Диссертация (Повышение эффективности работы системы естественной вентиляции при формировании теплового движения воздуха), страница 2

Остроумова [1], Г.З. Гершуни [2], С.В. Патанкара [3], Б. Гебхарта [4, 5],В.Н. Варапаева [6, 7] и др. Данный вопрос был изучен с точки зрения7различных областей науки: геофизики [8, 9, 10], ракетостроения [11],строительной теплофизики [12, 13] и прикладной математики [14, 15].Объектом исследования являются канальные системы вентиляции степловым побуждением движения воздуха.Предметом исследования являются свободные конвективные течениявоздуха, формирующиеся в нагреваемых вентиляционных каналах.Целью исследования является повышение эффективности работысистем вентиляции многоэтажного жилого здания за счет применениятеплового побуждения движения воздуха в теплый и переходный периодыгода.Длядостиженияпоставленнойцелиисследования,былисформулированы следующие научные задачи:1.Провестивентиляцииоценкумногоэтажныхработоспособностижилыхзданий,системиестественнойвыявитьпричины,препятствующие их работе;2.Проанализировать существующие технологии, направленные наобеспечение стабильной работы систем естественной вентиляции в течениегода;3.Разработать математическую модель процессов теплообмена ввентиляционном канале при движении свободноконвективных потоков,формирующихся в системе вентиляции с тепловым побуждением движениявоздуха;4.Разработать конструктивное решение системы вентиляции степловым побуждением движения воздуха для типового жилищногостроительства;5.Составить алгоритм расчета систем вентиляции с тепловымпобуждением движения воздуха, с учетом разработанной модели для анализакачественнойструктурысвободноконвективныхпотоковнаосновепрограммного комплекса Ansys Fluent;6.Провестиэкспериментальноеисследованиепроцессов8конвективного теплообмена в вытяжных каналах системы вентиляции степловым побуждением движения воздуха.Методологической основой исследования являются:- существующие теоретические положения и экспериментальныеисследования отечественных и зарубежных ученых в области свободнойконвекции, а так же теплового побуждения систем вентиляции;- стандартные методики численного моделирования свободныхконвективных потоков воздуха в условиях внутренней задачи.Основные методы, используемые в диссертационной работе:1.Численное моделирование производилось с помощью CFDмоделирования,основанногонаметодеконечныхобъемовснеструктурированной сеткой;2.Методика экспериментального исследования основывалась натребованиях государственных стандартов по аэродинамическим испытаниямвентиляционных систем и базировалась на показаниях поверенных приборов;3.Социологический опрос проводился с помощью выборочногоисследования в форме анкетирования.Научная новизна работы:1.Разработана математическая модель процессов теплообмена ввентиляционном канале при движении свободноконвективных потоков,формирующихся в системе вентиляции с тепловым побуждением движениявоздуха;2.Доказано наличие зависимости средней скорости воздушногопотока на входе в вентиляционный канал от расчетной разности условнойтемпературы на стенке воздуховода и температуры внутреннего воздуха впомещении;3.Определены длины участков стабилизации течения послевентиляционного отвода при различных способах нагрева вентиляционногоканала;94.Разработана методика определения локальных коэффициентовконвективной теплоотдачи для систем вентиляции с тепловым побуждениемдвижения воздуха.Теоретическая и практическая значимость работы.Теоретическая значимость работы:1.Применительно к проблематике диссертации результативноиспользован метод расчета коэффициента обеспеченности воздухообмена, наоснове которого был обоснован период применения теплового побуждениядвижения воздуха;2.Изложены условия применения и составлена классификациясуществующих технологий, направленных на обеспечение стабильнойработы систем естественной вентиляции в течение года;3.Изучена качественная структура свободноконвективных потоков,формирующихся в системе вентиляции с тепловым побуждением движениявоздуха при различных способах нагрева вентиляционного канала.Практическая значимость работы:1.Разработан алгоритм расчета систем вентиляции с тепловымпобуждением движения воздуха, позволяющий определить изменениетемпературы и скорости воздушного потока по высоте вентиляционногоканала.2.Определены геометрические характеристики вентиляционногоканала, и месторасположение его нагрева, позволяющие обеспечитьстабильный расход воздуха в системе вентиляции с тепловым побуждениемдвижения воздуха;3.Разработана методика определения локальных коэффициентовконвективной теплоотдачи для систем вентиляции с тепловым побуждениемдвижения воздуха;4.Представленырезультатыисследованияустойчивостиконвективных течений в системе вентиляции с тепловым побуждением10движения воздуха со сборным вертикальным каналом, которые позволиливыявить причины изменения объемного расхода воздуха по высоте здания;5.Создана система практических рекомендации по эксплуатациисистем естественной вентиляции, разработанная на основе проведеннойоценки работоспособности существующих систем.Достоверность и обоснованность научных положений, выводов ирезультатов обусловлена использованием фундаментальных физическихзаконов, корректностью математических постановок задач, использованиемсовременныхапробированныхверифицированныхметодовметодикчисленногомоделированияэкспериментальныхиисследований,сопоставлением полученных результатов с аналитическими, численными иэкспериментальными исследованиями других авторов.Внедрениерезультатовработы.Результатыработыбылииспользованы на предприятии путем производства образцов опытной партиивоздуховодов систем вентиляции с тепловым побуждением движениявоздуха за счет электрического нагрева.Личный вклад соискателя заключается:1.В непосредственном участии в разработке научной проблемы;2.Впроведенииматематическогомоделированиясвободноконвективных течений, формирующихся в нагреваемом канале инатурных исследований режимов работы системы вентиляции с тепловымпобуждениемдвижениявоздуха,обработкеианализеполученныхрезультатов.Апробация и публикация результатов работы.

Основные результатыработы были представлены на:Международном конкурсе на лучший проект в сфере энергосбереженияи энергоэффективности в номинации «Лучшее инженерно-техническоерешениепоповышениюэнергетическойэффективностиипоэнергосбережению в зданиях, сооружениях и строениях», г. Москва, 2016 г.;Профессиональном конкурсе НОПРИЗ на лучший проект – 2017 в11номинации проектов, представленных студентами и аспирантами вузов,молодымиархитекторами,г.Москва,2017г.;Научно-практическойконференции «Технологии в инженерно-экологическом строительстве,механизации и жилищно-коммунальном комплексе», г.

Москва, 2017 г.; XXIМеждународной научной конференции «Строительство – формированиесреды жизнедеятельности», г. Москва, 2018 г.; Всероссийском конкурсенаучно-технических и научно-исследовательских проектов «Молодёжныеинновации», г. Москва, 2018 г.; научном семинаре «Modern problems ofengineering sciences and their solutions. Experience of interuniversitycooperation», г. Москва, 2018 г.Публикации.Основныерезультатыдиссертационнойработыизложены в 10 научных работах, в том числе в 6 рецензируемых научныхизданиях, входящих в перечень ВАК, 1 работа опубликована в журнале,индексируемом в международной реферативной базе Scopus.На защиту выносятся следующие положения:1.Разработанная математическая модель процессов теплообмена ввентиляционном канале при движении свободноконвективных потоков,формирующихся в системе вентиляции с тепловым побуждением движениявоздуха;2.Разработанная методика определения локальных коэффициентовконвективной теплоотдачи для систем вентиляции с тепловым побуждениемдвижения воздуха;3.Результаты натурного исследования по определению профилейтемпературы,локальныхисреднихкоэффициентовконвективнойтеплоотдачи воздушного потока по высоте вентиляционного канала приразличной расчетной разности условной температуры на стенке воздуховодаи температуры внутреннего воздуха в помещении;4.Составленный алгоритм расчета систем вентиляции с тепловымпобуждением движения воздуха, с учетом разработанной модели для анализа12качественнойструктурысвободноконвективныхпотоковнаосновепрограммного комплекса Ansys Fluent.Структура и объем работы.Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, спискалитературы, включающей 116 наименований, в том числе 23 иностранных иприложений.

Работа изложена на 157 страницах машинописного текста,содержит 86 рисунков и 9 таблиц.13ГЛАВА 1. ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ СИСТЕМЕСТЕСТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ МНОГОЭТАЖНОГО ЖИЛОГОЗДАНИЯ В ТЕПЛЫЙ И ПЕРЕХОДНЫЙ ПЕРИОДЫ ГОДА.1.1Методы проведения оценки и контроля эффективности работысистем естественной вентиляции.Общественные и жилые многоэтажные здания играют ведущую роль всовременном градостроительстве. Отличительными особенностями данныхсооружений является унификация и типизация архитектурных и инженернотехнических решений [16].

Большую часть жилого фонда города Москвысоставляют типовые многоэтажные дома, оборудованные канальнымисистемами естественной вентиляции.Системы естественной вентиляции обладают рядом преимуществ:долговечностью, простотой обслуживания, невысокими капитальными иэксплуатационными затратами. Кроме того, организация естественногопроветривания улучшает аэроионный состав воздуха в помещении [17].Основной задачей систем вентиляции является поддержание состояниявоздушной среды, благоприятной для пребывания человека и выполнениятехнологических процессов [18]. Для жилых зданий главной целью являетсясоздание комфортного микроклимата для человека, что включает в себя: содной стороны, обеспечение допустимого качества внутреннего воздуха, сдругой стороны, создание благоприятных тепловых условий.Минимальный воздухообмен должен обеспечивать удаление вредных(загрязняющих) веществ, выделяемых человеком, отделочными материаламии мебелью, продуктов горения при приготовлении пищи, влаги при стиркебелья или гигиенических процедурах, а так же поступления избыточнойтеплоты в помещение.