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 однои 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 однои 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 однои 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 пространствеоднозонные, 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,.

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.