Обоснование комплексных мероприятий по обеспечению теплового режима зданий массовой застройки

В крупных городах проживает более половины населения России. Жилой фонд городов, в основном, составляют современные типовые многоэтажные здания, оснащенные всеми видами инженерного обустройства и обеспечиваемые продукцией различных систем энергетики. По масштабам строительства в стране жилых зданий массовой застройки не имеется аналогов в мировой строительной практике.

Наиболее массовые по своему характеру нарушения теплового режима зданий имеют место при авариях в тепловых системах в зимний период и сопровождаются значительным социальным и экономическим ущербом. При этом вероятны отказы в использовании зданий вследствие недопустимых тепловых условий. Нельзя не считаться и с риском катастрофических тепловых условий при возможном дефиците эксплутациопной тепловой мощности источника теплоснабжения. О существенности ущербов и катастрофических последствий, связанных с недостаточной эффективностью систем, свидетельствует опыт их эксплуатации в крупных городах за последние 20.25 лет (Москва, Челябинск, Нижний Новгород и др.).

Вместе с тем существующее состояние обеспеченности теплового режима в помещениях не случайно. Традиционные методы и принципы расчета отдельных элементов теплового режима, локальная оптимизация их параметров, но критериям минимума стоимости, материалоемкости и т. п. оказываются недостаточными для обеспечения эффективности функционирования комплексов теплоподачи, как единых целых для обеспечения поставленных целей. Однако вопросам эффективности систем уделяется недостаточное внимание, и поэтому они не нашли всестороннего отражения • и учета в нормах строительного проектирования. Попытки восполнения этого пробела на стадии эксплуатации оказываются малоэффективными вследствие невозможности учета всей совокупности факторов, обусловливающих тепловой режим.

Очевидна необходимость целевого подхода к решению вопросов проектирования и эксплуатации объектов рассматриваемого комплекса, который должен быть ориентирован на достижение конечного результата: гарантированное выдерживание гигиенических обоснованных параметров тепловой среды в помещениях в отопительный период. Это требует разработки соответствующих норм и методов решения задач, связанных с обоснованием и выбором технических и организационных мер, реализация которых позволит обеспечить необходимый тепловой режим.

Нами в основу решения проблемы положен принцип эффективности сложной системы — система обеспечения теплового режима зданий охватывающий совокупность взаимосвязанных объектов различной природы, участвующих в формировании теплового режима. Система отражает взаимосвязи объектов инженерного комплекса между собой и с наружным климатом, человеком, другими системами энергетики в процессе поддержания нормируемых тепловых условий в жилых зданиях массовой застройки при любых климатических ситуациях отопительного периода.

На основании этого следует считать, что главными свойствами эффективности систем обеспечения теплового режима зданий массовой застройки являются: обеспеченность тепловой мощности отапливаемого зданияуправляемость систем теплоподачи в условиях нормируемого отпуска теплотыподдержания гарантированного санитарно-гигиенического температурного режима в каждом из помещений зданий.

Целью исследования является разработка научно-методических решений по выявлению закономерностей динамики теплового режима эксплуатируемых жилых зданий массовой застройки в отопительный период для гарантированного обеспечения нормируемых температурных условий в помещениях при минимуме энергозатрат.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи по обоснованию комплексных мероприятий по обеспечению теплового режима эксплуатируемых жилых зданий массовой застройки.

1. Уточнить методический подход и разработать меры, направленные на поддержание теплового комфорта в жилых зданиях массовой застройки с учетом их специфических конструктивных и теплофизических характеристик;

2. Выявить количественные характеристики отклонения теплового режима зданий от расчетных в зависимости от продолжительности стояния температур наружного воздуха в трех диапазонах, соответствующих основным режимам теплоснабжения;

3. Уточнить математическую модель теплообмена человека в помещении при разных видах деятельности и степени утепленности одежды для выявления комфортных и дискомфортных тепловых условий;

4. Разработать инженерные методы расчета по оценке влияния на тепловые условия: ограждений, нагревательных приборов, возможных единовременных воздействий наружного климата, интенсивности теплоподачи в помещения;

5. Обосновать минимальную производительность систем отопления, при которой можно ожидать критического состояния теплового режима здания или неизбежности чрезвычайных ситуаций.

Предложенные в работе концепции в значительной мере опираются на научные положения, связанные с выбором расчетных наружных условия для расчета систем отопления с учетом обеспеченности внутренних условий и расчетом надежности тепловых сетей, которые разработаны профессорами В. Н. Богословским, А. А. Иониным, Ю. В. Кононовичем. Вместе с тем требуется уточнение и развитие существующих методов обеспечения теплового комфорта для зданий массовой застройки.

Исследования явились обобщением и продолжением опыта жилищного строительства в г. Нижнем Новгороде, в котором автор принимал активное участие.

Работа явилась составной частью НТП «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» на 200СИ-2003 годы, подпрограммы «Архитектура и строительство», тема «Повышение энергоэкономической эффективности реконструируемых зданий массовой застройки на основе совершенствования методов их эксплуатации». (№Г.Р. 1 200 107 235).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

В результате проведенных исследований научно обоснован комплекс мероприятий по обеспечению теплового режима помещений эксплуатируемых зданий массовой застройки, которые включают в себя следующие направления:

1. Обоснован методический подход к выбору обеспечения допустимого теплового режима зданий, имеющих специфические конструктивные и теплофизические характеристики, как сложной системы массового обслуживания при минимальных затратах.

2. Выявлены количественные характеристики процессов, отклоняющих тепловой режим зданий от расчетного: продолжительность стояния температуры наружного воздуха в трех диапазонах, соответствующих основным режимам теплоснабжениятемпературные надбавки для солнечной радиации по периодам отопительного сезона (со знаком +) — температурные надбавки от скорости ветра (со знаком -) — интенсивность часовых внутренних (бытовых) тепловыделений в течение суток.

3. Уточнена математическая модель теплообмена с окружающей средой, устанавливающая взаимосвязь между изменением температуры помещения и тепловым состоянием человека. Проведено нормирование температурного режима в зимний период, соответствующее принятым градациям тепловых условий: комфортныес пониженным уровнем комфортностис допустимым температурным режимом при ограниченном времени пребывания.

4. Разработан инженерный метод расчета взаимосвязи температуры воздуха и ограждений, учитывающий совокупность факторов, определяющих теплообмен в помещениях зданий массовой застройки и позволяющий оценить динамику температуры помещения при колебаниях температуры наружного воздуха. Сформулированы и количественно оценены модели расчетных ситуаций с обоснованием возможных погрешностей расчетов на основании анализа влияния на тепловые условия наружных, внутренних ограждений и нагревательных приборов и возможных внешних воздействий.

5. Количественно обоснована минимальная относительная теплопроизводительность систем отопления Q0, при которой можно ожидать критического состояния теплового режима здания при КОБ=0,92 или неизбежны чрезвычайные ситуации при КОБ=0,98.