Вітраж цивільної будівлі як фактор зміни температури повітря приміщення за літніх умов - Автореферат

Вітраж, як архітектурний елемент, за давніх часів використовувався у цивільних будівлях з метою збільшення природнього освітлення, забезпечення кращого огляду приміщень зовні та зєднання внутрішнім та зовнішнім середовищем. Якщо у старих будівлях вітраж займав до половини площі, то сучасні вітражі, нерідко самонесучі, можуть займати до 100% площі зовнішніх огороджувальних конструкцій. Нерідко, в приміщеннях з вітражами виникають дискомфортні умови в літній період, такі як підвищена температура внутрішнього повітря, висока температура поверхонь світлопрозорого огородження, негативний вплив на людину теплового опромінювання з боку вітража. Отже, оцінюючи вітраж, потрібно враховувати температурні показники, як фактор забезпечення комфортних умов перебування людини в приміщенні без штучної системи вентиляції або кондиціювання повітря. Для досягнення поставленої мети були визначені наступні задачі дослідження: - аналіз сучасних конструктивних принципів та основних положень проектування вітража з урахуванням дії сонячної радіації;У першому розділі розглянуто теоретичні та експериментальні можливості виявлення впливу сонячної радіації на приміщення з вітражем та забезпечення комфортних умов в приміщенні. Класифікація дозволила визначити область дослідження - приміщення без урахування кондиціювання з вітражем із будь-якого матеріалу каркасу, типу засклення, конструктивною схемою та без можливості вентиляції. Вплив сонячної радіації на приміщення з вітражем можна умовно поділити на три етапи: формування зовнішніх факторів впливу (сонячна радіація та підвищена температура повітря), процес теплонадходжень крізь вітраж, формування підвищених температур у приміщенні. Згідно теорії Шкловера третій етап впливу сонячної радіації на приміщення розглядається як теплопередача W, що має переривчастий характер у часі, з добовим циклом h: IMG_6e6603d8-3417-4155-9115-46fc2542b342 Для того, щоб знайти коливання температури внутрішнього повітря в приміщенні, дотримуючись закону збереження тепла, необхідно амплітуди гармонік рівняння (2) ділити послідовно на теплозасвоєння (Р1, Р2, Рк), а фазові кути здвинути на відповідні кути запізнювання температури повітря (x1, x2, xk), тоді можливим буде знаходити температуру повітря: IMG_93ed2033-6dcd-48cd-b683-7fa705865565 . (4)У дисертації сформульовані методики розрахункового та експериментального оцінювання конструктивних рішень вітражів на підставі температурних показників за літніх умов, що дозволяють визначити стратегічну задачу зниження енерговитрат на експлуатацію цивільних будівель. Вирішена теоретична задача з визначення приросту температури внутрішнього повітря під дією сонячної радіації, яка поступає крізь вітраж у розрахункових літніх умовах, у приміщенні без кондиціювання повітря, що дозволило розробити інженерний метод розрахунку. Розроблено класифікацію за основними ознаками (конструктивна схема, матеріал каркасу, тип засклення, можливість вентиляції вітражу), що дозволило запропонувати отриману інформацію в теплотехнічних розрахунках з урахуванням дії сонячної радіації при виборі конструктивної схеми вітражу та розташування його в приміщенні. Сформульовано наукові принципи моделювання сонячної радіації, які встановлюють, що еквівалентна температура та коефіцієнт тепловіддачі, у порівняні з безпосереднім опромінюванням, відповідають реальним умовам дії сонячної радіації. За лабораторними випробуваннями знайдено максимальні значення приведеної температури на поверхні вітража, що дозволило запропонувати критерій оцінки можливості перебування людини біля вітражу за літніми умовами, яким є максимально допустима температура на внутрішній поверхні в залежності від площі вітражу.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертації сформульовані методики розрахункового та експериментального оцінювання конструктивних рішень вітражів на підставі температурних показників за літніх умов, що дозволяють визначити стратегічну задачу зниження енерговитрат на експлуатацію цивільних будівель.

Складовими частинами розвязання цієї проблеми є наступні найбільш вагомі наукові та практичні результати: 1. Вирішена теоретична задача з визначення приросту температури внутрішнього повітря під дією сонячної радіації, яка поступає крізь вітраж у розрахункових літніх умовах, у приміщенні без кондиціювання повітря, що дозволило розробити інженерний метод розрахунку.

2. Розроблено класифікацію за основними ознаками (конструктивна схема, матеріал каркасу, тип засклення, можливість вентиляції вітражу), що дозволило запропонувати отриману інформацію в теплотехнічних розрахунках з урахуванням дії сонячної радіації при виборі конструктивної схеми вітражу та розташування його в приміщенні.

3. Сформульовано наукові принципи моделювання сонячної радіації, які встановлюють, що еквівалентна температура та коефіцієнт тепловіддачі, у порівняні з безпосереднім опромінюванням, відповідають реальним умовам дії сонячної радіації. Розроблено принципову схему лабораторної установки та методику випробувань вітражу. Сформульовані основні вимоги до фрагменту вітражу (площа не менш ніж 1м2), устаткуванню, приладовому забезпеченню, методам обробки результатів, оцінки точності та достовірності.

4. За лабораторними випробуваннями знайдено максимальні значення приведеної температури на поверхні вітража, що дозволило запропонувати критерій оцінки можливості перебування людини біля вітражу за літніми умовами, яким є максимально допустима температура на внутрішній поверхні в залежності від площі вітражу.

5. Уточнено методику натурних спостережень теплостійкості за літніх умов несвітлопрозорих огороджень, що дозволило використовувати її для досліджень вітражів. Встановлені вимоги до натурних випробувань в частині вибору обєкта досліджень, місць розташування датчиків, необхідного устаткування, обробки і оцінки результатів спостережень.

6. В досліджених натурних обєктах у м. Донецьку та м. Києві зафіксовані максимальні значення приведених температур на поверхні вітража 44 °С та 36°С, внутрішнього повітря 36°С та 27°С відповідно. Підтверджено збіг результатів натурних досліджень та запропонованого теоретичного методу розрахунку з коефіцієнтом збігу Манна-Уїтні 0,1%.

7. Соціально-економічний ефект від впровадження розробок дисертаційної роботи полягає у прогнозованому зменшенні теплонадходжень до приміщення приблизно в 2 рази у порівнянні з прийнятими проектними рішеннями, що покращить один із чинників мікроклімату приміщення. Результати роботи використані в чотирьох нормативних документах України по теплостійкості огородження (додана методика натурних і лабораторних досліджень світлопрозорих огороджень), настанові зі складання енергетичного паспорта будівель (додана таблиця теплонадходжень сонячної радіації на вертикальні поверхні), визначенню опору теплопередачі в лабораторних та натурних умовах та нормуванню параметрів мікроклімату, а також впроваджені в проектах: «Торгівельний комплекс по вул. Садоводчеська у Ленінському районі м. Донецька» та «Адміністративна будівля з вбудованою підземною автостоянкою по пр. Маяковського».

1. Білоус О.М. Оцінка теплової надійності вітражної системи «Spider» / О.М. Білоус // Сучасне промислове та цивільне будівництво. - 2009. - Т. 5, № 3. - С. 99-108.

2. Тимофєєв М.В. Необхідність натурних теплофізичних досліджень індивідуальних будівель з металевим каркасом / М.В. Тимофєєв, О.М. Білоус // Вісник Донбаської нац. акад. будва і арх-ри. - 2007. - Вип. 1(63). - С. 122-125. (Здобувачем виконано розрахунки з теплостійкості).

3. Тимофеев Н.В. Натурные теплофизические исследования светопрозрачных фасадных систем в летних условиях / Н.В. Тимофєєв, А.Н. Белоус // Вісник Донбаської нац. акад. будва і арх-ри. - 2008. - Вип. 6(74). - С. 112-115. (Здобувачем виконано натурні випробування світлопрозорих огороджувальних конструкцій в літній період року).

4. Білоус О.М. Теплова надійність світлопрозорих огороджень за літніх умов експлуатації / О.М. Білоус // Вісник Донбаської нац. акад. будва і арх-ри. - 2009. - Вип. 5(79). - С. 90-94.

5. Фаренюк Г.Г. Методика лабораторних досліджень теплостійкості огороджень / Г.Г. Фаренюк, М.В. Тимофєєв, О.М. Білоус // Зб. наук. праць. - К.: НДІБК, 2008. - Вип. 68. - С. 131-137. (Здобувачем розроблено лабораторний стенд з випробувань вітражних систем та збір кліматичних даних щодо літніх розрахункових умов).

6. Білоус О.М. Критерій оцінки теплостійкості світлопрозорого огородження в літній період року / О.М. Білоус // Зб. наук. праць. - К.: НДІБК, 2008. - Вип. 72. - С. 631-634.

7. Тимофєєв М. В. Натурні спостереження та теоретичні розрахунки вітражної системи в літній період / М. В. Тимофєєв, О.М. Білоус // Наук.-техн. збірн. Сучасні проблеми будівництва. - Донецьк: Донецький ПРОМБУДНДІПРОЕКТ, 2009. - №7 (12). - С. 58-62. (Здобувачем виконано натурні випробування та запропонована схема теоретичного розрахунку вітражних систем в літній період року).

8. Настанова з розроблення та складання енергетичного паспорта будинків при новому будівництві та реконструкції : ДСТУ-Н Б А.2.2-5:2007 - [Чинний від 2008-07-01]. - К.: Мінрегіонбуд України, 2008. - 43 с. - (Національний стандарт України). (Здобувачем додане значення сонячної радіації на вертикальну поверхню за різними сторонами світу).

9. Методи визначення теплостійкості огороджувальних конструкцій : ДСТУ Б В.2.6-100:2010 - [Чинний від 2010-01-01]. - К.: Мінрегіонбуд України, 2008. - 45 с. - (Національний стандарт України). (Здобувачем внесено методику лабораторних досліджень світлопрозорих огороджувальних конструкцій та запропоновано критерій оцінки світлопрозорих огороджувальних конструкцій).

10. Метод визначення опору теплопередачі огороджувальних конструкцій : ДСТУ Б В.2.6-101:2010 - [Чинний від 2010-01-01]. - К.: Мінрегіонбуд України, 2008. - 83 с. - (Національний стандарт України). (Здобувачем уточнена методика визначення опору теплопередачі світлопрозорого огородження).

11. Розрахунки теплової ізоляції будівель: навчальний посібник [М.В. Тимофєєв, С.О. Сахновська, О.М. Білоус]. - Макіївка: ДОННАБА, 2009. - 62с. (Здобувачем створено розділ «Теплостійкість огороджувальних конструкцій»).

12. Белоус А.Н. Тепловая надежность светопрозрачных ограждений в летний период / А.Н. Белоус //Сб. науч. докладов І Межд. научно-практ. конф. «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях». - М.: МГСУ, 2009. - С. 37-39.

Размещено на .ru