Применение математической модели для прогнозирования воздушнотепловых, влажностных, газовых и пылевых процессов в крупногабаритных промышленных зданиях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.03, кандидат технических наук Плотников, Алексей Александрович

• Плотников, Алексей Александрович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Плотников, Алексей Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1, ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ В ОБЛАСТИ ТЕПЛ0В03ДУШНЫХ, ВЛАЖНОСТНЫХ, ГАЗОВЫХ И ПЫЛЕВЫХ РЕЖИМОВ ЗДАНИЯ.

1Л Воздушный, тепловой, влажноотный, газовый и пылевой режимы помещения.

1.1.1 Тепловой режим помещения.

1.1.2 Воздушный режим помещения.

1.1.3 Влажноотный режим помещения. ЕЕ

1.1.4 Газовый режим помещения. Е

1.1.5 Пылевой режим помещения. £

1.2 Воздушный, тепловой, влажноотный, газовый и пылевой режимы здания.=.=.,,.,=,.,

1.3 Требования, предъявляемые к микроклимату в помещении.

1.4 Проблемы энергосбережения и оптимизации работы систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха,.

1.5 Климатические характеристики и их моделирование,.

1.6 Выводы по первой главе.,.,.,.,,,,.,

2.ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ВОЗДУШНО-ТЕПЛОВЫХ, ВЛАЖНОСТНЫХ, ГАЗОВЫХ И ПЫЛЕВЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ

В ЗДАНИИ,.

2.1 Предпосылки к Формированию математической модели климатических процессов, происходящих в помещении.

2.2 Формирование математической модели вентиляционных процессов.,.,,.,.,.,.,.,.,.,,,.

2.3 Постановка задачи.

4 Моделирование процесса теплопроводности в наружных, внутренних ограждениях и перекрытиях , 5'.:

О.Р Разработка модели процесса теплопередачи в полу по грунту,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.,.,,,.,,,,,,,,,,

2.6 Математическое описание процесса Формирования конвективных струй возникающих у нагретых или охлажденных вертикальных поверхностей; = г,,.

2.7 Моделирование конвективных струй, возникающих над нагретым оборудованием,.,,,,,,,,,.,,.,.,,,,,,,,,,,,,,,

2.8 Моделирование приточных струй и местного отсоса,,,,,,

2.9 моделирование аэрации..

2.10 Влияние тепломассообменных процессов в вентиляционном оборудовании на параметры воздуха в помещении,.

2.11 Оценка комфортности человека в помещении,,,,,,.,,,,,74 2 Л2 Выводы по второй главе,,,,,.,,,,.,,,,,,,,,,,,,,

3, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ, ОПИСЫВАЮЩАЯ В03ДУШН0ТЕПЛ0ВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОМЕЩЕНИИ

3.1 Предпосылки для выбора типа математической модели воБдушнотепловых процессов,,,,.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

3.2 Математическая модель, описывающая нестационарный воздушнотепдоЕЫХ режим однозонного помещения,,,,,,,,,,,,,

3.3 Математическая модель описывающая, нестационарный воздушнотепловых режим многозонного помещения,.,

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛАЖНОСТНЫХ, ГАЗОВЫХ И ПЫЛЕВЫХ ПРОЦЕССОВ

4.1 Алгоритм расчета влажностного режима,.,

4.2 Алгоритм расчета газового режима,.

4.3 Алгоритм расчета пылевого режима помещения,,

5, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ТЕПЛ0В03ДУШНЫХ, ВЛАЖНОСТНЫХ., ГАЗОВЫХ И ПЫЛЕВЫХ ПРОЦЕССОВ В ЗДАНИИ,.,

6.ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

ТЕПЛОВОГОj ГАЗОВОГО, ВЛА1НОСТНОГО И ПЫЛЕВОГО РЕЖИМОВ

НА ПРИМЕРЕ КОНКРЕТНЫХ ЗДАНИЙ. . . . . . . =

6.1 Атриум Гостиного двора.

6.2 Здание развлекательного центра.

6.3 Здание литейного цеха.

7. ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ МОДЕЛИ НА ПРИМЕРЕ

ПОМЕЩЕНИЯ АППРЕТУРНО-ОТДЕЛОЧНОГО ЦЕХА.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Применение математической модели для прогнозирования воздушнотепловых, влажностных, газовых и пылевых процессов в крупногабаритных промышленных зданиях»

Актуальность работы, В последнее время в нашей стране уделяется большое внимания вопросам экономии энергии эксплуатации зданий и сооружений, В связи с этим возникла задача снижения энергопотребления системами отопления5 вентиляции и кондиционирования воздуха при создании оптимальных условий комфортности в помещении или выполнении требований технологического кондиционирования,

При выборе режимов эксплуатации систем отопления, вентиляции и кондиционировалия микроклимата^ соответствующих наименьшему потреблению этими системами энергии, необходимо знать ход основных микроклиматических параметров в помещении в различные часы суток и периоды года при постоянно меняющихся режимах эксплуатации. На основе получаемых характеристик микроклимата возможно сформировать модель управления системами отопления, вентиляции и кондиционирования,

В зданиях с источниками вредных выделений внутри помещения ( пыль, различные газы и т, д,) для создания благоприятных условий труда (соблюдения ВДК в рабочей зоне) требуется более тщательный подход к выбору способов организации воздухообмена и управления вентиляцией в процессе проектирования и эксплуатации.

Возможность возникновения аварийных ситуаций, связанных с выбросом вредных веществ внутри помещений вызывает необходимость в организации оптимальной аварийной вентиляции и разработки условий эвакуации работающих людей ( время и маршрут эвакуации ),

Эти задачи до настоящего времени решались по отдельности, без учета их взаимозависимости и динамики тепловоздушных процессоЕ в различное время суток и периодов года.

В настоящей работе выполнена разработка одного ив возможных подходов к решению комплексной задачи изменения климатических параметров в здании при различных условиях эксплуатации, в том числе и аварийных, и постоянно меняющихся наружных условиях, а также выявления пути снижения потребления энергии системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха путем выбора оптимального режима управления ими в процессе эксплуатации.

Цель исследования ~ разработка математической модели расчета нестационарных воздушнотепловых, влажностных, газовых, пылевых процессов, протекающих в здании для обеспечения точности поддержания параметров микроклимата, требуемых по гигиеническим или технологическим условиям, при минимальных энергозатратах на отопление и вентиляцию здания.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- разработать математические модели нестационарного теплового, воздушного, влажностного, газового, пылевого режимов здания с учетом их взаимосвязи с применением одно- и многозонной моделей помещения;

- математически описать процессы, определяющие распределение температуры на поверхности ограждения в различных зонах и в толще ограждающих конструкций при воздействии на них солнечной радиации ( в том числе и перемещающегося пятна ) или излучения других источников теплоты;

- разработать методику расчета параметров конвективных струй ( температура, расход воздуха ) возникающей около нагретых или охлажденных вертикальных поверхностей ограждающих конструкций с учетом изменения температур ограждений и воздуха по высоте помещения, а также рассчитать параметры конвективных струй, возникающих над тепловыми источниками о учетом изменения температуры воздуха в различных зонах.

Научная новизна работы заключается в том,чтог

- разработаны математические модели расчета нестационарного теплового, воздушного,, влажноотного, пылевого, газового режимов помещения на основе одно- и многоеонной моделей вентилируемого помещения при различных схемах организации воздухообмена с произвольно расположенными источниками вредных выделений в помещении и с учетом естественного воздухообмена;

- предложен способ расчета параметров конвективных струй, возникающих у нагретых или охлажденных вертикальных ограждающих конструкций и над нагретым оборудованием о учетом изменения температуры воздуха и ограждений по вертикали;

- разработан способ расчета температуры внутренней поверхности ограждения при падении на него перемещающегося пятна солнечной радиации;

- разработал метод учета потоков тепла и массы в работающем в здании вентиляционном оборудовании, обладающего конкретными характеристиками.

Практическая ценность:

- разработан и апробирован метод расчета нестационарного воздушно-теплового, влажноотного, газового и пылевого режимов здания для анализа конкретных инженерных решений при разработке проектов;

- разработалы рекомендации по уточнению расчетов требуемого воздухообмена с учетом нестационарных теплового, воздушного, влажноотного. газового и пылевого режимов и организации вентиляции на основе одно- и многозонной математических моделей вентилируемого помещения для достижения минимальных затрат на эксплуатацию систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

На защиту выносятся:

- комплексная математическая модель воздушного, теплового, вдажностного, газового и пылевого режимов вентилируемого помещения и здания в целом;

- алгоритм и программа расчетов по этой модели для ПЭВМ;

- результаты расчетов воздушнотеплового, влажноотного, газового и пылевого режимов различных зданий.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы вошли в отчеты по работе хоздоговорами и докладывались на кафедре отопления и вентиляции МГСУ.

Существующие методы прогнозирования воздушнотеплового, влажностного, газового и пылевого режимов здания можно классифицировать следующим образом. По учету протекания во времени: стационарные, нестационарные. По учету изменения параметров в пространстве; однозонные, многозонные. По алгоритму реализации: расчетные [172,135,47до], графические [5,46], графоаналитические [1481, моделирование [52,48,152], натурные исследования [164],

Для разработки достаточно эффективного способа оценки воздушнотеплового, влажностного, газового и пылевого режимов здания необходимо рассмотреть выше названные способы и взять из них решения, приемлемые при данной постановке задачи,

Заключение диссертации по теме «Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение», Плотников, Алексей Александрович

7= ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Существующие в настоящее время традиционные методы расчета воздушнотешювого, влажностного, гавового и пылевого режимов здания не позволяют точно определить в помещениях крупногаборитных промышленных зданий температуру воздуха, радиационную температуру, влажность, концентрацию газов и пыли и основаны, в основном, на стационарном методе или не учитывают взаимосвязь между процессами проходящими в помещении,

Е, Взаимозависимость теплового, воздушного, влажностного, газового и пылевого режимов вызывает необходимость рассматривать эти процессы в ракурсе единой технологической системы (ETC),

3, Разработанный метод расчета нестационарного теплового, воздушного, влажностного, газового и пылевого режимов здания на основе однозонной и многозонной моделей помещения с учетом характеристик помещений, характера технологического процесса, схемы организации воздухообмена, периодичности работы, Фракционного состава и расположения источников вредных примесей и влаги, наружных климатических характеристик и т,д,, позволяет с необходимой точностью учесть основные процессы, влияющие на изменение микроклимата в помещениях круп-ногаботитных промышленных зданий,

4, Разработанный метод расчета Еоздушнотеплового, влажностного, газового и пылевого режимов здания позволяет более точно, по сравнению о традиционными методами, прогнозирвать параметры воздуха в помещении, а также на основе полученных результатов отдельным расчетом оперативно оценить экономические затраты при сопоставлении инженерных решений, ппинимаемых во время разработки проекта, при этом снизить энергозатраты при эксплуатации систем отопления, вентиляции и кондиционировании воздуха.

5, Сравнение результатов математического моделирования и натурных исследований показывает достаточную точность представленной мидели и говорит о возможности использовании данной модели при проведении проектных и исследовательских работ,

6, Усовершенствование метода И,А, Шепелева для расчета конвективных струй возникающих у нагретых и охлажденных вертикальных поверхностей и над нагретым оборудованием позволило приспособить его для использования в данной моделе, и привело к повышению точности расчета этой составляющей воз-душнотеплового баланса.