Теплофизические исследования жилых зданий с низкой тепловой инерцией

анализ по составу примесей и микробиологическим показателям, что не характеризует в полной мере активированные воды, химический состав которых в результате обработки зачастую не изменяется. До сих пор способы активации не имеют должной гигиенической оценки [9], и органы по сертификации вполне обоснованно отклоняют и не рассматривают проекты технологических схем, конечным продуктом которых является вода со свойствами, измененными в результате различных воздействий. Ведь эти воздействия в определенном диапазоне могут быть опасными для живых систем. Так, давно обнаружено, что защитный эффект талой воды, оцениваемый по резистентности (устойчивости к действию повреждающих факторов) эритроцитов человека, закономерно чередуется с эффектом поражающим [10]. Базовое образование специалистов в области водоснабжения и водоотведения не позволяет проводить самостоятельные исследования по данному вопросу. Поэтому в качестве основной базы по рассматриваемому аспекту для них служат

Библиографический список

результаты исследований, выполняемых в НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН [9].

Методы активации водных растворов в настоящее время переживают второе рождение, поскольку снова возник интерес к альтернативным, по сравнению с традиционными схемами, методам обработки водных сред, имеющим большие перспективы. Возобновлены активные научные исследования данного вопроса. Происходит накопление, обобщение и анализ экспериментального материала. Еще не разработаны общепринятые теория и терминология данного процесса, нет простых и универсальных методов индикации активации, не предложены способы инженерного расчета устройств-активаторов, не решены некоторые гигиенические вопросы. В сложившихся условиях особое значение имеет выделение и рассмотрение аспектов активации водных растворов и привлечение к ним внимания всех заинтересованных специалистов.

1. Богатырев А.Е., Шушунова Л.И., Цыганов Г.М. Активирование веществ и его технологические применения. М.: Изд-во ЦНИИ Электроника, 1984. 45 с.

2. О природе электрохимической активации сред / П. А. Кирпичников [и др.] // ДАН СССР. 1986. Т. 286, №3. С. 660663.

3. Электрохимическая активация: универсальный инструмент зеленой химии / В. М. Бахир [и др.]; под ред. В.М. Ба-хира. М.: Б.и., 2005. 176 с.

4. Першина Е.Д., Каздобин К.А. Проводимость водных сред как альтернатива электронного и ионного переноса. // Химия и технология воды. 2008. Т.30, №6. С. 627-641.

5. Давидзон М. И. О действии магнитного поля на слабо-проводящие водные системы // Известия вузов. Физика. 1985. №4. С. 89-94.

6. Леонов Б.И., Прилуцкий В.И., Бахир В.М. Физико-

химические аспекты биологического действия электрохимически активированной воды. М.: ВНИИИМТ, 1999. 244 с.

7. Ахмеров У.Ш., Ведерников А.П., Поленов Л.Ф. Методы индикации «магнитной» воды. Казань: Изд-во Казанского университета, 1972. 74 с.

8. Семихина Л.П. Возможности диэлектрического метода для анализа состояния водных систем после физических воздействий // Вестник ТюмГУ. 2000. №3. С. 39-43.

9. Савостикова О.Н. Гигиеническая оценка влияния структурных изменений в воде на ее физико-химические и биологические свойства: автореф. дис. ... канд. мед. наук. М., 2008. 26 с.

10. Изучение корреляции колебаний резистентности эритроцитов и геомагнитного поля / Л.К. Лайзан [и др.] // Применение магнитных полей в клинике: тезисы докладов. Куйбышев, 1976. С. 57-58.

УДК 536.7:72.025.5

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ С НИЗКОЙ ТЕПЛОВОЙ ИНЕРЦИЕЙ

Н.П.Коновалов1

Рассмотрены вопросы и направления эффективного использования тепла при реконструкции жилых зданий и

сооружений.

Ил. 3. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: тепловой режим зданий; расчёт тепловых режимов; тепловой баланс зданий.

THERMALPHYSIC STUDIES OF RESIDENTIAL CONSTRUCTIONS WITH LOW THERMAL INERTIA N. P. Konovalov

The author deals with the questions and courses of the heat effective use under the reconstruction of residential constructions and buildings. 3 figures. 4 sources.

Key words: thermal regime of buildings, calculation of thermal regimes, heat balance of buildings.

В начале третьего тысячелетия для российской экономики и жизнеобеспечения общества становятся актуальными проблемы рационального использования национальных ресурсов. По прогнозам экспертов при-

рост национального валового продукта в энергоресурсах может быть обеспечен за счёт увеличения добычи углеводородов на 50%, остальные 50% можно восполнить энергосберегающими мероприятиями.

1Коновалов Николай Петрович, профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой физики, тел.: (3952)405177. Konovalov Nikolay Petrovich, a professor, a doctor of technical sciences, the head of the chair of Physics, tel.: (3952) 405177.

Россия располагает значительными запасами энергетических ресурсов, таких как углеводороды (уголь, нефть, газ), уран, вода и т.д. Имеются достаточные мощности для развития топливно-энергетического комплекса, атомной и гидроэнергетики. Следует однако отметить, что на фоне современного кризиса возникли и новые проблемы: возрастают затраты на добычу органического топлива (уголь, нефть, газ), разработку новых месторождений.

Возросшие эксплуатационные расходы в теплоэнергетике требуют поиска новых энергосберегающих технологий, не связанных с центральными тепловыми сетями. Львиная доля потребления энергоресурсов приходится на жилищно-коммунальное хозяйство. Энергосбережение является основным направлением энергетической политики России в современных экономических условиях, в строительстве и жилищно-коммунальном хозяйстве энергосбережение становится нормой и необходимостью.

Проведенный анализ зданий жилого и промышленного назначения показал, что расход тепловой энергии составляет от 250-600 кВтч за отопительный период на квадратный метр площади при высоте помещения 2,7-4,0м.

Фактические удельные показатели энергопотребления на отопление жилых зданий в России составляет 250-260 кВт-ч/кв.м, в Германии - 88 кВт-ч/кв.м, в Дании - 85 кВт-ч/кв.м. Приведенные данные говорят не в нашу пользу. Уровень тепловой защиты зданий в разных странах уже в 2000 году составлял: в Финляндии - 3,5 кв.м-0С/Вт, в Канаде - 4,1 кв.м-0С/Вт, в Швеции - 4,0 кв.м-0С/Вт. В нашей стране тепловая защита только на стадии развития. Снижение энергопотребления эффективно внедряется в строящихся жилых зданиях, где наружные ограждающие конструкции (стены, покрытия, цокольные перекрытия) имеют по-

вышенную теплоизоляцию в соответствии с принятыми нормативами по сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций.

Проблемы реконструкции существующих зданий весьма актуальны для России, особенно для Восточной Сибири. Одна из проблем - это эксплуатация жилых зданий с низким уровнем тепловой защиты ограждающих конструкций, что в сочетании с суровыми климатическими условиями Сибири приводит к большим теплопотерям с последующим их восполнением избыточной тепловой энергией. Неэффективные затраты на содержание жилищного фонда, рост цен на тепловую энергию, неплатёжеспособность части населения - всё это также сказывается на качестве жизни.

Исследования теплового режима зданий, проведённые в Сибирском регионе, показали следующее: фактическая тепловая защита наружных ограждающих конструкций на 30% ниже нормативной. Причин достаточно много: это не отработанная методика теплотехнических расчётов, отсутствие достаточного контроля по теплозащите зданий, низкое качество строительства, неправильная эксплуатация зданий, что, в свою очередь, ведёт к общим теплопотерям.

Расход тепловой и электрической энергии при эксплуатации зданий зависит от многих факторов: климатических, технических, человеческих.

К климатическому фактору относится температура холодного периода, количество солнечных дней, направление и скорость ветра и т.д.

К техническим факторам относится качество работы систем отопления и вентиляции, величина тепловой изоляции, тип, размер, расположение окон и многое другое.

Под человеческим фактором понимаются потребительские привычки: расход горячей воды, электро-

N

N

10 9. 8. 7. 6. 5. 4. 3. 2.

0. 5

1.0

1.5

2. 0

2.5

3.0

Время, ч

Рис. 1. Кратность воздухообмена ц при различных режимах испытаний жилых зданий: естественная фильтрация воздуха при радиаторном отоплении

энергии, эксплуатация систем отопления и вентиляции и т.д.

При проектировании и дальнейшей эксплуатации зданий необходимо учитывать тепловой баланс и его составляющие. Проведенные исследования по Иркутску показали срезные недочеты. Продолжительность отопительного периода в Иркутске составляет 240 дней в году. В течение этого периода за счёт разницы между температурой внутри здания и наружным воздухом происходят потери тепла:

- трансмиссионные - через наружные ограждающие конструкции;

- связанные с воздухообменом, за счёт подогрева поступающего через окна и двери холодного наружного воздуха до температуры внутреннего.

Часть теплопотерь восполняется за счёт:

- воздействия солнечной радиации через окна;

- поступления тепла от бытовых приборов (плит,

25* 1

24  ' - - _

23

22  - ~ - _ _

21  - 1в = 22,0С

20  - ^

19  1 Р - // / // /,

I О 17

16  "

15  \

14  " \

13  " \

12  N

11

10

9  п

7

6

5

4

3

утюгов, ламп накаливания и т.п.) и теплового излучения человека.

Остальные теплопотери восполняются системой отопления.

Доминирующими в тепловом балансе жилых зданий являются теплопотери, связаные с воздухообменом в помещениях. Для жилых зданий по санитарным нормам требуется поступление 3 куб. м свежего воздуха на 1 кв. м жилого помещения в час, а воздухопроницаемость окон не должна превышать 6 кг/кв. м в час. Фактическая воздухопроницаемость окон в существующих зданиях из-за отсутствия уплотнителей и плохого качества столярных изделий увеличена. Кратность воздухообмена в помещениях квартир вместо 0,81 м3 в час тоже существенно увеличена (рис.1 и 2).

Естественный воздухообмен в здании зависит от температурных условий внешней и внутренней среды, воздухопроницаемости ограждающих конструкций,

-Стща-С Ьв = 23;0С -___Стена-С 1в = 22,0 С -£1ена-С -

"—-- Потолок I ^ ^теаа-3 ~ —___

- ____Стена-Ю " - _ Пол - .

Тепл. Выкл. .___

К

-10

-20

-30

-40

-50

-60

темпера1ура наружного воздуха, °С

Рис. 2. Зависимость температуры поверхностей от температуры наружного воздуха

Стена 3 помещение на б этаже

скорости ветра и т.д. Поскольку температура и, следовательно, плотность воздуха внутри и снаружи здания неодинаковы, возникает разность давлений по сторонам ограждающих конструкций. За счёт ветра с под-наветренной стороны здания создаётся подпор (на поверхностях ограждений возникает избыточное статическое давление), на заветренной стороне образуется разряжение (статическое давление понижено). Немаловажную роль играет и осмотическое давление внутри ограждающих конструкций.

Существующие методы расчёта естественного воздухообмена на стадии проектирования требуют достаточно большого количества данных. При этом такие параметры как характеристики воздухопроницаемости строительных конструкций и сопряжений могут иметь существенное различие с действительными (это наглядно может быть представлено на теп-ловизионной или пирометрической съёмке - рис. 3). Это связано не только с точностью метода определения данных величин, но и с трудно учитываемыми условиями эксплуатации здания.

Воздухообмен существенно меняется от направления ветра и его скорости, при этом поступление холодного ветра для различных сопряжений конструкций составляет 50% для горизонтальных стыков стеновых панелей, 10% для вертикальных стыков.

Так как воздухообмен в помещении тесно связан с тепловым режимом, количественная оценка притекающего холодного наружного воздуха в помещение необходима для определения затрат тепла на обогрев здания. Искажённая оценка инфильтрации в расчёте теплопотерь здания может привести к отличию от действительных величин ~ на 20%. Следовательно, расход топлива на отопление такого здания будет увеличен.

Рис. 3.

Результаты натурных испытаний послужили основой для разработки конструктивных мероприятий по улучшению тепловлажностного и воздушного режима в жилых помещениях, а также определили пути снижения потребляемой энергии зданиями за счёт:

- повышения уровня архитектурно-планировочных решений;

- повышения тепловой эффективности строительных конструкций;

- разработки принципиально новых инженерных систем (теплового насоса, кавитационных теплонагре-вателей, вихревой вентиляции);

- использования нетрадиционных видов энергии (ветровой, солнечной).

- Повышение теплозащиты здания можно осуществить за счёт:

- использования эффективных теплоизоляционных материалов;

- применения новых конструктивных решений;

- повышения теплозащиты окон (сопротивление теплопередачи повысить с 0,42 до 0,64 кв.м-°С/Вт, а воздухопроницаемость до 6 кг/кв. м);

- многоступенчатой системы регулирования, включающей:

а) автоматическое регулирование отпуска тепла в соответствии с температурным графиком наружного воздуха;

б) автоматизацию узлов тепловых вводов с использованием электронных регуляторов;

в) индивидуальное регулирование отопительных приборов (установка терморегуляторов и распределителей тепла);

г) в особо комфортных зонах обеспечение обогрева пола.

Библиографический список

1. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий. 3. СНиП 23-01 -99 Строительная климатология

2. СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондицио- 4. СНиП 2.08.01-89* Жилые здания. нирование.