав им целевую направленность на обеспечение требуемого теплового режима, учитывая местные условия строительства и эксплуатации зданий и тепловых систем, рациональность капитальных вложений и последующих материальных и трудовых затрат.

Исследования отражают научную работу, начатую автором в МИСЙ им. В.В.Куйбышева еще в 1962 г. под руководством проф. В.Н.Богословского. Эта работа была продолжена с учетом обобщения опыта жилищного хозяйства г.Москвы, где автор работал длительное время. Основное содержание работы отражено в монографии "Тепловой режим зданий массовой застройки", изданной Стройиздатом в 1986 г., а так же в других научных публикациях. Результаты работы включены в раздел учебного пособия для специальности 2905 "Коммунальное строительство и хозяйство", а также используются в учебном процессе - лекциях, практических занятиях и при дипломном проектировании по специальности 1218 "Техническая эксплуатация и реконструкция зданий и инженерных систем".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе выполненных исследований получены следующие результаты в развитие теории и практики проектирования и организации! эксплуатации средств обеспечения теплового режима зданий массовой застройки городов в холодный период года.

1. Установлены методологические принципы выбора мер, направленных на обеспечение заданных тепловых условий, базирующиеся на исследовании формирования тепловых условий зданий массовой застройки, как сложной биотехнической системы массового обслуживания, и условий ее эффективности.

Выявлено свойство целостности системы - адаптивность, характеризующее функциональную тенденцию системы к автостабилизации тепловых условий при практически значимых отклонениях режима отопления, и обусловливающее требования к эффективности средств обеспечения тепловых условий зданий, как элементам единой системы.

2. Выявлены условия и следствия проявления механизмов адаптации, раскрывающие нацравленность мер по повышению эффективности функционирования системы:

2.1. Показано, что обеспечение тепловых условий средствами отопления, отвечая цели массового обслуживания, одновременно минимизирует возможные экономические ущербы, что определяет целесообразность принятия в качестве общего критерия эффективности системы выдерживание заданных тепловых условий.

2.2. Вследствие функциональной зависимости теплопотерь помещений от величины теплоподачи, температура внутреннего воздуха не может являться однозначным признаком качества отопления, что определяет целесообразность- программного управления отпуском теплоты на отопление зданий массовой застройки с учетом основных факторов, формулирующих теплоспрос.

2.3« Показано, что основными невзаимокомпенсируемыми качествами системы, нейтрализующими действие механизмов адаптации и обеспечивающими оптимальную для рассматриваемых условий эффективность ее функционирования, являются обеспеченность тепловой мощности, уровень надежности и режимная управляемость.

3. Выявлены признаки элементов системы, влияющие на эффективность ее функционирования при существующей структуре, в связи с чем на основе субоптимизации критериев эффективности определены требования к: уровням установочной тепловой мощности систем отопления и эксплуатационной мощности теплоисточника ; надежности систем снабжения теплотой, включая критерии необходимости ее повышения за счет резервирования; оперативности проведения аварийно-восстановительных ремонтов; методам управления отпуском теплоты на отопление в тепловых пунктах.

4. На основе изучения и интерпретации данных гигиенистов и собственных исследований предложены математические описания теплообмена человека с окружающей средой, устанавливающие взаимосвязь между изменениями температуры помещения и тепловыми состояниями человека при характерных для жилищ роде деятельности и утепленное ти одежды.

С их учетом регламентированы показатели заданных тепловых условий, определяющие границы диапазона основных эксплуатационных изменений температуры помещения, а также параметры допустимых редких понижений температуры, дифференцированные в зависимости от частоты события.

Разработан инженерный метод расчета взаимосвязи температур воздуха и ограждений, учитывающий совокупность факторов, определяющих конвективно-лучистый теплообмен в помещениях зданий массовой застройки, что позволяет оценить динамику температуры помещения при изменениях температуры воздуха.

5. Дано обоснование тому, что за расчетные условия для определения эффективностных мер, принимаются ситуации дефицита и избыточности теплоты, могущие вызвать отклонения температуры помещения за заданные пределы на разных этапах отопительного периода.

На основе оценки влияния на тепловые условия возможных единовременных воздействий, сформированы модели расчетных ситуаций, представляющие вероятностно-детерминированные показатели характеристик совокупности существенных воздействий.

Показано, что ситуации избыточности теплоты, определяющие выбор мер по управлению отопительной нагрузкой в тепловых пунктах, характеризуются существенной стохастической изменчивостью суточной теплопотребности на отопление и малым ее удельным весом в энергетическом балансе помещений. Выбор тепловой мощности отопления и мер по обеспечению надежности тепловых систем осуществляется в условиях длительного (до нескольких суток) дефицита теплоты, обусловленного соответственно изменениями температуры наружного воздуха при сильных похолоданиях и временем устранения аварий.

6. Предложены инженерные методы расчета нестационарного теплового режима помещений зданий массового строительства в ситуациях дефицита теплоты, базирующиеся на: выявленных эмпирических закономерностях изменения температурных условий при охлаждении (нагреве) помещения ; исследовании возможности упрощенного описания тепловых процессов в теплоемких наружных и внутренних ограждениях и отопительных устройствах, основанного на их представлении в виде непрерывного чередования стационарных состояний теплопередачи; а так же учете взаимосвязи температур воздуха и ограждений при формулировании начальных условий, определяющих энтальпию ограждений и величину скачкообразного изменения температуры воздуха.

Допустимость принятых упрощающих предпосылок и достаточная точность предложенного метода подтверждены сопоставлением резулътатов расчета с данными расчета теплового режима помещения на ЭВМ, опубликованными в печати, и результатами проведенных натурных испытаний.

7. Предложен инженерный метод решения задачи определения £н для расчета тепловой мощности отопления с учетом выдерживания заданных тепловых условий в помещениях цри изменении температуры наружного воздуха в период похолодания.

Расчетными исследованиями выявлены особенности зимнего теплового состояния помещений зданий массового строительства на примере 19 пунктов, расположенных в климатических районах 1А, ХВ, ПВ, ША, ШВ. Показано, что при тепловой мощности отопления, рассчитанной при средней температуре пятидневки обеспеченностью 0,92, в этот период возможно понижение ^ на 2.5°С, что корреспондируется с данными исследований, положенными в основу рекомендаций СНиП, и соответствует допустимым тепловым условиям. При более суровых похолоданиях с вероятностью которых нельзя не считаться, такие понижения для разных пунктов возможны на 4.Ю°С, вследствие отличий минимальной температуры от в расчетный период на 6.17°С. Таким образом для ряда пунктов внутренние условия окажутся недопустимыми.

Показано, что для обеспечения заданных тепловых условий (с вероятностью 0,98), принимаемая ныне ^р для проектирования отопления должна быть дифференцирована с учетом климатических особенностей пункта строительства. Для рассмотренных пунктов установлено, что в наиболее суровых районах она может быть повышена на 3.5°С, а для отдельных пунктов других районов - повышена на 1.3°С, понижена на 1.2°С или сохранена на существующем уровне (как, например, в Москве).

8. Показана необходимость дифференцированного подхода к ограничению величины допустимого снижения эксплуатационной тепловой мощности источника отопления при его подготовке к прохождению зимнего периода, исключающего риск теплового отказа в использовании помещений по их назначению. Предложена методика расчета, обосновывающая нормирование этого показателя.

На примере нескольких крупных городов показано, что в зависимости от климатических условий, такие ограничения составляют до: Ъ% (в Москве, Твери, Новгороде), 10% (Курске, Пензе), 15% (Челябинске, Иркутске, Уфе).

9. Предложены инженерные методы решения задач, служащих обоснованием определения показателей надежности проектирования систем теплоснабжения:

9.1. Показано, что критерием резервирования элемента системы, отказ которого сопровождается прекращением теплоподачи, является превышение среднего времени лимита , определенного с учетом допустимого отклонения . Определена зависимость Ид от климатических условий строительства, теплоустойчивости' представительного помещения здания и способа его обогрева.

Полученные данные в основном корреспондируются с рекомендациями СНиП по резервированию тепловых сетей для условий минимальной теплозащиты зданий и безинерционных приборов отопления. При экономически целесообразном повышении уровня теплозащиты зданий или применении теплоемких греющих панелей диаметры труб, требующие резервирования существенно увеличиваются.

Показана неправомерность отказа в СНиП от резервирования труб тепловых сетей надземной прокладки в районах с = 40°С и ниже, где она необходима при (I = 0,4.0,5 м и более.

9.2. Величина резервной теплоподачи для обеспечения заданных тепловых условий оказывается существенно меньше, рекомендуемой СНиП для труб (I ^ 1,0 м даже при минимально! теплозашите зданий, обогреваемых безынерционными нагревательными приборами. Оценочным расчетом показано, что при этом перерасход металла на обеспечение транспортного резерва наиболее применяемых труб ¿{^ 0,8 м составляет от 13 до 2Ъ%.

Показано, также, что при = -40°С и ниже вследствие необходимости резервирования труб тепловых сетей (I ^ 0,4 м при любом способе их прокладки, во избежание существенных дополнительных затрат целесообразно ограничение единичной мощности теплоисточника до ^ 50 МВт и др.

10. Определены требования к оперативности аварийно-восстановительного ремонта объектов теплового хозяйства в зависимости от расчетных и текущих наружных условий отопительного периода. Показано, что для пунктов с tцf> = ~20°0 и выше эти требования практически не изменяются во всем диапазоне отрицательных температур, а в пунктах с более суровыми расчетными условиями лимит времени на восстановительный ремонт в наиболее холодный зимний период сокращается в 2-3 раза по сравнению с допустимым при нулевой температуре.

11. На основе анализа и обобщения существующих представлений и комплексного учета: признаков теплового дисбаланса помещений на разных этапах отопительного периода, принципа иерархии управления и условий гидравлической устойчивости тепловой системы, возможности создания практически равноценных тепловых условий при разных способах регулирования теплоподачи, уточнены задачи и сформулированы требования к рациональным методам регулирования отпуск? теплоты на отопление зданий массовой застройки в ГТП или МТП (при отсутствии РТП).

При неизменности принципа непревышения расчетного расхода первичного теплоносителя необходимость в таком регулировании возникает при первом и третьем режимах, теплоснабжения. Расчетными и экспериментальными исследованиями показано, что в периоды экстремального понижения целесообразна передача тепловой нагрузки СГВ на отопление посредством отключения обеих ступеней соответствующих ВВП или, если это не усугубляет дефицит топлива, путем перевода ВВП на работу по "завключенной" схеме.

Существующие схемы регулирования зависимо присоединенных систем отопления (составляющих более 80%) основаны на сохранении расхода вторичного теплоносителя, требуя дополнительных затрат на оборцдоывник, элкутроэнергию и обслуживание. С целью их сокращения по заданию ПО "Мосинжремонт" разработано альтернативное решение, основанное на методе двухступенчатого количественного регулирования отопительной нагрузки по заданной температуре воды, возвращаемой в ГТП из систем отопления, в зависимости от инерционного датчика наружных условий. Дано теоретическое обоснование хтому метода. Соответствующее схемное решение прошло стадию; опытного внедрения в эксплуатируемых ГТП г.Москвы, результаты которого подтвердили теоретические предпосылки и эффективность этого метода, который рекомендован к внедрению.

12. В перспективе при переводе вновь строящихся и капитально ремонтируемых зданий массовой застройки на условия обогрева "по потребности с оплатой фактически израсходованной тепловой энергии" актуальность рассмотренных вопросов обеспеченности тепловой мощности отопления и обоснования выбора структуры надежных тепловых систем полностью сохраняется.

1. АБАКУМОВА Г.М., ГАРАДЖА М.П., ЕВНЕВИЧ Т.В. и др.

2. АГНИВЦЕВ А .А., ДЕГТЯРЕВ В.Ф., КОРЗИН О.А.3. АЛЕКСЕЕВА Т.И.4. АНАНЬЕВ А.й.

3. АНАПОЛЬСКАЯ Л.Е., ГАНДИН Л.С.6. АРИЕВИЧ Э.М., ВАВУЛО Н.М.7. БАГДОНАС А.8. БАНХИДИ Л.9. БАНХИДИ Л.10. БАРТОН А., ЭДХОЛМ 0.11. БЕКЕТОВ А.И.

4. Роль антропогенных факторов в формировании климата города, возможные экологические последствия. Тр. 2-го междунар.симпозиума по строительной климатологии. -М.: Стройиздат, 1987, с.172-177.

5. Влияние архитектурно-пространственного решения застройки на инсоляционный и ветровой режим внутриквартального пространства. Тр. 2-го междунар. симпозиума по строит, климатологии. М. ; Стройиздат, 1987, с.165-171.

6. Региональные особенности градостроительства в Сибири и на Севере. Л.: Стройиздат, 1987. - 208 с.

7. Теплоустойчивость наружных ограждающих конструкций при резком понижении темпера

8. Жы наружного воздуха. Сб.научных трудов им. К.Д.Памфилова, ОНТИ, 1968, вып.62.

9. Метеорологические факторы теплового режима зданий. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. -223 с.

10. Повышение теплотехнических качеств полносборных жилых зданий. М.: Стройиздат, 1985. - 192 с.

11. Привыкание. Общаяхарактеристика и привыкание в простых системах. Вильнюсский гос-^ниверситет (уч.пособие). Вильнюс, 1982.

12. Связь расчета закрытых помещений на тепловой комфорт с вопросами энергохозяйства. Тр. междунар. симпозиума по строительной климатологии. 4.1., М., ВНИИС Госстроя СССР, 1982. с.297-308.

13. Тепловой микроклимат помещений. Расчет комфортных параметров по теплоощущениям человека. Пер. с венг. М.: Стройиздат, 1981. - 248 с.

14. Человек в условиях холода. Пер. с англ.-М.: Изд-во иностр. лит., 1957.

15. БОГОСЛОВСКИЙ В.Н., ПОЗ М.Я.

16. Г9. БОГОСЛОВСКИЙ В.Н., КУВШИНОВ Ю.Я., МАЛЯВИНА Е.Г.

17. БОГОСЛОВСКИЙ В.Н., СЛАВИН В.К., МАТРОСОВ Ю.А., БУТОВСКИЙ И.Н., ГАГАРИН В.Г.

18. БОГУСЛАВСКИЙ Л.Д., СИМОНОВА A.A., МЙТЙН М.Ф.22. БОГУСЛАВСКИЙ Л.Д.23. БРАЙНИНА Е.Ю.

19. БРАТЕНКОВ В.Н., ХАВАНОВ П.А., ВЖЖЕР Л.Я.

20. Расчет систем солнечного теплоснабжения. Пер. с англ. М.: Энергоиздат, 1982, -80 с.

21. Движение атмосферного воздуха, обтекающего здания. Штадт унд Гебойдетехник, 1980, № 6, с.21-25.

22. Строительное производство в условиях Севера. Л.: Стройиздат, 1982. - 183 с.

23. Тепловой режим зданий. М.: Стройиздат, 1979. - 248 с.

24. Строительная теплофизика. М.: Высшая школа, 1982. - 415 с.

25. Вероятностно-статистический метод и перспективы комплексной оптимизации СКМ. Водоснабжение и санитарная техника, 1981, № 6, с.29-30.

26. Теплофизика аппаратов утилизации тепла систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. М.: Стройиздат, 1983.-320 с.

27. Климатологическое обеспечение проектирования и эксплуатации: зданий с эффективным использованием энергии. /Тр.международного симпозиума "Строительная климатология"/.-М., 1982, с.45-61.

28. Проблемы развития строительной физикж на современном этапе. Журнал Всесоюзной ассоциации инженеров САВСК). М., 1990, № I, с.15-19.

29. Экономика теплогазоснабжения и вентиляции.-М.: Стройиздат, 1988. 351 с.

30. Снижение расхода энергии при работе систем отопления и вентиляции. М.: Стройиздат, 1985. - 336 с.

31. Данные для расчета аккумулирующей способности здании методом регулярного режима, Сб.трудов НИИ по строительству. М.: Госстройиздат, 1960.

32. Теплоснабжение малых населенных пунктов.-М.: Стройиздат, 1988. 224 с.25