Автореферат диссертации (Повышение эффективности работы системы естественной вентиляции при формировании теплового движения воздуха), страница 4

Данный метод позволяет с высокой точностьюопределить локальные коэффициенты конвективной теплоотдачи, что особенноважно в случаях, когда экспериментальная модель имеет сложную геометрию.Для нахождения условной толщины пограничного слоя, δt’, мм, проводитсякасательная к кривой распределения температур в пределах пограничного слоя унагретой поверхности (Рисунок 10). Относительная погрешность при измерениитемпературы воздушного потока составила 0,5%.Рисунок 10 – Графический метод определения условной толщиныпограничного слоя17Локальные коэффициенты конвективной теплоотдачи определяются поформуле:t '1000  , Вт/(м2∙ºС), где(1.8) - коэффициент теплопроводности среды, Вт/(м∙ ºС).В связи со значительным влиянием сопротивления вентиляционного отводана характер движения конвективных потоков вдоль нагретых стенок, величиналокальных коэффициентов конвективной теплоотдачи будет различной врассматриваемых контрольных плоскостях сечения. При увеличении расчетнойразности температур, величина коэффициентов конвективной теплоотдачиувеличивается, однако характер их изменения по высоте вентиляционного каналаостается прежним.Значения коэффициентов конвективной теплоотдачи в условиях внутреннейконвекции на порядок меньше, чем при рассмотрении конвекции у поверхностейв неограниченном пространстве.

Данное явление обусловлено особенностямидвижения воздушных масс внутри нагретых каналов: ламинаризацией течения засчет наличия теплоотводящих границ, а так же стеснением потоков,формирующихся у стенок, в результате чего происходит снижение интенсивноститеплоотдачи.Коэффициент конвективной теплоотдачи уменьшается по высотевентиляционного канала, в силу увеличения толщины пограничного слоя(Рисунок 11), что характерно для ламинарного характера течения.Рисунок 11 – График изменения средних коэффициентов конвективнойтеплоотдачи α, Вт/(м2∙ºС) по высоте вентиляционного канала l, м при различнойрасчетной разности температур θ, °С.В Главе 5 в рамках технико-экономического обоснования проводитсясравнение двух методов оптимизации работы систем естественной вентиляции всанузле двенадцатиэтажного жилого здания: использование осевого вентилятора;применение теплового побуждения при осуществлении нагрева вентиляционногоканала резистивным кабелем.

Бездисконтный срок окупаемости составит 4,2 года,дисконтированный срок окупаемости – 6,5 лет. Приведена инженерная методика18расчета систем вентиляции с тепловым побуждением движения воздуха ипредставлены рекомендации по монтажу систем данного типа.ЗАКЛЮЧЕНИЕИтоги выполненного исследования:1.Проведена оценка работоспособности систем естественнойвентиляции многоэтажных жилых зданий. Выявлены причины, препятствующиеих работе: установка осевых вентиляторов периодического действия, местныхсистем кондиционирования воздуха, герметичных окон и дверей. Результативноиспользован метод расчета коэффициента обеспеченности воздухообмена, наоснове которого обоснована необходимость применения дополнительногопобуждения (ветрового, теплового или механического) канальных системестественной вентиляции в период с середины февраля по конец ноября для г.Москвы.2.Составлена система практических рекомендаций по эксплуатациисистем естественной вентиляции, разработанная на основе проведенной оценкиработоспособности существующих систем.3.Изложены условия применения и составлена классификациясуществующих технологий, направленных на обеспечение стабильной работысистем естественной вентиляции в течение года.4.Разработана математическая модель процессов теплообмена ввентиляционном канале при движении свободноконвективных потоков,формирующихся в системе вентиляции с тепловым побуждением движениявоздуха.5.Составлен алгоритм расчета систем вентиляции с тепловымпобуждением движения воздуха, с учетом разработанной модели для анализакачественной структуры свободноконвективных потоков на основе программногокомплекса Ansys Fluent.6.Доказано наличие зависимости средней скорости воздушного потокана входе в вентиляционный канал от расчетной разности условной температурына стенке воздуховода и температуры внутреннего воздуха в помещении.7.Определены геометрические характеристики вентиляционного канала,и месторасположение его нагрева, позволяющие обеспечить стабильный расходвоздуха в системе вентиляции с тепловым побуждением движения воздуха.Рекомендуется производить нагрев вертикального участка канала совместно сотводом.

Для обеспечения устойчивого течения воздуха в вентиляционном каналенеобходимо исключить взаимодействие пристенных конвективных потоков, чтовозможно при соотношении длины вертикального участка, h к меньшей сторонепоперечного сечения воздуховода b , меньшем 20 ( h / b  20 ). Рекомендованныеразмеры вентиляционного спутника: длина вертикального участка h  2 м, сечениеa  b  150 150 мм.

При этом необходимо стремиться обеспечить минимальнуюдлину горизонтального участка.8.Проведенанализвлияниясопротивления,создаваемоговентиляционным отводом на характер движения свободноконвективных потоков19воздуха, при различных способах нагрева вентиляционного канала. Определеныдлины участков стабилизации течения.9.Представлены результаты исследования устойчивости конвективныхтечений в системе вентиляции с тепловым побуждением движения воздуха сосборным вертикальным каналом, которые позволили вывить причины измененияобъемного расхода воздуха по высоте здания: турбулентное смешение потоковвоздуха в вентиляционном тройнике, движущихся с разными скоростями;расширение потока в вертикальном сборном канале на уровне пятого этажа;формирование локальных объемов воздуха с высокими скоростями.10. Разработана методика определения локальных коэффициентовконвективной теплоотдачи для систем вентиляции с тепловым побуждениемдвижения воздуха.

По результатам экспериментального исследования былипостроены профили температуры воздушного потока, определены локальные исредние коэффициенты конвективной теплоотдачи по высоте вентиляционногоканала при различной расчетной разнице температур. Выявлено, что в случаемоделирования свободной конвекции в условиях внутренней задачи при наличиитеплоотводящих границ в пределах расчетной разности температур   0  40 С ,учет турбулизации течения практически не оказывает влияние на конечныерезультаты.

Относительная погрешность при измерении температуры воздушногопотока составила 0,5%.11. На основе проведенного математического моделирования иэкспериментальныхисследованийизученакачественнаяструктурасвободноконвективных потоков, формирующихся в системе вентиляции степловым побуждением движения воздуха при различных способах нагревавентиляционного канала.12. Проведено технико-экономическое обоснование применения системвентиляции с тепловым побуждением движения воздуха в многоэтажных жилыхзданиях. По результатам расчетов было получено, что бездисконтный срококупаемости составит 4,2 года, дисконтированный срок окупаемости – 6,5 лет.Выявлено, что применение систем вентиляции с тепловым побуждением за счетиспользования нагревательных электрических кабелей в помещениях кухни будетэкономически нецелесообразным.13.

Разработана инженерная методика расчета систем вентиляции степловым побуждением движения воздуха за счет электрического нагрева дляжилых зданий. Представленная методика позволяет определять требуемуютемпературу нагрева вентиляционного канала и удельную мощность кабеля настадии проектирования систем вентиляции.Рекомендации по использованию результатов диссертации:1.В период с середины февраля по конец ноября для г. Москвырекомендуется применять тепловое побуждение систем естественной вентиляциив помещениях санузла многоэтажных жилых зданий;2.В системах вентиляции с тепловым побуждением движения воздухарекомендуется применять каналы высотой 2 м с размером поперечного сечения20150х150 мм, с минимальной длиной горизонтального участка. Рекомендуетсяпроизводить нагрев вертикального участка канала совместно с отводом.Перспективы дальнейшей разработки темы диссертации состоят вследующем:1.Разработка альтернативных способов нагрева вентиляционного каналабез применения электричества;2.Разработка усовершенствованной конструкции канала системывентиляции с тепловым побуждением движения воздуха с теплоаккумулирующимслоем.СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:Публикации в изданиях, включенных в «Перечень рецензируемых научных изданий,в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации насоискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук»ВАК Минобрнауки РФ:1.Е.Г.

Кривых. Особенности проектирования социотехнических системвконтекстетехнонауки/Е.Г.Кривых,Д.В.Абрамкина//Научное обозрение – 2016. - № 7 - С. 227 – 230;2.А.Г. Рымаров. Системы естественной вентиляции с тепловымпобуждением / А.Г. Рымаров, Д.В. Абрамкина // Научное обозрение – 2016.