close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Обеспеченность теплофизических характеристик наружных ограждений неотапливаемых производственных сельскохозяйственных зданий

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Чиркова Елена Владимировна
ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ НЕОТАПЛИВАЕМЫХ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ
05.23.03 – Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха,
газоснабжение и освещение
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Тольятти – 2015
Работа выполнена на кафедре
водоснабжение
и
водоотведение»
государственный университет»
«Теплогазоснабжение, вентиляция,
ФГБОУ
ВПО
«Тольяттинский
Научный
руководитель:
Кучеренко Мария Николаевна,
кандидат технических наук, доцент,
зав. кафедрой «Теплогазоснабжение, вентиляция,
водоснабжение и водоотведение» ФГБОУ ВПО
«Тольяттинский государственный университет»
Официальные
оппоненты:
Бодров Михаил Валерьевич,
доктор технических наук, доцент кафедры «Отопление
и вентиляция» ФГБОУ ВПО «Нижегородский
государственный архитектурно-строительный
университет»
Михайлов Павел Юрьевич,
кандидат физико-математических наук, доцент
кафедры «Механика многофазных систем» ФГБОУ
ВПО «Тюменский государственный университет»
Ведущая
организация:
Защита диссертации состоится …
2015 г. в …:00 на заседании
диссертационного совета Д 212.272.01 при ФГБОУ ВПО «Тюменский
государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 625001,
г. Тюмень, ул. Луначарского, д. 2, конференц-зал.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО
«Тюменский государственный архитектурно-строительный университет».
Текст диссертации и автореферат размещены на сайте университета
www.tgasu.ru.
Автореферат разослан …
2015 г.
Ученый секретарь диссертационного
совета, кандидат физико-математических
наук, доцент
2
Куриленко Н.И.
I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность
исследования.
Современные
тенденции
развития
отечественного сельского хозяйства направлены как на создание
высокомеханизированных крупных комплексов, так и мелких индивидуальных
хозяйств, что расширяет диапазон требований к снижению общей
энергоемкости сооружений, к повышению экономической эффективности
производства.
Производственные сельскохозяйственные здания (ПСЗ) относятся к
самостоятельному классу сооружений по нормированию и расчету систем
обеспечения параметров микроклимата (СОМ) и представляют собой единый
биоэнергетический и архитектурно-строительный комплекс. Во-первых,
наличие постоянных физиологических и биологических тепловыделений
изменяет основную функцию теплового контура здания, сводя ее к
нормированному рассеиванию явных тепловыделений. Во-вторых, утилизация
физиологических и биологических выделений теплоты животными, птицами,
хранящимся сочным растительным сырьем позволяет отказаться от подачи в
помещение искусственно генерируемой теплоты, т.е. рассматривать их как
неотапливаемые. В-третьих, теплофизические характеристики материалов
наружных ограждений в процессе круглогодичной эксплуатации помещений с
естественными источниками энергии должны соответствовать заложенным при
проектировании параметрам. Перечисленные особенности динамики
формирования параметров микроклимата в неотапливаемых ПСЗ показывают,
что температурный, влажностный и воздушный режимы помещений и
наружных ограждений данного класса зданий не могут быть рассчитаны по
рекомендуемым методикам для гражданских и промышленных зданий.
Отсутствие
учета
указанных
особенностей
при
проектировании
сельскохозяйственных зданий приводит к непредсказуемым отклонениям
реальных параметров микроклимата от расчетных, необоснованное применение
искусственно генерируемой энергии, неизбежное снижение количественных
показателей результатов сельскохозяйственного производства, а также к
снижению теплозащитных характеристик ограждений и преждевременному их
износу.
Использование ПСЗ как неотапливаемых без негативного влияния на
теплозащитные свойства ограждающих конструкций возможно только за счет
разработки методов расчета процессов тепло- и массопереноса в ограждающих
конструкциях с выявлением и количественным обоснованием расчетных
теплофизических характеристик строительных материалов для одновременного
поддержания как температурных, так и влажностных режимов в помещениях.
3
Степень разработанности темы исследования. Теоретическими основами
диссертационного
исследования
являются
работы,
посвященные
проектированию энергосберегающих сельскохозяйственных зданий, авторов:
А.Г. Егиазарова, В.И. Бодрова, В.М. Валова, и др.; работы, связанные с
изучением вопросов влагопереноса в наружных ограждениях зданий, авторов:
В. А.В. Лыкова, Н. Богословского, К.Ф. Фокина, В.Г. Гагарина и др.
Целью
диссертационного
исследования
обеспечение
расчетных
теплофизических
характеристик
теплового
контура
неотапливаемых
производственных сельскохозяйственных зданий путем разработки методики
нормирования и расчета теплофизических характеристик наружных
ограждений как единых биоэнергетических комплексов на основе полного
термодинамического потенциала переноса фаз (потенциала влажности) с
обоснованием эффективности объемно-планировочных, конструктивных и
технологических решений по созданию и управлению параметрами
микроклимата.
Задачи исследования:
1. Оценить
особенности
формирования
температурно-влажностных
параметров
микроклимата
в
неотапливаемых
производственных
сельскохозяйственных зданиях как единых биоэнергетических комплексах;
сравнить известные теории влагопереноса через наружные ограждения и
выявить наиболее полно учитывающую процессы переноса влаги в
многослойных конструкциях при стационарных и нестационарных условиях;
провести анализ разработанных ранее методов нормирования и расчета
сопротивлений тепло- и влагопередаче наружных ограждений применительно к
производственным сельскохозяйственным зданиям.
2. Обосновать и разработать методику нормирования требуемого
сопротивления влагопередаче наружных ограждений неотапливаемых
производственных сельскохозяйственных зданий, основанную на теории
потенциала влажности.
3. Получить графоаналитические зависимости для расчетов значений
коэффициентов влагопроводности строительных материалов в шкале
потенциала влажности в однослойных и многослойных конструкциях
наружных ограждений.
4. Провести натурные исследования по определению перепадов потенциалов
влажности внутреннего воздуха и внутренних поверхностей ограждающих
конструкций в холодный период года, необходимых для нормирования
сопротивлений
влагопередаче
теплового
контура
неотапливаемых
производственных сельскохозяйственных зданий.
5. Разработать методику расчета влажностных характеристик наружных
4
ограждений при проектировании и реконструкции производственных
сельскохозяйственных зданий, использующих естественные источники
энергии.
Объектом исследования является энергоэффективность производственных
сельскохозяйственных зданий различного функционального назначения как
самостоятельного класса сооружений по нормированию и расчету
теплофизических характеристик наружных ограждающих конструкций.
Предметом исследования является температурный и влажностный режимы
помещений и наружных ограждений производственных сельскохозяйственных
зданий как единых биоэнергетических комплексов с минимизацией (вплоть до
нулевой) использования искусственных источников энергии системами
обеспечения параметров микроклимата.
Научная новизна результатов исследования:
1. Разработан метод нормирования и расчета сопротивления влагопередаче в
шкале потенциала влажности по нормируемому удельному потоку влаги через
наружные ограждения производственных сельскохозяйственных зданий с
естественными источниками энергии.
2. Получены аналитические зависимости для определения коэффициентов
влагообмена
на
внутренних
поверхностях
наружных
ограждений
неотапливаемых производственных сельскохозяйственных зданий.
3. Получены аналитические зависимости для расчета коэффициентов
влагопроводности любого строительного материала в шкале потенциала
влажности.
4. В результате натурных экспериментальных исследований получены
графические и аналитические зависимости для определения перепада
потенциалов влажности внутреннего воздуха и внутренней поверхности
ограждающей конструкции.
5. Разработана методика расчета влажностных характеристик наружных
ограждений неотапливаемых производственных сельскохозяйственных зданий.
Методологической основой диссертационного исследования являются:
аналитическое обобщение известных научных теоретических результатов;
использование аналогии процессов тепло- и влагопереноса; планирование
эксперимента
и
обработка
экспериментальных
данных
методами
математической статистики.
Область исследования: «Тепловой, воздушный и влажностный режимы
зданий различного назначения, тепломассообмен в ограждениях и разработка
методов расчета энергосбережения в зданиях», соответствующая паспорту
научной специальности ВАК: 05.23.03 – «Теплоснабжение, вентиляция,
кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение».
5
Практическая
значимость
результатов
исследования.
Для
производственных сельскохозяйственных зданий разработан новый подход
комплексного проектирования, конструирования и эксплуатации систем
обеспечения параметров микроклимата, пригодный как при новом
проектировании, так и при реконструкции объектов. Снижение расходов
энергии в круглогодичном цикле эксплуатации достигается за счет: учета
функционального назначения помещений и технологий производства; полной
утилизации физиобиологической явной теплоты; всестороннего использования
естественных источников энергии, в том числе естественной аэрации.
Внедрение результатов исследования. Методики расчетов апробированы в
практической деятельности, имеются акты внедрения. Теоретические и
практические результаты исследований вошли в учебно-методические пособия,
используются при чтении лекций, проведении курсового и дипломного
проектирования со студентами Тольяттинского государственного университета
по дисциплинам «Тепловая защита зданий» и «Теплоэнергосбережение».
Технические предложения по реконструкции теплового контура здания
коровника использованы при модернизации на ферме с.п. Васильевка.
Личное участие автора заключается в формулировании цели работы и
постановке задач, в разработке методик теоретических исследований, в
планировании и проведении экспериментальных исследований, обработке
полученных результатов.
Апробация
результатов
исследования.
Основные
положения
диссертационного исследования доложены на следующих конференциях:
Международ. науч.-технич. конференция студентов, магистрантов и аспирантов
«Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов» –
Тольятти: ТГУ, 2009; Всеросс. науч.-практич. конференция студентов,
аспирантов
и молодых
ученых
«Энергои
ресурсосбережение.
Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» – Екатеринбург:
УГТУ-УПИ, 2009; Всеросс. науч.-практич. конференция студентов, аспирантов
и молодых ученых «Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение.
Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» – Екатеринбург:
УрФУ, 2010; Междунар. науч.-практич. конференция «Строительная
индустрия: вчера, сегодня, завтра» – Пенза: ПГУАС, 2010; XIII Междунар.
науч.-технич. конференция «Энерго- и ресурсосберегающие технологии в
системах теплогазоснабжения и вентиляции» – Пенза: ПГУАС, 2011;
Международ. науч.-практич. конференция «Актуальные проблемы развития
науки и образования» – М.: АР-Консалт, 2014.
Публикации. Основное содержание диссертационного исследования
опубликовано в 12 работах, из них 4 публикации в изданиях, рекомендованных
6
ВАК Минобрнауки России.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения,
четырех глав, основных выводов, списка литературы (153 наименования), 9
приложений. Объем работы составил 160 страниц, включая 60 рисунков, 19
таблиц.
Во введении обоснован выбор темы диссертации, отражена ее актуальность,
определены цель и задачи исследований, показаны научная новизна и
практическая значимость полученных результатов.
В первой главе рассмотрены вопросы формирования параметров
микроклимата в производственных сельскохозяйственных зданиях и их
влияние на эффективность сельскохозяйственного производства; проведен
сравнительный анализ существующих методов расчета влажностного режима
наружных ограждений, а также существующих методов нормирования
сопротивлений теплопередаче и сопротивлений паропроницанию ограждающих
конструкций зданий.
Во второй главе разработана методика нормирования требуемого
сопротивления влагопередаче ограждающих конструкций неотапливаемых
производственных
сельскохозяйственных
зданий;
методика
расчета
коэффициента влагообмена; получены аналитические зависимости для расчетов
коэффициентов влагопроводности любого строительного материала в шкале
потенциала влажности; обоснованы ограничения при расчете сопротивления
влагопередаче.
В третьей главе представлены результаты натурных исследований
температурно-влажностного режима коровника в процессе круглогодичной
эксплуатации. Определены перепады потенциалов влажности между
внутренним воздухом и внутренней поверхностью ограждающих конструкций
здания коровника в холодный период года для возможности определения
удельного потока влаги через наружные ограждения.
В четвертой главе приведена общая методика и последовательность
расчетов
теплофизических
характеристик
наружных
ограждений
неотапливаемых производственных сельскохозяйственных зданий; выполнены
расчеты по реконструкции теплового контура коровника на 200 голов.
II. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ
ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ,
ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ
1. Разработан метод нормирования и расчета сопротивления
влагопередаче в шкале потенциала влажности по нормируемому
удельному потоку влаги через наружные ограждения производственных
7
сельскохозяйственных зданий с естественными источниками энергии.
Анализ существующих теорий влагопереноса и разработанных на их основе
методов нормирования и расчета сопротивлений влагопередаче показал, что
только при принятии в качестве движущей силы переноса полного
термодинамического
потенциала
(потенциала
влажности)
возможно
объективное количественное определение требуемых сопротивлений
влагопередаче, учитывающих особенности формирования температурновлажностных параметров микроклимата в неотапливаемых производственных
сельскохозяйственных зданий.
По аналогии с основным законом теплопроводности удельный поток влаги i,
кг/(м2∙ч), в материале пропорционален градиенту потенциала влажности:
(1)
i   .
где χ – коэффициент влагопроводности материала, кг/(м∙ч∙ºВ);  – градиент
потенциала влажности, ºВ.
На основе аналогии процессов тепло- и влагопереноса получена зависимость
для расчета приведенного сопротивления влагопередаче R , 0 , м2∙ч∙ºВ/кг,
однослойной или многослойной ограждающей конструкции:
n
R , 0    i  i .
(2)
i 1
Величина
сопротивления
влагопередаче
R , 0 ,
м2∙ч∙ºВ/кг,
оценивает
влагозащитные характеристики наружных ограждений и показывает
количественно разность потенциалов влажности , В, при которой через 1 м2
стены в течение 1 ч передается 1 кг влаги.
По аналогии с определением требуемого сопротивления теплопередаче,
требуемое сопротивление влагопередаче RΘтр , м2∙ч∙ºВ/кг, предлагается
определять по зависимости:
RΘтр  в  н  i н  в  н  нβΘв ,
(3)
где  н – перепад потенциалов влажности внутреннего воздуха и внутренней
поверхности ограждающей конструкции, ºВ.
За основу нормирования принят удельный поток влаги через ограждение iн,
кг/(м2ч), равный:
i н  Θ н β Θв .
(4)
2. Получены
аналитические
зависимости
для
определения
коэффициентов влагообмена на внутренних поверхностях наружных
ограждений неотапливаемых производственных сельскохозяйственных
зданий.
Физический смысл принятого положения по нормированию удельного
8
потока влаги заключается в рассеивании через наружные ограждения избытков
влаги, выделяющейся в процессе жизнедеятельности животных, птиц,
хранящейся продукции. Такая необходимость диктуется предотвращением в
холодный период, когда подача приточного воздуха практически прекращается,
увлажнения материалов наружных ограждений, влекущего снижение их
теплозащитных характеристик, подобранных в результате теплотехнических
расчетов. За холодный период года в данном случае принимается период с
температурой наружного воздуха t н ниже условной расчетной температуры t нр ,
т.е. период, когда физиологических явных тепловыделений недостаточно для
подогрева наружного воздуха.
Общее количество выделяемой в воздух помещения влаги составляет:
Gвло  Gвл  Gвлд ,
(5)
где Gвл – количество физиобиологической влаги, выделяемой животными,
хранящейся продукцией, кг/ч; G – дополнительное количество испаряющейся
в помещении влаги от навоза, помета, подстилки, пола, поилок, систем
навозоудаления, кг/ч.
При закрытых воротах, дверях, окнах и отсутствии вентиляции влага может
удаляться только через наружные стены и покрытия площадью F = Fст + Fпокр,
м2. Поэтому расчетный (нормируемый) удельный поток влаги через них iн,
кг/(м2ч), составляет:
i н  Gвло F .
(6)
д
вл
Коэффициент влагообмена  Θв , кг/(чм2В), равен:
Θв  Gвло Fн .
(7)
Полученная аналитическая зависимость (7) по определению коэффициента
влагообмена  Θв однозначно характеризует требуемую интенсивность
влагообмена на внутренних поверхностях наружных ограждений. Она
взаимоувязывает температурно-влажностные параметры среды и наружных
ограждений (н, В): с объемно-планировочными и конструктивными
решениями зданий (F, м2); с технологией производства, видом животных, птиц,
хранящегося сырья, режимами эксплуатации ( G вло , кг/ч).
3. Получены аналитические зависимости для расчета коэффициентов
влагопроводности любого строительного материала в шкале потенциала
влажности.
Расчет теплового и влажностного режимов строительных конструкций на
основе теории потенциала влажности затруднен отсутствием для большинства
строительных материалов теплофизических характеристик в шкале потенциала
влажности. В технической литературе имеются лишь экспериментальные
9
зависимости коэффициента влагопроводности χ от потенциала влажности Θ,
полученные экспериментально В.Н. Богословским, для пенобетона и красного
кирпича.
Для практических расчетов величины R , 0 по формуле (2) получена
аналитическая зависимость для определения коэффициента влагопроводности
χ, кг/(мчВ), любого строительного материала в шкале потенциала влажности.
Вывод зависимости осуществлялся, исходя из равенства удельного количества
влаги i, кг/(м2ч), проходящего сквозь плоскую стену площадью 1 м2,
рассчитанного на основе двух теорий влагопереноса в ограждающих
конструкциях зданий: теории диффузии водяного пара и теории потенциала
влажности.
Для однослойной конструкции имеем систему уравнений:
i  eв  eн μ δ ;
(7)
i  в  н χ δ
из которой выведена зависимость для расчета χ, кг/(м∙ч∙ºВ):
χ  eв  eн μ в  н  ,
(8)
где  – коэффициент паропроницаемости материала, кг/(мчПа).
На основании формулы (8) построена графическая зависимость между
коэффициентом влагопроводности пенобетона χ и разницей потенциалов
влажности внутреннего и наружного воздуха ΔΘ, В (рисунок 1). Значения
упругости водяного пара eв и потенциала влажности внутреннего воздуха Θв
рассчитывались при tв = 20 С и φв = 55 %; величины eн и Θн вычислялись при tн
= 10…–50 С и φн = 80 %. Значения коэффициентов влагопроводности лежат в
пределах от 1,510-5 до 2,110-5 кг/(мчВ) и имеют высокую сходимость с
данными, полученными В.Н. Богословским экспериментально.
Рисунок 1 – Зависимость коэффициента влагопроводности пенобетона от разности
потенциалов влажности внутреннего и наружного воздуха
10
Для многослойных конструкций наружных ограждений система уравнений
(7) усложняется на количество слоев конструкции. Для трехслойной
конструкции наружной стены имеем:
(9)
χ1  eв  eII μ1 / в  II  ;
χ 2  eII  eIII μ 2 / II  III  ;
χ 3  eIII  eн μ3 / III  н  .
(10)
(11)
Обоснована методика определения значений потенциалов влажности в толще
многослойного ограждения: все толщины конструкционных слоев приводятся к
эквивалентной толщине основного конструкционного слоя ( δ *2  δ 2 μ 1 /μ 2 ,
δ *3  δ 3 μ 1 /μ 3 ) по аналогии с методом конечных разностей температур при
расчетах нестационарной теплопередачи через ограждение.
Задача
определения потенциала влажности в любом сечении толщи стены сводится к
построению графической зависимости  = f() для условной однослойной
конструкции (рисунок 2).
Рисунок 2 – Определение значений потенциалов влажности в толще наружной стены
4. В результате натурных экспериментальных исследований получены
графические и аналитические зависимости для определения перепада
потенциалов влажности внутреннего воздуха и внутренней поверхности
ограждающей конструкции.
Объектом исследования являлось здание неотапливаемого коровника
круглогодичного беспривязного содержания 200 коров молочного направления,
расположенного в с. Васильевка Ставропольского района Самарской области.
Эксперименты проводились в холодный период года, при среднесуточной
температуре наружного воздуха равной +10 °C и ниже один раз в неделю с
15.10.2010 г. по 22.04.2011 г. Общие наблюдения за особенностями динамики
11
формирования параметров микроклимата в коровнике осуществляются с 2009 г.
по настоящее время.
В процессе исследования выполнялись следующие замеры: температура
наружного воздуха tн, ºС; температура внутреннего воздуха в помещении
коровника по показаниям сухого и мокрого термометров tс и tм, ºС; температура
БП
НС
внутренней поверхности наружной стены τ в.п
, ºС; бесчердачного покрытия τ в.п
,
ºС; оконного остекления τ Ов.п , ºС. Замеры температуры и относительной
влажности внутреннего воздуха проводились в центре помещения коровника на
высоте 1,5 м от уровня. Температура наружного воздуха определялась вблизи
здания коровника. Температуры внутренних поверхностей наружной стены,
покрытия и оконного остекления находились инфракрасным термометром
DT8859, при этом количество контрольных точек составляло 25, 24 и 12,
соответственно, за один опыт (рисунок 3).
Бесчердачное
покрытие
38 39
11
,0
м
44
52
50 51
56
57
58
59
4 5
2,0 м
26
53
60
47
48
54
42
43
49
55
61
Точки
замеров
Наружная
стена
3
1 2 8 9 10
30 31
7
15
29
6
27 28
13 14
Окно 32 33
1,8х0,6 м
45 46
40
41
12
19 20
11
17 18 24 25
16
363721 22 23
34 35
6 ,0 м
Рисунок 3 – Контрольные точки замеров температур внутренних поверхностей
ограждающих конструкций помещения коровника
Графическое изображение результатов экспериментов приведено на рисунках
4…6. Зависимости температур внутренних поверхностей от температуры
НС
 f (t н ) , τ Ов.п  f (t н ) , τ вБП  f (t н ) близки к линейным
наружного воздуха τ в.п
(невязка не превышает 7 %). Отклонения экспериментальных точек от прямой
линии объясняется возможными колебаниями температур внутреннего воздуха
в помещении коровника.
12
НС
τв.п , ºС
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
tн , ºС
-5,0
-25,0 -20,0 -15,0 -10,0 -5,0 0,0 5,0 10,0 15,0
Рисунок 4 – Результаты измерений температуры внутренней поверхности
стены здания коровника в зависимости от температуры наружного воздуха
О
τв.п , ºС
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
-5,0
-10,0
-30,0
tн , ºС
-20,0
-10,0
0,0
10,0
20,0
Рисунок 5 – Результаты измерений температуры внутренней поверхности
остекления оконного проема здания коровника в зависимости от температуры наружного
воздуха
τБП
в.п, ºС
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
tн, ºС
0,0
-30,0
-20,0
-10,0
0,0
10,0
20,0
Рисунок 6 – Результаты измерений температуры внутренней поверхности бесчердачного
покрытия здания коровника в зависимости от температуры наружного воздуха
13
Зависимости температур внутренних поверхностей могут быть описаны
линейными уравнениями:
НС
для внутренних поверхностей наружных стен
в.п
 0,57tн  12,39 ; (12)
для внутренних поверхностей остекленных оконных проемов
Ов.п  0,63tн  10,36 ;
(13)
для внутренних поверхностей бесчердачного покрытия
БП
в.п
 0,56tн  16,60 .
(14)
На основе экспериментальных данных были определены перепады
потенциалов влажности между внутренним воздухом и внутренними
поверхностями наружных ограждений, по результатам которых построены
экспериментальные зависимости ΔΘНС = f(tв) и ΔΘБП = f(tв) для наружной стены
и бесчердачного покрытия здания коровника (рисунки 7, 8). В качестве
аппроксимирующих функций выбраны логарифмические, описываемые
следующими уравнениями:
для наружных стен
ΔΘНС = 1,23ln(tв) – 1,16;
(15)
БП
для бесчердачного покрытия
ΔΘ = 4,74ln(tв) – 8,98.
(16)
Рисунок 7 – Зависимость перепада потенциалов влажности внутреннего воздуха и
внутренней поверхности наружной стены здания коровника от температуры внутреннего
воздуха
Рисунок 8 – Зависимость перепада потенциалов влажности внутреннего воздуха и
внутренней поверхности бесчердачного покрытия здания коровника от температуры
внутреннего воздуха
14
Наличие отрицательных значений перепадов потенциалов влажности
свидетельствует о направлении движения влаги внутрь помещения. Данное
обстоятельство имеет место при повышенной относительной влажности
ограждающих конструкций.
5. Разработана методика расчета влажностных характеристик наружных
ограждений неотапливаемых производственных сельскохозяйственных
зданий.
Нормирование теплофизических характеристик наружных ограждений
неотапливаемых производственных сельскохозяйственных зданий по
теплотехническим ( R0  R0тр ) и по влажностным ( R.,0  RΘтр ) требованиям
является единым теплофизическим взаимосвязанным процессом. На основе
теплотехнического расчета осуществляется выбор конструкций наружных
ограждений. Их изменение на основе требований по влажностному режиму не
должно приводить к снижению теплотехнических характеристик ограждений, к
изменению тепловых балансов помещений в сторону увеличения дефицита
теплоты.
Порядок расчета влажностного режима наружных ограждений:
1. Определяются значения потенциалов влажности внутреннего в и
наружного н воздуха, В.
2. Определяются перепады потенциалов влажности внутреннего воздуха и
внутренней поверхности наружной стены НС и бесчердачного покрытия
БП, В.
3. Рассчитывается коэффициент влагообмена β Θв , кг/(ч∙м2∙ºВ).
4. Вычисляется величина требуемого сопротивления влагопередаче RΘтр ,
м2чºВ/кг.
5. Определяются значения коэффициентов влагопроводности χ, кг/(м∙ч∙°В),
для однослойного ограждения по (8), для многослойного по (9…11). Значения
потенциалов влажности на границах материальных слоев определяются
графоаналитическим методом.
6. Рассчитываются приведенные сопротивления влагопередаче ограждающих
конструкций здания R , 0 , м2∙ч∙ºВ/кг.
По результатам расчета проверяется выполнение требования по
влажностному режиму наружных ограждений: RΘ, 0  RΘтр . В случае, если
ограждающие конструкции не удовлетворяют данному условию, в период с
температурой наружного воздуха ниже t нр в помещении сельскохозяйственного
здания будет накапливаться выделяемая животными, птицами, хранящейся
15
продукцией влага. Следовательно, необходимо изменить конструкцию
наружных стен и покрытия, применив строительные материалы с большим
коэффициентом влагопроводности либо рассмотреть вариант использования
систем вентиляции или осушения внутреннего воздуха.
Общие выводы
1. На основе обзора научной, технической, специальной и справочной
литературы
обоснованы
особенности
формирования
температурновлажностных параметров микроклимата в неотапливаемых производственных
сельскохозяйственных зданиях с учетом физиобиологических закономерностей
процессов тепломассообмена животных, птиц, хранящейся продукции с
окружающей средой; изучено влияние динамики параметров микроклимата на
продуктивность
сельскохозяйственного
производства;
обоснованы
физиобиологические требования к параметрам микроклимата.
2. Сравнительный анализ известных теорий влагопереноса через наружные
ограждения показал обоснованность применения при расчетах сопротивлений
влагопередаче и влажностного состояния наружных ограждений полного
термодинамического потенциала переноса фаз (потенциала влажности),
комплексно учитывающего особенности переноса теплоты и влаги, а также
формирование
температурно-влажностных
режимов
в
помещениях
неотапливаемых производственных сельскохозяйственных зданий.
3. Анализ существующих методов нормирования и расчета сопротивлений
теплои
влагопередаче
наружных
ограждений
неотапливаемых
производственных сельскохозяйственных зданий выявил необходимость более
полного учета динамики влажностного режима наружных ограждений в
круглогодичном цикле эксплуатации сооружений.
4. Разработана методика нормирования сопротивления влагопередаче
наружных
ограждений
неотапливаемых
производственных
сельскохозяйственных зданий. За основу нормирования принят удельный поток
влаги через ограждение, взаимоувязывающий температурно-влажностные
параметры
среды
и
наружных
ограждений,
физиобиологические
влаговыделения, объемно-планировочные и конструктивные решения зданий.
5. Получена аналитическая зависимость (8) для определения коэффициентов
влагопроводности строительных материалов в шкале потенциала влажности в
однослойных конструкциях. Коэффициенты влагопроводности слоев
ограждений определяются в соответствии с разработанной графоаналитической
методикой нахождения значений потенциалов влажности в сечениях
многослойных ограждений.
6. В
результате
натурных
экспериментальных
исследований
16
тепловлажностных характеристик внутренних поверхностей наружных
ограждений получены графические (рисунки 7, 8) и аналитические (15, 16)
зависимости перепадов потенциалов влажности внутреннего воздуха и
внутренних поверхностей ограждающих конструкций коровника. Рассчитанные
требуемые сопротивления влагопередаче наружных ограждений с учетом
полученных экспериментальных данных гарантируют соответствие их
теплотехнических характеристик расчетным в процессе эксплуатации
сооружений.
7. Разработана методика расчета требуемых влажностных характеристик
наружных
ограждений
неотапливаемых
производственных
сельскохозяйственных зданий как единых биоэнергетических комплексов,
основанная на взаимосвязи
процессов нормирования сопротивлений
теплопередаче R0тр и сопротивлений влагопередаче RΘтр наружных ограждений.
Обеспечением требуемого сопротивления теплопередаче решается задача
энергосбережения за счет утилизации физиобиологической теплоты.
Обеспечением требуемого сопротивления влагопередаче достигается
поддержание в процессе эксплуатации температурного режима в помещении за
счет
стабильности
количественных
показателей
теплотехнических
характеристик наружных ограждений, заложенных при проектировании.
8. Разработанная методика расчета требуемых влажностных характеристик
наружных ограждений производственных сельскохозяйственных зданий
пригодна как при новом строительстве, так и при реконструкции сооружений.
Предложены варианты реконструкции теплового контура коровника с учетом
теплофизических, конструктивных и технологических требований по
снижению энергоемкости и повышению долговечности здания, экономический
эффект от внедрения которых составляет до 170000 рублей в год.
III. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ
ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ:
публикации в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК
РФ:
1. Чиркова,
Е.В.
Термодинамическое
обоснование
определения
коэффициента влагопроводности строительных материалов / М.Н. Кучеренко,
Е.В. Чиркова // Приволжский науч. журн. – 2010. – № 4. – С. 129-135.
2. Чиркова, Е.В. Экспериментальное исследование тепловлажностных
характеристик внутренних поверхностей ограждающих конструкций
сельскохозяйственных зданий / М.Н. Кучеренко, Е.В. Чиркова // Вестник
ВСГУТУ. – 2013. – № 2. – С. 45-50.
17
3. Чиркова, Е.В. Применение теории потенциала влажности для расчета
переноса влаги через наружные ограждения / М.Н. Кучеренко, Е.В. Чиркова //
Известия вузов. Строительство. – 2013 – № 5. – С. 63-67.
4. Чиркова, Е.В. Теплофизические характеристики теплового контура
производственных сельскохозяйственных зданий / В.И. Бодров, М.Н.
Кучеренко, Е.В. Чиркова // Приволжский науч. журн. – 2014. – № 3. – С. 59-66.
публикации в других изданиях:
5. Чиркова, Е.В. Проблемы теплотехнического расчета наружных
ограждений сельскохозяйственных зданий / М.Н. Кучеренко, Е.В. Чиркова //
Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов : Сб.
тр. Международ. науч.-техн. конф. студентов, магистрантов, аспирантов 10-12
ноября 2009 г. – Тольятти, ТГУ, 2009. – С. 281-284.
6. Чиркова, Е.В. Решение вопроса энергосбережения в сельскохозяйственных
зданиях с позиции теории потенциала влажности / М.Н. Кучеренко, Е.В.
Чиркова // Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые
источники энергии : Сб. материалов Всеросс. науч.-практич. конф. студентов,
аспирантов и молодых ученых 14-18 декабря 2009 г. – Екатеринбург, УГТУУПИ, 2009. – С. 320-323.
7. Чиркова, Е.В. Определение потенциала влажности наружного воздуха для
тепловлажностного расчета ограждающих конструкций сельскохозяйственных
зданий / М.Н. Кучеренко, Е.В. Чиркова // Промышленная безопасность : Сб.
науч.-производств. статей – Н. Новгород, НГАСУ, 2010. – С. 225-229.
8. Чиркова, Е.В. Учет влажностного режима помещений при проектировании
наружных ограждающих конструкций сельскохозяйственных зданий на основе
теории потенциала влажности / М.Н. Кучеренко, Е.В. Чиркова // Строительная
индустрия: вчера, сегодня, завтра: Сб. статей Международ. науч.-практич.
конф. – Пенза, ПГСХА, 2010. – С. 53-56.
9. Чиркова, Е.В. Снижение энергоемкости сельскохозяйственных зданий
путем повышения надежности и эффективности ограждающих конструкций /
М.Н. Кучеренко, Е.В. Чиркова // Энерго- и ресурсосбережение.
Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии :
Сб. материалов Всеросс. науч.-практич. конф. студентов, аспирантов и молодых
ученых 22-26 ноября 2010 г. – Екатеринбург, УрФУ, 2010. – С. 204-206.
10. Чиркова, Е.В. Учет влажностного режима наружных ограждающих
конструкций сельскохозяйственных зданий как способ повышения их
энергоэффективности / М.Н. Кучеренко, Е.В. Чиркова // Энерго- и
ресурсосберегающие технологии в системах теплогазоснабжения и вентиляции
: Сб. тр. XIII Международ. науч.-техн. конф. – Пенза: ПГУАС, 2011. – С. 259262.
18
11. Чиркова, Е.В. Прогнозирование динамики влажностного режима
наружных
ограждений
неотапливаемых
производственных
сельскохозяйственных зданий / Е.В. Чиркова // Актуальные проблемы развития
науки и образования : Сб. науч. трудов Международ. науч.-практич. конф. 5 мая
2014 г. : в 7 ч. Ч. VI. – М.: «АР-Консалт», 2014. – С. 151-153.
12. Чиркова, Е.В. Проектирование теплового контура неотапливаемых
производственных сельскохозяйственных зданий / Е.В. Чиркова // Вестник
НГИЭИ. – 2015. – № 2. – С. 75-80.
Основные условные обозначения
с – удельная массовая теплоемкость, кДж/(кгС); Втч/(кгС); d –
влагосодержание воздуха, г/кг сух. в-ха; e – упругость водяного пара, Па; G –
количество выделяемой в помещение влаги, кг/ч; i – удельный поток влаги,
кг/(м2ּч); q – удельный тепловой поток, Вт/м2; R0тр – требуемое сопротивление
теплопередаче
ограждающей
конструкции,
м2∙°С/Вт;
RΘтр
–
требуемое
сопротивление влагопередаче ограждающей конструкции, м2∙ч∙ºВ/кг; R , 0 –
приведенное сопротивление влагопередаче ограждающей конструкции,
м2∙ч∙ºВ/кг; t – температура, °С;   – коэффициент влагообмена поверхности
ограждающей конструкции с воздухом, кг/(ч∙м2∙ºВ); Θ – потенциал влажности,
ºВ; μ – коэффициент паропроницаемости материала, кг/(мּчּПа); мг/(мчПа); ρ
– плотность, кг/м3; τ – температура поверхности ограждающей конструкции,
°С; φ – относительная влажность воздуха, %; χ – коэффициент
влагопроводности, кг/(мּчּ°В).
Надстрочные и подстрочные индексы
б – биологические; БП – бесчердачное покрытие; в – внутренний, воздух; вл –
влага; в.п – внутренняя поверхность; д – дополнительное; ж – животное; кр –
критическая; н – наружный, нормируемый; наг – нагрев; НС – наружная стена;
о – общий; О, ок – окно; опт – оптимальная; покр – покрытие; пол – пол; пр –
приточный; пт – птица; ст – стена; тр – требуемый; уд – удаляемый.
19
Подписано в печать с электронного оригинал-макета ХХ.03.2015.
Бумага офсетная. Печать трафаретная.
Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 98/02.
Отпечатано в Редакционно-издательском центре
Тольяттинского государственного университета
445667, г. Тольятти, ул. Белорусская, 14
20
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа