Публикации автора

Резюме. Цель. Цель исследования – подтвердить корректность работы цифрового инструмента, который обеспечивает расчет температурного режима помещения, темпа падения температуры воздуха и тепловых потерь в условиях прерывистой подачи энергии, с учетом теплоаккумулирующих свойств ограждающих конструкций и элементов системы отопления.

Метод. Методической основой программного обеспечения являются теория теплоустойчивости и закон регулярного теплового режима первого рода, описывающий процесс остывания элементов системы отопления и ограждающих конструкций. Программный алгоритм состоит из двух последовательных вычислительных блоков, которые обрабатывают геометрические, теплофизические и эксплуатационные параметры помещения, наружных ограждений и системы отопления. Программный продукт ориентирован на исследовательские и инженерно-технические расчеты.

Результат. Проведена проверка программного продукта для определения температуры внутреннего воздуха в размерном и безразмерном видах, темпа падения температуры и тепловых потерь за период остывания помещения. Тестирование подтвердило устойчивость расчетов и соответствие результатов физической модели теплообмена.

Вывод. Новизна результатов исследования заключается в алгоритмической интеграции процессов охлаждения воздуха, ограждающих конструкций и системы отопления в едином программно-вычислительном подходе. Разработанный метод обеспечивает автоматизацию расчетов температурного режима помещения при аварийных отключениях системы отопления и предназначен для анализа надежности, энергоэффективности и эксплуатационной устойчивости зданий.

Thermal control (passive and active) is a non-destructive testing method. During passive thermal control, the test object is characterized by a temperature field formed during its operation. In active thermal control, the test object is additionally thermally stimulated. This technique is widely used in various areas of construction, energy, mechanical engineering, transport. This paper proposes a variant of active thermal non-destructive assessment of the thermal conductivity coefficient of building materials and products on the example of a fragment of a building structure made of silicate bricks. The test object is subjected to thermal stimulation by an external source of thermal energy before reaching a steady-state thermal regime. Thermography of the test object surfaces is carried out. The average integral temperatures of surfaces or individual sections of the test object are calculated. The coefficient of thermal conductivity of the test object is determined, which is used to calculate its thermal resistance (resistance to heat transfer). After that, the coefficient of heat transfer is calculated. The method was implemented in laboratory conditions. It can be used in natural and operational conditions for accurate and quick determination of the key thermophysical properties of building materials and products.

Energy preservation and reduction in greenhouse gas emissions into the atmosphere can be partially gained through decentralization of heat supply. In the case of cultivation facilities, a solution is a combined heating system which includes soil infrared heating and air heating in the winter greenhouse up to the required values by means of autonomous convective heaters. Upon analysing domestic and foreign scientific publications, there has not been found any comprehensive calculation method of the combined heating system. The target of research is normally one of the space heating ways: either radiant or convective. The calculation method considered in the article is based on the solution of the coupled equations set of the greenhouse heat and material balances, its walling and soil surface. It takes into consideration both the features of radiant heat transfer between distant bodies, and convective air heating from heaters. The developed calculation method has been tested using the modern industrial greenhouse “Fermer 7.5” for year-round cultivation of crops. As shown by the results of software calculations, at low temperatures of the outside air, the heat power of winter greenhouse radiant heating should be twice as high as the heat consumption for convective heating of the cultivation facility. There have been obtained heat power change patterns of the winter greenhouse combined heating system depending on a number of important factors, such as: temperature of the outside air; walling thermal resistance; absorption coefficient of the soil surface. Due to the fact that according to the calculations results, the heat loss via the winter greenhouse ventilation proved to be significant, it makes sense to consider further the option of preheating outdoor air necessary for air exchange indoors.

Резюме. Цель. Выявление повышенных шумов от вентиляционных систем в период эксплуатации зданий приводит к необходимости проведения сложных и дорогостоящих операций по обнаружению и устранению источников шума, проведению демонтажных работ, установке дополнительных шумоглушителей или замене вентиляционного оборудования. Проведение корректных акустических расчетов является одной из важнейших задач при проектировании объектов различного назначения. Метод. В статье представлен анализ отечественных и зарубежных методик по определению шума, генерируемым дросселирующим устройством. Оценка точности результатов расчетов проводилась с помощью их сравнения с данными натурных испытаний. Результат. Было выявлено резкое возрастание уровня звуковой мощности в дросселирующем устройстве при увеличении угла поворота створки более 60 градусов, что оказывает значительное влияние на акустическую обстановку помещений и приводит к превышению нормируемых уровней шумового воздействия. Вывод. Проведенный сравнительный анализ существующих методик расчета позволил выявить, что отечественная методика расчета дает требуемый запас по уровню звуковой мощности дросселирующего устройства по всем октавным полосам. К недостаткам зарубежных методик расчета можно также отнести отсутствие учета акустического влияния фасонных элементов и присоединения воздуховода к дросселю, что приводит к необходимости дальнейшей верификации методик расчета для сложных систем.

Резюме. Цель. Аварийное отключение системы отопления гражданского здания неизбежно приведет к нарушению теплового режима в обогреваемых помещениях. Впоследствии данный инцидент негативно отразится на тепловом комфорте человека и условиях труда. Таким образом, вопрос прогнозирования теплового режима помещения в случае прекращения подачи тепловой энергии, наряду с поиском энергосберегающих технологий в строительной сфере, является актуальной задачей. Метод. Программные вычисления основаны на классической теории теплоустойчивости помещения в случае прерывистой подачи теплоты и законе регулярного теплового режима первого рода (для системы отопления), суть которого заключается в следующем: понижение температуры во всех точках тела в ходе его остывания происходит одинаково, подчиняясь экспоненциальному закону. Результат. Для комнаты в жилом здании установлено, что температура внутреннего воздуха достигнет точки росы (12,5 ℃) за период времени 8 ч 42 мин после аварийного отключения системы отопления, а нулевого значения – через 23 ч 42 мин. Среднее значение темпа падения температуры за период времени 50 ч равно 0,72 ℃ч⁄, суммарные потери тепловой энергии составили 138,2 МДж. Вывод. Тепловая аккумуляция ограждающих конструкций играет первостепенную роль для гражданских зданий в сохранении требуемого теплового режима помещения в случае аварийного отключения системы отопления. При сравнительно малой теплоемкости и большой теплоотдаче, связанной с высоким температурным напором нагревательных элементов, остывание системы отопления происходит достаточно быстро (имеет высокий показатель темпа охлаждения).

Резюме. Цель. Цель исследования состоит в разработке и программной реализации алгоритмов инженерных расчетов, предназначенных для автоматизированного определения параметров смесительных, водоструйных и циркуляционных насосов, применяемых в системах водяного отопления жилых зданий. Метод. Методологической основой исследования являются нормативные положения в области отопления и теплоснабжения, уравнение теплового баланса и принципы гидравлического расчета систем отопления. Алгоритмы реализованы в виде трех взаимосвязанных программных модулей, структурированных по блочно-логической схеме: ввод исходных данных, теплотехнический и гидравлический расчеты, вывод параметров для подбора насосов. Расчеты выполняются с учетом установившегося теплового режима, параметров наружного и внутреннего воздуха, гидравлических потерь в системе и конструктивных особенностей насосного оборудования. Результат. Разработаны три специализированные программы для подбора параметров работы смесительного, водоструйного и циркуляционного насосов, применяемых в системах водяного отопления жилых зданий. Обеспечено автоматизированное определение исходных и расчетных параметров, включая максимальную тепловую нагрузку, массовый расход теплоносителя, коэффициент смешения потоков, гидравлический напор, геометрические характеристики. Представлена структура каждого программного модуля с обоснованием входных, промежуточных расчетных данных в виде листинга и выходных характеристик. Вывод. Разработанные алгоритмы позволяют упростить и ускорить процедуру подбора параметров работы насосного оборудования, а также минимизировать погрешности при инженерных расчетах. Предложенные программные средства обеспечивают соответствие проектных решений действующим нормативным требованиям и учитывают, как наружные и внутренние климатические условия, так и эксплуатационные характеристики зданий; позволяют адаптировать алгоритмы расчета под различные условия теплоснабжения, включая независимое присоединение и замыкающие участки систем. Автоматизация расчетов способствует интенсификации проектных работ и может быть интегрирована в системы САПР и BIM-технологии.

Резюме. Цель. Целью исследования является создание программных средств, обеспечивающих достоверное и устойчиво воспроизводимое определение тепловых нагрузок и годовых затрат тепловой энергии с учетом совокупного влияния климатических, строительных и эксплуатационных условий. Метод. Методологической основой исследования является структурирование вычислительного процесса в виде последовательных функциональных блоков, реализующих алгоритмы расчета тепловых нагрузок и годового энергопотребления. Исходными данными являются строительные характеристики зданий, численность жителей, а также климатические и эксплуатационные параметры. Результат. Разработаны два программных модуля для расчета энергопотребления систем отопления и горячего водоснабжения. Новизной исследования являются разработка концепции специализированного программного обеспечения, предназначенного для реализации алгоритмов вычисления тепловых нагрузок и годового энергопотребления, а также создание метода автоматизированного расчета параметров систем отопления и горячего водоснабжения с применением укрупненных расчетных показателей. Тестирование программ подтвердило корректность алгоритмов и применимость разработанных решений в инженерной практике. Представленные алгоритмы реализованы в программных модулях, апробированных на примерах гражданских зданий. Вывод. Разработанные программы реализуют автоматизацию расчетов энергопотребления жилых зданий и позволяют учитывать ключевые климатические, строительные и эксплуатационные параметры. Представленные алгоритмы вычисляют максимальные и средние тепловые нагрузки, а также годовой расход энергии для систем отопления и горячего водоснабжения. Верификация программных модулей продемонстрировала высокую точность и устойчивость расчетных результатов. Проведенное исследование подтверждает значимость цифровых инструментов в сфере энергоэффективности и устойчивого развития жилой застройки.

Резюме. Цель. Цель исследования – подтвердить корректность работы цифрового инструмента, который обеспечивает расчет температурного режима помещения, темпа падения температуры воздуха и тепловых потерь в условиях прерывистой подачи энергии, с учетом теплоаккумулирующих свойств ограждающих конструкций и элементов системы отопления. Метод. Методической основой программного обеспечения являются теория теплоустойчивости и закон регулярного теплового режима первого рода, описывающий процесс остывания элементов системы отопления и ограждающих конструкций. Программный алгоритм состоит из двух последовательных вычислительных блоков, которые обрабатывают геометрические, теплофизические и эксплуатационные параметры помещения, наружных ограждений и системы отопления. Программный продукт ориентирован на исследовательские и инженерно-технические расчеты. Результат. Проведена проверка программного продукта для определения температуры внутреннего воздуха в размерном и безразмерном видах, темпа падения температуры и тепловых потерь за период остывания помещения. Тестирование подтвердило устойчивость расчетов и соответствие результатов физической модели теплообмена. Вывод. Новизна результатов исследования заключается в алгоритмической интеграции процессов охлаждения воздуха, ограждающих конструкций и системы отопления в едином программно-вычислительном подходе. Разработанный метод обеспечивает автоматизацию расчетов температурного режима помещения при аварийных отключениях системы отопления и предназначен для анализа надежности, энергоэффективности и эксплуатационной устойчивости зданий.

Тепловая изоляция трубопроводов тепловых сетей является критически важным элементом централизованного теплоснабжения с точки зрения энергосбережения и экологической безопасности. При проектировании толщина тепловой изоляции, определяемая типом материала и способом прокладки трубопроводов, должна соответствовать действующим нормативным требованиям по тепловой защите. Расчеты целесообразно выполнять с использованием специализированного программного обеспечения. Цель исследования – определить толщину тепловой изоляции трубопроводов двухтрубных тепловых сетей, обеспечивающую соответствие суммарной нормативной линейной плотности теплового потока. Объектом исследования является двухтрубная тепловая сеть подземной бесканальной прокладки. Предмет исследования – требуемая толщина тепловой изоляции и тепловые потери трубопроводов двухтрубных тепловых сетей подземной бесканальной прокладки. В основе программного расчета лежит решение уравнения стационарной теплопередачи для многослойной цилиндрической стенки, включающей тепловую изоляцию и грунт. В отличие от нормативной методики, предполагающей ручные итерационные расчеты, разработанная программа позволяет автоматизированно определять искомые величины с высокой точностью за счет встроенной проверки результатов. На примере распределительного участка двухтрубной тепловой сети системы централизованного теплоснабжения с условным диаметром трубопроводов 125 мм (133×4,0 мм) рассмотрена реализация программного расчета тепловой изоляции для климатических условий города Вологды. При среднегодовых температурах сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах 65 ℃ и 50 ℃, с учетом нормативной величины суммарной линейной плотности теплового потока 56 Вт/м, требуемая толщина слоя тепловой изоляции из пенополиуретана составляет 40 мм, а линейные плотности теплового потока от подающего и обратного трубопроводов – 32 Вт/м и 24 Вт/м соответственно. Разработанное программное обеспечение предназначено для проектирования тепловой изоляции наружных поверхностей подающего и обратного трубопроводов тепловых сетей при их бесканальной прокладке в грунте. Программная реализация предложенного алгоритма расчета соответствует требованиям СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».

Тепловая изоляция трубопроводов играет важную роль в энергосбережении, обеспечивая допустимый уровень тепловых потерь (или холода), что обусловливает актуальность разработки программно-алгоритмических средств теплотехнического расчета трубопроводов, в частности, на основе нормированной плотности теплового потока. Целью исследования является разработка программно-алгоритмического метода определения параметров тепловой изоляции трубопроводов, включая толщину тепловой изоляции и температуру на поверхности теплоизоляционной конструкции. Объектом исследования является трубопровод цилиндрической формы с тепловой изоляцией на наружной поверхности и защитно-покровным слоем. Предметом исследования являются параметры тепловой изоляции, включая ее толщину и температуру на наружной поверхности. В основе разработанного программного обеспечения лежит решение системы двух взаимосвязанных уравнений: уравнения теплопередачи для однослойной цилиндрической стенки и уравнения теплоотдачи, количественно описывающего теплообмен между наружной поверхностью теплоизоляционной конструкции и окружающей средой. В отличие от нормативного метода, ориентированного только на определение требуемой толщины тепловой изоляции (метод последовательных приближений), разработанная программа позволяет дополнительно рассчитывать температуру на наружной поверхности, коэффициент теплоотдачи и сопротивление теплоотдаче, а также реализует процедуру верификации результатов вычислений. На примере паропровода с условным диаметром 300 мм (325×8,0 мм) продемонстрирована реализация алгоритма. При температуре водяного пара 250 ℃ и нормированной плотности теплового потока 148 Вт/м получены следующие результаты расчета: требуемая толщина тепловой изоляции – 145 мм; температура на наружной поверхности теплоизоляционной конструкции – 59,7 ℃; коэффициент теплоотдачи – 1,93 Вт/(м2⋅℃); сопротивление теплоотдаче – 0,27 м⋅℃/Вт. Разработанное программное средство предназначено для проектирования и расчетноконтрольной оценки тепловой изоляции трубопроводов с температурой рабочих сред от –180 ℃ до 600 ℃, размещаемых в зданиях, сооружениях и на открытом воздухе. Предлагаемый метод и его программная реализация соответствуют требованиям СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».

Потери гидравлического напора в трубопроводах в первую очередь определяются внутренним диаметром, который вследствие образования отложений может уменьшиться по сравнению с первоначальной величиной на 10÷50 % и более. В конечном итоге это приводит к значительному росту потребления электрической энергии на привод насосов. Экономическая целесообразность промывки трубопроводной сети также напрямую связана с действительным проходным сечением трубопроводов. Следовательно, объем отложений на внутренней поверхности трубопровода является важным эксплуатационным показателем, который требует системного контроля и периодического мониторинга в течение всего периода эксплуатации инженерных систем. Цель исследования – определение действительного размера проходного (живого) сечения трубопровода в условиях эксплуатации неразрушающим способом. Объект исследования – трубопровод цилиндрической формы с капельной жидкостью, находящейся под избыточным статическим давлением. Предмет исследования – объем отложений на внутренней поверхности трубопровода. Предложенный в статье способ определения объема отложений на внутренней поверхности трубопровода относится к неразрушающему контролю и основан на зависимости изменения объема капельной жидкости, находящейся в ограниченном пространстве, от изменения статического давления. На примере подающего трубопровода магистрального участка системы централизованного теплоснабжения рассмотрен пример реализации неразрушающего способа проведения гидравлических измерений. По результатам расчета для трубопровода с номинальным внутренним диаметром 311 мм и общей протяженностью 27,0 м объем отложений составил 0,233 м3, что эквивалентно расчетному диаметру трубопровода 293 мм при средней толщине отложений 9,08 мм. Абсолютная и относительная погрешности косвенных технических измерений соответственно равны 0,087 м3 и 37,6 %. Разработка относится к области обслуживания и эксплуатации наружных магистральных и распределительных трубопроводов круглого сечения. Предлагаемый неразрушающий способ может применяться в теплоснабжении, водоснабжении и нефтеснабжении для определения действительных размеров проходного сечения трубопровода в условиях эксплуатации.

Актуальность исследования обусловлена повышением требований к энергетической эффективности зданий и надежности ограждающих конструкций, определяющих необходимость применения высокоточных методов неразрушающего контроля теплового вида и инструментальной диагностики. В статье представлен программно-вычислительный метод определения минимальной температуры на внутренней поверхности наружной ограждающей конструкции здания, основанный на результатах тепловизионной съемки и натурных измерений параметров воздушной среды. Предметом исследования являются методы оценки теплозащитных характеристик ограждающих конструкций с применением средств приборного контроля и программной обработки данных измерений. Цель работы заключается в обосновании и демонстрации возможностей разработанного программного обеспечения, позволяющего определять нормируемый показатель теплозащитной оболочки здания – минимальную температуру на внутренней поверхности ограждения при расчетных условиях эксплуатации с одновременной оценкой абсолютной погрешности косвенных измерений. Методика исследования базируется на использовании нормативной расчетной зависимости для пересчета измеренной температуры поверхности ограждения, полученной в процессе термографирования, к расчетным значениям температур внутреннего и наружного воздуха. Абсолютная погрешность результата определяется с применением математического аппарата дифференциального исчисления с учетом номинальных погрешностей прямых измерений, выполненных тепловизором и контактными средствами измерения температуры. В работе приведена структура программного продукта, включающая модуль ввода исходных данных и вычислительный модуль, реализующий алгоритмы расчета минимальной температуры поверхности и ее абсолютной погрешности. Результаты исследования подтверждают возможность повышения достоверности оценки теплозащитных характеристик ограждающих конструкций за счет комплексного учета измерительных неопределенностей. Полученные расчетные зависимости и программная реализация обеспечивают воспроизводимость результатов и могут служить основой для интеграции метода в цифровые системы мониторинга и диагностики технического состояния ограждающих конструкций. Предложенный программно-вычислительный метод может быть использован при термографировании, а также в рамках задач энергетического контроля и повышения энергетической эффективности объектов строительства.