Семенова Эльвира Евгеньевна. Формирование микроклимата жилых зданий старой застройки при их модернизации

Короткий опис

Семенова Эльвира Евгеньевна. Формирование микроклимата жилых зданий старой застройки при их модернизации : Дис. ... канд. техн. наук : 05.23.03 Воронеж, 2006 124 с. РГБ ОД, 61:06-5/1446

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи
СЕМЕНОВА ЭЛЬВИРА ЕВГЕНЬЕВНА
ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОКЛИМАТА ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ СТАРОЙ ЗАСТРОЙКИ ПРИ ИХ МОДЕРНИЗАЦИИ
05.23.3 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение
ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель:
д-р. техн. наук, профессор А.И. Скрыпник
Воронеж - 2006
Содержание
ВВЕДЕНИЕ 4
* 1 МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА И
СОСТАВА ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ В ЖИЛЫХ ЗДАНИЯХ 8
1.1 Анализ решений по обеспечению теплозащиты и энергосбере¬жения жилых зданий 9
1.2 Анализ решений по обеспечению воздухообмена, шумозащиты
и инсоляции в помещениях 12
1.3 Санитарно-гигиенические требования к параметрам воздушной среды в жилых помещениях 15
1.4 Выводы 25
2 УСЛОВИЯ И ЗАВИСИМОСТИ ПРИВЕДННРШ ПАРАМЕТРОВ
» МИКРОКЛИМАТА ЗДАНИЙ СТАРОЙ ЗАСТРОЙКИ К
СОВРЕМЕННЫМ ТРЕБОВАНИЯМ 27
2.1 Условия формирования нормативных параметров микроклимата
Ф зданий старой застройки 30
2.2 Влияние режима вентиляции жилых помещений на параметры теплового, воздушного и санитарно-гигиенического комфорта при мо¬дернизации зданий.... * 42
2.3 Тепл о-влажностный режим модернизируемых наружных ограж¬дений зданий старой застройки. 58
2.4 Инфильтрационно-сорбционные процессы при движении на¬ружного воздуха через пористый утеплитель наружных ограждений зда¬ний 60
2.5 Диффузионные процессы проникновения загрязняющих ве¬ществ через воздухопроницаемые материалы 66
2.6 Выводы 70
* 3 ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РАБОТЫ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ТЕПЛОВОГО, ВОЗДУШНОГО И САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКОГО КОМФОРТА В ЗДАНИЯХ ПРИ
А А Ж Л Л і Sk А Л ■ А ЗС Л Л. Ж АА^^ А Л Ж Л А А_^ -А/х. А JL» А А J A A AIL А^^ * А А Ж А А А А Ж А
ИХ МОДЕРНИЗАЦИИ 72
0 3.1 Процессы переноса загрязняющих веществ и влаги через порис¬тый утеплитель наружных стен 72
3.2 Определение теплотехнических и воздухопроницаемых харак¬теристик пористых утеплителей 75
3.3 Результаты испытаний на воздухопроницаемость пористо¬волокнистых утеплителей 82
3.4 Влияние аэродинамических факторов на состояние воздушной среды в помещениях зданий старой застройки 87
3.5 Результаты испытания моделей зданий в аэродинамической ус¬тановке 91
3.6 Выводы 96
* 4 ВОЗДУШНО-ТЕПЛОВАЯ, ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ МОДЕРНИЗАЦИИ ЗДАНИЙ
* СТАРОЙ ЗАСТРОЙКИ 98
4.1 Показатели мониторинга загрязненности атмосферного воздуха жилой застройки 98
® 4.2 Влияние воздухообменных процессов на состояние воздушной
среды жилых помещений 102
4.3 Сорбция загрязняющих веществ пористо-волокнистыми мате¬риалами 106
4.4 Экономическая и энергетическая оценка модернизации зданий старой застройки 109
4.5 Выводы 112
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 113
Список использованных источников 114
Приложение А 122
1Т 1 ЛЛ
* Приложение Б 123
Приложение В 124
*
з
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Дома средней этажности старой застройки 1950 - 1980 годов прошлого столетия с заниженными планировочными решениями и выполненные по ранее действовавшим нормам и правилам не соответствуют современным нормативным параметрам микроклимата и санитарно- гигиеническим требованиям. Кроме этого, тенденции городского строительства по уплотненному размещению нового строительства на площадках сущест-вующих жилых зданий, а также развитие городских автотранспортных сетей поставили перед специалистами в области обеспечения микроклимата ряд трудных задач,
Действующий СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», как и ранее действовавший СНиП 11-3-79*, основан на принципе двухуровневого нормиро- вания теплозащитных качеств наружных ограждений зданий. Первый из них- обеспечение санитарно-гигиенической безопасности, второй - снижение расхо- дования природных энергетических ресурсов. Федеральным Законом № 184-ФЗ от 27.12.2002г. «О техническом регулировании» предусматривается обязатель- ность соблюдения норм безопасности, к которым следует отнести санитарно- гигиенические нормы, устанавливающие допустимое воздействие на здоровье человека. Допускается регулирование параметров по другим направлениям на основе территориальных технических регламентов.
Современные санитарно-эпидемиологические требования СанПиН
2.1.2.1002- 00 не допускают превышения концентраций загрязняющих веществ (ЗВ) в воздухе жилых помещений выше среднесуточных предельно¬допустимых значений (ПДКСХ), что при норме фоновых концентраций в на¬ружном воздухе не выше максимально разовых предельно-допустимых значе¬ний (ПДКмр.) обеспечить это условие затруднительно. Особенно это касается места расположения жилого массива вблизи автомобильных магистралей и промышленных объектов. Возникшие новые строения вокруг мест расположе¬ния зданий старой застройки изменили аэродинамический режим зданий, что может привести к ухудшению микроклимата в жилых помещениях и интенси¬фикации режимов проникновения ЗВ в них.
Теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий старой за¬стройки в 2,5...3 раза ниже действующих нормативных требований, вызывая повышенное теплопотребление. Стремление к снижению поступления наруж¬ного воздуха, преимущественно через неплотности светопрозрачных огражде¬ний для снижения потребной тепловой энергии, осложняет обеспечение жилых помещений требуемой кратностью воздухообмена.
Поэтому значительную актуальность приобретает разработка методов модернизации жилых зданий старой застройки с обеспечением нормируемых параметров микроклимата, состава воздушной среды и энергосбережения в жи¬лых помещениях без отселения жильцов на период проведения работ.
Такой подход позволяет также эффективно решить экономические и соци¬альные вопросы, так как не изменяется место проживания жильцов, а стоимость модернизации наружных ограждений существенно ниже стоимости строитель¬ства нового здания.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с НИР Минобразова¬ния РФ «Разработка методов и структур вентиляционных систем, предотвра¬щающих негативные экологические ситуации», «Разработка систем теплогазо- снабжения с целью экономии теплоэнергетических ресурсов».
Целыо работы является формирование теплового, воздушного и влажно¬стного режимов зданий старой застройки при их модернизации с учетом требо¬ваний экономии энергоресурсов и качества наружного воздуха.
Поставленная цель определила главные задачи исследования:
1 Разработать схему модернизации зданий старой застройки с учетом влияния воздухопроницаемости и термического сопротивления ограждающих конструкций на микроклимат жилых помещений.
2 Установить математические зависимости по определению влияния воз-духопроницаемости пористых утеплителей наружных ограждающих конструк- ций на температуру поступающего воздуха в помещение, кратность воздухооб- мена в помещении и рекуперацию тепловых потерь.
3 Определить влияние толщины, пористости утеплителей наружных стен, возникающего перепада давления от действия гравитационных и ветровых сил на величину поступающего воздуха в помещения.
4 Выполнить экспериментальные работы по определению коэффициентов воздухопроницаемости пористо-волокнистых утеплителей.
5 Выполнить экспериментальные работы по определению аэродинамиче- ских коэффициентов зданий с учётом влияния на них сложившейся уплотнен- ной застройки различной этажности.
6 Установить влияние проникновения в помещение с наружным воздухом загрязняющих веществ за счет сорбирующих свойств пористых воздухопрони¬цаемых утеплителей.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1 Разработан вариант схемы модернизации наружных ограждающих кон¬струкций зданий старой застройки с использованием пористого воздухопрони- цаемого утеплителя для поступления через него наружного воздуха в помеще¬ние и снижения тепловых потерь.
2 Получены математические зависимости:
- теплового потока, уходящего из воздушной прослойки через утеплитель в наружный воздух от его воздухопроницаемости;
- температуры подогрева воздуха в воздушной прослойке от термическо¬го сопротивления теплопередаче стены здания и поверхностей воздушной про¬слойки;
- рекуперации уходящего из помещения тепла от воздухопроницаемости пористого утеплителя.
3 Установлены зависимости влияния толщины и пористости утеплителя, возникающего перепада давления на утеплителе от действия гравитационных и ветровых сил на величину поступающего воздуха в жилые помещения.
4 Экспериментально определены коэффициенты воздухопроницания по¬ристо-волокнистых утеплителей в зависимости от толщины материала и возни¬кающего перепада давления на них.
5 Экспериментально определены аэродинамические коэффициенты зда¬ний, учитывающие влияние на них сложившейся уплотненной застройки зда¬ний различной этажности.
6 Установлена зависимость снижения проникновения в помещение загряз¬няющих веществ с наружным воздухом, за счет сорбирующих свойств порис¬тых воздухопроницаемых утеплителей и сменных фильтрующих элементов.
На защиту выносятся:
1 Схема модернизации наружных ограждающих конструкций и математи¬ческие зависимости, при совместном решении которых определяются парамет¬ры теплового, воздушного и влажностного режимов в жилых помещениях, со¬ответствующих уровню нормативных требований.
2 Зависимости влияния толщины и пористости утеплителя, возникающего перепада давления на утеплителе от действия гравитационных и ветровых сил на величину поступающего воздуха в жилые помещения.
3 Результаты экспериментального определения характеристик воздухопро¬ницаемых пористо-волокнистых утеплителей в зависимости от толщины мате¬риала и возникающего перепада давления от действия гравитационных и ветро¬вых сил на ограждающие конструкции зданий.
4 Результаты экспериментального определения аэродинамических коэффи¬циентов зданий учитывающие влияние на них сложившейся уплотняющейся застройки различной этажности,
5 Результаты определения влияния сорбционной способности воздухопро¬ницаемых пористых материалов, используемых в качестве утеплителей наруж- ных стен и сменных фильтрующих элементов, при инфильтрации через них за¬грязнённого вредными веществами наружного воздуха.
Обоснованность и достоверность научных результатов, выводов и ре¬комендаций, содержащихся в работе подтверждается использованием основ¬ных фундаментальных законов тепло- и массообмена, соответствием результа¬тов экспериментальных работ, выполненных с использованием современных методов и поверенных приборов, позволяющих провести эксперименты с до- пустимой погрешностью 12%.
Практическое значение работы заключается в развитии и эксперимен- тальном дополнении научной информации о тепло- массообменных, диффузи- онных и аэродинамических процессах в ограждающих конструкциях зданий, разработке подходов и методов выполнения модернизации зданий старой за¬стройки применительно к центральной зоне России в условиях, отвечающих социально - бытовым интересам проживающих.
Результаты выполненных исследований внедрены в ОАО «Термит» г. Во¬ронежа при реконструкции жилого дома, в учебном процессе на кафедре ото¬пления и вентиляции, на кафедре проектирования промышленных, гражданских зданий и сооружений Воронежского государственного архитектурно- строительного университета.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических кон¬ференциях:
- Международной научно-практической конференции в Белгородском ГТАСМ «Рациональные энергосберегающие конструкции, здания и сооружения в строительстве и коммунальном хозяйстве» (г. Белгород, 2002);
- 6-ой Международной научно-практической конференции «Высокие тех¬нологии в экологии» (г. Воронеж, 2003);
- 4-ой Международной научно-практической конференции «Проблемы энерго-и ресурсосбережения в промышленном и жилищно- коммунальном комплексах» (г. Пенза, 2003);
- 8-ой Международной научно-практической конференции «Высокие тех¬нологии в экологии» (г, Воронеж, 2005).
- 58, 59, 60 - ой научно-технических конференциях ВГАСУ (г. Воронеж, 2003-2005 г.г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано в различных изданиях 7 печатных статей общим объемом 24 станицы, из них лично автору принадлежит 18 страниц. Выпущено четыре учебных пособия, два из них с грифом УМО, общим объемом 664 страницы. Из них лично автору принадлежит 259 страниц. Объем и структура диссертации. Диссертация со- стоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 149 на¬именований. Диссертация изложена на 124 страницах машинописного текста и содержит 22 рисунка, 31 таблицу.

Список літератури

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
® цаемого утеплителя для поступления через него наружного воздуха в помеще¬ние. Схема обеспечивает: инфильтрацию наружного воздуха через утеплитель в воздушную прослойку и через регулируемый воздушный канал - в жилое по¬мещение; подогрев поступающего воздуха в помещение уходящим тепловым потоком; нормативную кратность воздухообмена и снижение тепловых потерь.
1 Для установления влияния толщины, теплопроводности и воздухопрони-цаемости пористого утеплителя модернизируемой стены на температуру и воз-духообмен в помещении получены математические зависимости:
- теплового потока, уходящего из воздушной прослойки через утеплитель в наружный воздух от его воздухопроницаемости;
- температуры подогрева воздуха в воздушной прослойке от термическо¬го сопротивления теплопередачи стены здания и поверхностей воздушной про¬слойки;
ф - рекуперации уходящего из помещения тепла от воздухопроницаемости
пористого утеплителя.
Совместное решение этих зависимостей позволяет определить темпера¬туру подогрева поступающего воздуха в помещение и снижение тепловых по¬терь в зависимости от величины воздухопроницаемости утеплителя.
2 Установлены зависимости величины поступающего в помещение наруж-ного воздуха от пористости и толщины утеплителя, перепада давления при дей¬ствии на его поверхность гравитационных и ветровых сил. По этим зависимо- стям определяется тип утеплителя и требуемая его площадь для нормируемого поступления воздуха.
3 Экспериментально определены коэффициенты воздухопроницаемости
А пористо-волокнистых утеплителей, по значениям которых устанавливается
кратность воздухообмена в помещении с учетом требуемой площади утеплите-
J 1 /1 ф
4 Экспериментально определены аэродинамические коэффициенты зданий сложившейся уплотненной застройки различной этажности, определяющие ве-
• личину поступления загрязненного наружного воздуха в помещение.
5 Установлена зависимость снижения проникновения с наружным возду- хом загрязняющих веществ в помещение за счет сорбирующих свойств порис- тых воздухопроницаемых утеплителей и сменных фильтрующих элементов. Толщина и площадь утеплителя, определенные по полученным зависимостям, позволяют в течение длительного времени сорбировать загрязняющие вещест¬ва, а периодически возникающие режимы эксфильтрации воздуха - десорбиро¬вать их. 
I Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. - М.: Наука, 1969. - 819с.
Список использованных источников
® 2 Алексеев И.Ю. Регулируемая система вентиляции жилых помещений //
АВОК. - 2001. - № 5 - С. 50-52 .
3 Ананьев А.И. Санация зданий - ключевой вопрос // Строительная газе- та. -2004. - №5 - С.2
4 Ананьев А.И. Энегроэкономичные кирпичные стены для жилых зданий //Жилищное строительство - 2000. - №1 - С.20-22.
5 Ананьев А.И. Состояние нормативной базы при проектировании долго- вечных энергоэкономичных зданий // Жилищное строительство. “1998. - №4 - С.11-16.
6 Анис В.А. Влияние воздухопроницаемости на проектирование систем климатизации //.АВОК. - 2003. - №2 - С. 32-37.
7 Арсен К. Маликов. Тепловой микроклимат помещения. Оценка и про-ектирование // АВОК. - 1999. - №4 - С. 16-20.
ф 8 Атлас Окружающая среда и здоровье населения России. - М.: ПИМС,
1995. - 201с.
9 Баженов Ю.М. Технология бетона. Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1987.-234с.
10 Банхиди Л. Тепловой микроклимат помещений. - М.: Стройиздат,.
1981. -238с.
II Батчер С., Чарлсон Р. Введение в химию атмосферы. - М. Мир, 1977. - 267с.
12 Беляев B.C. Повышение теплозащиты наружных ограждающих конст- рукций // Жилищное строительство. - 1998. - №3 - С.22-26.
13 Блази В. Справочник проектировщика. Строительная физика. - М.: Техносфера, 2004. - 476с.
14 Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление. - М.: Стройиздат, 1991.- 731с.
15 Богословский В.Н. Строительная теплофизика. — М.: Высшая школа,
1982. -412с.
• 16 Богословский В.Н. Аспекты создания здания с эффективным использо¬
ванием энергии // АВОК. - 2000. - №5 - С. 34-39.
17 Богословский В.Н. Проблемы развития строительной теплофизики зда¬ний на современном уровне // АВОК. -1990. - №1 -.С.17-19.
18 Богословский В.Н. Тепловой режим здания. - М.: Стройиздат, 1979. - 248с.
19 Бодров В.И., Бодров М.В. Микроклимат зданий и сооружений. Ниж¬ний Новгород: Арабеск, 2001. -386с.
20 Борискина И.В. Проектирование современных оконных систем граж-данских зданий. - М.: АСВ, 2003. - 301с.
щ 21 Брилинг Р.Е. Воздухопроницаемость ограждающих конструкций и ма¬
териалов. - М.: Стройиздат, 1948. - 98с.
22 Булгаков С.Н. Энергосберегающие технологии вторичной застройки реконструируемых жилых кварталов. - М.: Российская академия архитектуры и строительных наук, 2002. - 138с.
23 Бутцев Б. Разумная вентиляция - что это такое? // АВОК. - 2003. - №5 - С.5.
24 Войткевич С.В., В.В.Закруткин В.В. Основы геохимии. - М.: Высшая школа, 1976. -328с.
25 Временные санитарные нормы ВСН 58-88(Р). Организация и проведе¬ние реконструкции, ремонта и технического обслуживания зданий. - М.: Стройиздат, 1989. - 270с.
26 Гаврилова Р.И. и др. Сорбционная влажность и коэффициенты паро- проницаемости пенопластов и перлитопластбетонов // Труды института НИИ строительной физики, выпуск 17. - М.:НИИСФ, 1976. - С.8-11.
27 Гигиенический комфорт жилища /Обзорная информация №9, ЦНТИ по гражданскому строительству и архитектуре, М.: Стройиздат, 1982. - 28 с.
28 Гигиеническая оценка загрязнения воздуха городов выбросами авто-транспорта. Отчет по НИР ВНТИЦентр, №Б2977864, 1973. - 133с.
29 ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микрокли-мата в помещениях. Межгосударственный стандарт, 1999.
30 Грудзинский М.М. и др. Отопление и вентиляция системы здании по-вышенной этажности. - М.: Стройиздат, 1982. - 254 с.
31 Гримитлин М.И. Распределение воздуха в помещениях. - С.-Пб.: ГУПМ, 1994. - 307с.
32 Губернский Ю.Д., Исмаилов Д.И. Гигиеническая значимость ионно-озонного комплекса в условиях жилых и общественных зданий // Вестник АМН СССР №8, 1978.-278с.
33 Губернский Ю.Д., Лицкевич В.К. Жилище для человека. - М.: Стройиз-дат, 1991.-226 с.
34 Дашко Э.Л. О совершенствовании принципов проектирования теплоза- щиты жилых зданий. Сб. науч. тр. - М.: ЦНИЭП жилища, 1982. - С.3-12.
35 Дацюк Т.А., Дерюгин В.В., Леонтьева Ю.Н. Совершенствование прин-ципов расчета систем обеспечения микроклимата зданий. Новосибирск: Из- вестия вузов. Строительство №8, 2002. - С.65-69.
36 Дроздов В.А., Савин В.К. Теплообмен в светопрозрачных ограждающих конструкциях. - М.: Стройиздат, 1979. - 29бс.
37 Жужиков В.А. Теория и практика разделения суспензий. М.: Химия, 1968. -391с.
38 Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. - 560с.
39 Информационно-экологический справочник о выбросах загрязняющих веществ в атмосферу на территории Российской Федерации за 1986.. .1996гг. Санк-Петербург, 1998. - 118с.
40 Козлов А.Т., Васильев А.А., Зайцев А.Ф. и др. Эколого-экономические проблемы региона. - Воронеж: ВГЛТАД996. - 164с.
41 Карло Коззи. Автономные воздухоочистители: новые идеи // АВОК. -
2002. -№5 -С. 12-14.
42 Корниенко С.В. Температурный режим вентилируемых стен // Жилищ¬ное строительство. - 2002. - №12 - С.7-9.
43 Корчаго И.Г. Обеспечение экологической безопасности в жилищном строительстве // Экология жилища. - 1998 - №12 - С.21-23.
44 Кувшинов Ю.Я. Теоретические основы обеспечения микроклимата по-мещений / Монография. - М.: ABC, 2004. - 104 с.
45 Лыков А.В. Тепломассообмен. Справочник. М.: Энергия, 1972. - 540с.
46 Мазус М.Г. и др. Фильтры для улавливания промышленных пылей. М.: Машиностроение, 1985. - 239с.