к.т.н. Кузнецов С. Г.

Донбаська національна академія будівництва і архітектури

Бутова А. П.

Донецький національний університет економіки і торгівлі

імені Михайла Туган-Барановського

ОПТИМІЗАЦІЯ ПЛАНУВАННЯ ЗАБУДОВИ З УРАХУВАННЯМ ТЕПЛОВТРАТ В ЖИТЛОВИХ БУДІВЛЯХ, ЯКІ ВИКЛИКАНІ ВПЛИВОМ ВІТРУ

З огляду на важливість проблеми заощадження енергії в глобальному масштабі, практично у всіх країнах проводяться різні заходи, покликані зменшити кількість споживаної енергії як у промислової, так і в соціальної сферах. У багатьох країнах світу прийняті національні програми по енергозбереженню. Така програма розроблена й у нашій країні.

Основою проведення енергозберігаючої політики в нашій державі є Комплексна державна програма енергозбереження України (КДПЕ України). Виходячи з існуючого стану енергозабезпечення та рівня ефективності використання паливно-енергетичних ресурсів в Україні у квітні 1995 р. Президент та Кабінет Міністрів України прийняли рішення про заходи щодо розробки Комплексної державної програми енергозбереження України. Постановою Кабінету Міністрів України від 15 листопада № 911 Держкоменергозбереження України разом з Мiнекономiки України було доручено розробити таку програму. КДПЕ була схвалена Постановою Кабінету Міністрів України №148 від 5 лютого 1997 р.

Стратегічною метою Програми є виведення України з енергетичної та економічної кризи i вихід на рівень передових країн в енергоспоживанні.

Головними завданнями КДПЕ є визначення загального існуючого та перспективного потенціалу енергозбереження, розробка основних напрямків його реалізації у матеріальному виробництві та сфері послуг, створення програми першочергових та перспективних заходів i завдань з підвищення енергоефективності та освоєння практичного потенціалу енергозбереження.

Значна (майже 42%) частка житлово-комунального господарства в балансі енергоспоживання держави визначає важливість ефективного та термінового вирішення проблеми енергозбереження в житлово-комунальній сфері. Виходячи з характеру ситуації на ринку енергоресурсів, специфіки функціонування житлово-комунального господарства (ЖКГ) та стану житлово-комунальної енергопостачальної інфраструктури можна сформулювати критерії оцінки організаційно-економічних та технічних рішень з енергозбереження в житлово-комунальній сфері.

Більша частина резерву енергозбереження в житловому фонді (52,3%) пов'язана з тепловою ізоляцією ороджувальних конструкцій житлових будинків. За підрахунками німецьких інженерів-проектантів 4% теплової енергії втрачається у системі гарячого водопостачання, 11% — в обігрівальних установках; 3% — "просочується" через дах, 7% — через вікна, 6% — через двері; 11% — вбирають в себе теплові містки;17%— "тікає" вентиляційними каналами.

Також слід приділяти увагу витратам тепла і через вітрові навантаження, які пропорційно та квадратично залежать від швидкості вітру.

(1)

де r – густина повітря;

V – середня швидкість вітру;

С_р – коефіцієнт тиску.

Питання підвищення теплозахисних якостей будівель можна викласти в декілька основних напрямах економії теплової енергії в будівлях, але найбільш актуальним є оптимізація архітектурно-конструктивних рішень огороджувальних конструкцій будівель.

Тому перед нами ставиться задача розробити методику оптимізації конструктивних рішень зовнішніх огороджувальних конструкцій житлових будівель з урахуванням тепловтрат, викликаних інфільтрацією та ексфільтрацією повітря.

Під оптимізацією архітектурно-конструктивних рішень огороджувальних конструкцій будівель мається на увазі створення таких огороджувальних конструкцій, які б могли забезпечити як можна менші витрати енергії під час експлуатації будівлі при одночасному виконанні функціональних вимог та мінімально можливої вартості.

Одним з напрямків вирішення цієї задачі є проведення експериментального дослідження в гідродинамічній трубі аеродинамічних спектрів обтікання будівель, визначення поля швидкостей збуреного потоку округ моделі.

Відповідного до цього було проведено експеримент в гідродинамічній установці ГДТ-2М в державному науково-дослідному інституті авіації.

Експериментальна гідродинамічна установка ГДТ-2М призначена для дослідження аеродинамічних спектрів обтікання моделей будівель та споруд, визначення швидкостей обуреного потоку навколо моделей, проведення попередньої оптимізації аеродинамічного компонування моделей, а також дослідження впливу місцевих удосконалень на аеродинаміку моделей будівель та споруд. Установка побудована за розімкнутою схемою з вертикальною робочою частиною і має безупинний цикл роботи. Робочим тілом установки є вода. Розміри робочої частини ГДТ-2М складають 0.3 ´ 0.3 ´ 0.8 м³. Швидкість потоку в робочій частині змінюється в діапазоні 0.05 ¸ 0.15 м/с, що відповідає числам Re » 10³ ¸ 10⁴.

Установка забезпечує плавність і рівномірність потоку по всіх перетинах робочої частини, що дозволяє одержувати стійкі картини обтікання досліджуваних тіл. Для візуалізації потоку було використано метод фарб.

Метою експерименту було визначення закономірностей просторового обтікання житлових будівель різної висоти, що розташовуються в тандемній конфігурації при різних відстанях між ними для створення математичної моделі визначення вітрового тиску і швидкості потоку, що обтікає будівлю. Результати візуальних досліджень є основою для пояснення фізичної сутності явищ, що відбуваються, що визначають характер протікання аеродинамічних характеристик округ моделі.

Відомо багато різноманітних методів візуалізації, що використовуються в аеродинамічних і гідродинамічних установках. У даному дослідженні використовується метод підфарбованої рідини, що випускається через «гребінку». Метод дозволяє візуалізувати траєкторії руху часток, лінії струму, зривши потоку, вихрові структури і т.д.

Робота виконувалася в два етапи:

1-й етап – виготовлення моделей житлових будівель;

2-й етап – проведення продувань за встановленою програмою.

Результати експерименту:

1. було отримано фізичну картину обтікання житлових будівель у вигляді вихрових потоків;

2. визначено параметри потоків: формування хвилі, амплітуда хвилі, відрив потоку;

3. отримано тиск на поверхні будівель.

Результати експерименту дозволяють вирішити питання оптимізації планування забудови з урахуванням тепловтрат в житлових будівлях та мають бути обрані оптимальні в теплотехнічному відношенні рішення для комплексного підходу до теплозахисту і дотримання теплового комфорту приміщень, які б гарантували мінімальні річні витрати на обігрівання.