автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Разработка систем динамического микроклимата и создание на их основе энергосберегающих режимов работы оборудования

На правах рукописи

Гаранин Алексей Валентинович

РАЗРАБОТКА СИСТЕМ ДИНАМИЧЕСКОГО МИКРОКЛИМАТА И СОЗДАНИЕ НА ИХ ОСНОВЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность: 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 4 0КТ?010

Иваново-2010

004610506

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина»

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Пыжов Валерий Константинович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Шелгинский Александр Яковлевич

кандидат технических наук, доцент Крупнов Евгений Иванович

Ведущая организация: ООО НТЦ «Промышленная энергетика»

г. Иваново

Защита состоится 22 С/иТ1А£)рЯ 2010г. в// ~~чажъ на заседании диссертационного совета Д 212.064.01 в ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина» по адресу: 153003, г.Иваново, ул. Рабфаковская 34, аудитория Б-237

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу. 153003, г. Иваново, ул. Рабфаковская 34, Учёный совет ИГЭУ.

Тел. (4932) 38-57-12, факс (4932) 38-57-01. e-mail: uch_sovet@ispu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», с авторефератом - на сайте ИГЭУ www.ispu.ru

Автореферат разослан " сентября 201 Ог.

Учёный секретарь диссертационного совета

А.В. Мошкарин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В промышленном производстве с монотонным и напряжённым характером работы стабильные параметры микроклимата повышают утомляемость персонала и отрицательно сказываются на производительности труда. Одним из наиболее эффективных методов борьбы с данной проблемой является создание динамически меняющихся наиболее важных параметров микроклимата (температуры, относительной влажности) в рабочей зоне производственного помещения. Комплекс параметров воздуха в рабочей зоне, под воздействием которых средневзвешенная температура кожи человека совершает периодические отклонения от оптимальных значений с определённой частотой, называется динамическим микроклиматом. При этом остальные показатели теплового состояния человека остаются на уровне, соответствующем гигиеническим рекомендациям. Как показали эксперименты в НИИ охраны труда в Санкт-Петербурге изменение условий теплоотдачи человека, занятого лёгкой монотонной работой, при динамическом микроклимате повышает психофизиологическую активность и работоспособность за счёт возбуждения центральной нервной системы.

Для создания рассмотренных параметров воздуха в помещении необходимо использовать систему кондиционирования динамического микроклимата (СКДМ). Такая система должна подавать в помещение воздух с параметрами, которые непрерывно меняются во времени, при этом температура и влажность воздуха в рабочей зоне должны устанавливаться в соответствии с заданным законом.

Поддержание заданных параметров микроклимата, определение характеристик приточного воздуха и нагрузок на СКДМ представляет собой довольно сложную научную и техническую задачу. На промышленное здание воздействует множество тепловых потоков, непрерывно меняющихся во времени: наружный климат; солнечная радиация; тепловые потоки, проходящие через ограждающие конструкции здания; тепловой поток, вносимый инфильтрацион-ным воздухом; выделения теплоты от различного оборудования, установленного в здании; тепловой поток от освещения, людей и т.д. Для решения поставленной задачи необходимо создание математической модели климатического режима промышленного здания, учитывающей все перечисленные тепловые воздействия. Модель должна учитывать кроме того изменение температуры и влажности внутреннего воздуха по высоте и быть применимой как для одноэтажных, так и многоэтажных зданий с помещениями различного назначения.

Часто промышленные объекты с повышенными требованиями к микроклимату потребляют необоснованно большое количество энергии. Применение моделирования для конкретного промышленного объекта дает возможность предложить оптимальные режимы работы системы поддержания микроклимата и разработать комплекс энергосберегающих мероприятий.

С использованием действующих нормативных документов по проектированию теплозащиты зданий можно определять все перечисленные тепловые воздействия только для расчётных параметров наружного и внутреннего воздуха. Они не позволяют находить количество энергии, аккумулируемое ограж-

дающими конструкциями при меняющихся внутренних и внешних условиях. Аккумуляция энергии может быть значительной и пренебрежение ей искажает реальное энергопотребление.

Математическое описание состояния объекта в любой момент времени позволит определить, когда и на какую мощность необходимо включать СКДМ для создания динамического микроклимата, дает возможность выбрать оборудование СКДМ и способ регулирования его загрузки, а так же предложить мероприятия, направленные на снижение количества потребляемой энергии.

Моделирование и разработка систем динамического микроклимата и создание на их основе энергосберегающих режимов работы оборудования является актуальной научной и технической задачей. Решению этой задачи посвящена данная работа, практическое приложение которой осуществлено на одном из технологических производств машиностроительного завода ОАО «МКБ «Факел» (г. Химки Московской обл.).

Объект исследования. Системы динамического микроклимата для различных помещений.

Предмет исследования. Нестационарные тепловлажностные процессы в ограждающих конструкциях и помещениях зданий различного назначения.

Цель работы. Создание модели динамического микроклимата в промышленном здании, учитывающей многочисленные воздействия на это здание, и предусматривающей возможность разработки комплекса энергосберегающих мероприятий.

В данной работе решаются следующие задачи:

- анализ методов расчёта параметров динамического микроклимата и существующих математических моделей климатического режима здания;

- разработка математической модели динамического микроклимата промышленного здания, связанной с ней модели нестационарных тепловых процессов в многослойных ограждающих конструкциях и алгоритма учёта изменения температуры по высоте помещения;

- реализация модели динамического микроклимата на ЭВМ;

- проверка адекватности модели динамического микроклимата на действующем промышленном здании;

- расчёт переменной нагрузки на систему кондиционирования, необходимой для создания динамического микроклимата;

- расчёт, с учётом нестационарности тепловых процессов, потребностей в энергии, затрачиваемой на поддержание микроклимата, при внедрении энергосберегающих мероприятий: теплоизоляция ограждений, рекуперация теплоты и рециркуляция воздуха;

- разработка рекомендаций по подбору элементов системы кондиционирования для создания динамического микроклимата, учитывающих нестационарность тепловых процессов.

Методы исследования. Теоретические методы исследования основываются на системе уравнений тепловых балансов, в которую входят дифференциальное уравнение теплопроводности и интегральные выражения для определе-

ния тепловых потоков. Решение системы базируется на методе конечных разностей с применением неявной разностной схемы Кранка-Николсона и метода итераций.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается соответствием исходных математических уравнений и физических допущений поставленным задачам исследования; обеспечивается применением фундаментальных положений теплопроводности, термодинамики и теплопередачи, обоснованностью выбора математической модели и проверкой её адекватности, полнотой обзора литературных данных, сходством полученных результатов с результатами других исследователей и данными компьютерного моделирования.

Обоснование соответствия диссертации паспорту научной специальности 05.14.04 - «Промышленная теплоэнергетика» Соответствие диссертации формуле специальности В соответствии с формулой специальности 05.14.04 - «Промышленная теплоэнергетика», объединяющей исследования по совершенствованию промышленных теплоэнергетических систем, по разработке и созданию нового и наиболее совершенного теплотехнического и теплового технологического оборудования, в диссертационном исследовании разработаны математические модели нестационарности процесса передачи теплоты через многослойную твёрдую стенку, динамического микроклимата промышленного здания и численные методы их решения, позволяющие определить зависимость нагрузки на систему кондиционирования при создании динамического микроклимата и расход энергии промышленным зданием в случае применения энергосберегающих мероприятий (тепловая изоляция различной толщины, рекуперация воздуха, рециркуляция воздуха) от времени. Такие модели позволяют знать, когда и на какую мощность необходимо включать СКДМ для создания динамического микроклимата, дают возможность выбрать оборудование СКДМ и способ регулирования его загрузки, а так же предложить мероприятия, направленные на снижение количества потребляемой энергии.

Соответствие диссертации области исследования специальности Отражённые в диссертации научные положения соответствуют области исследования специальности 05.14.04 - «Промышленная теплоэнергетика»: поиск структур и принципов действия теплотехнического оборудования, которые обеспечивают сбережение энергетических ресурсов, уменьшение энергетических затрат на единицу продукции, сбережение материальных ресурсов, направляемых на изготовление теплопередающего и теплоиспользующего оборудования, защиту окружающей среды.

Пункту 1 «Разработка научных основ сбережения энергетических ресурсов в промышленных теплоэнергетических устройствах и использующих тепло системах и установках» соответствует следующий результат диссертации, отражённый в поставленных задачах и имеющий научную новизну.

Математическая модель динамического микроклимата промышленного здания, предложенная Гараниным A.B. на основании численного решения дифференциального уравнения теплопроводности и сопряжённой задачи внешнего

и внутреннего теплообмена, в отличии от существующих моделей климатического режима зданий, позволяет учесть нестационарные тепловые процессы в многослойных ограждающих конструкциях зданий и определить расход энергии, необходимой для создания заданных динамических параметров воздуха в рабочей зоне. Модель позволяет учесть эффект от применения энергосберегающих мероприятий (тепловая изоляция различной толщины и расположения, рециркуляция воздуха, рекуперация теплоты). Модель состоит из трёх взаимосвязанных процессов: расчёт нестационарной передачи теплоты через многослойную стенку, решение сопряжённой задачи внутреннего и внешнего теплообмена в системе «наружный воздух - ограждающие конструкции - внутренний воздух», позонного определения внутренних температур и тепловыделений с целью учёта изменения температуры воздуха по высоте помещения.

Научная новизна

1. Разработаны алгоритмы и составлены математические модели, учитывающие внешние и внутренние воздействия на здание:

- нестационарные процессы передачи теплоты через многослойные ограждающие конструкции, что позволяет учесть их аккумулирующую способность;

- потери теплоты через разноудаленные от наружных стен участки пола с применением понятия «эквивалентной толщины грунта»;

- изменение параметров воздуха по высоте помещения;

- этажность здания с помещениями различного функционального назначения;

- математическая модель параметров наружного климата (температуры, относительной влажности, солнечной радиации).

2. Выполнено моделирование теплоустойчивости трехслойной ограждающей конструкции, позволяющее определить температуры и тепловые потоки в ограждении в любой момент времени за установленный цикл его эксплуатации.

3. Впервые рассчитаны параметры допустимого динамического микроклимата и приточного воздуха для промышленного здания, определены расходы энергии для поддержания требуемых параметров в годовом цикле эксплуатации здания.

Практическая значимость работы.

1. Предложена математическая модель, динамического микроклимата промышленного здания, дающая возможность рассчитать график нагрузки на систему кондиционирования с учётом динамического режима эксплуатации здания.

2. Разработан алгоритм реализации математической модели динамического микроклимата на ЭВМ.

3. С помощью разработанной модели выполнены численные эксперименты по определению энергопотребления промышленным зданием в зависимости от различных факторов, определяющих микроклимат и энергозатраты на его создание.

4. Разработанная математическая модель реализована в виде программного комплекса, предназначенного для автоматического управления системами кондиционирован™ воздуха.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы в виде компьютерных программ моделирования динамического микроклимата для годового цикла эксплуатации промышленного здания используются в ОАО «МКБ «Факел» для расчёта годовых потребностей зданий в энергии и выбора наиболее эффективных энергосберегающих мероприятий с учётом обеспечения требуемых параметров воздуха в рабочей зоне. Программный комплекс передан для проведения энергетического аудита и проектирования в ООО «НТЦ «Промышленная энергетика» и используется в учебном процессе на кафедре «Промышленная теплоэнергетика» при подготовке инженеров по специальности 140104 - «Промышленная теплоэнергетика» и 14010б - «Энергообеспечение предприятий».

Личный вклад автора_в получении результатов исследования состоит:

1. В разработке модели динамического микроклимата и отдельных алгоритмов, характеризующих внешние и внутренние воздействия на здание.

2. В проведении физического эксперимента по проверке адекватности разработанной математической модели.

3. В выполнении вычислительных экспериментов по исследованию тепловых процессов в многослойных ограждающих конструкциях и определении затрат энергии промышленным зданием при динамическом режиме его эксплуатации.

4. В расчёте с использованием математической модели нагрузок на систему кондиционирования для создания динамического микроклимата в промышленном здании.

На защиту выносятся:

1. Математическая модель динамического микроклимата промышленного здания и отдельные алгоритмы, характеризующие внешние и внутренние воздействия на это здание.

2. Результаты проверки адекватности разработанной модели.

3. Результаты численных экспериментов по исследованию тепловых процессов в многослойных ограждающих конструкциях.

4. Результаты моделирования динамического микроклимата в здании и предложенные энергосберегающие мероприятия.

Апробация работы:

Основные положения диссертации, результаты теоретических и расчётных исследований и проверки адекватности разработанной математической модели докладывались и обсуждались на Региональной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Теплоэнергетика» - г.Иваново 2006 г., представлены на Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития энерготехнологии» (XIV Бенардосовские чтения) -г. Иваново 2007 г., а так же на региональной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Энергия-2009» - г.Иваново 2009 г., на Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития

электротехнологии» (XV Бенардосовские чтения) - г.Иваново 2009 г, на пятой региональной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Энергия-2010» - г.Иваново 2010 г. и на заседаниях кафедры ПТЭ Ивановского энергетического университета - г.Иваново 2010 г. и ТМПУ Московского энергетического института (технического университета) - г.Москва 2010 г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 9-ти печатных работах.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, основных выводов и содержит 209 страниц, 71 рисунок, 15 таблиц, список использованной литературы из 103 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована её цель, указаны научная новизна, практическая ценность и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен обзор работ посвященных созданию и исследованию динамического микроклимата (ДМ), проанализировано современное состояние проблемы математического моделирования теплового и влажностного режима здания, выполнен обзор существующих энергосберегающих мероприятий, применяемых для промышленных зданий.

Теория расчёта параметров ДМ и оценки теплового состояния человека создана трудами Л.В. Павлухина, Ю.Н. Хомутецкого, В.В. Ловцова, П.О. Фан-гера, Л. Банхиди. ДМ делится на «оптимальный» и «допустимый». В рассматриваемом производственном здании целесообразно создать допустимый ДМ, параметры которого рассчитываются исходя из периодического отклонения средневзвешенной температуры кожи (1±0,3) °С. В настоящее время для расчёта годового цикла эксплуатации здания с ДМ известны только алгоритмы решения отдельных задач:

1. Линеаризованная математическая модель помещения. Зависимость изменения температуры регулируемого объёма воздуха записывается линейным дифференциальным уравнением первого порядка.

2. Модель на базе теории регулярного процесса. Зависимость изменения температуры внутреннего воздуха от времени можно описать переходной функцией апериодического звена первого порядка.

3. Модель теплового режима здания как единой теплоэнергетической системы.

4. Модель, построенная на уравнениях тепловых балансов. Состоит из нескольких подчинённых моделей, каждая из которых описывает отдельный тепловой поток с помощью уравнения теплового баланса.

5. Модель на базе теории систем автоматического регулирования. Для каждого элемента системы кондиционирования определяется передаточная функция.

6. Подход на основе ячеечных моделей и связанным с ними математическим аппаратом теории цепей Маркова.

7. Математическая модель теплового режима здания с пассивной системой солнечного теплоснабжения. Модель предполагает использование аккумулятора теплоты (массивная стена) и построена на уравнениях теплового баланса каждого элемента, входящего в конструкцию пассивной системы теплоснабжения.

8. Расчёт воздухообмена с применением «коэффициента эффективности».

Некоторые модели просты для реализации: линеаризованная (1), на базе теории САР (5), ячеечная (б), но не учитывают многих факторов, воздействующих на здание и (или) конструктивных особенностей здания. Это снижает точность моделирования. Другие модели учитывают слишком большое количество воздействий, что значительно усложняет моделирование.

Таким образом для определения расходов энергии промышленным зданием в динамическом режиме его эксплуатации необходимо разработать математическую модель теплового и влажностного режима, подходящую для моделирования ДМ и учитывающую все основные факторы, воздействующие на здание. При этом модель должна легко реализовываться на ЭВМ.

Во второй главе сформулированы требования, предъявляемые к математической модели динамического микроклимата. Разработана математическая модель динамического микроклимата промышленного здания.

Модель учитывает следующие тепловые потоки:

1. Тепловой поток через заполнение светового проёма. Учитываются потоки от перепада температур и от солнечной радиации.

2. Тепловые потоки, проходящие через многослойные стены и покрытие, определяются одномерным дифференциальным уравнением теплопроводности

0>

т ох

где а - коэффициент температуропроводности, м2/с; х - текущая координата, м; т - время, с; ^ - температура ограждения на расстоянии х в момент времени т, °С.

Для 1-го слоя, контактирующего с наружным воздухом, граничные условия будут соответствовать граничным условиям третьего рода

= - + , (2) ОХ Ад Дф

где а0- коэффициент конвективного теплообмена на наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2К); 1в ,(т) - интенсивность солнечной радиации на вертикальную (для стен) и горизонтальную (для покрытия) поверхности, Вт/м2; рсолн - коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности ограждающей конструкции; Х<> - коэффициент теплопроводности наружного слоя ограждающей конструкции, Вт/(м К); ^щ.сг-температура на наружной поверхности наружного слоя ограждающей конструкции, °С.

Граничные условия 4-го рода в плоскости контакта слоёв:

= = (3)

5х0 Зх, Эх, Зх2

^(п),0 = 1(0),1' 1(п),1 = ^(0),2' (4)

где 1(п)0; !; ^п) ,; 2 - соответственно температуры ограждений на внутренней поверхности наружного (нулевого) слоя; на наружной поверхности первого слоя; на внутренней поверхности первого слоя; на наружной поверхности внутреннего (второго) слоя, °С; ?<ь >-ь >-2, X], х2- соответственно коэффициенты теплопроводности, Вт/(мК), и толщины, м, слоев ограждений

Граничное условие для 2-ого слоя с внутренней стороны здания

где а2 - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2К),

Начальные условия для уравнения (1) определяются заданными в начальный момент законами распределения температуры в каждом слое:

1о(х,0) = е1(х); 1,(х,0) = 22(х); 12(х,0^3(х). (6)

Система уравнений (1)-(6) записывается для всех ограждающих элементов и решается методом конечных разностей. В результате решения находится распределение температур в ограждающих конструкциях здания в любой момент времени.

Вводится разностная сетка и непрерывные функции температур рассматриваются в заданные к-е моменты времени. Интервал между к-м и (к+1)-м моментами времени в течение всего расчёта постоянен и равен Дт. Шаг по координате так же постоянен и равен Дх.

При решении системы уравнений (1)-(6) исследованы три разностные схемы (явная, неявная и шеститочечная), которые решались методом прогонки. Наиболее точные результаты получены при использовании 6-ти точечной разностной схемы.

Разностный аналог граничного условия со стороны наружного воздуха

• + (1 + Т0 • (1 + ь0))• = Г0 • 1(к1)>0 + (1-Г0 .(1 + Ь0))- 1(к0)0 +

-^о • Ь0 • £ + Г0 ■ Ь0 • + ДтРс°™'Г°5» • (^ + 1к+1) (7)

с • р•Дх \ '

Разностная схема для внутренних точек слоя

= 0,5 • ¡о • + (1 - • ^ + 0,5 • ^• Разностный аналог граничного условия на стыке слоев 0 и 1 ^о (0.5^„_1>>0 + 0,51^)0 - 0,5^0)1 - 0,51^') =

■(о,51(к0)1+0,51(к0+)'1-0,51(к1)1 -0,51$) Разностный аналог граничного условия на стыке слоёв 1 и 2

(8)

^•(0,51^ + 0,51^^-0,5^-0,5^)= ^

= -Х2 -(0,5^ +0,51^2 -0,5^2 -0,5^2)

Разностный аналог граничного условия со стороны внутреннего воздуха

+(1 - ь • О + ь2)) • 1(кп),2+{2 • ь2 ■ ^ • ь2 • е1

где {¡, - критерии Фурье для каждого слоя ограждающей конструкции, Ь0, Ь2 - критерии Био для внешних слоёв.

Удельный тепловой поток от ограждающих конструкций в помещение, Чстер! >Вт/м2, определяется интегральным выражением уравнения (5).

Разработанная модель теплопередачи была проверена на частном примере трёхслойной стенки с различными вариантами расположения слоя тепловой изоляции относительно других слоёв в расчёте годового цикла эксплуатации здания. Наиболее эффективным оказался вариант расположения слоя изоляции

ция со стороны наружного воздуха):

I- температура наружного воздуха; 2 - температура на наружной поверхности конструкции; 3 - температура на стыке между слоями 0 и 1; 4 - температура на стыке между слоями 1 и 2; 5 - температура на внутренней поверхности конструкции.

3. Теплопотери через пол.

По используемым в инженерной практике значениям надбавок к термическим сопротивлениям зон пола, находится полиномиальная зависимость 4-й степени, учитывающая удаление расчётных зон от наружных стен. При этом сложно направленные тепловые потоки, проходящие через слои грунта разной толщины, приводятся к модели, которую можно описать одномерным дифференциальным уравнением теплопроводности.

4. Потоки теплоты, вносимые инфильтрационным воздухом. Учитывается разница энтальпий внутреннего и фильтрующегося воздуха.

5. Тепловой поток, вносимый приточным воздухом. Определяется из уравнения теплового баланса здания с проверкой температуры приточного воздуха на соответствие условиям комфортности

6. Тепловой поток, возникающий в результате организованного удаления воздуха из помещения. В данном случае из помещения удаляется воздух в количестве Ьуд, м3/с, а наружный воздух в количестве ЬуД-Ьпр, м3/с, с энтальпией 11„, кДж/кг, поступает через неплотности ограждений.

7. Тепловой поток от работающего и не работающего оборудования разделён на две части: «активную» - поток от оборудования, выделяющее потоки теплоты и вещества и «пассивную» - это мебель, колонны, массы станка, продукция и т.д. Для «активного» оборудования количество тепловыделений задаётся законом изменения мощности во времени. Для учёта «пассивной» части оборудования принято, что на интервале времени Дт тепловой поток постоянен:

С^ М6Л^ (12)

Дт

где С^ и М0б - соответственно удельная теплоёмкость оборудования, Дж/(кгК), и масса оборудования, кг;Д1о6- изменение температуры «пассивного» оборудования за время Дт.

Закон изменения температуры «пассивного» оборудования принят в виде

*о6 (*) = (*об нач - *у«)е"к-"Т + 1усл. (13)

где Ьов „ач - начальное значение температуры оборудования, °С; 1:усл - условная температура помещения,°С; к0б - постоянная времени оборудования, 1/ч.

8. Тепловые потоки от освещения и от людей учитывается только в рабочее время суток.

9. Тепловой поток, идущий на нагрев (охлаждение) внутреннего воздуха. Внутренний воздух, в количестве Ув, м3, с плотностью ра, кг/м3, под действием

тепловых потоков изменяет энтальпию от до Ь'4', кДж/кг, за время Дт, с,

_увРв(ьвк-^+1)ю3

< внутр. воздуха

Дт

(14)

Влагосодержание внутреннего воздуха хв+1, кг/кг определяется из уравнения смешения инфильтрационного, приточного, удаляемого воздуха и внутреннего воздуха начального состояния, и баланса помещения по влаге Д\У, кг/с.

10. Тепловой поток, отдаваемый приточному воздуху в рекуператоре.

Энтальпия наружного воздуха на выходе из рекуператора

т1ЧДР»(Мт)-1УР(т)) К

где 11 нл, Ь„ Ьух - соответственно энтальпии воздуха, кДж/кг наружного на входе и выходе из рекуператора и удаляемого на входе в рекуператор; г) - КПД рекуператора; Ь„_р - энтальпия внутреннего воздуха на выходе из рекуператора, кДж/кг, определяется исходя из обеспечения «незамерзания» рекуператора.

Ьи_р(т) = Ья(т) + уд в V у* (] 5)

11. У чёт влияния наружного климата.

Зависимости температуры и относительной влажности наружного воздуха от времени для каждых суток аппроксимированы по статистическим данным полиномами третьей степени, а плотности потока солнечной радиации, 1вг(т), Вт/м2 - двумя полиномами второй степени.

Все представленные тепловые потоки, изменяются во времени и образуют сопряжённую задачу сложного теплообмена в помещении. Под её решением понимается нахождение в каждый расчётный (к+1)-й момент времени всех температур системы «наружный воздух-ограждающие конструкции-внутренний воздух». Для этого календарный год разбивается на отрезки времени длиной Дт. Результаты расчёта на предыдущем (к-ом) моменте времени на каждом шаге расчёта принимаются за начальное условие для следующего (к+1 - го) момента времени. Замыкающим является уравнение сохранения энергии.

1^ = 0. (16) ах

В заключении определяются основные показатели СКВ: тепловая мощность, подаваемая системой кондиционирования в здание и тепловая (холодильная) мощность, потребляемая СКВ, а также годовые расходы энергии.

Разработанная модель применима как для одноэтажных, так и для многоэтажных зданий. Применение модели к многоэтажным зданиям осуществляется составлением отдельного теплового баланса для каждого помещения, где за температуру наружного воздуха принимается температура соседнего помещения.

Для учёта изменения температуры воздуха по высоте, помещение разделено на ш равных зон. Верхняя зона имеет №1, нижняя - №га. Температуры зон в к+1—й момент времени имеют значения 1,к+|, 1тк+1. Тепловые потоки в зоне учитываются только от предметов, находящихся в ней.

Для каждой зоны записываются уравнения теплового баланса для (к+1)-го момента времени. Напрмер, для 1-й зоны оно имеет вид:

стЛст(В) _А+1\дВ сгЛст(С)к+1_А+ЛдС , ст

Лст(Ю)к+1 Д+1\.Ю , г,стЛст(3)к+1 Д+1\дЗ , покрЛпокрк+1 ,к+1\

Ч.А /ик+1 Д+1, „к+1 [ .к+1\\| ,лак+|

хАпокр+^1Аст_1(Ьн С»-Хв (Гв.п+Св.п*1 +(?о6.

собм0

{к _| {к +ал{окр

'об ■

а. +а„

„ .к+1 +а

Дт

-"-5- + ('пр! ~ )^ПрРвСв +

Дт

+ (^+,-1Г')ЬпрРасв = 0

где >|1+1 - температура внутренней поверхности стены, индекс в скобках соответствует ориентации стены по сторонам горизонта, °С; А1® 1-площадь стены в зоне 1, м"; а"- коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности стен, кВт/(м2 К); расход инфильтрационного воздуха через стены 1-й зоны, кг/с; Ьд+1- энтальпия наружного воздуха, кДж/кг; хв+1- влагосо-держание внутреннего воздуха, кг/кг; свп - изобарная удельная теплоемкость водяного пара, с,п =1,9 кДж/(кгК); г, „ - удельная теплота парообразования при О °С, г=2500 кДж/кг; О^,1 - мощность «активного» оборудования, расположенного в 1-й зоне, кВт; Соб- теплоёмкость пассивного оборудования, кДж/(кг-К); Мо61- масса оборудования расположенного в 1-й зоне, кг; температура пассивного оборудования,°С; ^ - температура окружения, °С;ак, ал - конвективный и приведённый к конвективному виду, лучистый коэффициенты теплоотдачи от оборудования к воздуху, кВт/(м2 К); - постоянная времени для оборудования; (З^1, - мощность освещения, Вт;Ув - объём зоны по внутреннему обмеру, м3; Ь]1- энтальпия воздуха 1-й зоны в к-й момент времени, кДж/кг; - температура приточного воздуха на уровне середины высоты первой зоны, "С.

Полученные балансовые соотношения для каждой зоны образуют систему уравнений, которая решается следующими способами:

1. Задана температура внутреннего воздуха в каждой зоне (ъ).

Методом подстановки температур в вышеприведённые уравнения находятся температуры приточного воздуха (Ц,), нагрузки на систему кондиционирования в каждой зоне (С2скв ¡) и суммарная нагрузка на систему кондиционирования рскв. Температура на внутренней поверхности ограждающих конструкций находится решением дифференциального уравнения теплопроводности.

2. Задана суммарная нагрузка на систему кондиционирования <3СКВ.

Задаются температурой воздуха в 1-й зоне (^зад). Из уравнения (18) находится температура приточного воздуха (^ ,). Далее находится температура внутреннего воздуха в нижней зоне (^ из выражения

Оскв=(*пр_о-»ш)ьпррвсв, (20)

где 1пр 0 - из выражений затухания температуры приточных струй.

В третьей главе разработанная и реализованная на ЭВМ математическая модель была проверена на действующем промышленном здании.

В качестве объекта, на котором была проверена модель динамического микроклимата, выбран один из корпусов машиностроительного завода ОАО «МКБ «Факел», находящегося в г.Химки Московской области. Данный корпус представляет собой одноэтажное здание цеха. Стены корпуса выполнены из глиняного кирпича на цементном растворе. Толщина стен 380 мм. Окна двой-

ные в раздельных деревянных переплётах. Перекрытие выполнено из железобетонных пустотных плит толщиной 220 мм. В качестве теплоизоляционного материала покрытия применён пенобетон толщиной 100 мм плотностью 600 кг/м3. Гидроизоляционный материал покрытия - 3 слоя рубероида на битумной мастике. Объём здания по внутреннему обмеру составляет 58778 м3.

Изменения фактической средней температуры внутреннего воздуха, полученной путём замеров в нескольких точках корпуса, и температуры внутреннего воздуха, полученной в процессе моделирования, показаны на рис. 2

Динамика изменения температуры, полученная в результате расчёта, совпадает с замеренной, т.е. максимумы и минимумы рассчитанной зависимости наблюдаются в те же моменты времени, что и у замеренной зависимости. Абсолютные значения температур отличаются друг от друга не более чем на 1,5 °С. Правильность задания граничного условия на поверхностях ограждающих конструкций проверена тепловизионной съёмкой. Показания тепловизора пересчитаны с использованием степени черноты стен (е) зависимости между термодинамической (Т) и радиационной (Тр) температурами.

время, час

Рнс.2. Изменение средней температуры внутреннего воздуха:

- Фактическое изменение средней температуры внутреннего воздуха

— Изменение температуры внутреннего воздуха (результат моделирования) Сравнение замеров и расчетов температур дано на рис. 3 и в табл. 1.

Таблица 1. Сравните рассчитанных температур и данных тепловизора

Ориентация стены по сторонам горизонта Восток Запад Север Юг

Температура, замеренная с помощью тепловизора, "С 6 6 5 9

Температура, рассчитанная с помощью модели динамического микроклимата, °С 1.1 0,2 -0,3 3,5

Относительная погрешность измерений, % 1,7 2,1 1,9 1,9

1 „„ро »«И 1 л

1 /' \ Л 1

¡А л p.. • \ • \ I

; \ i 1 j ; i 1 i Ь<уЛ •NV s

\ • 1 ! 'ft ■N

И к И s

1

^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ «5s .s/" ^

^ ' ^-¡^ si^ ^ ^

Рис. 3. Изменения температур наружных поверхностей стен во времени (расчёт):

- температура на наружной поверхности северной стены

------- температура на наружной поверхности восточной стены

---------- температура на наружной поверхности южной стены

-....... температура на наружной поверхности западной стены

В четвёртой главе выполнено численное моделирование годового цикла эксплуатации промышленного здания с учётом создания в нём динамического микроклимата и реализации различных энергосберегающих мероприятий.

Технологические процессы, проходящие в здании, не позволяют снижать температуру внутреннего воздуха ниже 18 °С в любое время суток. Кроме того в рабочее время желательно повышение температуры на (3-4) °С.

Сравнение основных показателей эффективности всех вариантов моделирования представлено в табл. 2. За базовый взят вариант расчёта, учитывающий инфильтрацию и поддерживающий в нерабочее время температуру внутреннего воздуха 18 °С, а в рабочее 21°С. Теплозащита здания принята в соответствии с проектом. По отношению к этому варианту определены затраты теплоты и холода в % остальных вариантов моделирования.

Рассмотренное здание имеет большую площадь остекления и как следствие большие потери теплоты на нагрев инфильтрационного воздуха (49,6 % -из сопоставления годовых теплопотерь здания при наличии и отсутствии инфильтрации). Это снижает эффект применения части энергосберегающих мероприятий, в первую очередь установку тепловой изоляции на наружных стенах.

Таблица 2. Основные показатели эффективности вариантов модели рования

№ и краткая характеристика варианта Годовые затраты теплоты СКВ, ГДж/год (% к базовому варианту) Годовые затраты холода СКВ, ГДж/год (% к базовому варианту)

1. Отсутствие инфильтрации. 49534 (96,2) 3141 (93,8)

2. Наличие инфильтрации. (Базовый вариант). 51486(100) 3347(100)

3. Наличие инфильтрации, теплоизоляция стен с внутренней поверхности пенополистеролом 5=50мм, 51105 (99,3) 3293 (98,4)

4. Наличие инфильтрации, теплоизоляция стен с наружной поверхности пенополистеролом 8=50мм 51105(99,3) 3293 (98,4)

продолжение таблицы 2.

№ и краткая характеристика варианта Годовые затраты теплоты СКВ, ГДж/год (% к базовому варианту) Годовые затраты холода СКВ, ГДж/год (% к зазовому варианту)

5. Наличие инфильтрации, теплоизоляция стен с наружной поверхности пенополистеролом 8= 100мм 50983 (99,0) 3285 (98,1)

6. Наличие инфильтрации, рециркуляция внутреннего воздуха (п=95%) 5309(10,3) 1571 (46,9)

7. Наличие инфильтрации, применение пластинчатого рекуператора 42868 (83,3) 3344 (99,9)

8. Наличие инфильтрации, теплоизоляция стен с наружной поверхности пенополистеролом 5=50мм, рециркуляция внутреннего воздуха (п=95%) 4898 (9,5) 1550(46,3)

9. Наличие инфильтрации, создание динамического микроклимата. 51583 (100,2) 3590 (107,3)

Самый эффективный вариант из всех рассмотренных - это применение рециркуляции. Однако она не всегда может быть разрешена. В таком случае на первое место по эффективности встаёт рекуперация теплоты (рис. 4).

Максимум эффективности составил 0,35 и достигался при температурах наружного воздуха около минус 5 °С. Однако, при температурах наружного воздуха ниже минус 8 °С возникает опасность замерзания поверхности нагрева со стороны выхода внутреннего воздуха. При наружной температуре выше плюс 5 °С происходит падение температурного напора в рекуператоре, и эффективность становится менее 0,1.

В случае создания динамического микроклимата (9-й вариант) закон изменения температуры внутреннего воздуха представляет собой гармонические колебания с амплитудой 3,2 °С и частотой 4,8 1/ч. Верхняя граница колебаний 24,32 °С; нижняя 18,0 °С. В этом случае скорость изменения температуры внутреннего воздуха составляет 9,5 °С/ч, что больше минимально допустимого значения (4 °С/ч).

По требованиям технологического процесса в не рабочее время температура принималась равной 18 °С. Закон изменения температуры внутреннего воздуха для создания допустимого динамического микроклимата представлен на рис. 5. В период наибольших холодов (минус 28 °С и ниже) внутренний воздух успевал прогреться чуть выше 16 "С, и заданная динамика изменения температуры не выдерживалась из-за нехватки тепловой энергии. В остальные дни заданный закон был выдержан. На поддержание такого климата потребовались

Рис. 4. Изменение эффективности рекуператора:

----температура наружного воздуха

- эффективность рекуператора

дополнительные затраты теплоты (0,2 %), и холода 7,3 %. На рис.5 и 6, в качестве примера, представлено изменение температуры внутреннего воздуха при создании динамического микроклимата и соответствующий ему график изме-

1311Ц 1II

Ш

- N1 ¡1 I

У ||||| /

II !!

Ш

ш ш 8.00 нов !ш о.оо мо ¡а 1:.оо шит;» Время, мая

ОШвЛЭ 0°ЛШ0 100.ЧЛ0 1001 1001Г+1 1101100

Вр»!Л ДМ*. М»С. Ч.

Рис. 5. Заданный закон изменения темпера- Рис. 6. Количество теплоты, подаваемое в туры внутреннего воздуха при организации ДМ помещение при создании ДМ

нения нагрузки на СКДМ за период, равный двум суткам. Очевидно, что система кондиционирования работает в резкопеременном режиме и регулирование нагрузки возможно только изменением температуры теплоносителя.

Выводы и основные результаты работы

1. Разработана математическая модель динамического микроклимата промышленного здания, учитывающая:

- воздействия наружного климата (температуру и относительную влажность наружного воздуха, солнечную радиацию);

- аккумуляцию теплоты многослойными ограждающими конструкциями, моделированием температурного поля при помощи численного решения дифференциального уравнения теплопроводности;

- изменение температуры воздуха по высоте помещения и может быть применима для многоэтажных зданий;

- эффективность применяемых энергосберегающих мероприятий: рециркуляция воздуха из рабочей зоны, установка пластинчатого рекуператора, изменение толщины и типа ограждающих конструкций;

- возможность управления системами кондиционирования промышленных зданий. В качестве управляющего воздействия используются данные о нагрузке на СКВ и потреблении тепла (холода) СКВ.

2. Решена сопряженная задача внешнего и внутреннего теплообмена в промышленном здании, устанавливающая взаимосвязь между нагрузкой на систему кондиционирования и динамическими тепловыми воздействиями на здание.

3. Разработан алгоритм реализации модели на ЭВМ, который позволяет решать задачи моделирования как на проектной стадии - определение нагрузки на СКВ с учетом всех наружных и внутренних воздействий (вариант модели с заданной температурой внутреннего воздуха), так и задачи моделирования микроклимата в действующих зданиях, где мощность СКВ задана.

4. Проверена адекватность работы модели на действующем корпусе машиностроительного завода сопоставлением рассчитанных параметров внутреннего воздуха с замеренными. Проверка адекватности показала, что с применением разработанной модели возможно обеспечить рациональное энергопотребление промышленного здания при обеспечении заданного динамического микроклимата в годовом цикле эксплуатации здания.

5. Выполнено моделирование применения энергосберегающих мероприятий для рассмотренного промышленного здания. Высоко эффективными оказались применение рециркуляции и рекуперации теплоты. Годовая экономия теплоты в первом случае составила 89,7%, во втором 16,7%. Наибольший эффект даёт комплексное применение теплоизоляции и рециркуляции (90,5%).

6. Рассмотрено изменение температурного поля в многослойных наружных стенах здания в период низких наружных температур. С точи зрения тепло-и влагоустойчивости обоснована установка тепловой изоляции - со стороны наружного воздуха.

7. Выполнено моделирование динамического микроклимата в рассматриваемом здании. Температура внутреннего воздуха была задана с учётом санитарно-гигиенических требований и параметров технологических процессов. Увеличение годовых затрат тепловой энергии всего на 0,2% и затрат холода на 7,3% позволило создать допустимый динамический микроклимат.

8. Выполнена экономическая оценка предложенных энергосберегающих мероприятий. Наибольший эффект даёт применение рециркуляции в комплексе с теплоизоляцией стен пенополистеролом - 8,5 млн. руб/год, применение пластинчатого рекуператора - 1,6 млн. руб/год. Создание динамического микроклимата для данного промышленного здания требует дополнительных годовых затрат, не превышающих 17тыс.руб.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации по перечню рецензируемых изданий ВАК

1. Гаранин, A.B. Моделирование теплоустойчивости многослойных ограждающих конструкций. A.B. Гаранин, В.К. Пыжов // Вестник ИГЭУ - 2004. -Вып.6. - С.20-24.

2. Гаранин, A.B. Построение модели динамического микроклимата для промышленного здания с учётом изменения температуры воздуха по его высоте A.B. Гаранин // Надёжность и безопасность энергетики - №11. 09.2010. - С.ЗЗ-35

Публикации в других изданиях

3. Гаранин, A.B. Моделирование динамического микроклимата: Юбилейный сборник научных трудов к 100-летию со дня рождения профессора Черкасского Владимира Михайловича / A.B. Гаранин, В.К. Пыжов - Иваново.: ГОУВПО "ИГЭУ имени В.ИЛенина", 2005. -С.108-116.

4. Гаранин, A.B. Моделирование динамики тепловых процессов в ограждающих конструкциях / A.B. Гаранин, В.К. Пыжов. Региональная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Теплоэнергетика» Тез. докл. - Иваново.: ГОУВПО "ИГЭУ имени В.И.Ленина", 2006. - С.35-37.

5. Гаранин, A.B. О моделировании теплоустойчивости многослойных ограждений / A.B. Гаранин, В.К. Пыжов. Международная научно-техническая конференция «Состояние и перспективы развития энерготехнологии» (XIV Бе-нардосовские чтения) Тез. докл. - Т.2 - Иваново.: ГОУВПО "ИГЭУ имени В.И.Ленина". 2007. - С.50.

6. Гаранин, A.B. О моделировании динамики тепловых процессов многослойных отсеков летательных аппаратов с уносом материала с поверхности /

A.B. Гаранин. Международная научно-техническая конференция «Состояние и перспективы развития энерготехнологии» (XIV Бенардосовские чтения) Тез. докл. - Т2 - Иваново.: ГОУВПО "ИГЭУ имени В.И.Ленина". 2007. - С.54.

7. Гаранин, A.B. Проверка адекватности математической модели динамического микроклимата производственного здания. /A.B. Гаранин, В.К. Пыжов. Энергия-2009: Программа региональной научно-технической конференции студентов и аспирантов. - Иваново.: ГОУ ВПО "ИГЭУ имени

B.И.Ленина". 2009.-С.56.

8. Гаранин, A.B. Математическое моделирование динамического микроклимата промышленного здания и анализ изменения потребления теплоты и холода при выполнении энергосберегающих мероприятий / A.B. Гаранин, В.К. Пыжов. Международная научно-техническая конференция «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XV Бенардосовские чтения) Тез. докл. - Т2 - Иваново.: ГОУ ВПО "ИГЭУ имени В.И.Ленина". 2009. - С.254.

9. Гаранин, A.B. Оценка адекватности математической модели динамического микроклимата промышленного здания на реальном объекте /A.B. Гаранин, В.К. Пыжов. Международная научно-техническая конференция «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XV Бенардосовские чтения) Тез. докл. - Т2 - Иваново.: ГОУ ВПО "ИГЭУ имени В.И.Ленина". 2009. -

C.255.

ГАРАНИН Алексей Валентинович

РАЗРАБОТКА СИСТЕМ ДИНАМИЧЕСКОГО МИКРОКЛИМАТА И СОЗДАНИЕ НА ИХ ОСНОВЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Подписано в печать .09.2010. Формат 60x84 1/16 Печать плоская. Усл. печ. л. 1,39 тираж ЮОэкз. Заказ № ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина» 153003, Иваново, ул. Рабфаковская, 34 Отпечатано в УИУНЛ ИГЭУ.

Принятые сокращения

Введение

1. Обзор методов расчёта параметров динамического микроклимата, существующих энергосберегающих мероприятий и подходов к созданию математической модели теплового режима здания

1.1 Общая характеристика динамического микроклимата и определяющих его параметров

1.2 Обзор предлагаемых энергосберегающих мероприятий

1.3 Анализ математических моделей теплового и влажностного режима здания

1.3.1 Линеаризованная математическая модель помещения

1.3.2 Модель на базе теории регулярного процесса

1.3.3 Математическая модель теплового режима здания как единой теплоэнергетической системы

1.3.4 Модель, построенная на уравнениях тепловых балансов

1.3.5 Модель, построенная с помощью передаточных функций элементов СКВ

1.3.6 Математическая модель нестационарного температурного режима в обогреваемом секционированном объёме с индивидуальными источниками теплоснабжения в секциях

1.3.7 Математическая модель теплового режима здания с пассивной системой солнечного теплоснабжения

1.3.8 Расчёт воздухообмена

2. Математическая модель динамического микроклимата

2.1 Требования, предъявляемые к математической модели динамического микроклимата

2.2 Принципы построения модели динамического микроклимата

2.3 Способы нахождения тепловых потоков, входящих в уравнение сохранения энергии

2.3.1 Тепловой поток через заполнение светового проёма

2.3.2 Определение тепловых потоков, проходящих через стены и покрытие б

2.3.3 Определение теплопотерь через пол

2.3.4 Определение потоков теплоты, вносимых инфильтрационным воздухом

2.3.5 Тепловой поток, вносимый приточным воздухом

2.3.6 Тепловой поток, возникающий в результате организованного удаления воздуха из помещения

2.3.7 Тепловой поток от работающего и не работающего оборудования

2.3.8 Тепловой поток от освещения

2.3.9 Тепловой поток от людей

2.3.10 Тепловой поток, идущий на нагрев (охлаждение) внутреннего воздуха

2.3.11 Тепловой поток, отдаваемый приточному воздуху в рекуператоре

2.3.12 Учёт влияния наружного климата

2.3.13 Учёт изменения температуры по высоте помещения

2.4 Алгоритм использования математической модели и её реализация на ЭВМ

2.5.1 Явная разностная схема

2.5.2 Неявная разностная схема

2.5.3 Шеститочечная разностная схема с весовым коэффициентом 0,5 (схема Кранка-Николсона)

2.5.4 Сравнение точности и скорости счёта разностных схем

2.5.5 Структурная схема модели динамического микроклимата и расчёт по ней с использованием метода последовательных , приближений

3 Сопоставление работы модели динамического микроклимата с замерами на моделируемом объекте

3.1 Характеристика объекта моделирования

3.2 Замер температур внутреннего и наружного воздуха

3.3 Тепловизионная съёмка

3.4 Замер тепловыделений от активного оборудования

3.5 Определение теплового потока от системы поддержания микроклимата

3.6 Расчёт воздухораспределения

3.7 Описание программы, реализующей модель и результаты расчётов

3.7.1 Аппроксимированная температура наружного воздуха

3.7.2 График работы активного оборудования

3.7.3 Аппроксимированная плотность потока солнечной радиации

3.7.4 Рассчитанная зависимость температуры внутреннего воздуха

3.7.5 Сопоставление рассчитанной температуры стен и данных тепловизионной съёмки

3.7.6 Учёт теплоаккумуляционной способности ограждающих конструкций и её изменение при использовании теплоизоляции

3.7.7 Учёт влажности воздуха

3.7.8 Пассивное оборудование '

3.8 Рассмотрение возможности применения теплоизоляции стен 157 4. Моделирование годового цикла эксплуатации здания

4.1 Моделирование фактического режима эксплуатации здания при условии отсутствия инфильтрации

4.2 Моделирование фактического режима эксплуатации здания при наличии инфильтрации

4.3 Моделирование режима эксплуатации здания при наличии инфильтрации, теплоизоляции стен пенополистеролом

4.4 Моделирование режима эксплуатации здания при наличии инфильтрации, применении рециркуляции внутреннего воздуха из рабочей зоны

4.5 Моделирование режима эксплуатации здания при наличии инфильтрации, применении пластинчатого рекуператора типа «воздух-воздух»,

4.6 Моделирование режима эксплуатации здания при наличии инфильтрации, применении рециркуляции внутреннего воздуха из рабочей зоны, теплоизоляции стен с наружной поверхности пенополистеролом толщиной 50мм

4.7 Моделирование фактического режима эксплуатации здания при наличии инфильтрации и создании динамического микроклимата

4.7.1 Расчёт требуемых параметров динамического микроклимата для рассматриваемого промышленного здания

4.7.2 Результаты моделирования динамического микроклимата

4.7.3 Экономический эффект, получаемый при внедрении рассмотренных вариантов расчёта 189 Выводы и основные результаты работы 193 Список литературы ""

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ а) система ОВК - система отопления вентиляции и кондиционирования; б) т.у.т. — тонна условного топлива; в) СКВ - система кондиционирования воздуха; г) ДМ — динамический микроклимат; д) ДДМ - допустимый динамический микроклимат; е) ОДМ — оптимальный динамический микроклимат; ж) СКДМ — система кондиционирования динамического микроклимата; з) метод ДУКУ - метод дискретного удовлетворения краевым условиям.

В настоящее время проблема энергосбережения при поддержании микроклимата в промышленных зданиях затронута значительно меньше, чем для жилых и общественных зданий. Так для жилых и общественных зданий разработан целый ряд норм и стандартов [1, 2, 3], опубликовано множество статей по повышению их тепловой эффективности (например [4, 5]), с помощью которых можно определить как расход тепловой энергии на системы ОВК, так и эффективность применения различных энергосберегающих мероприятий. Для промышленных зданий всё ограничивается справочником проектировщика [6, 7] и требованиями к воздуху рабочей зоны [8]. При этом промышленность, только в Москве, потребляет 18% тепловой и электрической энергии [9], а в насыщенных производством регионах Урала и Сибири эта доля значительно выше.

По опубликованным данным [10] в России с 2002 по 2007 годы наибольший рост потребления энергии наблюдался в промышленности. За указанное время он составил почти 80 млн. т.у.т. Это говорит о высоком потенциале энергоэффективности, сосредоточенным в промышленной сфере. На сегодняшний день среди всех секторов российской экономики промышленный сектор занимает вторе место и составляет 43 млн. тонн нефтяного эквивалента [10].

В [11] сформулированы основные принципы, определяющие политику энергосбережения: а) энергоресурсы имеют критическое значение не только для поддержания и улучшения качества жизни, но также для обеспечения независимости и безопасности страны; б) энергетическая политика XXI века будет основана на применении технологий, использующих возобновляемые источники энергии; в) приоритет при выборе энергосберегающих технологий имеют технические решения, способствующие улучшению микроклимата помещении;

Публикующийся в настоящее время обширный материал [12], [13], [14], [15], посвященный энергосбережению в системах теплоэнергоснабжения и климатизации зданий, позволяет сделать следующие выводы: а) энергосбережение в мировой строительной практике обеспечено государственной поддержкой и развитой гибкой законодательной системой стимулирования, экономически привлекательно и прозрачно для инвесторов и переживает период реализации продуктивных, перспективных решений; б) энергосбережение в российском строительстве до настоящего времени не обеспечено законодательным стимулированием, а проектирование и строительство зданий осуществляется на базе традиционных технологий без обязательного сравнительного технико-экономического обоснования, выбора технологий, конструкций с высокой энергоэффективностью и экономической оптимизации параметров выбранного решения.

Такой подход искажает представление о действительном потреблении теплоты зданием и осложняется оценка эффективности применения энергосберегающих мероприятий, как для расчётного цикла эксплуатации здания, так и для конкретно заданного момента времени из-за не учёта динамики всех тепловых процессов проходящих внутри, снаружи, а так же в оболочке здания [16].

Актуальность темы. В промышленном производстве с монотонным и напряжённым характером работы стабильные параметры микроклимата повышают утомляемость персонала и отрицательно сказываются на производительности труда. Одним из наиболее эффективных методов борьбы с данной проблемой является создание динамически меняющихся наиболее важных параметров микроклимата (температуры, относительной влажности) в рабочей зоне производственного помещения. Комплекс параметров воздуха в рабочей зоне, под воздействием которых средневзвешенная температура кожи человека совершает периодические отклонения от оптимальных значений с определённой частотой, называется динамическим микроклиматом. При этом остальные показатели теплового состояния человека остаются на уровне, соответствующем гигиеническим рекомендациям. Как показали эксперименты в НИИ охраны труда в Санкт-Петербурге изменение условий теплоотдачи человека, занятого лёгкой монотонной работой, при динамическом микроклимате повышает психофизиологическую активность и работоспособность за счёт возбуждения центральной нервной системы.

Для создания рассмотренных параметров воздуха в помещении необходимо использовать систему кондиционирования динамического микроклимата (СКДМ). Такая система должна подавать в помещение воздух с параметрами, которые непрерывно меняются во времени, при этом температура и влажность воздуха в рабочей зоне должны устанавливаться в соответствии с заданным законом.

Поддержание заданных параметров микроклимата, определение характеристик приточного воздуха и нагрузок на СКДМ представляет собой довольно сложную научную и техническую задачу. На промышленное здание воздействует множество тепловых потоков, непрерывно меняющихся во времени: наружный климат; солнечная радиация; тепловые потоки, проходящие через ограждающие конструкции здания; тепловой поток, вносимый инфильтрацион-ным воздухом; выделения теплоты от различного оборудования, установленного в здании; тепловой поток от освещения, людей и т.д. Для решения поставленной задачи необходимо создание математической модели климатического режима промышленного здания, учитывающей все перечисленные тепловые воздействия. Модель должна учитывать кроме того изменение температуры и влажности внутреннего воздуха по высоте и быть применимой как для одноэтажных, так и многоэтажных зданий с помещениями различного назначения.

Часто промышленные объекты с повышенными требованиями к микроклимату потребляют необоснованно большое количество энергии. Применение моделирования для конкретного промышленного объекта дает возможность предложить оптимальные режимы работы системы поддержания микроклимата и разработать комплекс энергосберегающих мероприятий.

С использованием действующих нормативных документов по проектированию теплозащиты зданий можно определять все перечисленные тепловые воздействия только для расчётных параметротз наружного и внутреннего воздуха. Они не позволяют находить количество энергии, аккумулируемое ограждающими конструкциями при меняющихся внутренних и внешних условиях. Аккумуляция энергии может быть значительной и пренебрежение ей искажает реальное энергопотребление.

Математическое описание состояния объекта в любой момент времени позволит определить, когда и на какую мощность необходимо включать СКДМ для создания динамического микроклимата, дает возможность выбрать оборудование СКДМ и способ регулирования его загрузки, а так же предложить мероприятия, направленные на снижение количества потребляемой энергии.

Моделирование и разработка систем динамического микроклимата и создание на их основе энергосберегающих режимов работы оборудования является актуальной научной и технической задачей. Решению этой задачи посвящена данная работа, практическое приложение которой осуществлено на одном из технологических производств машиностроительного завода ОАО «МКБ «Факел» (г. Химки Московской обл.).

Объект исследования. Системы динамического микроклимата для различных помещений.

Предмет исследования. Нестационарные тепловлажностные процессы в ограждающих конструкциях и помещениях зданий различного назначения.

Цель работы. Создание модели динамического микроклимата в промышленном здании, учитывающей многочисленные воздействия на это здание, и предусматривающей возможность разработки комплекса энергосберегающих мероприятий.

В данной работе решаются следующие задачи:

- анализ методов расчёта параметров динамического микроклимата и существующих математических моделей климатического режима здания;

- разработка математической модели динамического микроклимата промышленного здания, связанной с ней модели нестационарных тепловых процессов в многослойных ограждающих конструкциях и алгоритма учёта изменения температуры по высоте помещения;

- реализация модели динамического микроклимата на ЭВМ;

- проверка адекватности модели динамического микроклимата на действующем промышленном здании;

- расчёт переменной нагрузки на систему кондиционирования, необходимой для создания динамического микроклимата;

- расчёт, с учётом нестационарности тепловых процессов, потребностей в энергии, затрачиваемой на поддержание микроклимата, при внедрении энергосберегающих мероприятий: теплоизоляция ограждений, рекуперация теплоты и рециркуляция воздуха;

- разработка рекомендаций по подбору элементов системы кондиционирования для создания динамического микроклимата, учитывающих нестационарность тепловых процессов.

Методы исследования. Теоретические методы исследования основываются на системе уравнений тепловых балансов в которую входят дифференциальное уравнение теплопроводности и интегральные выражения для определения тепловых потоков. Решение системы базируется на методе конечных разностей с применением неявной разностной схемы Кранка-Николсона и метода итераций.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается соответствием исходных математических уравнений и физических допущений поставленным задачам исследования; обеспечивается применением фундаментальных положений теплопроводности, термодинамики и теплопередачи, обоснованностью выбора математической модели и проверкой её адекватности, полнотой обзора литературных данных, сходством полученных результатов с результатами других исследователей и данными компьютерного моделирования.

Обоснование соответствия диссертации паспорту научной специальности 05.14.04 — «Промышленная теплоэнергетика»

Соответствие диссертации формуле специальности

В соответствии с формулой специальности 05.14.04 - «Промышленная теплоэнергетика», объединяющей исследования по совершенствованию промышленных теплоэнергетических систем, по разработке и созданию нового и наиболее совершенного теплотехнического и теплового технологического оборудования, в диссертационном исследовании разработаны математические модели нестационарности процесса передачи теплоты через многослойную твёрдую стенку, динамического микроклимата промышленного здания и численные методы их решения, позволяющие определить зависимость нагрузки на систему кондиционирования при создании динамического микроклимата и расход энергии промышленным зданием в случае применения энергосберегающих мероприятий (тепловая изоляция различной толщины, рекуперация воздуха, рециркуляция воздуха) от времени. Такие модели позволяют знать, когда и на какую мощность необходимо включать СКДМ для создания динамического микроклимата, дают возможность выбрать оборудование СКДМ и способ регулирования- его загрузки, а так же предложить мероприятия, направленные на снижение количества потребляемой энергии.

Соответствие диссертации области исследования специальности

Отражённые в диссертации научные положения соответствуют области« исследования специальности 05.14.04 - «Промышленная теплоэнергетика»: поиск структур и принципов действия теплотехнического оборудования, которые обеспечивают сбережение энергетических ресурсов, уменьшение энергетических затрат на единицу продукции, сбережение материальных ресурсов, направляемых на изготовление теплопередающего и теплоиспользующего оборудования, защиту окружающей среды.

Пункту 1 «Разработка научных основ сбережения энергетических ресурсов в промышленных теплоэнергетических устройствах и использующих тепло системах и установках» соответствует следующий результат диссертации, отражённый в поставленных задачах и имеющий научную новизну.

Математическая модель динамического микроклимата промышленного здания, предложенная Гараниным A.B. на основании численного решения дифференциального уравнения теплопроводности и сопряжённой задачи внешнего и внутреннего теплообмена, в отличии от существующих моделей климатического режима зданий, позволяет учесть нестационарные тепловые процессы в многослойных ограждающих конструкциях зданий и определить расход энергии, необходимой для создания заданных динамических параметров воздуха в рабочей зоне. Модель позволяет учесть эффект от применения энергосберегающих мероприятий (тепловая изоляция различной толщины и расположения, рециркуляция воздуха, рекуперация теплоты). Модель состоит из трёх взаимосвязанных процессов: расчёт нестационарной передачи теплоты через многослойную стенку, решение сопряжённой задачи внутреннего и внешнего теплообмена в системе «наружный воздух - ограждающие конструкции - внутренний воздух», позонного определения внутренних температур и тепловыделений с целью учёта изменения температуры воздуха по высоте помещения.

Научная новизна

1. Разработаны алгоритмы и составлены математические модели, учитывающие внешние и внутренние воздействия на здание:

- нестационарные процессы передачи теплоты через многослойные ограждающие конструкции, что позволяет учесть их аккумулирующую способность;

- потери теплоты через разноудаленные от наружных стен участки пола с применением понятия «эквивалентной толщины грунта»;

- изменение параметров воздуха по высоте помещения;

- этажность здания с помещениями различного функционального назначения;

- математическая модель параметров наружного климата (температуры, относительной влажности, солнечной радиации).

2. Выполнено моделирование теплоустойчивости трехслойной ограждающей конструкции, позволяющее определить температуры и тепловые потоки в ограждении в любой момент времени за установленный цикл его эксплуатации.

3. Впервые рассчитаны параметры допустимого динамического микроклимата и приточного воздуха для промышленного здания, определены расходы энергии для поддержания требуемых параметров в годовом цикле эксплуатации здания.

Практическая значимость работы.

1. Предложена математическая модель, динамического микроклимата промышленного здания, дающая возможность рассчитать график нагрузки на систему кондиционирования с учётом динамического режима эксплуатации ч здания.

2. Разработан алгоритм реализации математической модели динамического микроклимата на ЭВМ.

3. С помощью разработанной модели выполнены численные эксперименты по определению энергопотребления промышленным зданием в зависимости от различных факторов, определяющих микроклимат и энергозатраты на его создание.

4. Разработанная математическая модель реализована в виде программного комплекса, предназначенного для автоматического управления системами кондиционирования воздуха.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы в виде компьютерных программ моделирования динамического микроклимата для годового цикла эксплуатации промышленного здания используются в ОАО

МКБ «Факел» для расчёта годовых потребностей зданий в энергии и выбора наиболее эффективных энергосберегающих мероприятий с учётом обеспечения требуемых параметров воздуха в рабочей зоне. Программный комплекс передан для проведения энергетического аудита и проектирования в ООО «НТЦ «Промышленная энергетика» и используется в учебном процессе на кафедре «Промышленная теплоэнергетика» при подготовке инженеров по специальности 140104 - «Промышленная теплоэнергетика» и 140106 - «Энергообеспечение предприятий».

Личный вклад автора в получении результатов исследования состоит:

1. В разработке модели динамического микроклимата и отдельных алгоритмов, характеризующих внешние и внутренние воздействия на здание.

2. В проведении физического эксперимента по проверке адекватности разработанной математической модели.

3. В выполнении вычислительных экспериментов по исследованию тепловых процессов в многослойных ограждающих конструкциях и определении затрат энергии промышленным зданием при динамическом режиме его эксплуатации.

4. В расчёте с использованием математической модели нагрузок на систему кондиционирования для создания динамического микроклимата в промышленном здании.

На защиту выносятся:

1. Математическая модель динамического микроклимата промышленного здания и отдельные алгоритмы, характеризующие внешние и внутренние воздействия на это здание.

2. Результаты проверки адекватности разработанной модели.

3. Результаты численных экспериментов по исследованию тепловых процессов в многослойных ограждающих конструкциях.

4. Результаты моделирования динамического микроклимата в здании и предложенные энергосберегающие мероприятия.

Апробация работы:

Основные положения диссертации, результаты теоретических и расчётных исследований и проверки адекватности разработанной математической модели докладывались и обсуждались на Региональной научно—технической конференции студентов и аспирантов «Теплоэнергетика» - г.Иваново 2006 г., представлены на Международной научно—технической конференции «Состояние и перспективы развития энерготехнологии» (XIV Бенардосовские чтения) -г. Иваново 2007 г., а так же на региональной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Энергия-2009» — г.Иваново 2009 г., на Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XV Бенардосовские чтения) - г.Иваново 2009 г, на пятой региональной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Энергия-2010» - г.Иваново 2010 г. и на заседаниях кафедры ПТЭ Ивановского энергетического университета - г.Иваново 2010 г. и ТМПУ Московского энергетического института (технического университета) - г.Москва 2010 г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 9-ти печатных работах.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, основных выводов и содержит 209 страниц, 71 рисунок, 15 таблиц, список использованной литературы из 103 наименований

Выводы и основные результаты работы:

• Современный подход к проектированию и эксплуатации систем поддержания микроклимата в промышленных зданиях искажает представление о действительном потреблении теплоты зданием и осложняет оценку эффективности применения энергосберегающих мероприятий, как для расчётного цикла эксплуатации здания, так и для конкретно заданного момента времени из-за не учёта динамики всех тепловых процессов проходящих внутри, снаружи, а так же в оболочке здания. Кроме того, становится невозможным проектирование систем с переменными (динамическими) параметрами внутреннего микроклимата.

• Для определения оптимального значения энергозатрат на поддержание микроклимата очень сложно найти аналитическую зависимость между параметрами внутреннего воздуха и динамически меняющимися факторами, воздействующими на здание. Таким образом решить поставленную задачу можно только с помощью методов математического моделирования с применением компьютерных программ, что позволит выполнить многовариантные расчёты.

• Выполненный обзор показал, что модели, абсолютно точно подходящей для моделирования динамического микроклимата на сегодняшний момент не разработано. Некоторые модели просты для реализации: линеаризованная, на базе теории САР, ячеечная, но не учитывают многих факторов, воздействующих на здание и (или) конструктивных особенностей здания, что снижает точность моделирования. Другие модели [15] выявляют очень большое количество факторов, многие из которых на сегодняшний день точно определить не представляется возможным.

• При определении подхода к созданию математической модели обозначены её входные и выходные функции.

Исходными данными являются свойства материала и конфигурация ограждающих конструкций здания, законы изменения параметров микроклимата в помещении и информация об изменении параметров наружного воздуха (температуры, влажности, скорости ветра и его направленности, интенсивности солнечного излучения). Кроме того, необходимо иметь информацию об изменяющихся во времени закономерностях воздухораспределения и воздухоудаления и тепло-массообменных процессах, протекающих в находящихся в помещении потребителях микроклимата.

Выходные функции модели должны показывать затраты системой поддержания микроклимата энергии (теплоты, холода) и влаги в зависимости от времени, а также изменение температуры различных участков ограждений, по которым оцениваются теплозащитные свойства конструкций здания.

• Разработана математическая модель динамического микроклимата промышленного здания, как объекта с сосредоточенными параметрами. Особенности модели, представляющие научную новизну:

- модель достаточно точно учитывает воздействия наружного климата (температуру и относительную влажность наружного воздуха, солнечную радиацию). Температура и влажность аппроксимируется по данным метеонаблюдений полиномом третьей степени в течение суток. Солнечная радиация аппроксимируется двумя полиномами второй степени в зависимости от ориентации стен по сторонам света;

- модель разработана для зданий с многослойными ограждающими конструкциями и для отдельных помещений здания; - модель учитывает аккумуляцию теплоты ограждающими конструкциями, моделированием температурного поля внутри многослойной ограждающей конструкции при помощи численного решения дифференциального уравнения теплопроводности. Решение находится методом конечных разностей на 6-ти точечном шаблоне;

- модель позволяет учесть изменения температуры по высоте помещения и многоэтажность здания;

- разработан алгоритм реализации модели на ЭВМ.

• При моделировании учтены следующие тепловые потоки, воздействующие на здание:

- теплопотери через ограждающие конструкции (окна, стены, пол, покрытие).

- теплопотери с инфильтрационным воздухом

- тепловой поток, вносимый приточным воздухом

- тепловой поток, возникающий в результате организованного удаления воздуха из помещения

- тепловой поток от работающего и не работающего оборудования

- тепловой поток от освещения

- тепловой поток от людей

- тепловой поток, идущий на нагрев (охлаждение) внутреннего воздуха

- тепловой поток, отдаваемый приточному воздуху в рекуператоре

- тепловые потоки, вызванные погодными условиями (солнечная радиация, температура, относительная влажность).

• Сопряженная задача внешнего и внутреннего теплообмена решена с помощью уравнения теплового баланса методом последовательных приближений.

• Разработанный алгоритм реализации модели на ЭВМ позволяет решать задачи моделирования как на проектной стадии — определение нагрузки на СКВ с учётом всех наружных и внутренних воздействий (вариант модели с заданной температурой внутреннего воздуха), так и задачи моделирования микроклимата в действующих зданиях, где мощность СКВ задана. В обоих случаях модель проверяет выполнение условия комфортности и регулирует тепловую мощность системы поддержания микроклимата с целью получения требуемой температуры приточного воздуха.

• Модель позволяет оценить тепловую устойчивость здания т.е. запаздывание изменения внутренней температуры по отношению к температуре наружного воздуха.

• Разработанная модель позволяет определить эффективность применяемых энергосберегающих мероприятий: рециркуляция воздуха из рабочей зоны, установка пластинчатого рекуператора, изменение толщины и типа ограждающих конструкций здания.

• Модель реализована на ЭВМ в среде MS Visual Basic 6.0.

• Адекватность работы модели проверена на существующем корпусе машиностроительного завода путём сопоставления смоделированных параметров внутреннего воздуха с замеренными. Период расчёта и замеров составил 8 суток. Моделирование динамического микроклимата показало, что замеренные значения величин близки к рассчитанным. Так основной контролируемый параметр - температура внутреннего воздуха был определён с точностью около 1°С и лишь в некоторые моменты времени погрешность достигала 2-3°С. Это объясняется тем, что моделирование теплового потока от активного оборудования было построено на основании замера потребляемой мощности в одни рабочие сутки и дублирования этого замера на все остальные рабочие дни.

• Проверка адекватности показала, что с применением разработанной модели возможно выполнить оптимизацию энергопотребления промышленного здания при обеспечении заданного динамического микроклимата в годовом цикле эксплуатации здания. При моделировании возможно оценить изменение расходов теплоты (холода) от применения того или иного энергосберегающего мероприятия, а также комплекса таких мероприятий.

• Для рассмотренного промышленного здания было выполнено моделирование применения различных энергосберегающих мероприятий. Весьма эффективными оказались применение рециркуляции и рекуперации теплоты. Годовая экономия теплоты в первом случае составила 89,7%, во втором 16,1%. На первое место по эффективности выходит комплексное применение теплоизоляции и рециркуляции (90,5%)

• Для того же здания с помощью созданной модели была рассмотрена возможность теплоизолирования наружных стен теплоизоляцией различной толщины. Получена зависимость относительных годовых потерь теплоты от толщины изоляции (пенополистерола). В данном случае вполне достаточно применение тепловой изоляции толщиной 50мм.

• Выполнено моделирование микроклимата в здании при различных вариантах расположения тепловой изоляции на ограждающей конструкции (со стороны наружного воздуха и со стороны внутреннего воздуха). Выяснилось, что расположение тепловой изоляции снаружи не влечёт снижения годового расхода теплоты, но уменьшает амплитуду колебаний температуры внутреннего воздуха относительно заданного значения.

• Рассмотрено изменение температурного поля внутри наружной стены здания в период низких температур наружного воздуха. В результате ещё раз был подтверждён наиболее выгодный способ расположения тепловой изоляции - со стороны наружного воздуха.

• В рассматриваемом здании было выполнено моделирование динамического микроклимата. Температура внутреннего воздуха была задана с учётом исследований гигиенистов и требований тех. процессов. Увеличение годовых затрат тепловой энергии всего на 0,2% и затрат холода на 7,3% позволило создать допустимый динамический микроклимат. Годовые теплопотери здания выросли на 10,8%, а количество холода, которое необходимо внести в здание на 20,1%.

• Разработанная модель способна управлять системами кондиционирования промышленных зданий. В качестве управляющего воздействия используются данные о нагрузке на СКВ и потреблении тепла (холода) СКВ. В качестве регулирующего органа может быть использован клапан регулятора расхода теплоносителя на калорифере или местных доводчиках.

• Выполнена экономическая оценка, получаемая при выполнении предложенных энергосберегающих мероприятий. Наибольший эффект даёт применение рециркуляции в комплексе с теплоизоляцией стен пенополистеролом - 8,5 млн. руб/год, применение пластинчатого рекуператора - 1,6 млн. руб/год. Создание динамического микроклимата для данного промышленного здания требует дополнительных годовых затрат в размере 17 тыс.руб;

• С помощью разработанной модели возможно определить направление наибольших теплопотерь зданием и предложить максимально эффективное мероприятие по их снижению.

1. Стандарт АВОК-1-2004. Здания жилые и общественные. Нормы воздухообмена. Введ. 2004-01-01. - М.: Авок-Пресс, 2004 - 16с.

2. ГОСТ 31168-2003. Здания жилые. Метод определения удельного потребления тепловой энергии на отопление. -Введ.2003-07-01. СПб.: Издательство ДЕАН, 2005. - 32с.

3. ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. -Введ. 1999-03-01 М.: ГУЛ ЦПП, 1999. - 17с.

4. Ч.З. Кн.2: Внутренние санитарно-технические устройства. Вентиляция и кондиционирование воздуха -М.: Стройиздат, 1992.-416с.

5. ГОСТ 12.1.005-88 Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. -Введ. 1989-01-01. М.: Стандартинформ, 2006. - 49с.

6. Оглоблина, М.Е. Экономическая стратегия энергосберегающей политики. М.Е. Оглоблина // Энергосбережение 2009. - №1. -С. 12-13.

7. Башмаков, И.А. Потенциал энергосбережения в России. И.А. Башмаков // Энергосбережение 2009. - №1 -С.5-6.

8. Табунщиков, Ю.А. Микроклимат и энергосбережение: пора понять приоритеты. Ю.А.Табунщиков // АВОК 2008. - №5. -С. 10-12.

9. Кудинов, A.A. Энергосбережение в теплогенерирующих установках / A.A. Кудинов -Ульяновск.: Ульян, гос. техн. ун-т, 2000. -149с.

10. Энергосбережение в промышленно-хозяйственном комплексе : Всерос. науч.-практ. конф., 22 нояб. 2000 г. : Сб. материалов / Под ред. В.П. Буца, B.C. Григорьева -Пенза. : Приволж. дом знаний, 2000. -94с.

11. Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха Электронный ресурс. : (Справ, пособие) / Под ред. JI. Д. Богуславского, В. И. Ливчака М. : РГБ, 2005

12. Бабаханов, Ю. М. Оборудование и пути снижения энергопотребления систем микроклимата / Ю. М Бабаханов H.A. Степанова -М.: Россельхозиздат, 1986. -230с.

13. СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий. —Введ. 2004-06-01 -СПб.: Издательство ДЕАН, 2007. 320с.

14. Павлухин, JI.B. Методические рекомендации по оценке условий микроклимата и прогнозированию его влияния на организм работающего человека / JI.B. Павлухин —Л.: 1986. -81с.

15. Минут-Сорохтина, О.П. Физиология терморецептии / О.П. Минут-Сорохтина -М.: Медицина, 1972. 309с.

16. Хомутецкий, Ю.Н. Комфортный динамический микроклимат в помещениях. Ю.Н. Хомутецкий, Т.В. Куксинская // Водоснабжение и сан. Техника. 1979. -№5. с. 23-24.

17. Афанасьева, Р.Ф. Новый метод интегральной оценки оптимального и допустимого микроклимата. Р.Ф. Афанасьева // Гигиена и санитария, 1985. №8 С.65-68.

18. Банхиди, JI. Тепловой микроклимат помещений: Расчёт комфортных параметров по теплоощущениям человека / Л. Банхиди; пер. с венг. В.М. Беляева; под ред. В.И. Прохорова и А.Л. Наумова. -М.: Стройиздат 1984. -248с.

19. Павлухин, Л.В. Производственный микроклимат. Вентиляция и кондиционирование воздуха / Л.В. Павлухин, В.Н. Тетеревников -М.: Стройиздат 1991. -305с.

20. Оценка теплового состояния человека с целью обоснования гигиенических требований к микроклимату рабочих мест и мерам профилактики охлаждения и перегревания: Метод рекомендации. Утв. М-вом здравоохранения СССР 05.03.90. М., 15с.

21. Ловцов, В.В. Системы кондиционирования динамического микроклимата помещений / В.В. Ловцов, Ю.Н. Хомутецкий -Л.: Стройиздат 1991.-149с.

22. Fanger, P.O.: Thermal Comfort. McGrow Hill 1970.

23. Fanger, P.O.: Calculation of thermal comfort: introduction of a basic comfort équation. ASHARE Transaction, 1967, Vol. 73.

24. Fanger, P.O. — Angelus, O. Kjerulf-Jensen, P.: Radiation data for the human body. ASHARE Transaction, 1970, Vol. 76.

25. Костин, В.И. Принципы расчета эффективных энергосберегающих систем обеспечения микроклимата промышленных зданий : диссертация . доктора технических наук : 05.23.03 / Костин, Владимир Иванович Новосибирск, 2001. -352 с.

26. Каммерер, И.С. Теплоизоляция в промышленном строительстве / И.С. Каммерер-М.: Стройиздат, 1965. -98с

27. Новгородский, Е.Е. Энергосбережение в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха / Е.Е Новгородский М.:"МАШМИР", 1992. -46с.

28. Юрьев, И.О. Математическая модель теплового режима производственного здания для автоматизированной системы управления теплоснабжением: автореферат дис. . канд. техн. наук: 05.23.03 / Юрьев Игорь Олегович. М., 1989. -27 с.

29. СТО НП «АВОК» 4.1.5-2006 Системы отопления и обогрева с газовыми и инфракрасными излучателями. Введ. 1996-01-01 -М.:АВОК-ПРЕСС, 2007-Юс.

30. Богуславский, Л.Д. Эксплуатация инженерного оборудования в условиях экономии энергетических ресурсов / Л.Д. Богуславский, А.М. Стражников. М.: Стройиздат, 1984. -191с.

31. Шкловер, А.М. Основы строительной теплотехники жилых и общественных зданий / А.М. Шкловер, Б.Ф. Васильев, Ф.В. Ушков -М.: Стройиздат, 1956. -241с.

32. Кононович, Ю. В. Тепловой режим зданий массовой застройки / Ю. В Кононович -М.: Стройиздат, 1986. -157с.

33. Ушков, Ф.В. Теплопередача ограждающих конструкций при фильтрации воздуха/ Ф.В. Ушков-М.: Стройиздат, 1967. -102с.

34. Шкловер, A.M. Теплопередача при периодических тепловых воздействиях / A.M. Шкловер —М.: Энергоиздат, 1961. -68с.

35. Рымкевич, А. А. Математическая (термодинамическая) модель системы кондиционирования воздуха / А.А Рымкевич — Л.: 1979. -54с

36. Табунщиков, Ю.А. Основы математического моделирования теплового режима здания как единой теплоэнергетической системы: диссертация доктора техн. наук: М. НИИСФ, 1983.-384с

37. Волков, В.А. Повышение энергоэффективности систем отопления, вентиляции и кондиционирования на основе оптимизации их композитных решений: дис. канд. техн. наук.: 05.14.04 / Волков Виталий Алексеевич. — М.,-2003.-199с.

38. Рымкевич, А.А. Системный анализ общеобменной вентиляции и кондиционирования воздуха / А.А. Рымкевич -СПб.: АВОК Северо-запад: Арктика, 2003. -271с.

39. Фоломеев, Д.Ю. Моделирование и расчёт теплового состояния секционированных объектов с индивидуальными тепловыми источниками: диссертация канд. техн. наук.: Иваново, 2007. -195с.

40. Chen, Youming, New analysis method of dynamic heat transfer for building envelops, Chen Youming, Wang Shengwei Beijing.: science publishing company, 2004. -65c.

41. Милин, B.E. Эффективные системы отопления зданий / В.Е. Милин, В.К. Аверьянов. Е.А. Белицкий; под общей ред. В.Е. Милина Д.: Стройиздат, 1988.-216с.

42. Гримитлин, М.И. Вентиляция и отопление цехов машиностроительных заводов / М.И. Гримитлин, Г.М. Позин, О.Н. Тимофеева. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1993. -288с.

43. Гримитлин, М.И. Распределение воздуха в помещениях /М.И. Гримитлин СПб.:, 1994. - 316с.

44. Гримитлин, A.M. Отопление и вентиляция производственных помещений / A.M. Гримитлин, Т.А. Дацюк, Г.Я. Крупкин, A.C. Стронгин, Е.О. Шилысрот-СПб.: Издательство «Авок Северо-запад», 2007. -399с.

45. Гаранин, A.B. Моделирование динамического микроклимата: Юбилейный сборник научных трудов к 100-летию со дня рождения профессора Черкасского Владимира Михайловича / A.B. Гаранин, В.К. Пыжов Иваново.: ГОУВПО"ИГЭУ имениВ.И.Ленина", 2005. -С. 108-116.

46. Малявина,.Е. Г. Теплопотери здания / Е. Г. Малявина М.:АВОК-ПРЕСС, 2007. -144с.

47. Тихомиров, С. А. Исследование динамики процессов теплопереноса через ограждающие конструкции: диссертация . канд. техн. наук : 05.23.03 /Тихомиров, Сергей Алексеевич. -Ростов-на-Дону., 2004. -138 с.

48. Годунов, С.К. Разностные схемы (введение в теорию), учебное пособие / С.К. Годунов, В.С.Рябенький -М. : «Наука», 1977. -439с.

49. Лыков, A.B. Тепломассообмен: (Справочник) / A.B. Лыков -2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1978. - 480с.

50. Фокин, К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий / К.Ф. Фокин; под ред. Ю.А. Табунщикова, В.Г. Гагарина 5-е изд., пересмотр. - М.-.АВОК-ПРЕСС, 2006. - 256с.

51. СНиП 23-01-99 Строительная климатология. -Введ. 2000-01-01 -М.:ГУПЦППС, 2004. -70с.

52. Богословский, В.Н. Строительная теплофизика : теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха / В.Н. Богословский -СПб.: АВОК Северо-Запад, 2006 -399 с.

53. Лыков, A.B. Теория теплопроводности / A.B. Лыков -М.:, 1967. -417с.

54. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий. -Введ.2003-10-01 СПб.: ДЕАН, 2004. -64с.

55. Ильинский, В.М. Проектирование ограждающих конструкций зданий (с учётом физико-климатичеких воздействий) / В.М. Ильинский -М.: Стройиздат, 1964. -120с.

56. Пирумов, У.Г. Численные методы. Сборник задач. Учебное пособие для вузов / У.Г. Пирумов, В.Ю. Гидаспов, И.Э. Иванов -М.: Дрофа, 2007. -144с.

57. Титов, В.П. Инфильтрация воздуха и её учёт в тепловом балансе помещений /В.П, Титов // Науч-техн. информ. ЦИНИС -1967, №8. С 25-28.

58. Богословский, В.Н. Тепловой режим здания /В.Н. Богословский М.: Стройиздат, 1979. - 248с.

59. Реттер, Э.И. Аэродинамика зданий / Э.И. Реттер, С.И. Стриженов -М.: Стройиздат, 1968. -208с.

60. Справочное пособие АВОК 1-2004 «Влажный воздух» М.:АВОК-ПРЕСС, 2004.-46с.

61. Баркалов, Б. В. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях / Б. В. Баркалов, Е. Е. Карпис -М.: Стройиздат, 1982. -312 с.

62. Шепелев, И.А. Аэродинамика воздушных потоков в помещении / И.А. Шепелев -М.: Стройиздат, 1978. -94с.

63. Гримитлин, М.И. Распределение воздуха в помещении / М.И. Гримитлин -СПб.: Издательство «Авок Северо-запад», 2004г. -399с.

64. Ометова, М. Ю. Повышение энергоэффективности воздухораспределительных устройств промышленных предприятий: диссертация . канд. техн. наук : 05.14.04 / Ометова, Мария Юрьевна -Иваново, 2004.-171 с.

65. СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование. -Введ. 2004-01-01. Гос. предпр.-Центр проектной продукции массового применения, 2004. - 54с.

66. Табунщиков, Ю.А. Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий / Ю.А. Табунщиков, М.М. Бродач М.: АВОК-ПРЕСС, 2002. - 194с.

67. Талиев, В.Н. Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха на текстильных предприятиях: учебное пособие для ВУЗов / под ред. В.Н. Талиева. — М.: Легпромбытиздат, 1985 -256 с.

68. Титов, В.П. Отопление и вентиляция, в 2 ч. / В.П. Титов -М.: Стройиздат, 1976.

69. Ч. II. Вентиляция М.:Стройиздат, 1976. -91с.76 . Тарабанов, М. Г. Расчет систем кондиционирования воздуха с центральными кондиционерами и фэнкойлами. М.Г. Тарабанов // АВОК 2005. - №2.-С. 19-21.

70. Кокорин, О.Я. Установки кондиционирования воздуха / О.Я. Кокорин -М.: Машиностроение, 1978. -165с.

71. Беккер, А. Системы вентиляции / А. Беккер; под ред. Г. В. Резникова; пер. с нем. Л. Н. Казанцевой -М.: Техносфера : Евроклимат, 2007. 237с,

72. Кокорин, О. Я. Энергосберегающие технологии функционирования систем вентиляции, отопления, кондиционирования воздуха (систем ВОК) / О.Я. Кокорин М.: Проспект, 1999.

73. Дискин, М.Е. Эффективность рекуперации в системах вентиляции при температурах наружного воздуха ниже температуры опасности обмерзания М.Е. Дискин // АВОК 2006. - №4. -С. 10-11.

74. Денисов, П.П. Колебания температуры воздуха в помещениях под влиянием гармонических колебаний температуры наружного воздуха. / П.П. Денисов; в кн.: Практические задачи строительной теплофизики крупнопанельных зданий. — М.: Стройиздат, 1966. -С. 54-62.

75. Яковлев, С. JI. Яревский, Е. А. Численные методы для дифференциальных уравнений в частных производных : учебно-методическое пособие / С. Л. Яковлев, Е. А. Яревский -СПб.: 2007, -129 с.

76. Самарский, A.A. Введение в численные методы / A.A. Самарский -М.: Наука, 1978-269с.

77. Патанкар, С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости / С. Патанкар; пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1984. -150с.

78. Пасконов, В.М. Численное моделирование процессов тепло- и массобмена / В.М.Пасконов, В.И.Полежаев, Л.А. Чудов -М.: Наука, 1984.-288с.

79. Пыжов, В.К. Исследование сопряжённых тепловых процессов в установках огневой промышленной теплотехники : диссертация канд. техн. наук.: 0514.04 / Пыжов Валерий Константинович. Иваново, 1977. -249.с

80. Арутюнов, В.А. Математическое моделирование тепловой работы промышленных печей: Учебник для вузов / В.А. Арутюнов, В.В. Бухмиров, С.А. Крупенников М.: Металлургия, 1990 - 239с.

81. Михеев, М.А. Основы теплопередачи / М.А Михеев, И.М. Михеева; изд. 2-е, стереотип. М.: «Энергия», 1977 - 344с.

82. Глушаков, C.B. Программирование на Visual Basic 6.0 / C.B. Глушаков, A.C. Сурядный M.: ACT, 2003 - 497с.

83. Гаранин, A.B. Моделирование теплоустойчивости многослойных ограждающих конструкций. A.B. Гаранин, В.К. Пыжов // Вестник ИГЭУ -2004 — вып.6 С.20-24.

84. Богословский, В.Н. Годовые затраты теплоты и холода системами кондиционирования микроклимата. В.Н. Богословский, Ю.Я. Кувшинов // Информ. вып. Главпромстройпроекта .: М, 1968. №6-С12-13.

85. Виленкин, Н. Я. Метод последовательных приближений / Н.Я. Виленкин; 2-е изд., перераб. и доп. М.: Наука, 1968 - 108с.

86. Сотников, А.Г. Определение годовых расходов тепла, холода и воды в системах кондиционирования воздуха и вентиляции. А.Г. Сотников, Н.В. Кобышева, В.Э. Ницис // Холодильная техника -1982. -№7. -С.21-23.

87. Ривкин, С.Л. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Справочник. / С.Л. Ривкин, А.А .Александров; 2-е изд., перераб., и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984 - 80 с.

88. Гаранин, A.B. Математическое моделирование динамического микроклимата промышленного здания и анализ изменения потребления теплоты и холода при выполнении энергосберегающих мероприятий / A.B.л

89. Гаранин, B.K. Пыжов. Международная научно-техническая конференция «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XV Бенардосовские чтения) Тез. докл. — Т2 Иваново.: ГОУ ВПО "ИГЭУ имени В.И.Ленина". 2009, с. 254.

90. МДС 55-1.2005 Стены с теплоизоляцией из пенополистирола и минераловатных плит с отделочным слоем из тонкослойной штукатурки. Материалы для проектирования и рабочие чертежи узлов М.: ФГУП ЦПП, 2005. - 59с.

91. Богуславский, Л.Д. Технико-экономические расчёты при проектировании наружных ограждающих конструкций зданий / Л.Д. Богуславский -М.: 1969, -242с.

92. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия. Введ. 1987-01-01. - Гос. предпр.-Центр проектной продукции массового применения, 2004. - 85с.

93. Гаранин, A.B. Построение модели динамического микроклимата для промышленного здания с учётом изменения температуры воздуха по его высоте A.B. Гаранин // Надёжность и безопасность энергетики №11 09.2010, с. 33-35

94. Гаранин, A.B. Практическое применение модели динамического микроклимата для промышленного здания и оценка энергосберегающих мероприятий. A.B. Гаранин // Надёжность и безопасность энергетики №12 01.2011, с. 14-16*статья принята к публикации