Обеспечение микроклимата в жилом доме с геодезическим куполом в климатических условиях г. Екатеринбурга
Аннотация
Выбор темы обусловлен ускоряющимися темпами малоэтажного строительства частных домов. В связи с этим целью магистерской диссертации является оценка энергоэффективности геодезических строений.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
изучить виды, конструкции, особенности купольных домов;
определить тепловлажностные характеристики ограждающих конструкций геодезического дома;
спроектировать систему отопления, обеспечивающую комфортные условия для проживания;
спроектировать систему вентиляции, обеспечивающую равномерное распределение приточного воздуха по помещениям;
оценить работу системы отопления и вентиляции с помощью моделирования процессов тепломассопереноса в программе ANSYS Workbench 2021.
Магистерская диссертация включает пояснительную записку на 116 страницах, 74 рисунка, 10 таблиц, 15 наименований библиографического списка, презентацию из 21 слайда.
В первой главе рассмотрены виды и конструкции сферических зданий, способы строительства.
Во второй главе показаны преимущества и недостатки рассматриваемых сферических зданий.
В третьей главе приведен жилой геодезический дом, описаны размеры и состав ограждающих конструкций. Произведены расчеты тепловлажностных характеристик дома:
приведенное сопротивление теплопередаче, расчет которого выполнен поэлементно. Определены трансмиссионные теплопотери дома через ограждающие конструкции, включающие в себя теплопотери через наружные стены и пол;
удельная теплозащитная характеристика здания, с помощью которой установлены фрагменты, вносящие наибольший вклад в тепловые потери здания;
теплоусвоение и теплоустойчивость наружных ограждающих конструкций геодезического дома в теплый период года;
сопротивление воздухопроницанию;
проверка на возможность конденсации влаги на внутренней поверхности наружной ограждающей конструкции (стены). Также выполнена проверка на возможность конденсации влаги в элементе наружного ограждения купольного дома.
В четвертой главе выполнено конструирование и гидравлический расчет системы отопления, также были подобраны отопительные приборы, включая теплый пол для двух вариантов системы вентиляции: механической приточно-вытяжной и естественной приточной с механической вытяжной.
В пятой главе выполнено конструирование системы вентиляции двух типов: механической приточно-вытяжной и естественной приточной с механической вытяжной.
В шестой главе выполнено 3D-моделирование внутреннего пространства геодезического дома. Получена 3D-модель здания для дальнейших расчетов.
В седьмой главе выполнено моделирование процессов тепломассопереноса в программе ANSYS Workbench 2021. По результатам расчетов были сделаны выводы.
По результатам расчетов и численного моделирования были сделаны следующие выводы:
Фактическое приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций удовлетворяет требуемому, то есть поэлементное требование тепловой защиты здания выполнено.
Расчетная удельная теплозащитная характеристика здания меньше требуемой, следовательно, комплексное требование тепловой защиты здания удовлетворено.
Ограждающие конструкции обеспечивают комфортные условия для проживания в доме и защищают от воздействия внешних колебаний температуры.
Многослойный элемент отвечает требованиям воздухопроницаемости.
Обеспечивается требуемый тепловлажностный режим ограждающих конструкций на их поверхности, и конденсации влаги происходить не будет.
В толще утеплителя ближе к наружной поверхности возможно выпадение конденсата, поэтому необходимо ориентироваться на естественную и искусственную просушку ограждений в теплый период за счет инфильтрации и вентиляции.
Система вентиляции с естественным притоком и механической вытяжкой требует систему отопления большей мощности, поскольку необходим дополнительный тепловой поток для нагрева холодного наружного воздуха, поступающего через приточный клапан.
По итогам расчетов можно сказать, что при естественной приточной вентиляции наблюдается повышение температуры внутреннего воздуха до +27℃ в холодный период года за счет избыточной мощности системы отопления. Такие условия являются неблагоприятными для проживания.
При механической приточно-вытяжной вентиляции температура внутреннего воздуха в холодный период года составляет +24℃. Эти условия можно считать оптимальными.
Распределение скоростей воздуха по внутреннему объему дома достаточно равномерное для системы с естественной приточной вентиляцией, обеспечиваются комфортные условия для проживания.
Распределение скоростей воздуха по внутреннему объему дома достаточно равномерное для системы с приточно-вытяжной механической вентиляцией, обеспечиваются комфортные условия для проживания.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
изучить виды, конструкции, особенности купольных домов;
определить тепловлажностные характеристики ограждающих конструкций геодезического дома;
спроектировать систему отопления, обеспечивающую комфортные условия для проживания;
спроектировать систему вентиляции, обеспечивающую равномерное распределение приточного воздуха по помещениям;
оценить работу системы отопления и вентиляции с помощью моделирования процессов тепломассопереноса в программе ANSYS Workbench 2021.
Магистерская диссертация включает пояснительную записку на 116 страницах, 74 рисунка, 10 таблиц, 15 наименований библиографического списка, презентацию из 21 слайда.
В первой главе рассмотрены виды и конструкции сферических зданий, способы строительства.
Во второй главе показаны преимущества и недостатки рассматриваемых сферических зданий.
В третьей главе приведен жилой геодезический дом, описаны размеры и состав ограждающих конструкций. Произведены расчеты тепловлажностных характеристик дома:
приведенное сопротивление теплопередаче, расчет которого выполнен поэлементно. Определены трансмиссионные теплопотери дома через ограждающие конструкции, включающие в себя теплопотери через наружные стены и пол;
удельная теплозащитная характеристика здания, с помощью которой установлены фрагменты, вносящие наибольший вклад в тепловые потери здания;
теплоусвоение и теплоустойчивость наружных ограждающих конструкций геодезического дома в теплый период года;
сопротивление воздухопроницанию;
проверка на возможность конденсации влаги на внутренней поверхности наружной ограждающей конструкции (стены). Также выполнена проверка на возможность конденсации влаги в элементе наружного ограждения купольного дома.
В четвертой главе выполнено конструирование и гидравлический расчет системы отопления, также были подобраны отопительные приборы, включая теплый пол для двух вариантов системы вентиляции: механической приточно-вытяжной и естественной приточной с механической вытяжной.
В пятой главе выполнено конструирование системы вентиляции двух типов: механической приточно-вытяжной и естественной приточной с механической вытяжной.
В шестой главе выполнено 3D-моделирование внутреннего пространства геодезического дома. Получена 3D-модель здания для дальнейших расчетов.
В седьмой главе выполнено моделирование процессов тепломассопереноса в программе ANSYS Workbench 2021. По результатам расчетов были сделаны выводы.
По результатам расчетов и численного моделирования были сделаны следующие выводы:
Фактическое приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций удовлетворяет требуемому, то есть поэлементное требование тепловой защиты здания выполнено.
Расчетная удельная теплозащитная характеристика здания меньше требуемой, следовательно, комплексное требование тепловой защиты здания удовлетворено.
Ограждающие конструкции обеспечивают комфортные условия для проживания в доме и защищают от воздействия внешних колебаний температуры.
Многослойный элемент отвечает требованиям воздухопроницаемости.
Обеспечивается требуемый тепловлажностный режим ограждающих конструкций на их поверхности, и конденсации влаги происходить не будет.
В толще утеплителя ближе к наружной поверхности возможно выпадение конденсата, поэтому необходимо ориентироваться на естественную и искусственную просушку ограждений в теплый период за счет инфильтрации и вентиляции.
Система вентиляции с естественным притоком и механической вытяжкой требует систему отопления большей мощности, поскольку необходим дополнительный тепловой поток для нагрева холодного наружного воздуха, поступающего через приточный клапан.
По итогам расчетов можно сказать, что при естественной приточной вентиляции наблюдается повышение температуры внутреннего воздуха до +27℃ в холодный период года за счет избыточной мощности системы отопления. Такие условия являются неблагоприятными для проживания.
При механической приточно-вытяжной вентиляции температура внутреннего воздуха в холодный период года составляет +24℃. Эти условия можно считать оптимальными.
Распределение скоростей воздуха по внутреннему объему дома достаточно равномерное для системы с естественной приточной вентиляцией, обеспечиваются комфортные условия для проживания.
Распределение скоростей воздуха по внутреннему объему дома достаточно равномерное для системы с приточно-вытяжной механической вентиляцией, обеспечиваются комфортные условия для проживания.