Исследование теплотехнической однородности зданий с однослойными ограждающими конструкциями в условиях эксплуатации на Среднем Урале

Содержание:

  Введение.

      Общая информация по теме диплома.

      Краткое описание проведенной работы.

1. Литературный обзор.

   1.1. Энергосбережение.

  1.2. Нормативная документация.

  1.3. Согласование норм с Европейскими стандартами.

  1.4. Преимущества внедрения новых норм для РФ.

  1.5. Малоэтажное строительство на Урале.

1.6. Теплотехнический расчет.

1.7. Физический смысл теплопередачи, методика расчета.

2. Тепловизионная съемка.

  2.1. Основные принципы работы с тепловизором FlirP620 и его возможности.

  2.2. Общая характеристика здания.

  2.3. Определение теплопотерь ограждающих конструкций с помощью тепловизора.

  2.4. Результаты.

3. Расчет в ПК COMSOL MULTIPHISICS  и ее возможности.

  3.1. Описание.

3.2. Методика.

3.3. Результаты.

4. Анализ результатов.

  4.1. Сравнительный анализ данных тепловизионной съемки узлов.

4.2. Расчет узлов ограждающей конструкции, с расчетами узлов    ограждающей конструкции в программном комплексе COMSOL   MULTIPHISICS.

5. Безопасность жизнедеятельности.

5.1. Введение.

  5.2. Безопасность труда.

   5.3. Чрезвычайные ситуации.

5.4. Выводы по разделу безопасность жизнедеятельности.

  Заключение.

  Список используемой литературы.

Приложение.

Перечень графических листов и документов.

При выполнение дипломной работы были поставлены следующие цели:

­-Выполнить тепловизионную съемку объекта.

-Выполнить моделирование объекта и произвести расчет.

-Выполнить нестационарный расчет модели здания.

-Показать пути оптимизации конструктивных решений.

Для реализации целей были решены следующие задачи:

- Изучение методики расчета наружных ограждающих конструкций и нормативной документации.

-  Изучение и освоение методики работы тепловизора согласно ГОСТу 26629-85 «Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций».

-  Выполнение тепловизионной съемки на натурном объекте.

-  Освоение методики стационарного и нестационарного расчетов  в ПК COMSOL MULTIPHISICS.

-Выполнение модели фрагмента здания и его теплотехнический расчет   в ПК COMSOL MULTIPHISICS.

-Подготовка методического материала по работе в ПК COMSOL MULTIPHISICS.

-  Сравнение данных тепловизионной съемки с данными полученными в расчетном комплексе.

-  Выполнение анализа полученных результатов.

Решение указанных задач позволяет осуществлять экономию строительных материалов и энергоресурсов при проектирование.

Глава 1. Литературный обзор.

  1.1. Энергосбережение.

    Энергосбережение – одна из основных проблем стоящих перед современным человечеством. Под этим термином подразумевается сокращение расходов энергоносителей до наиболее рациональных величин. По оценке отечественных и зарубежных специалистов, одним из основных направлений улучшения экологической обстановки в мире и сохранения здоровья населения является снижение уровня потребления природных энергетических ресурсов. Жилищно-строительная сфера потребляет около 20% всех потребляемых в стране топливо энергетических ресурсов. Эту цифру необходимо уменьшить. Во многих развитых странах (США, Япония и др.), после мирового энергетического кризиса, разразившегося в 70-е годы, были разработаны различные концепции по энергосбережению, в результате реализации которых годовой расход энергии в этих странах был снижен на 30-40%. Процессы по энергосбережению начались и в России. В январе 1998 года была утверждена целевая программа «Энергосбережение России на 1998-2005 годы». В 1997 году принято постановление «О повышении эффективности использования энергетических ресурсов предприятиями бюджетной сферы». В настоящее время практически для всех видов производств разработаны энергосберегающие, тепло утилизирующие установки и приняты другие теплозащитные меры, однако уровень энергоэффективности предприятий строительной отрасли и жилищно-коммунального хозяйства у нас в стране значительно ниже зарубежного. Мировая практика показывает, что потребление энергии только в жилищном секторе может быть сокращено, по крайней мере, в 2 раза, если внедрять новейшие технологии производства и эксплуатации материалов и оборудования.

Основные факторы, определяющие непроизводственные потери энергии в строительной сфере

- ориентация строительной индустрии на преимущественный выпуск и использование энергоемких материалов (кирпич, керамзитобетон и др.);

- применение ограждающих конструкций зданий с низким уровнем теплозащиты;

- несовершенство технических систем теплоснабжения и инженерного оборудования зданий;

-неэффективное использование градостроительных приемов, объемно-планировочных и конструктивных решений;

-недостаточное развитие нетрадиционных систем энергосбережения.

Основные энергосберегающие мероприятия в жилищно-строительной сфере.

Энергосбережение должно осуществляться с помощью комплекса мероприятий: градостроительных (8 -10% экономии), архитектурно-планировочных (15%), конструктивных систем (25%), инженерных систем (30%), технологий эксплуатации (20%)

Энергосберегающие градостроительные решения включают:

1)  Установление маратория на расширение границ городов в течение 20-30 лет, с целью более рационального использования городских магистральных теплопроводов и других энергосистем;

2)  Включение в генпланы, программы и бизнес-планы застройки жилых кварталов мероприятий по ликвидации сквозных ветрообразующих пространств;

3)  Организацию замкнутых дворовых и внутриквартальных территорий;

4)  Использование естественной теплоты Земли и развитие подземной урбанизации с целью экономии энергоресурсов.

В целях энергосбережения необходимо также правильное размещение и взаиморасположение зданий и жилых комплексов, использование защитных свойств рельефа и т.д.

Энергосберегающие архитектурно-планировочные решения:

1) строительство широко корпусных жилых домов с сокращением удельной площади на 1м2 жилой площади;

2) возведение мансардных этажей на существующих зданиях для предотвращения сверхнормативных потерь тепла через покрытия;

3) упрощение конфигурации домов;

4) оптимальная ориентация по направлениям ветра и солнечных лучей.

Энергосберегающие конструктивные решения.

Известно, что при действующей практике проектирования и строительства более 60% тепла уходит через ограждающие конструкции: внешние стены, потолок, крышу, окна, двери и фундамент, поэтому основной резерв тепла кроется в надежной теплоизоляции всего корпуса жилого дома. Для утепления стен должны использоваться материалы с тепло сопротивлением R от 0,19 до 0,42 на 1 см. К таким материалам относятся стекловолокно, минеральная вата, целлюлозная вата, вспененный полистерен, полиуретан. Можно отметить, что производство современных теплоизоляционных материалов в нашей стране, по сравнению с экономически развитыми странами, в несколько раз меньше. Окна так же являются значительным источником теплопотерь. Для их снижения необходимо применения герметичных стеклопакетов (ставни, шторы).Для предотвращения потерь тепла через фундамент необходимо использовать теплоизоляцию, парозащиту, достаточную вентиляцию подвальных помещений.

Энергосберегающие инженерные решения.

Энергоисточники, различное специализированное оборудование, контрольно-измерительные приборы, по оценке специалистов, позволяют сократить расход тепла на отопление и нагрев воздуха на 25-30%. К таким мерам относятся:

1)  использование высокопроизводительного котельного оборудования и повышение его КПД;

2)  устранение теплопотерь в системах централизованного теплоснабжения;

3)  переход на автономные системы горячего водоснабжения с использованием газовых или электронагревателей;

4)  введение поквартирной системы отопления;

5)  установка терморегулирующей аппаратуры для регулирования обогрева жилых зданий в зимний и осенне-весенний периоды, в дневное и ночное время и т. д.

В особую группу можно поместить прочие меры по энергосбережению:

- энергосберегающий образ жизни, обучение энергосберегающему проектированию и строительству;

- использование искусственной вентиляции с рекуперацией тепла и уменьшением неконтролируемого воздухообмена;

- сбережение электроэнергии на освещение с помощью новых типов светильников (люминесцентных ламп) и использование более эффективных холодильников, телевизоров и др.;

-использование строительных материалов с минимальной затратой энергии на их добычу и транспортировку;

- использование строительной техники без тяжелых энергоемких строительных машин и оборудования:

- рациональная организация строительных работ и сокращение сроков строительства;

- компьютерное математическое моделирование, оптимизация всех теплозащитных характеристик и контроль над работой инженерных систем.

Энергосберегающие заглубленные здания.

Еще с древних времен человек использовал пещеры, землянки как места укрытия от непогоды. В настоящее время мы так же можем использовать энергию земли. Основная цель строительства заглубленных жилищ – поддержать и улучшить взаимоотношения с окружающей средой; используя землю, как одеяло, укрыть здание со всех сторон: земля защитит его, как барьер, от ветра, холода, нежелательной инфильтрации осадков и будет препятствовать потерям тепла. Предпочтительна кубическая и близкие к ней формы зданий, кроме того этажность не должна превышать одного, двух этажей. Помимо жилищного строительства целесообразно использовать заглубленные здания и в других целях, так например, в Швеции строительство подземных сооружений для хранения нефти объемом более 100 тыс. м3 более экономично, чем наземных, так как при этом потребление энергии на отопление снижается в 3раза и на охлаждение в 10 раз.

Энергосберегающие экодома.

Экодом – практически автономный малоэтажный дом, в котором в максимально возможной степени используются природные процессы для обеспечения его жизнедеятельности, включая энергообеспечение и переработку отходов.

Энерго- и ресурсосбережение является задачей мирового масштаба, решением которой ученые, проектировщики и эксплуатационники занимаются на протяжении многих лет.  Развитие технологий позволило, с помощью различных программных комплексов. На стадии проектирования создавать модели конструкций и узлов с точными физическими свойствами используемых материалов, что позволило находить оптимальный конструктив, с минимальными энергопотерями. В свою очередь повсеместное внедрение энергосберегающих технологий и необходимость к 2020 году обеспечить все здания энергопаспортами, заставляет застройщиков усилить контроль и на стройплощадках. Данная работа проведена с целью изучения экспериментального определения теплопотерь, определение производственного брака, а также возможных конструктивных изменений узлов для уменьшения теплопотерь.

1.2. Нормативная документация.

В нашей стране уровень тепловой защиты здания наружными стенами оставался почти без изменений до 1994 года. Он определялся нормированием величины сопротивления теплопередаче R0, которое было основано на принципах обеспечения санитарно-гигиенических требований внутри помещения и ограничения теплопотерь в отопительный период при минимуме приведенных затрат на возведение ограждения и его эксплуатацию. Поэтому, при проектировании наружного ограждения должны были соблюдаться два условия:

- сопротивление теплопередаче R0 во всех случаях должно быть не менее требуемого по санитарно-гигиеническим условиям сопротивления теплопередаче R0тр;

-сопротивление теплопередаче ограждения R0 принимается равным экономически целесообразному сопротивлению R0эк, определяемому из условия обеспечения наименьших приведенных затрат.

Выполнение расчетов по определению R0эк связано с большим объемом работ и затрат времени на вычисление и определение исходных величин и, поэтому, производилось редко. Для упрощения расчетов, следуя указаниям Госстроя СССР, к величинам требуемых сопротивлений теплопередаче R0трвводили повышающие коэффициенты. Они принимались в зависимости от назначения здания, его капитальности, возможностей заказчика и других экономических и социальных факторов. Величина коэффициентов колебалась от 1,1 до 2,0. При определении экономически целесообразного сопротивления теплопередаче R0эк учитывались потери тепла за счет инфильтрации воздуха, стоимость тепловой энергии, стоимость материала теплоизоляционного слоя многослойной конструкции, отпускные цены на ограждающие конструкции, стоимость их транспортирования и монтажа. Нормирование сопротивления теплопередаче стены по санитарно-гигиеническим требованиям было основано на принципе обеспечения минимально допустимых комфортных условий внутри помещений и производилось с учетом тепловой инерции D ограждающих конструкций и расчетной зимней температуры наружного воздуха, которая принималась в соответствии со СНиП 2.01.01-82. «Строительная Климатология и геофизика». Как показала практика, даже небольшие ошибки, допускаемые при конструировании, изготовлении, монтаже и эксплуатации ограждающих конструкций вели к понижению температуры на внутренней поверхности стен ниже допустимой, что зачастую приводило к выпадению конденсата. Такой принцип нормирования и допускаемые ошибки привели к тому, что в среднем по стране на 1 м2 отопления общей площади жилого здания необходимо порядка 88 кг условного топлива в год, что превышает аналогичный показатель в странах, находящихся в сопоставимых с Россией климатических условиях в 2,5...3 раза. Госстрой России постановлением от 11 августа 1995 г. утвердил и ввел в действие с 1 сентября 1995 г. «Изменение № 3 СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника», требующее существенного повышения уровня теплозащиты новых и реконструируемых зданий путем увеличения сопротивления теплопередаче в 2:3,5 раза, что позволяет снизить теплопотребление в зданиях на 20...30 %. Данные изменения в СНиП привели к необходимости совершенно новых подходов в конструировании, технологии изготовления и монтажа ограждающих конструкций. Часто встречается мнение, что для достижения нового нормативного сопротивления теплопередаче ограждения необходимо увеличить его толщину на определенную величину, связанную только с теплофизическими характеристиками материалов. Это мнение ошибочно, поскольку изменился сам принцип нормирования. Согласно новым нормам, приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций следует принимать не менее требуемых значений R0тр, определяемых исходя из условий энергосбережения, а так же санитарно-гигиенических и комфортных условий. Величина требуемого сопротивления теплопередаче стен, определяемая из условий энергосбережения по значению градусо-суток отопительного периода (ГСОП), больше величины, определяемой исходя из санитарно-гигиенических и комфортных требований. Это привело к тому, что в настоящее время нормируемая величина сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций определяется средней температурой наружного воздуха и продолжительностью отопительного периода. По оценке отечественных и зарубежных специалистов, одним из основных направлений улучшения экологической обстановки в мире и сохранения здоровья населения является снижение уровня потребления природных энергетических ресурсов.