Главная >  Документация 

 

Наиболее часто встречаем случай теплопередачи через ограждение, когда температура наружного воздуха tн периодически изменяется, а температура внутреннего воздуха остается постоянной. для расчета перио. СНиП, ГОСТ и другие: короткий экскурс в историю

 

Широко известна пословица: Все познается в сравнении . О достоинствах или недостатках существующей системы можно говорить только в сравнении с предшествующей. Прежде чем перейти к рассмотрению современной ситуации, следует обратиться к истории.

 

До 1955 года в СССР не существовало единой системы нормативных документов в области строительства. Строительные нормы и правила (СНиП) - свод положений, регламентирующих проектирование и строительство во всех отраслях народного хозяйства были утверждены Госстроем и вступили в действие с 1 января 1955. А в 1973 году принята новая структура СНиП. Введение единой системы было обусловлено необходимостью повышения качества капитального строительства, снижения его себестоимости и унификации технической политики.

 

Структура СНиП дорабатывалась на основе результатов научных исследований, опыта эксплуатации зданий, а также по мере появления новых материалов.

 

Определение свода строительных норм дает СНиП 10-01-94, введенный в действие с 1 января 1995 года (пункт 5.2): Строительные нормы и правила Российской Федерации устанавливают обязательные требования, определяющие цели, которые должны быть достигнуты, и принципы, которыми необходимо руководствоваться в процессе создания строительной продукции .

 

Однако строительные нормы и правила не единственный регламентирующий документ. Как следует из того же СНиП 10-01-94, в систему строительных нормативных документов входят еще и Государственные стандарты Российской Федерации в области строительства (ГОСТ Р), Своды правил по проектированию и строительству (СП), руководящие документы Системы (РДС), нормативные документы субъектов Российской Федерации территориальные строительные нормы (ТСН) и стандарты предприятий и объединений строительного комплекса (СТП и СТО). На продукцию, поставляемую (сдаваемую) заказчику, разрабатываются Технические условия (ТУ). Положения некоторых из этих документов являются обязательными для исполнения, другие носят рекомендательный характер.

 

Система эта сложна по своей структуре. Среди ее недостатков можно отметить отсутствие очевидных внутренних связей и четкой иерархии документов, разрабатываемых различными ведомствами независимо друг от друга. Тем не менее, система эффективно действовала в период царства единого госзаказа. В особенности это относится к СНиПам, исправно работавшим на протяжении почти 50 лет. Вот что говорит об их значимости для отрасли президент Всероссийской ассоциации металлостроителей (ВАМ) Юрий Николаевич Елисеев: СНиП это строительные нормы и правила, которые при наличии одного заказчика в стране, то есть государства, были обязаны выполнять все хозяйствующие субъекты. Безукоризненно .

 

Следует отметить, что российская (советская) система стандартизации в целом была признана на международном уровне. Международный союз строителей при Организации Объединенных Наций в 1992 году признал сложившуюся советскую систему технического регулирования в строительстве одной из самых прогрессивных.

 

И все же изменения в структуре нормирования были нужны. Причина этого в необходимости ограничения ведомственного нормотворчества и подготовке к предстоящему вступлению России в ВТО.

 

Закон О техническом регулировании

 

В декабре 2002 года был принят Федеральный закон № 184-ФЗ О техническом регулировании . Этот документ определяет новую систему стандартизации и сертификации. На ее разработку и внедрение отведен период с 2003 по 2010 год. Вводится в действие и новая система стандартов.

 

Верхняя ступень иерархии Технический регламент, принимаемый в законодательном порядке либо утверждаемый указом Президента РФ. Регламент устанавливает обязательные требования к объектам и продукции, в том числе к зданиям. Далее следуют национальные стандарты, своды правил и стандарты организаций. Положения этих документов носят рекомендательный характер.

 

И вот тут в системе обнаруживается брешь. С одной стороны, СНиПы и ГОСТы фактически попадают в разряд рекомендательных документов. С другой, обязательные регламенты не содержат необходимых расчетных данных и четких эксплуатационных требований, которые нужны проектировщикам и экспертам. Найти их специалисты могут только в СНиПах и ГОСТах. Круг замкнулся. Положение усугубляет то обстоятельство, что на момент своего принятия закон О техническом регулировании противоречил положениям 112 других российских законов.

 

В частности, он вступал в прямое противоречие со статьей 71 Конституции РФ, фактически выводя стандарты из федерального ведения и превращая их в документы добровольного применения. В том числе и охраняющие безопасность жизни и здоровья граждан. Требования к качеству продукции были заменены требованиями к ее безопасности, что совсем не одно и то же.

 

Усугубляет ситуацию и чисто психологический аспект. В советский период соответствие любой продукции стандартам было гарантировано законом, их несоблюдение считалось преступлением. Система добровольной стандартизации подрывает доверие потребителей и к самой продукции, и к органам сертификации. Об этом говорится в открытом письме депутатов Государственной Думы Решульского С.Н., Иванова В.Б., Виноградова Б.А., Собко С.В., а также директора Института экономики РАН, члена-корреспондента РАН Гринберга Р.С. и академика РАН Демирчяна К.С., опубликованном в газете Промышленные ведомости , № 9/2006: В этих условиях резко снижается эффективность государственного регулирования безопасности на потребительском рынке, в промышленности, строительстве, энергетике, на транспорте, что при нарастающем износе основных производственных фондов привело к увеличению аварий и техногенных катастроф .

 

В сложившихся условиях затруднена работа надзорных органов, инспектирующих вводимые в строй объекты промышленного и жилого сектора. На семилетний срок оказались замороженными все нормативные документы ГОСТы, СНиПы, нормы пожарной безопасности и т.д., всего более 170 тысяч инструкций. С другой стороны, им не предложено адекватной замены. За три года с момента принятия закона был утвержден лишь один технический регламент, разработанный в инициативном порядке.

 

Ситуацию наглядно иллюстрирует полемика специалистов Госстройнадзора (ГСН) на прошедшем в середине мая 2008 года техническом семинаре Современные энергосберегающие инженерно-технические решения для систем теплоснабжения и отопления зданий , организованном компанией Данфосс . Как отмечают участники семинара: В строительстве процесс ввода технических регламентов идет очень трудно. Многое нуждается в корректировке и доработке. Сейчас происходит обсуждение предложенных изменений, конкретного результата пока нет . А вот замечания о применении нормативов: СНиПы и ГОСТы пока что действуют, во всяком случае до 2010 года. На данный момент им нет альтернативы. Уже появились какие-то национальные стандарты, но старая система работает четко. Мы руководствуемся ее нормативами. Что будет дальше покажет время .

 

Участники семинара затронули и вопрос о соответствии СНиПов современным международным стандартам: Отечественные нормативы всегда были образцом для подражания, это относится и к советскому, и к постсоветскому периоду. В свое время введение новых Сводов правил вызвало горячую дискуссию в научной среде: ученые предостерегали от разрушения системы нормативов. Пока трудно сказать, что изменит введение новой системы. Вопрос скорее в том, будут ли новые нормы обеспечивать должное качество .

 

Это точка зрения многих специалистов. Вот что говорит президент ВАМ Ю.Н. Елисеев: Что касается СНиПов, то необходимо провести тщательный технический аудит этих документов, выбрать из них обязательные и актуальные требования по безопасности и перенести их в технические регламенты. Оставшаяся часть СНиПов может быть трансформирована в национальные стандарты, а устаревшие положения выведены из обращения. Таким образом, НОРМЫ в технический регламент, ПРАВИЛА (как вариант выполнения норм, носящий добровольный характер) в национальный стандарт! < > Вот вам и место СНиПов в нашей современной истории .

 

На пути диалога

 

При ближайшем рассмотрении становится очевидно, что пути преодоления противоречий все же могут быть определены. Наметились пути урегулирования ситуации. Не остается в стороне и государство: принят ряд поправок и дополнений к новому закону, в частности Федеральный закон N 65-ФЗ О внесении изменений в Федеральный закон О техническом регулировании от 01.05.2007, призванный способствовать ускорению реформы, привести российскую систему в соответствие с международно признанной моделью, конкретизировать положения закона. Признано целесообразным разделение технических регламентов на общие и специальные. Общие регламенты устанавливают базовые требования, не зависящие от специфики вида деятельности или продукции. Специальные учитывают технологические особенности производства. Они должны приниматься нормативными правовыми актами Президента и Правительства РФ.

 

Наметившаяся позитивная тенденция дает повод для оптимизма. Тем не менее, значительная часть отпущенного реформе срока уже позади, а подход к проблеме только начинает формироваться. Поэтому не стоит торопиться разрушать систему, формировавшуюся десятилетиями. Тем более что альтернативы ей не существует.

 

Возникает вопрос: как сейчас регламентируется использование новых технологий и материалов, не предусмотренных СНиПами и ГОСТами? Ведь нельзя же заморозить развитие отрасли на неопределенное время. Специалисты ГСН не считают это проблемой: Конечно, действующие нормативы предусматривают далеко не все. Однако существует определенная практика: новая технология проходит лабораторные испытания или экспертизу, на основе которых федеральным органом исполнительной власти выдаются технические свидетельства. Эти свидетельства являются достаточным основанием для повсеместного использования. Так что мы не должны стоять на месте, механизм существует - и нет препятствий для движения вперед .

 

Для скорейшего выхода из кризиса необходим диалог между всеми заинтересованными сторонами. Обмен мнениями позволит повысить эффективность работы на проблемных направлениях. Ведущие специалисты отрасли должны контактировать друг с другом, чтобы полезный опыт не оставался внутри регионов. Крупные компании также готовы к сотрудничеству.

 

Например, компания Данфосс уже в течение нескольких лет проводит встречи и семинары в различных регионах для представителей компаний-застройщиков и предприятий коммунального хозяйства. Как показала практика, специалисты готовы к продуктивному обмену мнениями. Вот как отозвался о майском семинаре 2008 года Александр Иванович Абаимов, начальник территориального отдела Управления Государственного строительного надзора Министерства строительства, инфраструктуры и дорожного хозяйства Челябинской области: Было очень интересно. Мы получили возможность обменяться мнениями, поговорить о планах и перспективах, о зарубежном опыте. Складывается совершенно иное видение. Мы даже не ожидали таких масштабов. Узнали много нового, расширили кругозор. Нужно привлекать к участию в семинарах больше людей, тогда будет еще интереснее, будет больше разных мнений . Главная задача преодолеть инерцию, сделать маленький шаг навстречу друг другу. И тогда мы сможем встретить 2010 год во всеоружии.

 

Конечно, непростая ситуация в техническом нормировании еще далека от своего разрешения. Но капитальное строительство находится сейчас на подъеме. Энергия развития отрасли способна дать толчок законодательной реформе. Необходимо сделать все возможное для объединения процессов верхнего и нижнего уровня. Только в этом случае возможен достойный выход из кризисной ситуации.

 

 

При решении задач нестационарной теплопередачи через ограждение одним из первоначальных и основных условий является определение толщины слоя, которую целесообразно учитывать в расчетах. В инженерной методике расчета теплоустойчивости ограждений этот слой называем слоем резких колебаний температуры в ограждении. В Европейских стандартах эта величина нормируется, как эффективный слой ограждения. В данной работе представлены некоторые результаты анализа упомянутых величин. Применен метод анализа нестационарного теплообмена в здании, используя эффективную теплоемкость ограждения и закон сохранения энергии. Теоретические расчеты сравнены с результатами экспериментальных исследований, проведенных в натурных условиях в Центре исследования солнечной энергии в Испании.

 

Представляет интерес рассмотрение различных подходов к определению толщины активного слоя ограждения, которую надо учитывать при решении задач нестационарной теплопередачи.

 

Наиболее часто встречаем случай теплопередачи через ограждение, когда температура наружного воздуха tн периодически изменяется, а температура внутреннего воздуха остается постоянной. Для расчета периодических тепловых процессов, используя инженерный метод расчета теплоустойчивости, применяется коэффициент теплоусвоения поверхности Y Вт/(м2 К), который зависит от свойств материалов, из которых состоит ограждение и периода колебаний температуры. Инженерный метод расчета теплоустойчивости ограждения позволяет определять коэффициенты теплоусвоения поверхности ограждений при разной их тепловой инерции. При достаточно большой толщине однослойного ограждения, когда практически не сказывается влияние условий на поверхности, происходят регулярные колебания температуры. В этом случае коэффициент теплоусвоения поверхности ограждения Y равняется коэффициенту теплоусвоения материала S Вт/(м2 К), который с другими теплофизическими характеристиками материала связан зависимостью:

 

                                                            (1) где: - коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м К); - плотность материала, кг/м3; c – теплоемкость материала, Дж/(кг K); T – период гармонических колебаний, ч.

 

Для оценки теплоустойчивости ограждающих конструкций в инженерном методе расчета применяется условный слой резких колебаний, в котором происходят ощутимые колебания температуры. Толщина этого слоя определяется при использовании характеристики тепловой инерции D. Как известно [1], слоем резких колебаний принято считать слой, для которого D=1 и толщина слоя равна соотношению коэффициентов теплопроводности и теплоусвоения материала S :

 

= /S.                                                                        (2) В Европейских стандартах [2, 3, 4] процедура определения тепловой нагрузки здания и энергетических расходов предусматривает применение традиционного баланса энергии, однако в расчетах учитывается тепловая нестационарность, динамика тепловых процессов в здании. Это явление учитывается фактором утилизации теплоты. Фактор утилизации определяет, насколько фактическая мощность системы отопления (учитывая приток теплоты от солнечной радиации, от внутренних источников и т. д.) меньше мощности, установленной в зависимости только от теплопотерь здания.

 

Фактор утилизации зависит от нескольких переменных величин: от коэффициента теплопотерь (соотношение между теплопоступлениями и теплопотерями) и от эффективной теплоемкости здания. Эффективная теплоемкость здания состоит из суммы всех теплоемкостей элементов здания, участвующих в процессах теплообмена. Под эффективной теплоемкостью понимаем часть общей теплоемкости элементов здания, которая участвует в нестационарном теплообмене между элементами и окружающей средой. Эффективная теплоемкость может быть рассчитана в зависимости от свойств материалов, составляющих ограждение. Эффективная теплоемкость элемента определяется только в зависимости от конкретного расчетного периода.

 

Для определения величины теплоемкости в Европейских стандартах применяется модель (представлена на рис. 1) теплоемкости поверхности. При изменяющимся тепловом потоке  через элемент конструкции и при наличии температурных колебаний  на поверхности элемента, элемент конструкции аккумулирует теплоту. Количество аккумулированной теплоты называем теплоемкостью c, Дж/(м2 K).

 

Элементы здания состоят из материалов с определенными свойствами, имеют разное сопротивление теплопередаче и определенное теплоусвоение, а эффективная теплоемкость является дискретной величиной, показывающей тепловые свойства всего элемента. Модель теплоемкости поверхности позволяет представить дискретность теплоемкости, т. е. свойство аккумулировать теплоту в конструкции. Аккумулирование теплоты возможно только в том случае, кода через конструкцию проходит тепловой поток q. Теплоемкость поверхности является функцией теплоусвоения.

 

Рис. 1. Модель теплоемкости поверхности

 

Теплоусвоение представляет собой соотношение колебаний теплового потока и температуры. Если примем, что на поверхности “0” колебание температуры 0  определяется по соотношению колебаний плотности теплового потока и температуры:

 

                                                                 (3) По ранее представленной модели показатель теплоусвоения поверхности Yc определяем:

 

                                                   (4) где:  - угловое колебание, с –1; 2 K).

 

Представим, что показатель теплоусвоения этой модели  равен показателю теплоусвоения любой другой поверхности

 

                                                                       (5) Общая теплоемкость всего ограждения определяется по формуле:

 

C = jAj = j i ij cij dij Aj ,                                                          ( 6 )

 

где: j – теплоемкость единицs площади элемента j, Дж/(м2 K); Aj – площадь элемента j, м2; ij – плотность, кг/м3; cij – массовая теплоемкость материала, Дж/(кг K); dij – толщина i слоя элемента j (до эффективной – максимальной толщины элемента), м.

 

Эффективный слой элемента определяется с одной стороны элемента (например, с внутренней, если исследуется нестационарное отопление). Толщина эффективного слоя по разным источникам [3, 4] принимается:

 

• половина толщины всего элемента;

 

• толщина между исследуемой поверхности и первого утеплительного слоя;

 

• при периоде колебаний 1 ч толщина слоя 2 cм, 1 сут -10 cм, 1 нед -25см;

 

• при периодическом отоплении толщина 3 cм.

 

Встречаем несколько упрощенных методов расчета эффективной тепловой емкости [3, 4], в которых используется понятие - глубина проникновения тепловой волны. Эта переменная величина связана с константой времени, при определении которой применяются величины сопротивления теплопередаче и теплоусвоение.

 

По методике анализа нестационарного теплообмена шведского ученого Ю. Акандера [5] была рассчитана толщина эффективного (активного) слоя для наружных ограждений различной тепловой инерции (тепловая инерция D изменялась в пределах от 3 до 7) в зависимости от расчетного периода. Результаты представлены на рис. 2, а.

 

Для тех же ограждений по инженерной методике В. Н. Богословского был определен слой резких колебаний в зависимости от периода колебаний (рис. 2, б).

 

На рис. 2 верхняя и нижняя кривые ограничивают всю площадь возможных изменений эффективного слоя (см. рис. 2, а) или толщины слоя резких колебаний (см. рис. 2, б). Между этими кривыми проведены среднеарифметические линии, показывающие изменение активного слоя (d; d = y) в зависимости от расчетного периода (T = x), также дано их математическое выражение.

 

Как видно из рис. 2, б, толщина слоя резких колебаний при изменении расчетного периода от 1 до 12 ч, может изменяеся от 0,5 до 6 см. В среднем, она изменяется от 1 до 4 см. Толщина эффективного слоя (рис. 2, а) в этом случае изменяется от 1 до 6 см, в среднем от 1,5 до 5 см. При расчетном периоде 24 ч толщина эффективного слоя достигает 12 см.

 

Рис. 2. Толщина эффективного (активного) слоя (а) и толщина слоя резких колебаний температуры (б) для наружных ограждений различной тепловой инерции при разных расчетных периодах

 

Некоторое подтверждение изложенного теоретического анализа было получено экспериментальными исследованиями, проведенными в Центре исследования солнечной энергии в Алмерии (Испания). Во время экспериментальных исследований с помощью термопар измерялась температура внутренней и наружной поверхности, а также в толще ограждения. Также измерялась температура внутреннего и наружного воздуха.

 

Для первого эксперимента было подобрано многослойное ограждение толщиной 25 см. Аналогичные наружные ограждения применяются и в Литве. Такое ограждение имеет эффективный слой теплоизоляции, сопротивление теплопередаче такого ограждения около 3 м2 K/Вт. Во время всего экспериментального исследования в помещении с помощью электрического нагревателя поддерживалась постоянная температура 39 0C. Температура наружного воздуха изменялась от 15 до 28 0C. На рис. 3 представлено изменение температуры в сечении ограждения для характерных суток в разное время. Как видно из рис., слой резких колебаний, в котором амплитуда колебаний температуры уменьшается в два раза и достигает 7,5 см.

 

Рис. 3. Изменение температуры в сечении ограждения в разное время суток

 

Для второго эксперимента была принята стена из кирпича толщиной 12 см с внутренним и наружным слоем штукатурки. Температура наружного воздуха изменялась в пределах от 10 до 28 0C. Температура внутреннего воздуха изменялась в зависимости от наружных условий. На рис. 4 представлено изменение температуры наружного и внутреннего воздуха и наружной и внутренней поверхностей в течении трех характерных суток.

 

Рис. 4. Изменение температуры наружного и внутреннего воздуха, наружной и внутренней поверхностей в течении трех характерных суток

 

Можно наблюдать, что в течение исследуемых суток максимальная температура наружного воздуха в пределах 24-28 0С была около 13 ч дня, а минимальная - около 10-13 0С – в 2-4 ч ночи. В солнечный день виден равномерный сдвиг от наружной поверхности к внутренней. Температурная волна – время сдвига температурных кривых, соответственно, от наружной поверхности к внутренней - составляет около 7 ч, от наружного воздуха до внутреннего воздуха - около 12 ч.

 

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

 

Наибольшая часть тепловой энергии здания, участвующей в динамическом теплообмене, аккумулируется в массивных наружных ограждениях. Поэтому первоначальной задачей является оценка аккумулированной тепловой энергии в этих конструкциях. А основной переменной величиной в данном случае является толщина массивного ограждения, в которой проявляются нестационарные тепловые процессы, влияющие на тепловой микроклимат здания и энергопотребление. Теоретические исследования, применяя разные методики, показали, что толщина активного слоя (слоя резких колебаний или эффективного) зависит от принятого расчетного периода и в сутках может изменяться от 0,5 до 12 см, а при расчетном периоде 12 ч в среднем колеблется от 1 до 5 см. Результаты экспериментальных исследований показывают, что толщина слоя, в котором амплитуда колебания температуры уменьшается в два раза, приблизительно 7,5 см, а влияние нестационарных тепловых воздействий в натурных условиях наблюдается в среднем от 11 до 13 ч. При решении практических задач нестационарного теплообмена рекомендуется расчетный период принять 12 ч, а толщину эффективного слоя 5 см. При другом расчетном периоде T, толщину эффективного слоя рекомендуется определять по упрощенной формуле: def = -0,0001 T2 + 0,0047 T + 0,0087. Используя понятие эффективной теплоемкости и применяя толщину эффекивного слоя постоянной величиной, для решения задач нестационарного теплообмена целесообразно пользоваться законом сохранения энергии для закрытого обьема. Численные результаты можно получить методом конечных разностей выбирая шаг времени из условия : Fo < 1/2. Литература

 

В. Н. Богословский. Строительная теплофизика / Теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха / Учебник для вузов. - 2-е изд. перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1982. - с. 194-229. prEN ISO 13790. Thermal performance of buildings – Calculation of energy use for space heating. Sweden: 2002. - р. 10-31. EN 832. Thermal performance of buildings – Calculation of energy use for space heating. Brussels. Belgium: 1998. - р. 33-39. EN ISO 13786. Thermal Performance of Building Components - Dynamic thermal characteristics - Calculation methods. Brussels. Belgium: 1997. - р. 10-20. Akander J., The ORC Method – Effective Modelling of Thermal Performance of Multilayer Building Components. Doctoral dissertation. Stockholm. 2000. - р. 24-34. Valancius K., Skrinska A. Transient heat conduction process in the multilayer wall under the influence of solar radiation // Improving human potential program / Proceedings, 2002, Almeria, Spain: PSA. - р. 179-185.

 

Органичным недостатком систем отопления,  горячего и холодного водоснабжения, трубопроводы которых выполнены из  стальных труб без покрытий, является их низкая надежность и долговечность вследствие ин. Необходимая составляющая защитной конструкции теплопровода в любой системе централизованного теплоснабжения тепловые сети являются наиболее металлоемким и наименее надежным элементом. известно, что ос. Проект 2: установка котельной, работающей на биотопливе, для поставки тепла в централизованную отопительную систему в посёлок верхнетуломский. в настоящее время заканчиваются монтажно-наладочные работ. Паровые котлы дквр-20-13, предназначенные для работы в промышленных и отопительных котельных, выпускались с 1961 г. бийским котельным заводом (ныне оао «бикз»). всего было выпущено около четырех тысяч. В результате сложившейся ситуации подпитка тепловой сети в декабре 2002 г. с наступлением холодов достигла 500 м3/ч и более, что еще более усугубило неблагоприятную ситуацию с теплоснабжением микрорай.

 

Главная >  Документация 


0.0045