close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY18898

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2015.02.28
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01N 25/00
(2006.01)
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЩЕГО КОЭФФИЦИЕНТА
ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ЗДАНИЯ
(21) Номер заявки: a 20101504
(22) 2010.10.20
(43) 2012.06.30
(71) Заявитель: Республиканское унитарное предприятие "Институт жилища - НИПТИС им. Атаева С.С."
(BY)
(72) Автор: Данилевский Леонид Николаевич (BY)
BY 18898 C1 2015.02.28
BY (11) 18898
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Республиканское
унитарное предприятие "Институт
жилища - НИПТИС им. Атаева С.С."
(BY)
(56) ДАНИЛЕВСКИЙ Л.Н. Архитектура и
строительство. - 2008. - № 8. - С. 90-95.
RU 2285915 C2, 2006.
RU 2219534 C1, 2003.
RU 2002127867 A, 2004.
RU 2140070 C1, 1999.
RU 94026135 A1, 1996.
(57)
1. Способ определения общего коэффициента теплопередачи здания, при котором выбирают i интервалов времени с различной наружной температурой воздуха, длительность
τi которых превышает постоянную времени остывания здания, далее на каждом выбранном интервале времени измеряют значения температур воздуха снаружи и внутри здания,
по ним определяют средние для каждого интервала времени значения температур воздуха
снаружи и внутри здания, по показаниям общего счетчика тепла в здании устанавливают
количество энергии Qi (кВт·ч), потребленной зданием для отопления в i-м интервале времени продолжительностью τi (ч), на основании которых определяют среднюю удельную
мощность Pi (Вт/м2) источников отопления в здании в i-м интервале времени из выражения:
Q ⋅ 1000
Pi = i
,
τi
далее определяют значения общего коэффициента теплопередачи здания f1 (Вт/(м2·К)) и
удельной мощности внутренних источников тепла в здании f2 (Вт/м2) из системы линейных уравнений, составленной на основании полученных результатов измерений:
Фиг. 1
BY 18898 C1 2015.02.28
f1·∆Τ1 – f2 = Р1
f1·∆Τ2 – f2 = Р2
……………..
f1·∆Τi – f2 = Рi,
где значение f2 взято со знаком минус,
∆Ti = Tiв – Tiн,
Tiв и Tiн - средняя температура воздуха внутри и снаружи здания в i-м интервале времени соответственно.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при известном значении f2 удельной мощности внутренних источников тепла в здании значение f1 общего коэффициента теплопередачи здания в i-м интервале времени определяют из выражения:
P −f
f1 = i 2 .
∆Ti
Изобретение относится к определению теплоэнергетических характеристик здания и
может быть использовано в строительстве при проектировании и жилищно-коммунальном
хозяйстве для энергетической паспортизации зданий.
Известен способ определения теплоэнергетических характеристик здания расчетным
путем по предполагаемому количеству находящихся в помещении людей, предполагаемому потреблению электрической и тепловой энергии, проектным значениям воздухообмена и сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций здания, нормативной
температуре внутри здания и средней за отопительный период наружной температуре [1].
Недостатками способа являются низкая точность определения теплоэнергетических характеристик здания, так как реальные характеристики построенного здания могут сильно
отличаться от проектных и заданных нормативами величин.
Известен способ определения теплоэнергетических характеристик здания расчетным
путем [2] по измеренному потреблению электрической и потребляемой для отопления тепловой энергии, потреблению газа в здании и количеству проживающих в здании людей.
Недостатками способа являются большая трудоемкость и низкая точность измерений, так
как необходимо собрать большое количество данных и делать предположения относительно мощности тепловыделений людей и времени их пребывания в здании.
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения теплоэнергетических характеристик здания расчетным путем [3] по измеренным в отопительном периоде
значениям средней температуры наружного воздуха и воздуха помещений (по характеристикам вентиляционных выбросов на выходах вентиляционных шахт здания), значению
потребляемой для отопления тепловой энергии (по общедомовому теплосчетчику) и проектным теплотехническим характеристикам ограждающих конструкций. Недостатком
способа является низкая точность определения теплоэнергетических характеристик здания, так как реальные теплотехнические характеристики ограждающих конструкций построенного здания могут сильно отличаться от проектных.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение трудоемкости и повышение
точности определения теплоэнергетических характеристик здания, таких как общий коэффициент теплопередачи здания, удельная мощность внутренних источников тепла в
здании и средняя температура воздуха в здании, за счет уменьшения количества измеряемых параметров.
Поставленная задача решается посредством достижения технической цели новым способом определения общего коэффициента теплопередачи здания, при котором выбирают i
интервалов времени с различной наружной температурой воздуха, длительность τi которых превышает постоянную времени остывания здания, далее на каждом выбранном ин2
BY 18898 C1 2015.02.28
тервале времени измеряют значения температур воздуха снаружи и внутри здания, по ним
определяют средние для каждого интервала значения температур воздуха снаружи и
внутри здания, по показаниям общего счетчика тепла в здании устанавливают количества
энергии Qi (кВтч), потребленной зданием для отопления в i-м интервале времени продолжительностью τi (ч), на основании которых определяют среднюю удельную мощность Pi
(Вт/м2) источников отопления в здании в i-м интервале времени из выражения:
Q ⋅1000
Pi = i
,
τi
далее определяют значение f1 общего коэффициента теплопередачи здания Вт/(м2К) из
системы линейных уравнений, составленной на основании полученных результатов измерений:
f1·∆T1–f2 = P1
f1·∆T2–f2 = P2
…………
f1·∆Ti–f2 = Pi,
где ∆Ti = Tiв–Tiн,
где Tiв и Tiн - средняя температура воздуха внутри и снаружи здания в i-м интервале времени соответственно;
f2 - удельная мощность внутренних источников тепла в здании, взятая со знаком "минус", Вт/м2.
При известном значении f2 удельной мощности внутренних источников тепла в здании
значение f1 общего коэффициента теплопередачи здания в i-м интервале времени определяют из выражения:
P −f
f1 = i 2 .
∆Ti
Сущность способа определения одной из главных теплоэнергетических характеристик
здания - общего коэффициента теплопередачи здания, заключается в том, что по показаниям общего счетчика тепла в здании устанавливают потребленную им для отопления тепловую энергию при существующих значениях температуры наружного воздуха и воздуха
в здании (определенной, например, по температуре вентиляционных выбросов), в соответствии с изобретением определяют не менее двух интервалов времени с различной наружной температурой и выполняют для них измерения значений температур снаружи и
внутри здания и энергии, потребленной зданием для отопления на каждом интервале времени, причем длительность интервалов времени выбирают из соотношения:
τi >> τ0,
(1)
где τi - длительность i-го интервала времени, ч;
τ0 - постоянная времени остывания здания, ч;
i = 1,…, N - номер интервала времени; N - количество интервалов измерения; а теплоэнергетические характеристики здания определяют из системы уравнений:
r r
(2)
[A]⋅ f = P,
где [A] - матрица размерностью N×2, элементы которой равны:
ai1 = ∆Ti;
ai2 = 1;
∆Ti = Tiв–Tiн
где Tiв и Tiн - температура внутри и снаружи здания на интервале измерений i;
r
f - вектор размерностью 2 с компонентами, f1 - общий коэффициент теплопередаче
здания [4], Вт/(м2·К), и f2 - удельная мощность внутренних источников тепла в здании,
Вт/м2, взятая со знаком "минус";
3
BY 18898 C1 2015.02.28
r
P - вектор размерностью N с компонентами, равными средней удельной мощности Рi,
Вт/м2, источника отопления в здании, определенной по показаниям общедомового счетчика потребленного тепла за этот период, причем
Q ⋅1000
Pi = i
,
τi
где i = 1,…, N;
Qi - энергия, потребленная зданием для отопления на i-м интервале времени τi, кВт·ч.
При известном значении мощности Pk внутренних источников тепла в здании измеряют среднюю температуру в помещениях здания для одного из интервалов времени k, а
значения общего коэффициента теплопередаче f1 и средней температуры воздуха в помещениях здания на остальных измерительных интервалах i определяют по формулам, полученным из системы (2):
P −f
f1 k 2 ,
Tkв − Tkн
i≠k,
P −f
Tiв = Tiн + i 2 ,
f1
Tkв и Tkн - средняя температура внутри и снаружи здания соответственно на интервале
измерений k;
Tiв = Tiн - средняя температура внутри и снаружи здания соответственно на интервале
измерений i.
Общий коэффициент теплопередачи здания определяется из мощности его тепловых
потерь. [4]
Расчетная мощность тепловых потерь здания определяется в виде суммы тепловых
потерь через наружные ограждающие конструкции и тепловых потерь с вентиляционными выбросами для нормативного уровня воздухообмена, нормативного значения температуры воздуха в жилых помещениях Т0 и средней в отопительном сезоне наружной
температуры Тнар [1]. Мощность q0 тепловых потерь в здании при оговоренных выше условиях равна:
M S
ρ cV0 
, m = 1,..., M,
q 0 = (T0 − Tнар ) ⋅  ∑ m +
(3)
R mi 3600 
m
1
=


где M - количество наружных ограждающих конструкций, включая окна, в i-й квартире;
m - номер наружного ограждения в квартире;
T0 - нормативное значение температуры воздуха в жилых помещениях, равное 18 °С;
Tнар - средняя в отопительном сезоне наружная температура для г. Минска, равная
0,9 °С;
Rm - приведенное сопротивление теплопередачи m-й наружной ограждающей конструкции в здании, м2·°C/Вт;
Sm - площадь m-й наружной ограждающей конструкции в здании, м2;
V0 - нормативный часовой объем воздухообмена в здании, м3/ч;
c - теплоемкость воздуха, Дж/(кг·°C);
ρ - плотность воздуха, кг/м3.
Второй множитель в выражении (3) не зависит от температуры и является общим коэффициентом теплопередачи здания. Выражение (3) можно переписать в виде:
q 0 = (T0 − Tнар )⋅ f10 ,
(4)
где f10 - общий коэффициент теплопередаче здания для нормативных условий, Вт/м2·К.
Из (3) и (4) можно сделать вывод, что общий коэффициент теплопередачи здания зависит только от теплотехнических характеристик ограждающих конструкций зданий и не
зависит от температуры воздуха как внутри, так и снаружи здания.
4
BY 18898 C1 2015.02.28
Нормативные характеристики, принимаемые для расчетов тепловых потерь зданий в
(3), на практике часто отличаются от фактических значений. Отличаться могут как значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций зданий, так и фактический
уровень воздухообмена. Следовательно, достижение технической цели данного изобретения осуществляется благодаря тому, что сокращаются измерения и расчеты множества
тепловых характеристик, которые оказываются избыточными. В то время как получение
значения общего коэффициента теплопередачи здания f1 для конкретного здания позволит
прогнозировать его тепловые потери и классифицировать с точки зрения степени энергоэффективности.
В то же время непосредственное измерение общего коэффициента теплопередачи здания недоступно. В современных зданиях возможно определение значения тепловой энергии, потребленной зданием на отопление за определенный период, с помощью
установленных в здании счетчиков тепла, например [2]. Средняя удельная мощность источника тепла в отоплении здания на i-м периоде измерений будет в этом случае равна:
Pi = ∆Ti · f1–f2,
(5)
где ∆Ti = (Tiв–Tiн), Tiв - средняя температура воздуха в здании на i-м интервале измерений;
Tiн - средняя температура наружного воздуха на i-м интервале измерений;
f1 - общий коэффициент теплопередачи здания;
f2 - средняя мощность внутренних тепловыделений в здании.
Считая общий коэффициент теплопередачи здания и среднюю мощность внутренних
источников тепла в здании константами, можно записать систему линейных уравнений
для их определения:
f1·∆T1 + f2 = P1
f1·∆T2 + f2 = P2
(6)
…………
f1·∆Ti + f2 = Pi,
где [А] - матрица размерностью N×2, элементы которой равны:
∆Ti = Tiв–Tiн,
где Tiв и Tiн - температура внутри и снаружи здания на интервале измерений i;
f1 - общий коэффициент теплопередачи здания, Вт/(м2·К), и f2 - удельная мощность
внутренних источников тепла в здании, Вт/м2, взятая со знаком "минус";
Pi - среднее значение удельной мощности источника отопления в здании, определенной по показаниям общедомового счетчика потребленного тепла за i-й интервал измерений, Вт/м2, причем
Q ⋅1000
Pi = i
,
τi
где i = l,…, N;
Qi - энергия по показаниям счетчика теплоты, затраченная на отопление здания на i-м
интервале времени, кВт·ч.
или в матричном виде:
r r
(6)
[A]⋅ f = P .
Здесь [А] - матрица размерностью N×2, элементы которой равны: ai1 = ∆Ti; ai2 = 1;
r
f - вектор размерностью 2 с компонентами f1 и f2;
r
P - вектор размерностью N с компонентами, равными Pi, i = l,…, N.
Для решения системы относительно неизвестных величин f1 и f2 необходимо не менее
двух уравнений [5].
Решая систему уравнений (6), получим:
f1 = (d1·b2–d2·b1)/(a1·b2–a2·b1)
f2 = –(d1·a2–d2·a1)/(a1·b2–a2·b1),
5
BY 18898 C1 2015.02.28
где a1 = Σ ∆Ti2 ;
a2 = Σ∆Ti;
b1 = Σ∆Ti;
b2 = N;
d1 = ΣPi·∆Ti;
d2 = ΣPi;
Здесь суммирование выполняется от 1 до N.
При известных значениях мощности f2 внутренних источников тепла по снятому с показаний счетчиков количеству энергии Pk, потребленной зданием для отопления, и значению температуры воздуха в здании на одном, например, k-м измерительном интервале из
системы уравнений (6) можно определить общий коэффициент теплопередачи здания и
температуру воздуха в здании на остальных измерительных интервалах. В этом случае
значение f1 равно:
P −f
f1 = k 2 ,
(7)
Tkв − Tkн
где Tkв и Tkн - средняя температура внутри и снаружи здания соответственно на k-м интервале измерений;
P −f
Tiв = Tiн + i 2 , i ≠ k ,
(8)
f1
где Tiв и Tiн - средняя температура внутри и снаружи здания соответственно на i-м интервале измерений;
k - номер измерительного интервала, на котором выполняется измерение средней температуры воздуха внутри здания;
i - номер измерительного интервала, на котором выполняется вычисление средней
температуры воздуха внутри здания.
Рассмотрим последовательность определения экспериментального общего коэффициента теплопередачи здания по предлагаемому способу.
В ходе практической реализации способа для жилого фонда г. Могилева использовались следующие данные:
1) количество тепла, потребленного для отопления зданий по нескольким месяцам
отопительного сезона 2006-2007 гг. (декабрь, январь, февраль, март) для многоэтажных
панельных зданий различных серий, старого жилого фонда и построенных в соответствии
с действующими нормативами, полученные для зданий г. Могилева [2];
2) мощность внутренних источников тепла, измеренная для этих зданий;
3) данные гидрометеоцентра по средним значениям температуры в г. Могилеве в отопительном сезоне 2006-2007 гг., приведенные в табл. 1.
Таблица 1
Средние температуры в г. Могилеве в отопительном сезоне 2006-2007 гг.
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
Январь
Февраль
Март
Апрель
7,6
1,7
2
-0,5
-9,7
4,8
5,8
При выполнении расчетов использовалась измерительная информация по четырем месяцам с декабря 2006 по март 2007 г. Длительность τi интервала измерений в течение месяца достаточна для удовлетворения условия (1), так как постоянная времени остывания
для зданий панельного типа не превышает 1 суток.
Сущность изобретения поясняют данные, представленные на фиг. 1-3.
На фиг. 1 - графики потребления тепловой энергии в зданиях старого жилого фонда
(до 1993 г. строительства) г. Могилева для четырех месяцев отопительного сезона 20062007 гг.
6
BY 18898 C1 2015.02.28
На фиг. 2 - удельное потребление тепла в зданиях нового жилого фонда г. Могилева,
соответствующих новым нормативам (12.2006-03.2007 гг. строительства).
На фиг. 3 - диаграмма значений удельной мощности внутренних источников тепла для
зданий (Вт/м2).
В табл. 2 представлены предварительно рассчитанные значения общего коэффициента
теплопередаче для зданий различного типа.
Таблица 2
Тип зданий
Старый жи- Новые
Соответствующие Энергоэффективные
лой фонд здания [6] изменению № 1 [7]
здания
Общий коэффициент
теплопередачи зда1,66
1,22
0,94
0,72
ния, Вт/м2 град
Для решения задачи определения f1 и f2 дополнительно к значениям расхода тепловой
энергии на отопление для различных измерительных интервалов, информация о которой
имелась (фиг. 1, 2), в соответствии с уравнением (5) необходима информация о значениях
∆Ti, то есть о среднем значении разности температур воздуха в помещении и наружной
температуры. Информация о температуре воздуха в здании отсутствовала. Однако известные значения мощности внутренних источников тепла для каждого здания, информация о
которых представлена на фиг. 3, позволяют получить для каждого здания значения обобщенной теплоэнергетической характеристики и среднее значение температуры воздуха в
здании.
Дополнительно принималось условие, что температура воздуха в зданиях для самого
холодного месяца (февраля в данном случае) была равна 18 °С. Это условие соответствует
практике недостаточного отопления в холодные месяцы. Были определены значения
обобщенной теплоэнергетической характеристики и средней температуры воздуха для
каждого из зданий, которые графически представлены следующими материалами.
На фиг. 4 - общий коэффициент теплопередачи зданий старого жилого фонда (до 2003 г.
строительства) (кривая 1), среднее значение характеристики (кривая 3), полученное по
этим данным, и расчетное теоретическое значение (кривая 2).
Обращает на себя внимание факт совпадения среднего значения и теоретического значения (табл. 2) для зданий старого жилого фонда. Однако на графике виден значительный - до 20 % - разброс значений энергетической характеристики.
На фиг. 5 - расчетные температуры для зданий старого жилого фонда (до 2003 г.). Она
выше нормативного значения, равного 18 °С, и находится в интервале оптимальных значений [8].
На фиг. 6 - общий коэффициент теплопередачи зданий нового жилого фонда (20002003 гг. строительства) (кривая 1), среднее значение, полученное по этим данным (кривая
3) и расчетное теоретическое значение (кривая 2).
На фиг. 7 - температура в зданиях 2000-2003 гг. постройки согласно расчету по способу. Она выше нормативного значения, равного 18 °С, и находится в интервале оптимальных значений [8].
Полученные по предложенному способу значения общего коэффициента теплопередачи зданий в среднем практически совпадают с теоретическими значениями для каждого
типа зданий. Это подтверждает реализуемость и практическую пригодность способа измерений для определения теплоэнергетических характеристик зданий, как общего коэффициента теплопередачи здания, так и мощности внутренних источников тепла, которая в
данном конкретном случае была известна.
Пример.
В качестве примера реализации способа используем данные по расходу тепла на отопление в 9-этажном здании по адресу г. Могилев, бул. Непокоренных д. 5а в отопитель7
BY 18898 C1 2015.02.28
ном сезоне 2006-2007 гг. Из табл. 1. получаем средние значения температуры в г. Могилеве в отопительном сезоне 2006-2007 гг. для их использования в расчетах.
В октябре и декабре здания отапливались неполный месяц. К тому же при включении
и выключении отопления некоторое время необходимо для выхода здания на стационарный тепловой режим. Поэтому информация по этим месяцам не использовалась в расчетах. Не использовалась в расчетах также информация по ноябрю, так как разность
значений средней температуры наружного воздуха в ноябре и декабре достаточно мала и
уравнения для энергетических характеристик в ноябре и декабре линейно зависимы.
Далее получаем измерительную информацию счетчиков тепла по четырем месяцам с
декабря 2006 по март 2007 г. и применяем формулы (7), (8). В табл. 3 приведены данные
по расходу тепловой энергии для указанного здания, полученные по показаниям счетчика
тепла в здании, известные значения мощности внутренних источников тепла, теоретическая величина значения f1 - общего коэффициента теплопередачи здания - и рассчитанные
по формуле (7) с учетом показаний счетчика тепла экспериментальное значение f1 - общего коэффициента теплопередачи здания - и по формуле (8) значения средних температур в
здании по месяцам.
Таблица 3
Qдек
Qянв
Qфевр
Qмарт qвнутр f1теоретич f1эксперимент. Tдек Tянв Tфевр Тмарт
кВтч/м2 кВтч/м2 кВтч/м2 кВтч/м2 Вт Вт/(м2°К) Вт/(м2°К) °С
°С
°С
°С
18,84
19,80
26,91
14,47 5,96
1,66
1,63
21,1 19,8 18
22
Источники информации:
1. СНБ 3.02.04-03. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. - Минск,
2003.
2. Данилевский Л.Н., Жило А.Н., Москалик Б.Ф. Фактические энергетические характеристики жилых зданий // Строительная наука и техника. - 2008. - № 5. - С. 22-29.
3. Данилевский Л.Н. Экспериментальное определение составляющих теплового баланса жилых зданий // Архитектура и строительство. - 2008. - № 8. - С. 90-95.
4. Богословский В.Н., Строительная теплофизика. - Санкт-Петербург: АВОК - СЕВЕРОЗАПАД, 2006. - 400 с.
5. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. - М., 1953. - 492 с.
6. Строительная теплотехника. Строительные нормы проектирования ТКП 45-2.04-432006. - Минск, 2006.
7. Изменение № 1 к ТКП 45-2.04-43-2006. Строительная теплотехника. Строительные
нормы проектирования. - Минск, 2006.
8. Санитарные правила устройства, оборудования и содержания жилых домов.
/СанПиН издание официальное. - Министерство здравоохранения Республики Беларусь. Минск, 1995. - 42 с.
Фиг. 2
8
BY 18898 C1 2015.02.28
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Фиг. 6
Фиг. 7
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
9
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
721 Кб
Теги
by18898, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа