CC BY
33
по кадрам изображения вращения приведена на рис. 4. Результаты экспериментов представлены на рис.5.
40
.2 35 -
'S 30 -
/г* ■
к 20 ■
5 15 -
= 10
Н
о 0 Л
0,1
И 0,3 Давление, МПа
Рис. 5. Сравнение теоретических и экспериментальных данных скорости вращения аэраторов:---"
линия теоретических данных;----------линия экспериментальных данных
Онг
Рис.6. Визуальная картина подъема пузырей и вращения аэраторов из программы расчета
Результаты расчета программы были выведены для визуального сравнения и представлены на рис. 6.
В результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
1. Предложенная модель расчета вращения аэратора и подъема пузырей воздуха в сооружении флотации или очистки сточных вод показала результаты, хорошо коррелирующие с экспериментальными данными.
2. Применение данной модели и разработанной программы позволит подбирать режимы вращения аэрирующего устройства, определять основные гидродинамические характеристики при проектировании различных флотационных и очистных сооружений.
3. На основе предложенной модели расчета определена угловая скорость вращения пневмогидравли-ческого аэратора, что позволяет с определенной долей достоверности рассчитывать параметры перемешивания в жидкой среде.
Библиографический список
1. Попкович Г.С., Репин Б.Н. Системы аэрации сточных вод. М.: Стройиздат, 1986. 136 с.
2. Казаков В.Д., Леонов С.Б., Толстой М.Ю. Динамика газожидкостных аэраторов. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1998. 184 с.
3. Воронов Ю.В., Казаков В.Д., Толстой М.Ю. Струйная аэрация: научное издание. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2007. 216 с.
4. Вращающийся пневмогидравлический аэратор / Бело-окая Н.В. [и др.] // Мат-лы 8-го Международного конгресса "Вода: экология и технология" ЭКВАТЭК-2008 [электронный ресурс]. М.: ЗАО "Фирма СИБИКО Интернэшнл", 2008. 5 с.
5. Толстой М.Ю. Моделирование работы вращающегося пневмогидравлического аэратора // Научно-технический журнал Вестник МГСУ. М.: МГСУ, 2008. № 3. С. 142-145.
6. Мещеряков Н.Ф. Кондиционирующие и флотационные аппараты и машины. М.: Недра, 1990. 237с.
7. Патент № 2339467. Аэрирующее устройство / Казаков В.Д., Толстой М.Ю., Паутов М.И., Белоокая Н.В., Толстая Е.М.; опубл. 27.11.2007 г. БИ № 33. 7 с.
УДК 699.86
ЭФФЕКТИВНОСТЬ МНОГОСЛОЙНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ В КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ЗАБАЙКАЛЬЯ
Н.П.Коновалов1, Т.И.Рубашкина2
1Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 2Забайкальский институт железнодорожного транспорта, 672040, г.Чита, ул. Магистральная, 11.
Анализируется сравнительная эффективность и экономическая целесообразность тепловой защиты трехслойных наружных ограждающих конструкций с эффективными теплоизоляционными материалами в качестве среднего слоя в эксплуатационных условиях климата г. Читы. Ил. 3. Табл. 1.
Ключевые слова: тепловой влажностный режим зданий; тепломассообмен в ограждениях; климатические воздействия; разработка расчетных характеристик.
Коновалов Николай Петрович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой физики, тел. (3952)405177. Konovalov Nikolay Petrovich, a doctor of technical sciences, a professor, the head of the Chair of Physics, tel.: (3952)405177.
2Рубашкина Татьяна Ивановна, начальник научно-исследовательской части, тел.: (3022)413393, e-mail: nir@zab.megalink.ru Rubashkina Tatjana Ivanovna, the head of the science and research department, tel.: (3022)413393, e-mail: nir@zab.megalink.ru
THE EFFICIENCY OF MULTILAYER FENCING BUILDING STRUCTURES UNDER CLIMATE CONDITIONS OF TRANSBAIKAL
N.P.Konovalov, T.I.Rubashkina
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074. Zabaikalsky Institute of the Railway Transport 11 Magistralnaya St., Chita, 672040
The authors analyse comparative efficiency and economical appropriateness of the heat protection of three-layer outside fencing structures with efficient heat insulation materials as a middle layer under Chita climate conditions. 3 figures. 1 table.
Key words: heat and humidity building regime, heat -mass exchange within fencings, climate influence, working out of estimated characteristics.
С повышением нормативных требований гражданское строительство последние годы ориентируется на возведение зданий в многослойных стенах с использованием эффективных теплоизоляционных материалов с коэффициентом теплопроводности до 0,06, Вт/(м-°С). Это обусловлено стремлением проектировщиков получить необходимое нормируемое сопротивление теплопередаче Я ограждающих конструкций,
равное для г. Читы, например, 4,14 м2 -оС/Вт, сохранив при этом модульную толщину стен.
Однако наличие в ограждающих конструкциях различных материальных слоев с отличающимися физико-техническими свойствами (плотностью, теплоемкостью, теплопроводностью, паропроницаемостью, сорбционной способностью), по-разному реагирующих на колебания температуры и влажности окружающего воздуха, существенно затрудняет прогнозирование теплотехнического состояния ограждений в эксплуатационных условиях. Комплексное (тепловизи-онное и натурное) обследование теплотехнического состояния наружных ограждающих конструкций эксплуатируемых зданий показывает, что практически всегда существует несоответствие их теплотехнических характеристик тем величинам, которые были за-
ложены в проектах. Данное несоответствие вызвано не только отклонениями от проектных решений при строительстве, но и изменением теплотехнических характеристик материальных слоев ограждающих конструкций с течением времени. Кроме того, следует отметить, что действующие нормы и правила проектирования теплозащиты зданий основаны на стационарных расчетах переноса тепла и влаги в ограждающих конструкциях, не учитывают в полном объеме особенностей климата района строительства, что также не может гарантировать надежности теплозащиты во время эксплуатации зданий.
Очевидно, что требуется новый подход к проектированию тепловой защиты многослойных ограждающих конструкций зданий, основанный на проведении многовариантных предпроектных расчетов тепло-влажностного состояния материальных слоев и конструкции в целом и оценке их теплотехнической эффективности в эксплутационных (нестационарных) условиях. Для реализации такого подхода разработана методика компьютерного расчета, позволяющая моделировать процессы переноса тепла и влаги, протекающие в конструкциях во время эксплуатации, с учетом климатических особенностей района строительства.
— — о <т
rt О г^-cr- Г— СО О С-'
т— Î41 О т—
■коэффициент теплопроводности 1 слоя -коэффициент теплопроводности 3 слоя
Рис. 1. Коэффициент теплопроводности кирпичной кладки из силикатного кирпича несущего (1 слой) и
декоративного (3 слой) ограждающей конструкции
1,046 0,045 0,044 0,043 0,042 0,041 0,040 0,039 0,038
m о
1 1 1 1 . _j_
Пенополистиоол 1 1
1 1 J 4 (7,3%)
1 1 0,04
0,042 "Г 1 Г
0,041 1 1
1 1
1 1
66 00 00 О! О 01 31 23:00:00 03.03.2006 22:00:00 03.04.2006 21:00:00 04.05.2006 20:00:00 04.06.2006 19:00:00 05.07.2006 18:00:00 05.08.2006 17:00:00 05.09.2006 16:00:00 06.10.2006 15:00:00 06.11.2006 14:00:00 07.12.2006 13:00:00 07.01.2007 12:00:00 07.02.2007 11:00:00
0,050 0,045 0,040 0,035 0,030 0,025 0,020 0,015
1 1 1 1 1 1 1 1
Пеноизол i i 1 1 0,037 1 А
1 1 Г 0,045 (21,6% i i i
0,030 ^^ 1 1 1 Г 1 1 Г 1 1 т г 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
m о
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0 0 0 0 0 00 00 00 00 00 00 00 00 0 0 00 0
N¿;oi¿;OI¿;C>I¿;OI¿;OI¿;OI¿;OI
3
oí
45
OI «О
О
3 2
32
2
9
8
о
45
9
О ■О
2
6
6
5
6
2
2
О
О
о
0,052 0,050 0,048 0,046 0,044 0,042 0,040
0,05 (13,6%)
Минеральная 0,048 1
0,044 i i 1 1 1
1 1 1
1 1 1 1
i i 1 1 1 1
i i 1 1 1 1
о
со to _ to _ to
00 00 00 0
О О 0 е9 о
^о °1о
со О о>° ^
5
6
Рис. 2. Коэффициент теплопроводности материала теплоизоляционного (среднего) слоя ограждающей
конструкции
С целью определения сравнительной эффективности тепловой защиты трехслойных наружных ограждающих конструкций зданий с эффективными теплоизоляционными материалами в качестве среднего слоя в эксплуатационных условиях климата г. Читы был произведен тепловлажностный расчет в нестационарном режиме различных вариантов конструкций стен, выполненных из местных материалов:
1. Вариант 1 - трехслойная конструкция: первый
(несущий) слой толщиной 0,51 м выполнен из силикатного кирпича плотностью 1800 кг/м3, теплопроводностью (по параметру А) 0,76 Вт/(м-°С); второй (теплоизоляционный) слой толщиной 0,14 м - из пенополи-стирола плотностью 40 кг/м3, теплопроводностью (по параметру А) 0,041 Вт/(м-оС); третий слой (декоративный) толщиной 0,12 м - из силикатного кирпича плот-
ностью 1800 кг/м3 А) 0,76 Вт/(м-°С).
теплопроводностью (по параметру
2. Вариант 2 - трехслойная конструкция: первый (несущий) слой толщиной 0,51 м выполнен из силикатного кирпича плотностью 1800 кг/м3, теплопроводностью (по параметру А) 0,76 Вт/(м-оС); второй (теплоизоляционный) слой толщиной 0,14 м - из пеноизола
3. Вариант 3 - трехслойная конструкция: первый (несущий) слой толщиной 0,51 м выполнен из силикатного кирпича плотностью 1800 кг/м3, теплопроводностью (по параметру А) 0,76 Вт/(м-оС); второй (теплоизоляционный) слой толщиной 0,14 м - из минераль-
№
и
с
ф
и
4,6 4,5 4,4 4,3 4,2 4,1 4 3,9 3,8
а) Вариант 1
9
■4
;
... ..... ..... ...... - -4;29..... ...... ...... ....
;
| • •
9
4 ®
т- 9
9
■ь 2
® -
П 9
« Гч
9
■ь 2
® -
3 =
■=. -
« Гч
9 - 9 - в 9 - с 9 - в 9 - ф 9 - в 9 - Ф 4 - в - в - в
С" С" С" С" С" С" С" С" С" С"
Гч С" Гч С" Гч С; Гч С" Гч с Гч С" Гч 9 Гч С" Гч С" Гч С"
9 9 9 9 « 9 № 9 9 9 г- м 9 ^ 9 м г-
С" * С" С" -( 9 С" к С" С" 9 1Л * а С" м С"
Сч 1Л 1Л 1Л Т" 9 Г- 1— 1—
С" С" С" С" С" 9 С" С" С" С"
6 5,8
.. 5,4 ? 5,2
I1 5
£ 4,8 |
г Р
$ 4
6)Вариант:
чГ
с
Ф
О
............ I
[
I
4,8?
I I
............. I I I ^08
С" С" с
С" о С"
Гч в м в Гч ф
С" С" ч-
С" о м С" —
^ Гч Гч «
о С"
С" С" 9 С" с 9 9 С" С" С" С"
С" С" С" С" С" 9 с С" С"
Гч в Гч в Гч в Гч в Гч ф Гч в Гч в Сч в Гч в Гч в
С" С" С" « С" № с = С" С" п С" ^ С" м С"
С" ч= С" С" ч= » С" С" 1Л ^ С" С" Ч"
Гч 1Л 1Л 9 1- 1-
С" С" 9 С" С" 9 С" С" С"
ч а :
н «
С
о
4.3 4,? 4,1
4
3,8 3,7
3,5
3.4
в} Вариант 3
9
9
м
1 1 1 1
1 1 1 1
1 1 ^^ 3,74
1 1 1 1 1 1
1 1 1 ! ! ! ! !
1 1 1 11111
* Ж
■г- ~
9
- о
* а:
— Сч
* а;
« Гч
о = -
* ^
г - г =
СЧ1 ^ Ф
* I - :
■г- ■=■ ® ~
С1! * Сч *
г = г -
Ф Сч ф
9 9 « ® £
в 4
9
■гС" Гч
* I
■г- ~ г-' 9
г-ф-
Гч
1Л
г ч Г
Рис. 3. Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций: а - вариант 1; б - вариант 2;
в - вариант 3
плотностью 20 кг/м , теплопроводностью (по параметру А) 0,037 Вт/(м-оС); третий слой (декоративный) толщиной 0,12 м - из силикатного кирпича плотностью 1800 кг/м3, теплопроводностью (по параметру А) 0,76 Вт/(м-оС).
ной ваты плотностью 100 кг/м , теплопроводностью (по параметру А) 0,044 Вт/(м-оС); третий слой (декоративный) толщиной 0,12 м - из силикатного кирпича плотностью 1800 кг/м3, теплопроводностью (по параметру А) 0,76 Вт/(м-оС).
В результате расчета установлено, что в процессе эксплуатации материальные слои ограждающей конструкции увлажняются, что вызывает увеличение их коэффициентов теплопроводности. Причем, коэффициент теплопроводности несущего слоя (рис. 1) не превышает значений, рекомендованных СП 23-1012004 по параметру А, а теплопроводность декоративного (внешнего) слоя превышает рекомендованные значения на 14,5 %.
Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов (второй слой) также увеличивается в процессе эксплуатации конструкции и превышает значения, рекомендованные СП 23-101-2004 по параметру А, на 7^21 % в зависимости от вида теплоизоляционного материала (рис. 2).
Повышение теплопроводности материальных слоев влечет за собой снижение сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции. Результаты расчета сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций в годичном цикле эксплуатации показаны на рис. 3.
По результатам тепловлажностного расчета в нестационарном режиме можно сделать вывод, что трехслойные ограждающие конструкции с пенополи-стиролом и пеноизолом в качестве среднего слоя (вариант 1 и вариант 2) в процессе эксплуатации в условиях климата г. Читы имеют более высокую эффективность (снижение сопротивления теплопередаче на 1,45 % относительно нормируемого значения 4,14 м2 ■оС/Вт) по сравнению с конструкциями с минеральной ватой в качестве среднего слоя (снижение сопротивления теплопередаче на 9,7 % относительно нормируемого значения 4,14 м2 -°С/Вт).
Экономическая целесообразность применения теплоизоляционных материалов в качестве среднего слоя в ограждающих конструкциях зданий, эксплуатируемых в климатических условиях г. Читы, определялась по методике рекомендуемого приложения Ж СП 23-101-2004, согласно которой необходимо выполнение двух условий:
1. Чистый дисконтированный доход от применения
выбранного теплоизоляционного материала в данной конструкции должен быть положительным:
Рт
= М^ (1 + Е)- - АК > 0 ,
(1)
г=1
где Рт - чистый дисконтированный доход (интегральный эффект), руб/м2; АЬ - ежегодное сокращение эксплуатационных издержек за счет снижения теплопотерь через 1 м2 поверхности ограждающей конструкции, руб/(м2-год); АК - капитальные вложения в теплоизоляционный слой (на 1 м2 поверхности ограждающей конструкции), руб/м2; Е - норма дисконта, выбираемая заказчиком (при отсутствии данных принимается равной 0,08 год-1); Т - нормативный срок службы ограждающей конструкции здания, лет; I -номер текущего года.
Первое условие экономической целесообразности при выборе теплоизоляционного материала должно удовлетворять неравенству
< 24се/(К ) /(г )а1^йП /(ЯгедР0)
(2)
где стЯт - параметр теплоизоляционного материала, определяющий стоимость единицы термического сопротивления теплоизоляционного слоя площадью 1
м2, (руб/м2)/(м2- °С/Вт); с т - стоимость теплоизоляционного материала, руб/м3; Ят - коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала, Вт/(м-°С); се - тарифная стоимость тепловой энергии от выбранного источника теплоснабжения, руб/Вт- ч; ) -
функция влияния относительной площади оребрения для трехслойных конструкций с ребрами и теплоизоляционными вкладышами; /(г)- функция
влияния
теплотехнической неоднородности многослойной конструкции; а1 - коэффициент дисконтирования эксплуатационных издержек, лет; - градусо-сутки
отопительного периода, °С ■ сут, равный 7841 °С сут
согласно [ТСН 23-331-2001, табл. 3.3]; п - коэффици-Экономическая целесообразность выбора теплоизоляционного материала для многослойных
№ п/п Наименование теплоизоляционного материала ст, руб/м3 ^т(по парамету А), Вт/м^ °С) ^тр(по расчету), Вт/(м^ °С) Се, руб/кВ т ч Ч) а1, лет °С • сут п г а2, лет (Ст^т) р
1 Плиты пенополи-стирольные по ГОСТ 15558-86 1300 0,041 0,0442 1,65 1 0,8 12,2 7841 1 4,14 0,967 0,85 8,08 57,46 53,3
2 Пеноизол (тепло-изолит) по ТУ 500 0,037 0,0445 1,65 1 0,8 12,2 7841 1 4,14 0,967 0,85 8,08 22,25 18,5
3 Плиты минерало-ватные по ГОСТ 9573-96 2000 0,044 0,05 1,65 1 0,8 12,2 7841 1 4,14 0,967 0,85 8,08 100 88
ент положения наружной поверхности, равный 1 согласно [СНиП 23-02, табл. 6]; Ягщ - нормируемое приведенное сопротивление теплопередаче многослойной ограждающей конструкции, равное 4,14 м2-оС/Вт согласно [СНиП 23-02]; Я* - сопротивление теплопередаче той же конструкции без теплоизоляционного слоя, м2-оС/Вт.
2. Срок окупаемости капитальных вложений в теплозащитный слой ограждающей конструкции (с учетом дисконтирования прибыли) должен быть не больше срока окупаемости банковского вклада.
Второе условие экономической целесообразности при выборе теплоизоляционного материала должно удовлетворять неравенству
С т^т * 24с е/( р ) /(г а Ълп 1(ЯгечЯ0) ,
(3)
где а2 - коэффициент, определяемый по формуле
а2 = 1 -
[l - (1 + E)-(1+1/E) ]/ E; где е., X.
/(F) , /(г) , , П , ЯгеЧ , Яо - то что и в форму-
ле (2).
Результаты расчета экономической целесообразности применения теплоизоляционных материалов, рассмотренных в вариантах 1-3, приводятся в таблице.
По результатам расчета, приведенным в таблице, можно сделать вывод, что пенополистирол и пеноизол местного производства удовлетворяют обоим условиям и обеспечивают экономическую целесообразность применения в качестве теплозащиты. При этом приоритет следует отдать пеноизолу как материалу с наименьшим значением стЯт и обеспечивающим
максимальную величину чистого дисконтированного дохода в данных условиях. Минеральная вата не удовлетворяет ни одному условию и применение ее в такого типа ограждающих конструкциях в условиях г. Читы экономически нецелесообразно.
c
c
e
m
УДК 628.218
ОПТИМИЗАЦИЯ СХЕМЫ И СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ПОВЕРХНОСТНОГО ВОДОСБОРА
В.Р.Чупин1, Ю.С.Просвирин2, Р.В.Чупин3
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Изложена методика комплексной оптимизации системы поверхностного водосбора. Сущность предлагаемой методики заключается в следующем: намечается избыточная схема (всевозможные коллекторы канализования), на которой выбирается подграф в виде дерева и оптимизируются параметры (уклоны, диаметры, перепадные колодцы, быстротоки, насосные станции, напорные трубопроводы и т.д.) по схеме динамического программирования.
Ил. 2. Библиогр. 2 назв.
Ключевые слова: система водоотведения; водоотведение населенных пунктов; математическое моделирование; оптимизация систем.
OPTIMIZATION OF THE LAYOUT AND THE STRUCTURE OF THE SURFACE WATER COLLECTION SYSTEM V.R. Chupin, Y.S. Prosvirin, R. V. Chupin
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The authors present the procedure of complex optimization of the surface water collection system. The essence of the offered procedure is as follows: the excess pattern (all possible sewage collectors) is designed, the subgraph in the form of a tree is chosen on it, the parameters (gradients, diameters, differential wells, shooting flows, pumping stations, pressure pipings and so on) are optimized according to the layout of dynamic programming. 2 figures. 2 sources.
Key words: draining system, settlements draining, mathematical modeling, system optimization.
Дождевая канализация (ДК) является одной из важнейших составляющих систем жизнеобеспечения городов, населенных пунктов и промышленных предприятий. Назначение ДК заключается в предотвраще-
нии подтопления и затопления селитебных территорий, их загрязнения и загрязнения прилегающих водоёмов.
Следует отметить, что в последние годы этим сис-
1Чупин Виктор Романович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой городского строительства и хозяйства, тел.: (3952)405-145, e-mail: chupinVR@istu.edu
Chupin Victor Romanovich, a doctor of technical sciences, a professor, the head of the Chair of town construction and economy, tel.: (3952)405-145, e-mail: chupinVR@istu.edu
Просвирин Юрий Сергеевич, аспирант, тел.: (3952)405267, e-mail: prosvirin@istu.edu Prosvirin Juriy Sergeevich, a postgraduate, tel.: (3952)405267, e-mail: prosvirin@istu.edu
3Чупин Роман Викторович, аспирант, тел.: (3952)405267. Chupin Roman Victorovich, a postgraduate, tel.: (3952)405267.
