Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
Общая характеристика работе

Приднепровская государственная академия

Строительство и архитектура

ПЕТРЕНКО ВИКТОР ОЛЕГОВИЧ

УДК 628.87: 697.245.386

УЛУЧШЕНИЯ УСЛОВИЙ микроклимат в помещении ЗА СЧЕТ ПОВЕРХНОСТНО развитых низкотемпературной ОБОГРЕВА

Специальность 05.26.01 - охрана труда

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Днепропетровск 2004

Актуальность темы

Работа выполнена в Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры Министерства образования и науки Украины

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент чесания Леонтий Георгиевич, Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, профессор кафедры отопления, вентиляции и качества воздушной среды, директор Института экологии и безопасности жизнедеятельности в строительстве.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Кременчугский Николай Феофанович, Национальный горный университет, профессор кафедры аэрологии и охраны труда;

- кандидат технических наук, доцент Стрежекуров Эдуард Евгеньевич, Днепродзержинский государственный технический университет, доцент кафедры электрооборудования.

Ведущая организация: Харьковская национальная академия городского хозяйства, кафедра безопасности жизнедеятельности.

Защита состоится "17" февраля 2005 г. в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д .085.03 Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры по адресу: 49600, г.. Днепропетровск, ул. Чернышевского, 24а, ауд. 202.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры по адресу: 49600, г.. Днепропетровск, ул. Чернышевского, 24а.

Автореферат разослан "14" января 2005 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Шаленный В.Т.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Здоровье, само почувств, а также работоспособность человека во многом зависит, в первую очередь, от тепловых параметров внутренней среды: температуры внутреннего воздуха и температуры поверхностей, направленных внутрь помещения. Их обеспечения в холодный и переходный периоды года возможно путем энергоэффективных технологий отопления помещений.

Исследованию средств обеспечения микроклимата помещений в отечественной и мировой литературе посвящены работы В.Н. Богословского, Л. Банхиди, Ф.А. Миссенара. Однако в них недостаточно освещены вопросы влияния лучистой составляющей теплообмена на оценку микроклимата помещений. Поэтому нужно разработать методики оценки микроклиматических условий помещений с учетом температуры окружающих человека поверхностей, а также энергоэффективной технологии отопления.

Это позволит улучшить условия жизнедеятельности человека, повысить производительность труда и снизить энергозатраты на создание микроклимата помещений, для Украины актуальным на сегодняшний день.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Работа выполнена в рамках задач комплексной Государственной программы энергосбережения Украины, госбюджетных научно-исследовательских тем Министерства образования и науки Украины: "Методология разработки оптимального теплового защиты существующих зданий и энергоэффективных технологий обеспечения микроклимата жилья с использованием нетрадиционных видов энергии", 2001 2003 г.г. (№ госрегистрации 0102U002364), "Экономико-математическое моделирование энергоэкономичных систем жизнеобеспечения жилых и общественных зданий", 2004 2006 г.г.. (№ госрегистрации 0104U000232).

Цель и задачи исследования. Цель работы улучшения микроклиматических условий в помещениях жилых и общественных зданий за счет равномерного воздействия лучистого теплообмена на организм человека и повышение энергоэффективности технологий его обеспечения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать влияние лучистого теплообмена на организм человека;

- разработать критерии оценки теплового состояния микроклимата в помещении с учетом лучистой составляющей теплообмена;

- разработать математическую модель влияния лучистого теплообмена на поверхность тела человека;

- проверить адекватность модели на экспериментальной установке;

- разработать систему, обеспечивающую улучшение микроклиматических условий путем управления лучезарной составляющей теплообмена, с использованием возобновляемых видов энергии и выполнить экспериментальные исследования режимов работы отдельных ее элементов и методики их расчета.

Объект исследования микроклимат в домах.

Предмет исследования лучистый теплообмен в помещении.

Методы исследования анализ теоретических и экспериментальных работ по научным обобщением; математическое и физическое моделирование; экспериментальные исследования влияния параметров микроклимата на теплообмен между телом человека и внутренней средой помещения; обработка результатов экспериментальных исследований на ЭВМ.

Научная новизна полученных результатов:

- впервые предложен критерий оценки влияния тепловых параметров микроклимата на поверхность тела человека, позволяет оценить неравномерность распределения теплового потока с учетом лучистой составляющей теплообмена при различных технологиях обогрева помещений;

- разработана математическая модель определения условной температуры, что позволяет рассчитать ее величину в любой точке у поверхности тела человека, для аналитической оценки неравномерности ее воздействия;

- полученный экспериментальным путем на физической модели характер распределения условной температуры у поверхности тела человека при различных технологиях обогрева. Установлено, что более равномерное распределение условной температуры устанавливается при поверхностно-развитом обогреве;

- усовершенствована технология обогрева помещений на базе использования солнечной энергии, в которой впервые предложено ее аккуюваты в высоко- и низкотемпературных грунтовых теплоаккумуляторов.

Практическое значение полученных результатов состоит в использованы диссертационной работы в проектной практике, и в учебно-методической работе, а именно:

- внедрении новой методики конструктивного расчета греющих поверхностей низкотемпературного обогрева (проектная практика ГНИ & ldquo; Приднепровский Промстройпроект & rdquo;)

- внедрении системы поверхностно-развитого обогрева в административно-бытовом корпусе ОАО & ldquo; Днепропетровский агрегатный завод & rdquo ;;

- разработке схемы теплоаккумулятора и методики его конструктивного расчета (передана для внедрения в конструкторский отдел ЗАО & ldquo; Харьковский вагоностроительный завод & rdquo;)

- использовании в учебном процессе основных положений диссертационной работы для студентов специальности 7.092108 & ldquo; Теплогазоснабжение и вентиляция & rdquo; по дисциплине & ldquo; Отопление & rdquo ;.

Личный вклад соискателя состоит из анализа научно-технической и патентной литературы в области микроклимата помещений и систем, его обеспечивают [4], в обосновании целей и задач исследований, разработке методик и выполнения экспериментальных исследований [2, 3], научного обоснование полученных результатов, разработок математической модели расчета условной температуры у поверхности тела человека с учетом лучистой составляющей теплообмена [5, 6], физической модели для исследования влияния параметров внутренней среды на человека, е нергоефективнои технологической схемы обогрева [13], а также методик конструктивного расчета греющих поверхностей и теплоаккумулятора [7, 10].

Апробация результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы изложены и обсуждены на международных симпозиумах & ldquo; Безопасность жизнедеятельности в XXI веке & rdquo; (Г.. & Nbsp; Днепропетровск, 2001 г., 2004 г., Г.. & Nbsp; Хургада (Египет), 2003 г.), Международной конференции & ldquo; От переходной экономики к постоянному г.озвитку & rdquo; (Г.. & Nbsp; Днепропетровск, 2001 г.), Международном экологическом симпозиуме & ldquo; Стратегия выхода из глобального экологического кризиса & rdquo; (Г.. & Nbsp; Санкт-Петербург (Россия), 2001 г.), Международной научно-технической конференции & ldquo; Энергоэффективность - 2002 & rdquo; (Г.. & Nbsp; Киев, 2002 г.), Международных научных конференциях & ldquo; Перспективные задачи инженерной науки & rdquo; (Г.. & Nbsp; Алушта, 2000 г., 2002 г., Г.. & Nbsp; Игало (Черногория), 2003 г.), Научно-технических конференциях "Стародубовский чтения» (г.. & Nbsp; Днепропетровск, 2000 - 2003 & nbsp ; г.г..), международной научно-практической конференции & ldquo; Проблемы экономии энергии & rdquo; (Г.. & Nbsp; Львов, 2003 г.), Международной конференции & ldquo; Энергосбережение. Безопасность. Экология в промышленности и коммунальной энергетике & rdquo; (Г.. & Nbsp Ялта, 2003 г.), Международном энергоэкологического конгрессе & ldquo; Энергетика. Экология. Человек. & Rdquo; (Г.. & Nbsp; Киев, 2004 г.), На ежегодных конференциях ПГАСА (1999 - 2003 г.г..), На научных семинарах и совещаниях кафедр безопасности жизнедеятельности и отопления, вентиляции и качества внутренней среды ПГАСА (1998 - 2004 г.г.).

Публикации. Результаты исследований диссертационной работы опубликованы в 28 печатных работах: 14 публикаций в сборниках научных трудов, 2 патентам Украины на изобретение, 12 тезисах докладов на научно-практических конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе, списка литературы, приложений. Общий объем диссертации составляет 211 страниц. Помимо основного текста, изложены на 147 страницах, диссертация содержит 23 рисунков, 3 таблицы, список использованных источников из 114 наименований на 10 страницах и приложений на 53 страницах.

содержание работы

Во введении раскрыта актуальность исследований, направленных на создание комфортного микроклимата в помещениях жилых и общественных зданий для улучшения условий труда и повышенияновлюваних видов энергии и ее аккумуляции показали, что есть пути их совершенствования. Аккумуляторы тепловой энергии, как элемент энергоэффективной системы обогрева, является наименее разработанной ее конструктивной частью. Отсутствуют в достаточном количестве экспериментальные и аналитические исследования теплоаккумуляторов, работа которых основана на использовании теплоемкости материалов, в частности, где используются такие широко распространенные твердые материалы, как глина, песок и грунт.

На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследований.

Во втором разделе проведены исследования по распределению лучистого теплообмена у поверхности тела человека при различных технологиях отопления. Рассмотрены характеристику лучистого теплообмена в помещениях зданий и его воздействие на поверхность тела человека.

Отопление помещений поверхностями, излучают тепло, гигиенистами уделялось особое внимание уже давно. Ф.Ф. Эрисман указывал, что системы отопления с санитарной точки зрения будут иметь различные преимущества в зависимости от способа передачи ими тепла. Наиболее благоприятные условия для организма, считал он, могут быть созданы при уменьшении теплопотерь излучением с поверхности тела человека.

Исследование В.Н. Богословского, Л. Банхиди, Ф.А. Миссенара, Winslow, Bedford, Kolmar позволили получить данные для нормирования температуры греющих поверхностей с целью обеспечения теплового комфорта в помещениях, оборудованных системами поверхностно-развитого обогрева. Вместе с тем эти данные отличаются большой пестротой. До сих пор остается неясным вопрос об оптимальных интенсивности лучистого теплообмена и температуры воздуха в помещениях с этими системами обогрева и о рациональном размещении обогревательных поверхностей.

Для оценки влияния теплового излучения также важное значение имеют спектральный состав и интенсивность излучения. При температурах поверхностей в пределах от 0 до 150 ° С максимумы излучения длины волны находятся в пределах от 10 до 7 мкм, от 7 до 0,55 мкм соответствуют температуры в пределах от 150 до 3800 ° С. В связи с тем, что термопроменева напряженность характеризуется неравномерностью в пространстве, оценку его необходимо вести отдельно для каждой точки.

Характеризуя тепловое состояние помещения, принято говорить о температуре внутреннего воздуха в нем. Однако тепловой комфорт, при нахождении человека в помещении, не может быть однозначно определен только этим параметром. Основные теплопотери человеком в холодный период года (около 50% общих теплопотерь) осуществляются лучезарной (радиационной) теплоотдачей, зависит от разницы температур окружающих его поверхностей и поверхности тела человека. Холодные ограждения вызывают усиленное излучение тепла с поверхности тела человека.

Автором проведены натурные исследования в помещениях жилых и общественных зданий с воздушным и радиаторной-конвективным обогревом, которые показали, что распределение температуры воздуха по высоте помещения отличается от данных, приведенных в Г. Ритшель и В.Н. Богословского . Это обусловлено тем, что на ее величину значительно влияет температура всех поверхностей, обращенных внутрь помещения, особенно наружных ограждений. В связи с этим можно предположить, что на человека, который находится внутри помещения, суммарное влияние температур воздуха и радиационных температур всех поверхностей, обращенных внутрь помещения, происходит не только по высоте, но и по его поверхности. Для оценки воздействия необходимо иметь суммарный распределение этих температур по поверхности тела человека при различных технологиях обогрева помещений. Решение такой задачи требует привлечения методов физического и математического моделирования с их реализацией на ПЭВМ.

Результаты исследований суммарного воздействия температур воздуха и температур всех поверхностей, обращенных внутрь помещения, приведены на рис. 1 и характерные для помещений с отношением площадей оконного проема и наружной стены, равна. Данные приведены для сечения, расположенного посреди комнаты в трех плоскостях (околоно, так и аналитически.

В связи с тем, что человек находится в помещении в холодный период года в окружении поверхностей с различными температурами, на тело человека по его периметру влияет с различной величиной Qл-п. Это приводит к неравномерному распределению условной температуры у поверхности тела человека по его периметру. Поэтому для оценки неравномерности воздействия лучистого теплообмена, при различных технологиях отопления, предложенный критерий, характеризующий неравномерность распределения условной температуры.

Выбор может осуществляться с последующим критерием

- коэффициентом тепловой неравномерности при определении условной температуры в точках у поверхности тела человека:

(3)

где - относительное отклонение параметров от средних значений в i й точке;

n количество измерений, шт.

В работе разработана математическая модель расчета условной температуры у поверхности тела человека. В основу математической модели взяты формулы для определения теплообмена между элементом поверхности тела человека dFл и полной поверхностью излучающей панели Fп.

На поверхности тела человека выделялся элемент площадью dFл, а на излучающей поверхности - dFп, которые расположены в пространстве относительно друг друга произвольно, как показано на рис. 3.

Рис. 3. Теплообмен излучением между элементом тела человека и поверхностью

В результате была получена формула для определения условной температуры у поверхности тела человека в точке

(4)

где Fi площадь i й ограждающей конструкции, м2;

ti радиационная температура ограждающих конструкций, 0;

б0 коэффициент теплоотдачи, Вт / (м2? 0С);

с коэффициент поглощения;

t в температура внутреннего воздуха, 0С;

С коэффициент излучения поверхности серого тела, Вт / (м2? К4);

коэффициент облучения с ограниченной площадки на элементарную.

Затем рассчитанные по этим методом условные температуры у поверхности тела человека в точке используемые в методике оценки эффективности систем обогрева помещений путем сравнения тепловой неравномерности с нормативными значениями теплового среды в помещении.

При определении условных температур аналитическим путем у поверхности тела человека были выполнены упрощения. Поэтому, для подтверждения адекватности математической модели реальным физическим процессам теплообмена человека с окружающей средой помещения, были проведены исследования на физической модели.

В третьем разделе приведены экспериментальные исследования влияния лучистого теплообмена на поверхность тела человека.

Для более детального изучения распределения условной температуры у поверхности тела человека было проведено физическое моделирование. Для проведения лабораторных исследований на моделирующей установке была разработана методика неполного физического моделирования тепловых процессов. Задачей экспериментальных исследований, при исследуемых технологиях обогрева помещений, было получение профилей условной температуры у поверхности тела человека.

Для проведения экспериментальных работ была разработана и смонтирована физическая моделирующая установка, выполненная в масштабе 1:10, которая представляла собой помещение с размерами 400х465х290 мм. Оконный проем имеет размеры 180х110 мм, а в качестве обогрева применялись поверхности ограждающих конструкций, в которых расположены нагревательные элементы.

Результаты экспериментальных исследований распределения профиля температур у поверхности тела человека были приведены к натурным условиям с помощью разработанных масштабов пересчете

- условной температуры у поверхности тела человека:

(5)

где tпч условная температура у поверхности тела человека, С;

tн температура наружного воздуха, ° С;

Сtt масштаб температур;

- средней радиационной температуры:

(6)

где tp радиационная температура, ° С;

- разницы температур между поверхностью тела человека и излучаемой поверхностью:

(7)

гдеtПН температура поверхности нагрева, ° С;

- количества лучистого тепла, излучаемого в направлении человека от излучающей поверхности:

, (8)

где Сэ - масштаб степени черноты;

Сl - масштаб линейных размеров;

м, н индексы, обозначающие модель и натуру.

Примеры результатов измерения условной температуры при поверхностно-развитом и островном обогреве помещений приведены на рис. 5 и 6.

Рис. 4. Схема расположения точек (П1, П2, П3, П4) измерения температуры, воздействует на поверхность тела человека, при поверхностно-развитом и островном обогреве помещений

1, 2, 3 нагревательные панели

Анализ результатов проведенных лабораторных исследований показал, что равномерность распределения условной температуры у поверхности тела человека зависит от

Загрузка...

Страницы: 1 2 3