автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Проектирование наружных стен зданий с учетом энергосбережения

Введение

Глава I Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Развитие строительной теплотехники и теплотехнических 4 норм проектирования конструкций.

1.2. Конструктивное решение наружных стен

1.3. Задачи и этапы исследований

Глава II Физическая модель теплового режима помещения в 24 годовом цикле эксплуатации.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Модель теплового режима помещения.

2.3. Описание передачи тепла через окна

2.4. Модель лучистого теплообмена в помещении с учетом 41 многократных отражений лучистых потоков

2.5. Моделирование изменений климатических параметров

Глава III Математическая реализация физической модели.

3.1. Алгоритм расчета процесса нестационарной теплопередачи 50 через многослойные ограждающие конструкции на основе метода "респонс-фактор

3.2. Общий алгоритм численного моделирования теплового 61 режима помещения и описание программы для ЭВМ

3.3. Описание алгоритма и программы расчета тепловых потерь 66 здания в годовом цикле

Глава IV Методика территориального нормирования 71 теплоизоляции наружных стен

4.1. Концепция теплотехнических территориальных строительных 71 норм

4.2. Исследуемые варианты конструктивных решений 78 4.3 Результаты расчета дополнительной теплоизоляции

Проблема экономии энергоресурсов, и, в первую очередь невозобновляемых, становится все более актуальной. В общем объеме энергозатрат значительную долю составляют энергозатраты на эксплуатацию зданий. Расход тепла на эти цели регламентируется в России соответствующей системой федеральных и региональных нормативных документов. Поэтому совершенствование нормативной базы, регламентирующей теплопотребление зданий в процессе их эксплуатации является безусловно актуальным.

Теплопотребление зданий в эксплуатационный период определяется тремя главными факторами: компенсацией теплопотерь через наружные ограждающие конструкции, горячим водоснабжением и нагревом холодного наружного воздуха, поступающего в здание. Экономия тепла возможна по всем трем направлениям его использования. Однако в соответствии с последней редакцией федеральных норм (1998 г.) регламентируется лишь уровень теплоизоляции наружных ограждающих конструкций зданий. При этом учитываются только климатические параметры (температура наружного воздуха зимой и продолжительность отопительного периода) региона. Полностью игнорируется такой важный фактор, как стоимость тепловой энергии и теплоизоляционных материалов, что в условиях рыночной экономики является серьезным упущением. Новые нормы вызвали дискуссию среди специалистов. Соглашаясь с необходимостью энергосберегающих мероприятий, часть специалистов одобрила принятую для норм методику, другая - сочла ее недостаточно эффективной.

Целью настоящего исследования является оценка влияния на общие теплопотери их составляющих по видам теплопотребления. Задача решается путем изучения общего теплового баланса здания. Разработанный алгоритм и программа расчета обеспечивает достаточную для практических расчетов точность. Исследуется влияние стоимости тепловой энергии и теплоизоляционных материалов на эффективность принимаемых решений. 3

В результате изучения современных конструктивных решений наружных стен установлена зависимость между стоимостью сэкономленной энергии и затратами на соответствующее повышение их теплоизоляционных свойств.

В результате численных экспериментов получены зависимости рационального размера, определяющего теплозащитные свойства стен, сопротивления теплопередаче от срока окупаемости капитальных вложений, стоимости тепловой энергии и теплоизоляционных материалов.

Проведенные исследования наружных стен позволили установить возможные пределы изменения их доли в общих размерах теплопотребления зданий. В результате выполненных исследований разработаны предложения по методике нормирования параметров теплоизоляции наружных стен жилых и общественных зданий.

Предложенная методика помимо климатических факторов учитывает стоимость тепловой энергии, теплоизоляционных материалов и сроков окупаемости капиталовложений.

Работа выполнялась на кафедре строительных конструкций Московского Института Коммунального Хозяйства и Строительства (МИКХиС) и в ОАО Центральном Научно-исследовательском и Проектно-экспериментальном Институте Промышленных Зданий и Сооружений (ОАО ЦНИИПромзданий). Диссертант благодарит сотрудников вышеупомянутых организаций за содействие в проведении численных экспериментов и оформлении работы.

1. Абрамов Д.A. PAROC и вентилируемые фасадные системы, «Стены и фасады» Информационный бюллетень № 3(8), 2000, с. 16-18

2. Ананьев А.И. Состояние нормативной базы по проектированию долговечных энергоэкономичных зданий. «Жилищное строительство», № 4, 1998, с. 18-21.

3. Афанасьева A.B. Оценка мероприятий, снижающих энергозатраты зданий./ Московский институт коммунального хозяйства и строительства, -М, 2001. -7с.: -Деп. в ВИНИТИ 11.05.2001 № 1214-В2001.

4. Андерсон Б. Солнечная энергия: (основы строительного проектирования) / Пер. с англ. А.Р. Анисимова; Под ред. Ю.Н. Малевского. М.: Стройиздат, 1982. - 375с, ил. Перевод изд. Solar energy fundamentals in building design/ Bruce N Anderson.

5. Беляев B.C. Повышение теплозащиты наружных ограждающих конструкций. / Жилищное строительство. 1998. № 3. - с. 22-26.

6. Беляев B.C., Хохлова Л.П. Проектирование энергоэкономичных и энергоактивных гражданских зданий. М.: Высш. шк., 1991, 178 с.

7. Богословский В.Н. Строительная теплофизика, М., Высшая школа, 1982, 415 с.

8. Богословский В.Н. Тепловой режим здания. М., 1979, 218 с.

9. Богословский В.Н. Три аспекта создания здания с эффективным использованием энергии. / АВОК. 1998. - №3. с. 34-36, 39-41

10. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление, М., Стройиздат,1991, 425 с.

11. Богословский В.Н., Титов В.П. Воздушный режим зданий и учет воздухопроницания в расчете теплового режима. Научн.тр.МИСИ, 1967. вып. 52, с. 3-15.

12. Богословский В.Р. и др. Климатологическое обеспечение проектирования и эксплуатации зданий с эффективным использованием энергии, Тр.симпозиума "Строительная климатология", М., 1982, с. 18.

13. Богуславский JI. Д. Снижение расхода энергии при работе систем отопления и вентиляции. 2-е издание, переработанное и дополненное. М.: Стройиздат, 1985, 336 с.

14. Богуславский Л.Д. Технико-экономические расчеты при проектировании наружных ограждающих конструкций зданий. "Высшая школа", 1969, 392 с.

15. Богуславский Л.Д. Экономика теплозащиты зданий. Стройиздат, 1970, 288 с.

16. Богуславский Л.Д. Экономия теплоты в жилых зданиях. М.: Стройиздат, 1990,412 с.

17. Бондаренко В.М., Ляхович Л.С., Хлевчук В.Р. и др. О Нормативных требованиях к тепловой защите зданий. БСТ № 11 2001 г., с. 3-11.

18. Брдлик П.М., Кожинов И.А., Петрова A.A. Приближенное решение задачи локального тепломассообмена на вертикальной пластине в условиях ламинарной смешанной конвекции. Изв. АН Турк.ССР, сер.физ.-тех., хим и гео.наук, 1973, с 3.

19. Быстров В.П. Тепловой режим наружного ограждения в условиях направленного потока фильтрующегося воздуха. Диссертация на соиск.учен. степени канд.техн.наук. М., 1997

20. Ветрозащита из материала "Тайвек" в многослойных стенах и покрытиях с теплоизоляцией из минераловатных плит и матов. Материалы проектирования. Шифр М25.3/97, АО ЦНИИПромзданий, М., 1997, 33 с.

21. Гагарин В.Г. Критерий окупаемости затрат на повышение теплозащиты ограждающих конструкций в различных странах. Доклады пятой научно-практической конференции НИИСФ РААСН 26-28 апреля 2001 г., с. 43-63.

22. Гурьев В.В., Хайнер С.П., Дмитриева А.Н. и др. Влияние некоторых параметров пористо-волокнистых утеплителей на экономичность теплозащиты зданий./ Промышленное и гражданское строительство. 1998. № 5. - с. 53-55.

23. Дешко Э.Л. и др. Модель стохастических климатических воздействий для теплортехнического расчета наружных ограждающих конструкций зданий с заданной вероятностью. Тр.симпозиума "Строительная климатология", М., 1982, с 30.

24. Дроздов В.А., Савин В.К., Александров Ю.П. Теплообмен в светопрозрачных ограждающих конструкциях. М., Стройиздат, 1979, 254 с.

25. Зманчинский A.B., Черный Д.Е. Применение методов математической физики к теории теплопередачи. Учебное пособие, Саратов, 1989, с 150.

26. Иванов Г.С. Нормирование и рентабельность повышения теплозащиты ограждающих конструкций. «Жилищное строительство», № 1, 1944, стр. 8-12

27. Иванов Г.С. По следам выступлений. Окна и двери, № 10(55), 2001, с. 2833.

28. Иванов Г.С. Радикальное решение проблемы энергосбережения в градостроительстве, «Стены и фасады» Информационный бюллетень № 3(8), 2000, стр. 34-37

29. Иванов Г.С., Дмитриев А.Н. Проблема энергосбережения в зданиях в теплотехническом и экономическом аспектах технического нормирования. «Промышленное и гражданское строительство», № 10, 1998, стр. 19-22

30. Иванов Г.С., Дмитриев А.Н., Спиридонов A.B., Хромец Д.Ю. Радикальное решение проблемы энергосбережения в градостроительстве на основе применения новых конструкций окон. «Строительные материалы», 1999, № 10, стр. 9-12

31. Ильин Н.И., Лукманова И.Г. и др. Управление проектами -СПб.;"Два-Три" 1996-610с.

32. Ильинский В.М. Строительная теплофизика. М.: Высшая школа, 1974, 319с.

33. Инструкция по определению экономической эффективности использования в строительстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. СН 509-78 / Госстрой СССР. М., Стройиздат, 1979, 65 с.

34. Калашников М.П. К вопросу моделирования теплопритоков через наружные ограждения./ Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: межвуз. темат. сб. тр. Л.:ЛИСИ, 1978. с. 131-134.

35. Калашников М.П., Головань A.B. Теплотехнический расчет наружных ограждений и расчет теплового режима зданий.: Учебное пособие рекомендовано АСВ, Вост.-Сибирск. госуд. технол. университет,- Улан-Удэ, 1997. 16 с.

36. Коздоба Л.К. Вычислительный эксперимент и системный подход в задачах теплообмена. Тепломассообмен ММФ-92. Том 9. Часть 2, Минск, 1992 г, с 141-170.

37. Константинова В.Е. Расчет воздухообмена в жилых и общественных зданиях. М., Стройиздат, 1964, 145 с.

38. Конструкция вентилируемых фасадов. Проектные предложения. Шифр М 25. ПТ/2000-ПЗ А.О. ЦНИИПромзданий М 2000.

39. Круглова А.И. Климат и ограждающие конструкции, М., 1970, 212 с.

40. Крутов В.И. и др. Основы научных исследований: Учебник для техн. вузов.- М.: Высшая школа, 1989, 312 с.

41. Кузьмин С.И. Определение параметров микроклимата и их оценка с использованием ЭВМ. Иркутск, 1988, 22 с.

42. Лобов О.И., Ананьев А.И., Вязовченко П.А. и др. В защиту отечественного строительства и промышленности строительных материалов. «Строительный эксперт» 2001 № 10(101) с. 4-5, № 11(102) с. 18-20.

43. Лыков A.B. Теоретические основы строительной теплофизики. Минск, 1961, 462 с.

44. Межевников Б.С., Ломов A.A. Теплоустойчивость зданий и вопросы ее нормирования./ Проблемы теории и практики в научных исследованиях.: Тр. 33 Научн. конф. Российского Университета дружбы народов (РУДН), Москва, 2125 апреля 1997 г. М, 1997. с. 26-27.

45. Методические рекомендации по оценке эффективности экономических проектов и их отбору для финансирования. Утв. Госстроем России, Минэкономики РФ, Минфином РФ Госкомпром России -М. Информэлектро 1994

46. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М., 1973.

47. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные, Выпуск 8, Москва и Моск. обл., Л., Гидрометеоиздат, 1990.

48. Николаева И.Л. Фасадные системы в современном строительстве, «Стены и фасады» Информационный бюллетень № 3(8), 2000, стр. 9-16

49. Осипов Г.Л., Матросов Ю.А., Бутовский И.Н. Территориальные строительные нормы по теплозащите зданий, БСТ № 8, 1999, с. 7-9

50. Пособие к СниП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика»

51. Пособие к СниП II-3-79 «Строительная теплотехника»

52. Поспелов Ю.И., Поспелова И.Ю. Особенности теплового режима зданий и определяющие его факторы. Тезисы докладов Международной научно-практической конференции «Человек-среда-вселенная». Иркутск, ИрГТУ, 1997, т. 1, с. 177-178.

53. Семенова Е.И. Воздухопроницаемость окон жилых и общественных зданий. М., Стройиздат, 1969, 138 с.

54. Сизов A.M. Вероятностные модели представления параметров наружного климата в расчетах систем кондиционирования микроклимата, Тр.симпозиума "Строительная климатология", М., 1982, 426 с.

55. СниП 10-01-94 Система действующих нормативных документов в строительстве. Основные положения, 58с

56. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. Госстрой СССР, М., 1983, 42 с.

57. СНиП 2.04.05-86. Отопление, вентиляция и кондиционирование.Госстрой СССР, М.,1988, 52 с.

58. СНиП 2.04.05-91*. Отопление, вентиляция и кондиционирование./ Госстрой РФ. М. : ЦИТП Госстроя РФ, 1998, 64 с.

59. СНиП 2.08.01-85. Жилые здания. Госстрой СССР, М„ 1986, 64 с.

60. СНиП 2.08.01-89 "Жилые здания" М., Стройиздат, 1990

61. СНиП 2.08.02-89 "Общественные здания и сооружения". М., Стройиздат, 1990

62. СНиП 2.09.02-85 "Производственные здания" М., Стройиздат, 1986

63. СНиП 2.09.04-87 "Административные и бытовые здания" М., Стройиздат, 1988

64. СНиП 2-01-01-82. Строительная климатология и геофизика. М., Госстрой, 1985.

65. СНиП И-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции» М 1981, 42 с.

66. СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции»

67. СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника» М., ЦИТП Госстрой СССР, 1982, 45 с.

68. СНиП 11-3-79** "Строительная теплотехника", М., 1986.

69. СНиП 11-3-79*. Строительная теплотехника, М.: Стройиздат, 1998.

70. СНиП П-3-79. Строительная теплотехника. Норма проектирования. М., Стройиздат, 1972.

71. СНиП П-А.6-72. Строительная климатологии и геофизика. М., Стройиздат, 1973, 56 с.

72. СниП П-А7-71 «Строительная теплотехника. Инструкция по определению экономической эффективности капитальных вложений в строительстве» (СН 423-71) М., Стройиздат, 1972, 125 с.

73. Степанов В.С., Старикова Н.В. Оценка эффективности использования тепловой энергии в системах отопления и горячего водоснабжения./! Общие вопросы энергетики и энергоснабжения. Киев: Институт проблем энергосбережения АН УССР, 1991, с. 32-37.

74. Табунщиков Ю.А. Расчеты температурного режима помещения и требуемой мощности для его отопления или охлаждения. М., Стройиздат, 1981, 268 с.

75. Табунщиков Ю.А., Гуревич М.А., Клюшников Ф.В. Определение теплопоступлений в помещение от солнечной радиации через заполнения световых проемов, Сб. трудов НИИСФ, М., 1984, с. 14-52.

76. Табунщиков Ю.А., Хромец Д.Ю., Матросов Ю.А. Тепловая защита ограждающих конструкций зданий и сооружений, М., Стройиздат, 1985, 245 с.

77. Технические условия. Типовое решение. Металлические конструкции промышленных зданий. ЦНИИ Промзданий Госстроя СССР. М., Стройиздат, 1980, 253 с.

78. Тихомиров К.В. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. Учебник для вузов. Изд. 2-е, переработанное и дополненное М., Стройиздат, 1974, 288 с.

79. Тихомиров К.В., Сергеенко Э.С. Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция. Учебник для вузов. 4-е издание, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1991, 480 с.

80. Тихонов А.П., Самарский A.A. Уравнения математической физики,М., ВШ, 1967, 296 с.

81. Умняков П.Н. Теплоизоляция ограждающих конструкций жилых и общественных зданий. М., 1978, 382 с.

82. Умняков П.Н. Теплотехнические свойства навесных легких конструкций. М., 1970, 152 с.

83. Уонг.Х. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров М., Атомиздат, 1979, 185 с.

84. Усиление теплозащиты стен и покрытий эксплуатируемых зданий. Материалы для проектирования. Шифр М 25. 1/96/96с А.О. ЦНИИПромзданий М 1996.

85. Ушков Ф.В. Теплотехнические свойства крупнопанельных стен. Госстройиздат, 1956, 238 с.

86. Ферт А.Р., Ципенюк А. Л. "Типичный год" для моделирования эксплуатационных режимов систем гелиотеплохладоснабжения, Гелио-техника, 3, 1983, 125 с.

87. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. М., Стройиздат, 1973, 287 с.

88. Хлевчук В.Р., Артыкпаев Е.А. Теплотехнические и звукоизоляционные качества ограждений домов повышенной этажности. М., Стройиздат, 1979, 144 с.

89. Хромец Ю.Н. Промышленные здания из легких конструкций. М,, Стройиздат, 1978, 176 с.

90. Хромец Ю.Н. Совершенствование объемно-планировочных и конструктивных решений промышленных зданий. М., Стройиздат, 1986, 314 с. ил.

91. Хромец Ю.Н., Афанасьева A.B. Методы определения рациональной теплоизоляции наружных стен зданий./ Московский институт коммунального118хозяйства и строительства, -М, 2002. -8с.: -Деп. в ВИНИТИ 31.01.2002 № 196-В2002.

92. Хромец Ю.Н., Афанасьева A.B., Афанасьев A.B., Пичугин А.Г. Использование метода «респонс фактор» при расчете теплового режима зданий./ Московский институт коммунального хозяйства и строительства, -М, 2001. -6с.: -Деп. в ВИНИТИ 17.12.2001 № 2601-В2001.

93. Шкловер А.М., Васильев Б.Ф., Ушков Ф.В. Основы строительной теплотехники жилых и общественных зданий, М., Стройиздат, 1956., 442 с

94. Эккерт Э.Р., Дрейк P.M. Теория тепло- и массообмена. Госэнергоиздат, 1961, 362 с.

95. Экономия энергии при застройке городов. Под ред. Р. Кортни. М.: Стройиздат, 1983,221 с.

96. Frangondakis A., Konig N."Die numerische Simulation als Ergänzung warmetechnischer Experimente", Haustechnik Bauphysik Umwelttechnik, 1982, N 6, S / 26-29/.