6814

В результате анализа зависимости максимальной скорости в сечениях х = const от продольной координаты установлено возрастание скорости , которое является следствием непрерывного воздействия на течение архимедовых сил. Темп возрастания вблизи передней кромки поверхности оказывается несколько вы­ ше, чем при больших х, где выполняется следующая предельная степенная зависи­ мость

В качестве примера в работе приведены расчёты воздухообменов в холодный период для Троицкой церкви (г. Балахна, Нижегородская обл.) и аэрации собора св. А. Невского (г. Н.Новгород) для тёплого периода года.

Вследствие изменения траектории движения воздушного потока происходит перераспределение давлений из-за турбулентных пульсаций. При использовании в расчётах максимальных скоростей внутреннего воздуха вблизи фрамуг по предла­ гаемой формуле (47) относительная погрешность при вычислении значений дина­ мических давлений во фрамугах не превышает 15 %, а при использовании средних скоростей погрешность не превышает 5 %.

На основании проведенных экспериментальных исследований аэродинами­ ческих характеристик некоторых типов православных храмов можно сделать сле­ дующие выводы, в том числе подтверждающие ранее известные положения:

30

- найденные значения аэродинамических коэффициентов православных хра­ мов позволяют определить ветровую нагрузку на наружные конструкции зданий при различных направлениях ветрового потока, а также коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности ограждающей конструкции в расчетных условиях для условий вынужденной конвекции;

- распределение давления на ограждающих конструкциях таково, что в большинстве точек преобладают отрицательные давления;

-в основной массе случаев по абсолютному значению аэродинамические ко­ эффициенты избыточного давления превосходят коэффициенты давления разреже­ ния;

-значение аэродинамического коэффициента влияет на направление движе­ ния воздуха через фрамугу, следовательно, определяет характер движения воздуха вблизи внутренней поверхности оконного проема и во всем объеме помещения храма;

-на основе проведенных исследований разработан методический подход и даны конкретные рекомендации по расчету систем аэрации помещений православ­ ных храмов. Они включают выбор расчетных внутренних и наружных условий; оп­ ределение поступлений вредных веществ в помещение; расчет требуемого возду­ хообмена; определение площади приточных и вытяжных аэрационных фрамуг в проемах здания; рекомендации по регулированию системы аэрации в зависимости от направления ветра, периода года, количества людей в храме.

На основе полученных в результате проведённой работы теоретических и экспериментальных данных за период 1988 - 2003гг. стало возможным проведе­ ние расчёта параметров микроклимата в уникальных зданиях и сооружениях и ана­ логах современных зданий. Результаты, представленные в данном исследовании, применялись при разработке технической документации на инженерные системы для повышения надёжной эксплуатации систем кондиционирования микроклимата в зданиях Собора Пресвятой Богородицы (г. Н. Новгород), Собора св. Александра Невского (г. Н.Новгород), в Спасской церкви (г. Н. Новгород), в церкви Рождества Пресвятой Богородицы (Строгановская церковь) (г. Н. Новгород), при расчёте и конструировании систем создания и поддержания микроклимата в Троицком и Преображенском Соборах (с.Дивеево Нижегородской обл.), в церкви святой Трои­ цы (р.п.Ясенцы Нижегородской обл.), в Троицкой церкви (г.Заволжье Нижегород­ ской обл.),. в церкви Вознесения Господня ( пос. Ковернино Нижегородской обл.), в Крестовоздвиженском Соборе (на Белой горе в Пермской обл.), в.Соборе Боголюбивой Божьей Матери (р.ц. Боголюбово Владимирской обл.), в церкви Казанской

31

Божьей Матери ( г. Суздаль Владимирской обл.), в церкви Дмитрия Солунского (с.Сима Юрьев-Польского района Владимирской обл.), в Троицкой церкви (с.Арефино Вачского района Нижегородской обл.).

Расчетный удельный годовой экономический эффект от проведенных меро­ приятий по оптимизации расположения оконного проема в наружной стене состав­ ляет 15-24 р./(м2-год) в ценах 2000 - 2001 гг.

Технико-экономическая целесообразность применения аэрации помещений православных храмов по сравнению с канальными системами вентиляции и конди­ ционирования включает:

-минимальные капитальные вложения в систему аэрации;

-отсутствие вибрирующего и шумящего оборудования;

-повышенные требования к интерьеру помещений;

-отсутствие необходимости прокладки воздуховодов;

-простоту монтажа и эксплуатации;

-минимальные эксплуатационные расходы и энергоемкость системы. Мероприятия по обеспечению параметров микроклимата помещений право­

славных храмов, проведенные и подтвержденные технико-экономическим расче­ том, позволяют улучшить санитарно-гигиенические условия в помещениях и экс­ плуатационные характеристики ограждающих конструкций церквей с целью функ­ циональной надежности сооружения.

Расчёт параметров микроклимата на основе полученных данных позволяет создать требуемые микроклиматические условия в уникальных зданиях и сооруже­ ниях, что подтверждается актами внедрения научно-исследовательской работы.

Результаты данных исследований были использованы НП "АВОК" при раз­ работке основных положений СТАНДАРТА.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1.На основе теоретических и экспериментальных исследований разработана методология для комплексного решения внутренних, краевых и внешних задач те­ плового и воздушного режимов при создании и поддержании микроклиматических условий в православных храмах.

2.В процессе решения теплофизических, теплотехнических и аэродинамиче­ ских задач получены результаты для создания энергоэффективных зданий храмов.

3.На основе математического описания процесса конвективного тепло- и массообмена получены зависимости, на базе которых разработана методика расчёта температурных и скоростных полей у внутренних поверхностей наружных ограж-

32

дающих конструкций. Расхождение в расчётных и нормативных значениях темпе­ ратур составляет 1—3 оС

4. Около внутренних поверхностей наружных ограждающих конструкций храмов толщина динамического пограничного слоя 5 = 0,001 — 0,009 м. Макси­ мальные значения скорости по толщине пограничного слоя изменяются от 0,1 м/с до 2,5 м/с. Толщина теплового пограничного слоя δt = 0,001 - 0,014 м. Значения температуры по толщине пограничного слоя изменяются от 95 оС до 14 °С.

5. Значения опытных данных по тепломассообменным процессам имеют рас­ хождение с результатами работ других авторов в температурах - 5 - 10 %, в мак­ симальных скоростях —10 — 20 %.

6. Разработанные оптимальные и допустимые параметры внутреннего возду­ ха обеспечивают минимальные температурные деформационные напряжения кон­ струкций, сохранность фресок, станковой живописи, художественной росписи и предметов культовых обрядов, что подтверждено исследованиями в период с 1990 по 2002 гг..

7. Сравнительный анализ показал, что при измерении в исследуемых точках моделей избыточных (ризб) и аэродинамических (р) давлений для рассматриваемых типов храмов общие картины спектров давлений в двух вышеуказанных вариантах не меняются, а числовые значения величин аэродинамических коэффициентов ме­ няются незначительно. Точность результатов экспериментов изменяется в пределах 5%.

8. В результате проведённых теоретических и экспериментальных исследо­ ваний получен материал для расчёта режимов работы систем кондиционирования микроклимата храмов с учётом функциональной особенности помещений. Для наиболее распространённых архитектурных форм зданий храмов и их элементов получены величины аэродинамических коэффициентов в зависимости от направле­ ния ветра. Относительная погрешность в значениях аэродинамических коэффици­ ентов составляет 3 - 20%.

9. Разработана инженерная методика расчёта для обеспечения требуемого воздухообмена с учётом особенностей конфигураций зданий храмов и их элемен­ тов. Получены значения показателей степени К для нахождения температуры на поверхностях, расположенных над нагреваемым или охлаждаемым участком, и максимальной скорости вблизи тех же поверхностей для различных высот. Вели­ чина показателя степени К изменяется в пределах — 0,8 / - 0,6 для температурной зависимости и в пределах 0,12 - 0,2 для скоростной зависимости. При сравнении экспериментально полученных данных с данными, опубликованными в различных

33

источниках, установлено, что расхождение по температуре лежит в пределах 10%, по максимальной скорости — в пределах 20%.

10. На основе разработанной теоретической модели получены зависимости, достаточно точно определяющие величину ширины плоскости возможной конден­ сации на поверхности оконного откоса и теплопотери через его область, что под­ тверждается экспериментальными данными со сходимостью полученных экспери­ ментальных и теоретических результатов в пределах 11 %.

11.Результаты исследований теплового режима остекления оконного проема позволяют оценить изменение теплопотерь через него в зависимости от толщины

воздушной прослойки, величина оптимального значения которой равна δ0К= 0,16 - 0,22 м, что справедливо и для многослойного остекления.

12.По результатам проведенных исследований наиболее рациональным счи­

тается установка оконного переплета на расстоянии δ=(0,25 - 0,35)*δо при толщинах стен δо=0,77 - 1,16 м; и δ=(0,20 - 0,30)*δо при толщинах стен, близких к δ0=1,24 - 1,32 м. Проведенный анализ показывает расхождение полученных эксперимен­ тальных и теоретических результатов в пределах 14 %. Теплопотери здания при ра­ циональном расположении оконного блока снижаются на 3,5 - 7 %.

13.В разработанной методике определения комплексного коэффициента теп­ лопередачи учитываются вместе с теплопередачей через остекление потери тепло­ ты через оконные откосы, при отсутствии учета которых реальные теплопотери че­ рез оконный проем превышают расчетные величины на 10 - 35 %.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ

ВСЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1.Кочев, А.Г. Поддержание параметров микроклимата уникального соору­ жения в зимний период. / В.И. Бодров, П.Т. Крамаренко, А.Г. Кочев // Охрана при­ роды, гидротехническое строительство, инженерное оборудование: тез. докл. Ново­ сибирск, 1992. - С.32.

2.Кочев, А.Г. Создание микроклимата уникальных сооружений. /А.Г. Кочев, С.А. Макаревич //XXVII Научно-техническая конференция. Научно-технический прогресс в строительстве: тез. докл. Пенза, 1993.-С. 1011.

3.Кочев, А.Г. Микроклимат уникальных зданий с нестационарным режимом эксплуатации. / В.И. Бодров П.Т. Крамаренко, А.Г. Кочев //Оптимизация систем очистки воздуха и вентиляции промышленных зданий: тез. докл. Пермь, 1993. - С.117-119.

4.*Кочев, А.Г. Расчет температурного режима ограждающих конструкций уникальных сооружений методом дробных шагов. А.Г.Кочев, С.А. Макаревич

34

//Известия высших учебных заведений. Строительство. 1994 № 4. - С.61 - 62.

5.Кочев, А.Г. Методология проектирования и восстановления систем кон­ диционирования микроклимата церквей. / В.И. Бодров, А.Г. Кочев.- //АВОК. HAUS TECHNIK. 1994 № 1/2. - С.39 - 40.

6.Кочев, А.Г. Температурный режим оконных откосов инерционных соору­ жений. //Исследования по рациональному использованию природных ресурсов и защите окружающей среды: Тез. докл. Н.Новгород, 1994. - С.39.

7.Кочев,А.Г. Повышение эффективности систем обеспечения параметров микроклимата сооружений / В.И. Бодров АГ. Кочев.- г.р.№01920014368. Отчет по НИР. Н.Новгород,1994. - 60с.

8.Кочев, А.Г. Реконструкция и реновация систем создания и поддержания параметров микроклимата памятников истории, архитектуры и культуры на приме­ ре культовых сооружений / г.р.№01940005037. Отчет по НИР "Строительство". Н.Новгород,1994. - 15с.

9.Кочев,А.Г. Отопление и вентиляция церквей. // В.И. Бодров, А.Г. Кочев.- Сеятель. 1994 № 4. - С.17 -19.

Ю.*Кочев, А.Г. Микроклимат экологически чистых сооруженийУА.Г.Кочев //Известия высших учебных заведений. Строительство. 1995 № 11. - С.40 - 44.

11.Кочев, А.Г. Реконструкция и реновация систем создания и поддержания параметров микроклимата памятников истории, архитектуры и культуры на приме­ ре культовых сооружений: г.р.№01940005037. Отчет о НИР "Строительство". ННовгород, 1995.- 13с.

12.Кочев,А.Г. Создание микроклимата экологически чистых сооружений. /В.И. Бодров, РА. Дудник, А.Г.Кочев //Известия жилищно-коммунальной акаде­ мии. Городское хозяйство и экология. 1996 № 4. - C.24-30.

13.*Кочев, А.Г. Условия создания микроклимата экологически чистых со­ оружений. / А.Г.Кочев // Известия высших учебных заведений. Строительство. 1997 №6.-С.91-95.

14.*Кочев, А.Г. Особенности обеспечения микроклимата в строящихся, вос­ станавливаемых и реконструируемых культовых сооружениях./А.Г.Кочев //Известия высших учебных заведений. Строительство. 1997 №8. - С.62 - 65.

15.Кочев, А.Г. Особенности микроклимата деревянных церквей / В.И.Бодров, Н.Д. Чекмарев, А.Г. Кочев //VIII Международная научная конференция. Проблемы исследования и сохранения историко-культурного наследия: Тез. докл. Н.Новгород, 1998.-С.27-28.

16. Кочев, А.Г. Влияние конвективных потоков воздуха на микроклимат церк- вейУАГ.Кочев //Научно-технические проблемы систем теплогазоснабжения, вентиля­ ции, водоснабжения и водоотведения: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж, 1998. - С.21 - 23.

35

17.*Кочев, А.Г. Задачи, решаемые при разработке микроклиматических ус­ ловий в церквях./ А.Г. Кочев//Известия высших учебных заведений. Строительство. 1999№6.-С.88-93.

18.Кочев, А.Г. Задачи, решаемые при осушке ограждающих конструкций под­ вальных и полуподвальных помещений уникальных сооружений. /А.Г.Кочев, А.С. Зоркое //Научно-технические проблемы систем теплогазоснабжения, вентиляции, во­ доснабжения и водоотведения: межвуз. сб. науч.тр. Воронеж, 2000. — С. 13 -15.

19.Кочев, А.Г. Исследование температурного режима оконных откосов в ус­ ловиях нестационарного теплообмена /А.Г.Кочев, А.С. Сергиенко //Научнотехнические проблемы систем теплогазоснабжения, вентиляции, водоснабжения и водоотведения: межвуз. сб. науч. тр. Воронеж, 2000. —С. 15 —20.

20.*Кочев, А.Г. Исследование влияния аэродинамических параметров на ес­ тественный воздухообмен в церквях / А.Г.Кочев, Ю.В. Осипов, А.С. Сергиенко //Известия высших учебных заведений. Строительство. 2001 №7. - С. 73 - 76.

21.*Кочев, А.Г. Решение задачи по расчёту температурных полей оконных откосов уникальных зданий / А.Г. Кочев, А.С. Сергиенко //Известия высших учеб­ ных заведений. Строительство. 2001 №11.- С.84 - 90.

22. Кочев, А.Г. Создание микроклиматических условий в православных церк­ вях. /А.Г.Кочев //Международный научно-промьшленный конгресс "Великие реки - 2001". Генеральные доклады, тезисы докладов. Н.Новгород: ННГАСУ, 2002. - С.280-281.

23.Кочев, А.Г. Комплексная задача поддержания оптимальных параметров микроклимата в уникальных зданиях / А.Г.Кочев, А.С. Сергиенко //Международный научно-промышленный конгресс "Великие реки - 2001". Гене­ ральные доклады, тезисы докладов. Н.Новгород: ННГАСУ, 2002. - С.280 -281.

24. Кочев, А.Г. Особенность расчёта теплопотерь через оконные проёмы церквей/ А.Г .Кочев //Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Обра­ зование. Наука. Практика. Материалы региональной 59-й научно-технической кон­ ференции (апрель 2002г.). /Под. ред. Чумаченко Н.Г. Самара: СамГАСА, 2002. - С.377-379.

25.Кочев, А.Г. Условия создания микроклимата в церквях с нестационарным режимом эксплуатации /А.Г. Кочев, Д.В. Дунюшкин //Актуальные проблемы в строитльстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика. Материалы региональ­ ной 59-й научно-технической конференции (апрель 2002г.). /Под. ред. Чумаченко Н.Г. Самара: СамГАСА, 2002. -С.383 - 385.

26. *Кочев, А.Г. Аэродинамика культовых сооружений / В.И. Бодров А.Г. Ко­ чев, Ю.В. Осипов, А.С. Сергиенко //Известия высших учебных заведений. Строи­ тельство. 2002 №6. - С. 105 - 110.

37

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Условные обозначения: ср - изобарная теплоёмкость, кДж/(кг.°С); сf- коэффи­ циент трения; cv - аэродинамический коэффициент; р - давление, Па; L0 - высота на­ гретой поверхности, м; St - критерий Стантона; T,t - температура, °К, °С; V— скорость, м/с; х - координата по вертикали; у - координата по горизонтали; а - коэффициент температуропроводности, м2 /с; g - ускорение силы тяжести, м/с2; β - термический ко­ эффициент объёмного расширения,!/°К; 8 - толщина пограничного слоя, м; μ - коэф­ фициент динамической вязкости, M2/C; V - коэффициент кинематической вязкости, м2/с; р - плотность, кг/м3; X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м.°С); А - разность значений; индексы: as - адиабатическая поверхность; max - максимальное; s - изотер­ мическая поверхность; t - тепловой; а - атмосферное; абс - абсолютное; выт - вытяж­ ка; д - динамическое; пр - приток; - значение величины на большом удалении от поверхности;b - ширина плоскости возможной конденсации на поверхности оконного откоса, м; С - полная удельная стоимость ограждения, руб./м2; dст - степень остекленности наружных стен; F - площадь, м2; h - высота, м; К - коэффициент теплопередачи, Вт(м2.оС); mок - ширина полосы влияния оконного проема на температуру внутренней поверхности наружной стены, м; N - количество прихожан православного храма, чел; П - периметр, м; Q - количество теплоты, Вт; Qотк - количество теплоты, дополни­ тельно теряемое единицей длины оконного откоса, Вт/м; q - удельный тепловой поток с поверхности, Вт/м2; qотк - удельные дополнительные теплопотери через единицу длины оконного откоса, Вт/(м.°С); R - сопротивление теплопередаче, м2.оС/Вт; r - ори­ ентация и положение точки определения аэродинамического коэффициента на наруж­ ной поверхности конструкций здания; S - направление воздушного потока; т — время, с; Тн - нормативный срок окупаемости, лет; t - температура воздуха, конструкции, °С; v - скорость воздуха, ветрового потока, м/с; Э - удельный годовой экономический эф­ фект, р./(м2.год); а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2.оС); 5 - расстояние от внутрен­ ней поверхности стены до внутренней поверхности окна, м;δ0 - толщина стены, м;δок - толщина оконного переплета, м;δОТ - относительная погрешность, %; tпов - темпера­ тура поверхности, °С.

ПОДСТРОЧНЫЕ И НАДСТРОЧНЫЕ ИНДЕКСЫ

в - внутренний, воздух; вп - воздушная прослойка; д - динамический, двумер­ ный; ж - жидкость; к - конвекция, касательный; кор - оконная коробка; н - наружный; нс - наружная стена; о - отопительный, общий, нулевой, одномерный; огр - огражде­ ние; ок - окно; ол - оледенение; отк - оконный откос; п - помещение, полный; пов — поверхность, поверхностный; пр - прибор, приведенный, приточный; с - статический, слой; ср - средний, солнечная радиация; ст — стекло; т - температура, тепловой; тр - точка росы; ух - уходящий; ч - человек; R - радиационный; v - ветер; доп - допусти­ мый; л - лучистый, излучение; н - нормативный.

Подписано к печати

26.09. 2006 г. Формат 60x90 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Объем 1,5 печ. л.

Тираж 100 экз. Заказ № 385

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65

Полиграфический центр Нижегородского государственного архитектурностроительного университета: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65.