Автореферат диссертации (Выбор теплозащиты офисных зданий с учетом энергетических и экономических показателей систем климатизации)

На правах рукописиФРОЛОВА АНАСТАСИЯ АНАТОЛЬЕВНАВЫБОР ТЕПЛОЗАЩИТЫ ОФИСНЫХ ЗДАНИЙ С УЧЕТОМЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙСИСТЕМ КЛИМАТИЗАЦИИСпециальность05.23.03 – Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха,газоснабжение и освещениеАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2017 г.2Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Национальный исследовательскийМосковский государственный строительный университет»Научный руководитель:кандидат технических наук, профессорМалявина Елена ГеоргиевнаОфициальныеоппоненты:Куприянов Валерий Николаевичдоктортехническихнаук,профессор,Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанскийгосударственныйархитектурностроительный университет» (КазГАСУ), кафедра«Проектирование зданий», заведующий кафедройКозлов Владимир Владимировичкандидат технических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научноисследовательский институт строительной физикиРоссийской академии архитектуры и строительных наук» (НИИСФ РААСН), лаборатория строительнойфизики,ведущийнаучныйсотрудникВедущая организация:Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждениевысшегообразования «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» (СПбГАСУ)Защита диссертации состоится «28» февраля 2018 г.

в 12 часов 00 минут назаседании диссертационного совета Д 212.138.10, созданного на базеФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственныйстроительный университет» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе,д. 26, студия № 9 «Открытая сеть».С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВО«Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» www.mgsu.ru.Автореферат разосланУченый секретарьдиссертационного совета«___» __________ 20__ г.Гогина Елена Сергеевна3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования. Выбор экономически целесообразной толщины утеплителя в наружных ограждающих конструкциях зданий –важная задача строительной отрасли.

От сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций зависит количество потребленной на отопление и охлаждение зданий энергии, мощность и размер систем отопления и охлажденияпомещений,стоимость присоединения к энергоснабжающим сетям. Задачанеоднозначна, так как при усилении теплозащиты сокращается потребностьздания в теплоте на отопление и возрастает потребность помещений с теплоизбытками в холоде.

Этим объясняется актуальность исследования.Степень разработанности темы диссертации. Вопросам выбора сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций в разное времязанимались А.И. Ананьев, Г.К. Авдеев, В.С. Беляев, В.Г. Гагарин, В.В. Козлов,Ю.Я. Кувшинов, В.Н. Куприянов, Е.Г. Малявина, Ю.А. Табунщиков, Ф.В. Ушков, К.Ф. Фокин и др.

Однако применительно к административно-офиснымзданиям системно с учетом тепловыделений и большого круга влияющих нацелесообразность уровня теплозащиты факторов эта задача не решалась.Цель и задачи. Цель диссертации – выявление энергетически и экономически целесообразного уровня теплозащиты наружных ограждающих конструкций офисных зданий на основе многовариантных расчетов суточного нестационарного теплового режима для определения потребности в теплоте и холоде при круглогодичном поддержании допустимого температурного режима.Задачи диссертации:- модернизировать программу расчета на ПК суточного нестационарноготеплового режима офисного помещения с теплоизбытками;- провести натурный эксперимент для проверки адекватности принятыхматематической модели и программы для ПК;- выполнить многовариантные расчеты суточного нестационарного теплового режима различно расположенных помещений в зданиях с различнойтеплозащитой и конфигурацией при различной температуре наружного возду-4ха, на основе которых определить годовое энергопотребление системами отопления и охлаждения;- путем энергетических и экономических расчетов найти цену 1 кВт.ч холода, а также стоимость оборудования охлаждения здания, системы отопленияв зависимости от мощности соответствующей системы;- выявить наиболее значимые факторы, сочетания которых соответствуютопределенным экономически целесообразным сопротивлениям теплопередаченаружных ограждений.Научная новизна работы заключается в следующем:1.

Разработана новая методика определения годового энергопотреблениясистемами отопления, свободного и машинного охлаждения помещений на основе математического моделирования нестационарного теплового режимаофисных помещений с учетом режима внутренних теплопоступлений и теплоустойчивости помещения;2. Обоснован расширенный по сравнению с заложенным в действующиенормативные документы перечень факторов, влияющих на энергетически иэкономически целесообразный уровень теплозащиты офисных зданий.

Установлено, что базовая теплозащита при учете стоимостей всего перечня определяющих факторов может быть экономически целесообразна в отличие от варианта с учетом только стоимости теплозащиты и теплоты, расходуемой на отопление;3. Введено понятие зоны экономически целесообразного утепления зданий, формирующейся сочетаниями значений удельной теплозащитной характеристики здания и совокупных дисконтированных затрат на поддержание в здании допустимых температурных условий.Теоретическая и практическая значимость работы.Теоретическая значимость работы:- разработана методика и алгоритм определения границ зоны экономически целесообразного утепления зданий, включающий в себя расчет годовогоэнергопотребления системами отопления и охлаждения здания при различных5вариантах теплозащиты с дальнейшей экономической оценкой каждого варианта и выбора наименее затратного из них.

Методика учитывает совокупные дисконтированные затраты на утепление, на системы круглогодичного поддержания допустимого микроклимата в офисных помещениях, на присоединение их кэнергосетям и на сами энергоносители;- на основе многовариантных расчетов проведены исследования зданий сразличными геометрическими размерами, площадью остекления, теплозащитой, при различных уровнях теплопоступлений в зданиях, выявившие особенности формирования зон экономически целесообразного утепления зданий.Практическая значимость работы следующая:- предложенная методика позволяет определить диапазон удельной стоимости систем отопления, машинного и свободного охлаждения общественныхзданий на 1 кВт установленной мощности системы;- доказано, что электроэнергия, потребляемая оборудованием системысвободного охлаждения составляет значительную часть (20% - 60%) от годового потребления электроэнергии системой машинного охлаждения;- разработанная система обобщения зависимости удельной нагрузки насистемы круглогодичного поддержания микроклимата офисных помещений отобщего коэффициента теплопередачи здания позволит проектировщикам ужена первой стадии проектирования прогнозировать годовое энергопотреблениеофисным зданием.Методология и методы исследования.

Методологической основой работы являются достижения отечественных и зарубежных ученых в области исследования теплового режима зданий и экономических обоснований различныхвариантов теплозащиты здания. Основными методами, использованными в диссертационной работе, являются: метод конечных разностей в декартовых координатах по неявной схеме при моделировании нестационарного теплового режима офисных помещений.

Автоматическая обработка результатов эксперимента выполнена с применением программного пакета Microsoft Office Excel; вкачестве теоретической базы для исследования использованы фундаментальные6положения строительной теплофизики.Положения, выносимые на защиту:- алгоритм выявления энергетически и экономически целесообразнойтеплозащиты офисных зданий;- результаты натурного и аналитического исследования энергопотребления системами отопления и охлаждения помещения;- результаты экономической оценки уровня теплозащиты здания с различными внутренними теплопоступлениями.Степень достоверности.

Достоверность полученных результатов оценена с помощью современных математических вероятностных методов; в диссертации используются общепринятые научные подходы к математическому моделированию нестационарного теплового режима помещения; климатическаяинформация опирается на данные климатологического справочника; экспериментальные натурные методики исследований выполнены с применением поверенных приборов, результаты экспериментальных и теоретических исследований показывают удовлетворительную сходимость.Апробация результатов. По теме диссертации были сделаны доклады наследующих конференциях: Научно-техническая конференция по итогам научно-исследовательских работ студентов МГСУ за 2009-2010 учебный год.Москва, 2010г.; Международная специализированная выставка холодильногооборудования, климатической техники и тепловых насосов для промышленности, торговли и строительства «Индустрия холода для продовольственной,энергетической и экологической безопасности», г.