Plumbing. Heating. Conditioning. Energy Efficiency.

Особенности прогнозирования микроклимата

(0) (4907)
Опубликовано в журнале СОК №4 | 2013

Прогнозирование состояния микроклимата в зданиях различного назначения — важная составляющая при проектировании новых, реконструкции и эксплуатации существующих объектов. Построить здание, а потом исправлять ошибки, переделывать системы отопления

Особенности прогнозирования микроклимата. 4/2013. Фото 1

Фото 1

Особенности прогнозирования микроклимата. 4/2013. Фото 2

Фото 2

Особенности прогнозирования микроклимата. 4/2013. Фото 3

Фото 3

До начала проектирования зданий и сооружений необходимо предпринять следующие шаги: задать параметры климата местности, которые необходимо применить при проектировании инженерных систем, формирующих микроклимат непосредственно в помещениях; выявить инженерные системы, формирующие микроклимат в здании и оценить их эффективность; определить параметры микроклимата в помещениях; провести корректировку предполагаемых проектных решений; решить вопросы автоматизации работающего оборудования; свести к минимуму энергетические затраты.

Понимание того, как изменится микроклимат в помещениях при резком похолодании или потеплении и других чрезвычайных обстоятельствах также имеет немаловажное значение. Более 20 лет на кафедре «Отопления и вентиляции» МГСУ разрабатывается технология прогнозирования изменения параметров микроклимата в помещениях здания. В основе прогнозирования состояния микроклимата лежит математическое моделирование, учитывающее вопросы эксплуатации инженерных систем здания, формирующих требуемые параметры микроклимата в помещениях, архитектурно-планировочное решение здания, геометрию помещений, теплотехнические данные строительных материалов, климатические характеристики местности. Разработаны математические модели воздушного, теплового, влажностного и газового режимов помещений и зданий, позволяющие прогнозировать изменение параметров микроклимата. Результаты прогнозирования параметров микроклимата приближены к реальным условиям эксплуатации помещений здания. Полученные данные позволяют организовывать регулирование работы инженерных систем, формирующих микроклимат помещений здания. Математические модели для различных зданий и сооружений имеют разный уровень сложности в зависимости от требований к качеству микроклимата и требуют разное количество времени для реализации.

Более 20 лет на кафедре «Отопления и вентиляции» МГСУ разрабатывается технология прогнозирования изменения параметров микроклимата в помещениях здания

По сложности прогнозирования тех или иных параметров микроклимата для помещений и зданий различного назначения математические модели могут быть следующие: воздушного, теплового, влажностного и газового режимов помещения; воздушно-теплового, влажностного и газового режимов здания.

Воздушный, тепловой, влажностный и газовый режимы помещений здания — это динамические тепломассообменные процессы, происходящие в помещении и здании и определяющие изменение во времени параметров микроклимата — температуры, относительной влажности, подвижности воздуха, концентрации вредных примесей в воздухе помещений здания. Созданы однозонная и многозонная модели вентилируемого помещения, при которых помещение рассматривается в отрыве от здания, что является одним из способов упрощения задачи. На основе одно- и многозонной моделей формируются соответствующие модели помещений всего здания, где рассматриваются во взаимосвязи все возможные режимы.

Однозонная модель помещения предполагает осреднение по объему помещения рассматриваемых параметров микроклимата, что применимо для невысоких и небольших по площади помещений, которые можно выделить в жилых, гражданских и производственных зданиях, где нет протяженных нагретых или охлажденных поверхностей и значительных поступлений вредных веществ, где имеется хорошее перемешивание воздуха (кратность воздухообмена больше трех), что вызывает незначительный градиент температуры воздуха по высоте помещения. Вредные вещества — это пыль, аэрозоли токсичного и нетоксичного действия, пары воды и других веществ (газовые вредные поступления), применяемых в современных условиях жизни. Тепловые источники разного происхождения также являются вредными поступлениями, так как формируют рост температуры воздуха и могут создать дискомфорт для человека.

Необходимость расчета параметров микроклимата помещения на основе многозонной модели обусловлена большими размерами помещения в плане и по высоте, а также неравномерностью действия тепловых и газовых источников, наличием протяженных нагретых или охлажденных поверхностей, что вызывает стратификацию воздуха по температуре по высоте помещения. Такие помещения расположены, как правило, в общественных, административных, производственных зданиях, иногда в жилых зданиях. Внезапность и относительно небольшая продолжительность действия источника теплового поступления или источника вредных примесей, локальность расположения по объему помещения данных источников оказывают нестационарное влияние на воздушный, тепловой, влажностный и газовый режимы помещений и здания, изменяется во времени работа инженерных систем по обеспечению требуемых параметров микроклимата в помещениях здания. При этом имеет место неравномерность во времени процесса распространения вредной примеси по объему помещения и по зданию. Тепловая инерционность здания и инерционность работы инженерных систем формируют нестационарность рассматриваемых динамических режимов в помещении и здании. Многозонная модель помещения предполагает разбивку объема помещения на элементарные объемы — зоны, что позволяет проводить моделирование изменения параметров микроклимата рассредоточено по объему помещения, получая количественные и качественные характеристики работающих инженерных систем, формирующих требуемые параметры микроклимата.

Исходная информация для моделирования параметров микроклимата на основе многозонной моделей вентилируемого помещения дополняется характеристиками и месторасположением приточных и вытяжных отверстий системы вентиляции или кондиционирования воздуха, характеристиками и месторасположением приточных и вытяжных струй, формированием конвективных струй от нагретых и охлажденных поверхностей. Расчет величины расхода воздуха, проходящего через границы элементарных объемов, основан на использовании коэффициента турбулентного обмена и коэффициентов диффузии.

Многозонная модель помещения предполагает разбивку объема помещения на элементарные объемы — зоны, что позволяет проводить моделирование изменения параметров микроклимата рассредоточено по объему помещения

Представление здания как единой системы, в которой объединены все факторы, определяющие параметры микроклимата в помещениях, лежит в основе технологии прогнозирования изменения параметров микроклимата здания [1, 2]. Вентиляция современных помещений с естественной системой вентиляции при ПВХ-окнах недостаточна для обеспечения норм по качеству химического состава воздуха, так данные окна имеют повышенную герметичность и в помещении отсутствует или сильно сокращен приток свежего воздуха. Главная вредная примесь, поступающая в воздух помещений жилых зданий — это углекислый газ, который при увеличении концентрации вытесняет кислород из воздуха, формируя неблагоприятный химический состав воздуха. Углекислый газ поступает в воздух помещений при дыхании людей, животных, растений, при работе газовой плиты, при курении и пр. Новые ПВХ-окна вытесняют разработанные и применяемые в советское время деревянные окна в спаренных переплетах, которые больше пропускали свежего воздуха, что соответствовало существующим нормам для вентиляции жилых квартир. Разговоры о том, что деревянные окна имеют большие щели и сквозняки от них связаны с низким качеством столярных работ, и с редкими ремонтами в квартирах, когда стыки окон и стеновой панели с течением времени увеличиваются, так как здание оседает, деформируется. Однако, новые окна имеют стыки, герметизированные специальной монтажной пеной, которая недолговечна и при наших холодных климатических условиях разрушится через пять-восемь лет, а значит, со временем данные окна тоже станут пропускать воздух, выхолаживая помещения и будет необходим их ремонт. А как известно, ремонт — недешевое мероприятие, но без периодических этого невозможно поддерживать в надежном состоянии здание и его инженерные системы.

Прогнозирование параметров микроклимата позволяет на предпроектном уровне или на стадии ТЭО проектирования здания получить представление о будущей фактической работе инженерных систем, формирующих микроклимат в помещении и здании. Наиболее современным и перспективным направлением получения достоверных данных о параметрах микроклимата в помещениях является мониторинг — систематические наблюдения, измерения, контроль и оценка состояния одного или нескольких элементов микроклимата по заранее подготовленной программе.

Цель мониторинга — прогнозирование изменений состояния микроклимата помещений здания, происходящих под влиянием действия климата местности и внутренних источников тепловых, влажностных и газовых выделений.

Составные части мониторинга — это наблюдение за факторами микроклимата помещений, оценка фактического микроклимата помещений и прогноз состояния микроклимата помещений.

Микроклимат помещений определяет безопасность человека, влияет на технологические и производственные процессы, определяет долговечность ограждающих конструкций здания, при этом микроклимат помещений определяется состоянием следующих параметров: температуры воздуха, температуры поверхностей ограждающих конструкций, относительной влажности воздуха, влагосодержания воздуха, подвижности воздуха, концентрации различных примесей.

Климат территории изменяется в течение года, формируя переменные во времени температурные, влажностные и газовые воздействия на помещение.

Мониторинг микроклимата помещения не возможен без применения современных измерительных приборов, способных фиксировать данные с заданной периодичностью в течение недели, месяца, квартала, года, накапливать в памяти результаты измерений, которые впоследствии можно изучать и анализировать. Мониторинг микроклимата в настоящее время используется для контроля температурно-влажностного состояния воздуха в музеях, картинных галереях, в помещениях, где параметры микроклимата влияют на производственные или технологические процессы.

В административных, общественных и жилых зданиях измерения температуры при местном регулировании теплоотдачи отопительных приборов с применением современных терморегуляторов проводятся последние 20-25 лет, что позволило, в частности, экономить тепловую энергию в системе отопления зданий. Однако это стало возможным после реконструкции зданий и инженерных систем.

Повышенная относительная влажность воздуха в помещении бассейна формирует неблагоприятный влажностный режим наружных и внутренних ограждающих конструкций, при котором увеличивается поток водяного пара через материалы ограждений

В большинстве существующих зданий различного назначения применяют узлы учета потребления тепловой энергии, с помощью которых в режиме мониторинга фиксируется фактическое теплопотребление помещением, группой помещений или зданием. Температурный, влажностный и газовый режимы помещения существенно влияют, в первую очередь, на здоровье людей, на долговечность ограждающих конструкций здания, мебели, отделочных материалов, различного оборудования.

В частности, сохранность антикварной мебель и старинных или высокохудожественных элементов интерьера — картин, икон, скульптур очень сильно зависит от температурно-влажностного, а иногда и газового режимов помещения, так как при неправильном сочетании параметров микроклимата они разрушаются и могут быть утрачены. В последнее время в отделке помещений стали применятся изделия из редких тропических пород дерева, нуждающихся в специальном температурно-влажностном режиме для длительной эксплуатации. Создать требуемый температурный режим в помещении, пригодный одновременно для человека и для сохранности предметов искусства, дорогостоящих и редких элементов интерьера и отделки помещений — сложная инженерная задача.

Проведены исследования температурно-влажностного режима помещения бассейна в спортивном центре в городе Москва. Определялось соответствие параметров микроклимата требуемым значениям. Мониторинг проводился в холодный период года (в ноябре) в течение 37 дней, результаты регистрировались через каждые 30 мин. Использовались регистраторы фирмы testo 175 H1 для фиксации температуры и относительной влажности внутреннего воздуха.

В рабочее время относительная влажность воздуха не превышает 65 %, а в отдельные периоды наблюдаются скачки относительной влажности до 90 %. На основании проведенного мониторинга бассейна можно сделать вывод, что инженерные системы обеспечивают заданный микроклимат в помещении бассейна в рабочее время. В то же время наблюдается превышение относительной влажности при выключенной системе вентиляции. Повышенная относительная влажность воздуха в помещении бассейна формирует неблагоприятный влажностный режим наружных и внутренних ограждающих конструкций, при котором увеличивается поток водяного пара через материалы ограждений, увеличивается влажность материалов, растут теплопотери помещения, снижается долговечность ограждений помещения и здания.

Требуется дополнительная оценка влияния влажности на ограждающие конструкции с целью определения их долговечности.

 

(0) (4907)
Comments
  • В этой теме еще нет комментариев
Add a comment

Your name *

Your e-mail *

Your message