Особенности изменения температуры наружного воздуха во время резкого похолодания в холодный период года

В результате исследований разработана технологическая схема локальных очистных сооружений, включающая: реагентное хозяйство, смеситель, вертикальный отстойник со встроенной камерой хлопье-образования и механический фильтр. Схема приведена на рис. 2.

Было проведено технико-экономическое сравнение 2-х вариантов: 1 вариант - строительство локальных очистных сооружений (ЛОС) на общем стоке завода, 2 вариант - строительство ЛОС на стоке цехов, которые являются основными источниками поступления органики. Расчеты показали, что эксплуатационные затраты и капитальные вложения в первом варианте практически в 2 раза выше, чем во втором. Кроме того, сокращение платы за выбросы выше во втором варианте. Поэтому выбран второй вариант.

По принятому варианту был разработан генплан очистных сооружений. Для реализации предложенной схемы потребуется строительство 4-х вертикальных отстойников со встроенной камерой хлопьеобразова-

ния диаметром 6 м, здания с 4-мя фильтрами размером 3х4 м каждый и блока реагентного хозяйства, расположенного в здании фильтров.

По проделанной работе можно сделать следующие выводы:

1. Реагентная обработка сточных вод завода СК позволяет снизить загрязненность сточных вод по показателю ХПК на 70-74%.

2. Наиболее эффективным оказался традиционный коагулянт - сульфат алюминия в сочетании с флокулянтом Praestol.

3. Поскольку значение ХПК в химзагрязненном стоке завода СК колеблется, доза коагулянта должна подбираться оперативно.

4. При реагентной обработке преимущественно удаляется бионеразлагаемая органика.

5. Для строительства локальных очистных сооружений потребуется площадка размером 60х72 м2.

Статья поступила 12.07.2014 г.

Библиографический список

1. ПНД Ф 14.1 ;2;4.154-99 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений перманганатной окисляемости в пробах питьевых, природных и сточных вод.

2. Кафаров В.В., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств М.: Высшая школа, 1991.

3. ПНД Ф 14.1 ;2.100-97 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений химического потребления кислорода в пробах природных и очищенных сточных вод.

4. ПНД Ф 14.1:2:3:4.123-97 (ФР.1.31.2007.03796) Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений биохимического потребления кислорода после п-дней инкубации (БПК(полн)) в поверхностных пресных, подземных (грунтовых), питьевых, сточных и очищенных сточных водах(с изменениями и дополнениями).

5. Карасек Ф., Клемент Р. Введение в хромато-масс-спектрометрию / пер. с англ. М.: Мир, 1993. 237 с.

УДК 697.95-5.628.87

ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА ВО ВРЕМЯ РЕЗКОГО ПОХОЛОДАНИЯ В ХОЛОДНЫЙ ПЕРИОД ГОДА

© А.Г. Рымаров1, М.И. Ботнарь2

Московский государственный строительный университет, 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, 26.

Динамика температуры наружного воздуха во время резкого похолодания важна для анализа фактического теп-лопотребления зданием в период максимальной нагрузки на систему отопления. На основе многолетних исследований хорошо известна динамика процесса в середине двадцатого века, однако холодный период той поры сильно отличается от современного в связи с всемирным потеплением. Сопоставление полученных данных позволяет подвести основу прогнозирования параметров микроклимата в зданиях и сооружениях при резких изменениях температуры наружного воздуха в наши дни. Ил. 5. Библиогр. 9 назв.

Ключевые слова: температура наружного воздуха; период резкого похолодания; параметры микроклимата в помещении.

FEATURES OF EXTERNAL AIR TEMPERATURE CHANGE UNDER SHARP COOLING IN THE COLD PERIOD OF THE YEAR A.G. Rymarov, M.I. Botnar

Moscow State University of Civil Engineering,

1Рымаров Андрей Георгиевич, кандидат технических наук, доцент кафедры отопления и вентиляции, тел.: (910) 4073857, e-mail: rymarov@yandex.ru

Rymarov Andrei, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Heating and Ventilation, tel.: (910) 4073857, e-mail: rymarov@yandex.ru

2Ботнарь Максим Игоревич, аспирант, тел.: (499) 1883607, e-mail: tgvmgsu@mail.ru Botnar Maxim, Postgraduate, tel.: (499) 1883607, e-mail: tgvmgsu@mail.ru

26 Yaroslavskoe Shosse, Moscow, 129337, Russia.

Dynamics of sharp cooling of external air temperature is important for the analysis of the actual heat consumption of buildings in the period of maximum stress on the heating system. Dynamics of this process is well-studied in the mid-twentieth century on the basis of multiannual researches, but the cold period of those times differs a lot from the modern one due to global warming. Comparison of the received data allows to make a base for the predictions of microclimate parameters in buildings and structures at sharp changes of external temperature in our days. 5 figures. 9 sources.

Key words: external air temperature; period of sharp cooling; microclimate parameters in the premises.

Известно, что и в холодное время года случаются периоды резкого похолодания. В различных регионах РФ погода меняется не одинаково, но существует схожесть признаков: сначала температура медленно понижается в течение 10-15 дней, а затем резко падает до минимума за 2-3 суток; после чего также за 23 суток поднимается, и начинается потепление, переходящее в относительно стабильное, с небольшими колебаниями состояния которое выглядит на графике как зубец, повернутый вниз. Интерес представляют конкретные параметры периода, влияющие на микроклимат в помещениях и на работу оборудования и систем, обеспечивающих требуемый температурный режим [1].

По данным, полученным проф. Богословским В.Н. в середине 20 века при исследованиях в течение 50 лет, для г. Москвы существуют расчетные значения параметров периода резкого похолодания. Температура, с которой начинается период резкого похолодания, равна -17,2оС; минимальная составляет -32,2оС; амплитуда изменения температуры в данный период равна 15оС (согласно СП 131.13330.2012 «Строительная климатология», средняя суточная амплитуда температуры воздуха наиболее холодного месяца для г. Москвы равна 5,4оС); продолжительность периода резкого похолодания составляет в часах: 48, 72, 96, 120, 144, с коэффициентом обеспеченности, равным 0,7. Данный период не должен приводить к отклонению температуры внутреннего воздуха в помещениях ниже расчетной на 1,5°С в течение суток (согласно СНиП 23-02 «Тепловая защита здания», расчетная амплитуда колебания результирующей температуры

помещения жилых и общественных зданий в холодный период года не должна превышать в течение суток при центральном отоплении 18 (20) ± 1,5°С, при этом в новом СП 50.13330.2012 данная величина не нормируется), что обеспечивается тепловой защитой здания и работой системы отопления. Чем длительнее резкое похолодание, тем выше вероятность его влияния на параметры микроклимата в помещениях здания [2], что связано с инерционностью наружных ограждающих конструкций [3] и работы системы отопления [4].

Вид периодов резкого похолодания на основании вышеизложенного представлен на рис. 1, где: 1 - период длительностью 144 часа; 2 - 120 часов; 3 - 96 часов; 4 - 72 часа; 5 - 48 часов.

В городе Москве зимой 2014 г. произошло длительное и довольно резкое похолодание с 12 января по 4 февраля, общая длительность которого - 24 дня, или 576 часов. Метеорологические данные представлены на рис. 2, где показано изменение температуры наружного воздуха днем и ночью. К сожалению, представленные значения являются осредненными за определенный интервал времени, что немаловажно, так как конкретное здание окружает наружный воздух с конкретной температурой, и отличие среднего значения температуры от фактической на 2-7 и более градусов заметно влияет на величину параметров микроклимата [5] и работы системы отопления [6]. В рассматриваемый период температура наружного воздуха начала активно снижаться с 0оС до минус 17-23оС, при этом амплитуда составила от 17 до 23оС.

U

о

00

X

> Cf 0

to

о

ш

о -5

о

X

¥ -10

а

го

X -15

го

а

£ го -20

а

0J

с 2 -25

0J 1—

-30

-35

Часы в период резкого похолодания

—I-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1—

O^MNUIOfMNlBO^INlDOflOO^OifOl NfNOlMtH^IICIHHmiOM (Г)1Л см

Рис. 1. Периоды резкого похолодания продолжительностью 144 ч, 120 ч, 96 ч, 72 ч, 48 ч

5

4

2

3

Дни в период резкого похолодания

февраль 2014 года

день ночь

Рис. 2. Период резкого похолодания, где цифрами 1, 2, 3 показаны моменты резкого понижения температуры наружного воздуха

В связи с всемирным потеплением, зимы в московском регионе в РФ стали теплее, поэтому сильных морозов, которые случались в середине 20 века, сегодня не наблюдается, за исключением увеличения амплитуды и продолжительности самого периода резкого похолодания.

Думается, можно отметить рассматриваемый период резкого похолодания длиной 576 часов как обычную зиму, кратковременно наступившую на 24 дня. На графике понижения температуры наружного воздуха, показанного на рис. 2, выделяются три зубца резкого похолодания: 1 и 2 зубцы - сильное похолодание; 3 зубец, поменьше, - более слабое похолодание.

Период резкого похолодания (зубец 1), наблюдавшийся с 16 по 20 января 2014 года (рис. 2, ночь), продолжался 5 суток, или 120 часов, что соответствует одному из официально принятых ранее нормативов. Похолодание началось с температуры наружного воздуха, равной -10оС. Минимальная температура в этот период составила -18оС, и закончилось резкое похолодание на температуре -13оС. Амплитуда колебания ^ составила 5-8оС, причем похолодание произошло за 3 суток, а потепление - за 2 суток.

Другой период резкого похолодания (зубец 2) отмечен с 27 января до 2 февраля 2014 года (рис. 2, ночь) и составил 7 суток, или 168 часов, что больше расчетных значений. При этом наблюдались следующие параметры: начальная температура -12оС; минимальная температура -22оС; конечная температура -7оС; амплитуда изменения ^ составила 10-15оС; похолодание наступило за 3 суток, а потепление - за 4 суток.

Период резкого похолодания, отмеченный на графике зубцом 3, имел место с 20 до 23 января (рис. 2,

ночь). Его параметры следующие: начальная температура -13оС, минимальная -18оС; температура окончания периода резкого похолодания -14оС; амплитуда изменения ^ 4-5оС. Продолжительность периода составила 3 суток, или 72 часа, что соответствует существующим теориям.

Наиболее холодным месяцем для г. Москвы традиционно является январь, когда амплитуда колебания температуры равна 6,5оС, а при среднем показателе в -10,2оС минимальная температура составляет -16,7оС. В рассматриваемый период резкого понижения температуры продолжительностью 576 часов средняя температура составила: днем -9,6оС, ночью -11,3оС, средняя -10,5оС, что почти соответствует данным СНиП 23-01. Однако средние амплитуды изменения температуры составляют: для 1 зубца 6,5оС, для 2 зубца 12,5оС, для 3 зубца 4,5оС, что для 1 зубца идеально совпадает с нормативным значением, а для 2 и 3 больше и меньше нормативного значения, соответственно.

В целом картина изменения температуры в трех зубцах периодов резкого похолодания сопоставима с изменением температуры в идеальном виде периодов резкого похолодания, за исключением начальной и минимальной температур и амплитуды изменения ^ из-за глобального потепления.

Исследование температуры наружного воздуха в холодное время года в период резкого похолодания с 27 января по 2 февраля 2014 года в г. Москве проводилось с применением прибора «Измеритель плотности тепловых потоков и температуры» ИТП-МГ4.03/10Х(1) «ПОТОК». Результаты измерений показаны на рис. 3. Скорость изменения температуры при снижении - 0,21оС/ч, а при повышении - 0,14оС/ч. Так

как наружные ограждающие конструкции инерционны (кроме окон), то влияние на температуру внутреннего воздуха будет смещено на период около 5 суток от начала периода резкого похолодания [1]. При этом работа системы вентиляции не прерывается, и нагревать инфильтрационный воздух в системе естественной вентиляции и приточный воздух в системе при-точно-вытяжной механической вентиляции нужно сразу, иначе не избежать выхолаживания помещений [2].

Также проведены расчеты изменения интенсивности теплопотерь за данный период резкого похолодания для наружных стен с тепловой защитой по нормам до 1995 года (СНиП 11-3-79 «Строительная теплотехника») и после 1995 года (СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита здания») с коэффициентами теплопередачи 0,95 Вт/(м2 х оС) и 0,35 Вт/(м2 х оС), соответственно, и

при температуре внутреннего воздуха, равной +20оС.

Интенсивность роста теплопотерь за счет теплопередачи через наружную стену в период резкого похолодания характеризуется величиной 4,9 Вт/(м2 х ч), а интенсивность уменьшения теплопотерь равна 7,4 Вт/(м2 х ч) для первого варианта наружной стены и для второго варианта интенсивность роста теплопотерь равна 1,8 Вт/(м2 х ч), а интенсивность уменьшения теплопотерь составила 2,7 Вт/(м2 х ч). На рис. 4 видно, что рост теплопотерь в 1,5 раза ниже уменьшения теплопотерь за счет теплопередачи. Данные аспекты интенсивности влияния периода резкого похолодания важны для организации прогнозирования нестационарной теплопередачи через наружные ограждающие конструкции в помещениях здания [5].

Дни в период резкого похолодания январь 2014 года февраль 2014 года

>

0

1

>

о. ш

Рис. 3. Период резкого похолодания зимой с 26 января по 4 февраля 2014 года в г. Москве

12 3 4

Рис. 4. Интенсивность изменения теплопотерь через наружную стену за счет теплопередачи в период резкого похолодания: 1 - рост теплопотерь по СНиП до 1995 года; 2 - уменьшение теплопотерь по СНиП до 1995 года; 3 - рост теплопотерь по СНиП после 1995 года; 4 - уменьшение теплопотерь по СНиП после 1995 года

Интенсивность роста теплопотерь в период резкого похолодания за счет инфильтрации холодного наружного воздуха для вентиляции помещений для 1, 6 и 12 этажей двенадцатиэтажного жилого здания серии П-44 по старому СНиПу составили 28,7 Вт/

50

ловой защите здания всегда будут не в пользу старых норм, однако новое строительство составляет около 1% от существующих зданий. И по-прежнему остается дилемма о целесообразности активного энергосбережения за счет утепления зданий в связи большим временем окупаемости и низкой долговечностью современных энергосберегающих ограждающих конструкций.

Вопросам изучения параметров микроклимата посвящена зарубежная работа [7], однако рассматриваемая в настоящей статье проблематика в ней не затронута.

45

си

о

С :г

Ш (Ч

х ¡5 и

^ т

г а

* I

ЕЕ -еС х о ^ а I-

С <-> о

X

и X

си

40

35

30

25

20

15

10

Рис. 5. Интенсивность изменения теплопотерь за счет инфильтрации в период резкого похолодания, где: 1 -рост теплопотерь для 1 этажа по СНиП до 1995 года; 2 - рост теплопотерь для 6 этажа по СНиП до 1995 года; 3 - рост теплопотерь для 12 этажа по СНиП до 1995 года; 4 - рост теплопотерь в среднем по зданию для СНиП после 1995 года; 5 - снижение теплопотерь для 1 этажа по СНиП до 1995 года; 6 - снижение теплопотерь для 6 этажа по СНиП до 1995 года; 7 - снижение теплопотерь для 12 этажа по СНиП до 1995 года; 8 - снижение теплопотерь в среднем по зданию для СНиП после 1995 года

по новому СНиПу. Интенсивность изменения теплопотерь за счет инфильтрации показана на рис. 5, где видно, что снижение инфильтрации с ростом высоты этажа над уровнем земли ведет к снижению интенсивности теплопотерь. Снижение и рост теплопотерь в период резкого похолодания за счет инфильтрации происходит интенсивнее, чем за счет теплопередачи, и требует больших тепловых затрат и их учета во время периода резкого похолодания, так как резкое похолодание и рост теплопотерь от инфильтрации происходят одновременно.

Анализ и сравнение старых и новых норм по теп-

Мониторинг изменения температуры наружного воздуха необходим для уточнения возможностей энергосбережения зданий, что позволяет найти подходы для минимизации теплопотерь с учетом физических особенностей теплопередачи и инфильтрации, а понимание динамики изменений помогает приблизиться к увеличению интеллекта здания [8].

В период резкого похолодания происходит напряжение работы системы отопления [9] и теплоснабжения, рост тепловых затрат, поэтому необходим постоянный мониторинг тепловой защиты здания.

Статья поступила 31.07.2014 г.

5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1. Рымаров А.Г. Особенности учета взаимного влияния тепломассообменных режимов здания // Естественные и технические науки. 2013. № 1. С. 380-382.

2. Рымаров А.Г. Прогнозирование параметров воздушного, теплового, газового и влажностного режимов помещений здания // Academia. Архитектура и строительство. 2009. № 5. С. 362-364.

3. Рымаров А.Г., Лушин К.И. Особенности расчета теплового режима здания с массивными ограждающими конструкциями в холодный период года // Строительство: наука и образование. 2012. № 2. С. 5.

4. Рымаров А.Г., Самарин О.Д., Плотников А.А. Разработка научных основ управления параметрами внутреннего микроклимата на Большой Спортивной Арене стадиона «Лужники» // Энергосбережение и водоподготовка. 2000. № 2. С. 32-36.

5. Рымаров А.Г., Лушин К.И. Тепловой режим теплоизоли-

•ский список

рованного трубопровода системы холодного водоснабжения // Строительство: наука и образование. 2012. № 1. С. 7.

6. Рымаров А.Г., Смирнов В.В. Изменение коэффициента теплоотдачи на наружной поверхности ограждающих конструкций высотного здания в холодный период // Монтажные и специальные работы в строительстве. 2006. № 1. С. 2628.

7. Sakr W., Weschler C.J., Fanger P.O. The impact of sorption on perceived indoor air quality // Indoor Air. 2006. Vol. 16. No 2. Pp. 98-110.

8. Волков А.А. Интеллект зданий: формула // Промышленное и гражданское строительство. 2012. № 3. С. 54-57.

9. Рымаров А.Г., Лушин К.И. Особенности расчета теплового режима линейных подземных сооружений на примере автотранспортного тоннеля // Строительство: наука и образование. 2011. № 2. С. 5.