10653

ПТО РААСН

_________________________________________________________________________________

Высота единицы переноса определяется по формуле:

где Sc – площадь сечения слоя адсорбента, м2; βу – объемный коэффициент массоотдачи водяных паров в воздухе, с–1 [2].

где D – коэффициент диффузии водяных паров в воздухе, м2/с [1]; dэ – эквивалентный диаметр зерна силикагеля, м;

Nu – диффузионный критерий Нуссельта, определяется в зависимости от численного значения критерия Рейнольдса – Re:

где μ – динамический коэффициент вязкости воздуха, Па.с, εн – порозность неподвижного слоя адсорбента (εн = 0,3 [2]).

Таким образом, определены основные конструктивные размеры адсорбера для осушения воздуха (диаметр аппарата, высота слоя сорбента).

Вывод.

Проведенные научно-теоретические и экспериментальные исследования показали, что применение модифицированной I-d-диаграммы влажного воздуха, на рабочую область которой нанесено семейство изолиний равновесных влагосодержаний чужеродного вещества (силикагеля), позволяет научно обосновать методологию проектирования контактных аппаратов для осушения воздуха на основе твердых сорбентов и расширить область применения I-d-диаграммы влажного воздуха.

Библиография

1.Аверкин А.Г., Еремкин А.И. Совершенствование устройств тепловлажностной обработки воздуха и методов расчета климатехники. Монография. – Москва-Вологда: Инфра-Инженерия, 2019. – 168 с.

2.Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: «Химия», 1971. – 784 с.

3.Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. – М.: «Химия», 1964. – 592 с.

_________________________________________________________________________________

200 Вестник ПТО РААСН, выпуск 23

ПТО РААСН

_________________________________________________________________________________

К ОЦЕНКЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ ЧЕРНОВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА (САМАРСКАЯ ОБЛАСТЬ)

В. А. ШАБАНОВ, А. В. ШАБАНОВА ___________________________________________

На территории Самарской области для целей народного хозяйства были созданы 1574 искусственных водоема, включая водохранилища. Аккумулированные запасы воды используются для орошения, в рыбном хозяйстве и как рекреационный ресурс. В областной целевой программе «Развитие водохозяйственного комплекса Самарской области в 2013 – 2020 годах» отмечается, что качество воды поверхностных водных объектов в Самарской области не отвечает санитарным требованиям по химическому потреблению кислорода (ХПК), а также по содержанию фенолов, взвешенных веществ, соединениям цинка, марганца, меди, железа. Поэтому оценка качества воды и тенденции его изменения для водохранилищ Самарской области является актуальной задачей.

Черновское водохранилище расположено на р. Черновка (рис.), расположено на территории Волжского района Самарской области. Река Черновка является левым притоков р. Самара. Река Самара впадает в р. Волга (Саратовское водохранилище).

Рис. 1. Черновское водохранилище

Черновское водохранилище образовано гидроузлом руслового типа, состоящим из земляной насыпной плотины и бетонного водосбросного сооружения. Верховой откос плотины закреплен монолитными и сборными железобетонными плитами. Низовой откос закреплен посевом из многолетних трав по растительному грунту. Тип водосбросного сооружения – паводковый водосброс.

_________________________________________________________________________________

ПТО РААСН

_________________________________________________________________________________

Основное назначение водохранилища – орошение сельскохозяйственных земель 1631 га первой Черновской оросительной системы. Сооружения Черновского гидроузла Волжского района Самарской области находятся в оперативном управлении Федерального Государственного Учреждения «Управление мелиорации земель и сельскохозяйственного водоснабжения по Самарской области». Сокращенное название – ФГБУ «Управление «Самарамелиоводхоз».

Несмотря на очевидную ценность водохранилищ, и Черновского в том числе, для народного хозяйства области, их экологические характеристики (табл.), а также качество воды, практически не изучены.

Как следует из имеющихся в литературе данных (табл.), Черновское водохранилище выделяется степенью зарастания (32%), а также минимальным расстоянием от Самары, что позволяет предположить максимальную величину антропогенной нагрузки на этот водоем. В связи с этим Черновское водохранилище становится благодатным объектом исследования широкого круга вопросов, связанных с внутриводоемными процессами в объектах, расположенных на урбанизированных и хозяйственнопреобразованных территориях. Тем большее недоумение вызывает тот факт, что данные о состоянии экосистемы Черновского водохранилища и качестве воды не доступны в той мере, как о Ветлянском [2]. В литературе появлялись лишь отдельные работы о гидрохимических особенностях Черновского водохранилища [4], не позволяющие сделать выводы о сезонной динамике показателей.

_________________________________________________________________________________

202 Вестник ПТО РААСН, выпуск 23

ПТО РААСН

_________________________________________________________________________________

Нами были выполнены измерения с целью оценки качества воды Черновского водохранилища. Пробы воды отбирались на приплотинном согласно требованиям [4], далее содержание основных ионов и загрязняющих веществ выполнялось по общепринятым методикам. Результаты по сезонной динамике содержания некоторых загрязняющих веществ были опубликованы ранее [5], однако содержание основных гидрохимических ионов – кальция, магния, гидрокарбонатов и интегральной характеристики (жесткости) – ранее не анализировалось. Их концентрации слабо зависят от антропогенного влияния, а в основном определяются почвенно-климатическими условиями местности.

Для анализа сезонной динамики рассматриваемых показателей использовались методы многомерной математической статистики (multivariate statistics) и в частности метод главных компонент (principal component analysis). Этот метод помогает снизить размерность опытных данных.

Будем рассматривать измерения названных гидрохимических показателей как координаты некоторой точки в 4х мерном пространстве. А сами измерения как выборки из 4х мерного пространства в различных шкалах.

Для совместного анализа данных их нужно центрировать и нормировать. В качестве меры изменчивости выборок был принят выборочный размах.

Динамика изменения нормированных показателей представлена ниже. Обозначения выборок: ряд 1 –интегральная жёсткость; ряд 2 – ионы кальция;

ряд 3 – ионы магния; ряд 4 – гидрокарбонаты.

Внизу графика представлена таблица концентраций.

На графике (Рисунок 1) видна периодичность изменения результатов измерений. Заметна также корреляция выборок.

Наличие корреляции дает основания думать о снижении размерности представления данных.

Рис. 2.

_________________________________________________________________________________

ПТО РААСН

_________________________________________________________________________________

В методе главных компонент наблюденные данные последовательно проектируются на 4 ортогональных оси и оцениваются изменчивость для каждой новой оси. Распределение изменчивости пропорциональна собственным числам ковариационной матрицы данных наблюдении. Сумма собственных чисел равна численному значению изменчивости матрицы наблюдений.

Ниже представлен вектор собственных значений и вектор долей общей изменчивости, объясняемые главными компонентами.

Первая компонента объясняет более 2/3 (0.68) общей изменчивости, вторая – 0.22. И всего три компоненты

Выводы:

1.Удалось доказать, что применение метода главных компонент позволила снизить размерность исследуемой группы поллютантов с 4 до 3, без потери информации.

2.С надежностью 0.90 эту группу можно заменить двумя компонентами.

3.Построение математической модели главных компонент требует специального исследования.

Библиография

1.Соловьева В.В. Эколого-экономические проблемы создания и использования искусственных водоемов Среднего Поволжья // Известия Самар. науч. центра РАН. Самара, 2008. Т. 10. № 2. С. 590602.

2.Государственный доклад о состоянии окружающей среды и природных ресурсов Самарской области за 2010 год. Самара, 2011. Вып. 21. 336 с.

3.Соловьева Вера Валентиновна Результаты гидроботанического мониторинга Черновского водохранилища за период с 1974 по 2015 годы // СНВ. 2017. №1 (18).

URL: https://cyberleninka.ru/article/n/rezultaty-gidrobotanicheskogo-monitoringa- chernovskogo-vodohranilischa-za-period-s-1974-po-2015-gody (дата обращения: 20.08.2020).

4.ГОСТ 31861-2012. Вода. Общие требования к отбору проб

5.Шабанов В.А., Шабанова А.В. К изучению сезонной динамике гидрохимических показателей воды Черновского водохранилища (Самарская область) // Великие реки'2014. Труды конгресса 16-го Международного научно-промышленного форума: в 3-х томах. Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. 2014. С. 146-149.

_________________________________________________________________________________

204 Вестник ПТО РААСН, выпуск 23

ПТО РААСН

_________________________________________________________________________________

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛАССОВ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ВНОВЬ СТРОЯЩИХСЯ И РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ МНОГОКВАРТИРНЫХ ЖИЛЫХ ДОМОВ

В.И. БОДРОВ, М.В. БОДРОВ, В.Ю. КУЗИН _____________________________________

Объективной оценке энергетической эффективности активных и пассивных систем обеспечения микроклимата многоквартирных жилых домов посвящено множество современных исследований [1…3].

Базовым показателем, характеризующим энергетическую эффективность систем отопления, вентиляции и теплового контура многоквартирных жилых домов, является их удельная характеристика потребления тепловой энергии qот, сравнение которой с нормативной величиной позволяет определять класс энергосбережения здания − A, B, С, D или E.

Взначительной мере на класс энергосбережения жилых домов влияют расчётная температура внутреннего воздуха и нормы воздухообмена, которые определяются в первую очередь нормативной документации, действовавшей на момент их строительства.

Начиная с 50-х годов ХХ века происходит непрерывная эволюция требований нормативной литературы, касающейся расчётных параметров внутреннего воздуха и воздухообменов в помещениях жилых домов. В табл. 1 приведена динамика изменения температур воздуха в помещениях жилых зданий. Средняя температура внутреннего воздуха в зданиях за последние 60 лет увеличилась на 2…3 °С [4].

Периодически изменялись требования к расчётному воздухообмену в жилых помещениях, кухнях, ванных, уборных и совмещенных санузлах как в сторону их уве-

личения, так и уменьшения. Например, в санузлах и кухнях изначально было достаточно кратности воздухообмена в 1 ч-1, затем требования выросли соответственно до 25 и 100 м3/ч (табл. 2) [5].

Требования к уровню тепловой защиты наружных ограждающих конструкций также значительно выросли, их нормируемое сопротивление теплопередаче увеличилось в 2…4 раза по сравнению со значениями, приведенными в первых редакциях нормативных документов.

Авторами были рассчитаны значения qот для пятиэтажного, двухподъездного многоквартирного жилого дома, с высотой этажа 2,7 м, имеющего объёмнопланировочные решения, приведенные в типовой серии I-464, системы отопления, вентиляции и тепловой контур которых соответствовали требованиям нормативной документации в характерные годы её изменения.

Вквартирах предусмотрены совмещенные санузлы и кухни с четырехконфорочными газовыми плитами. Здание располагается в климатических условиях г. Нижнего Новгорода и имеет широтную ориентацию.

_________________________________________________________________________________

ПТО РААСН

_________________________________________________________________________________

Т а б л и ц а 1

Расчётные температуры внутреннего воздуха в помещениях, °С

Примечание. 1 – значения, приведенные в скобках, предназначены для регионов с температурой наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 меньше –31 °С; 2 – в угловых помещениях на 2 °C выше – 20 (22) °C

Т а б л и ц а 2

Нормы воздухообмена в помещениях

Примечание. Наличие нескольких норм воздухообмена обусловлено их отличием для помещений с различным технологическим оборудованием и заселенностью

_________________________________________________________________________________

206 Вестник ПТО РААСН, выпуск 23

ПТО РААСН

_________________________________________________________________________________

Удельная характеристика потребления тепловой энергии на нужны систем отопления и вентиляции жилого дома qот, Вт/(м3·°С) определялась по общепринятой зависимости [6]:

где kоб, kвент, kбыт, kрад – удельные характеристики здания, соответственно, теплозащитная, вентиляционная, внутренних теплопоступлений и теплопоступлений от солнечной радиации, Вт/(м3·°С); Kрег – коэффициент эффективности регулирования подачи теплоты в системах отопления, при отсутствии автоматизации – Kрег = 0,6, в современных зданиях – Kрег = 0,9…0,95; nв – средняя кратность воздухообмена здания, ч-1.

Удельная теплозащитная характеристика kоб, Вт/(м3·°С) равна:

где Vот – отапливаемый объём, м3; Ai – площадь i-го типа наружного ограждения, м2; Rо.i

– приведенное сопротивление теплопередаче ограждения i-го типа, м2·°С/Вт; nt.i – коэффициент, учитывающий отличие температур наружного и внутреннего воздуха от расчётных значений.

Удельная вентиляционная характеристика kвент, Вт/(м3·°С) равна:

– средняя плотность наружного воздуха за отопительный период, кг/м3; c – удельная теплоёмкость воздуха, кДж/кг·°С; kэф – коэффициент эффективности рекуператора, в зданиях с естественной вентиляцией – kэф = 0.

Удельная характеристика внутренних поступлений теплоты kбыт, Вт/(м3·°С) вычислялась по зависимости:

где qбыт – величина бытовых и биологических тепловыделений в жилых поме-

щениях и кухнях, Вт/м2, qбыт = 10…17 Вт/(м2·°С); tот – средняя температура за отопительный период, °C.

Удельная характеристика теплопоступлений в здании от солнечной радиации kрад, Вт/(м3·°С) равна:

где Qрад – теплопоступления через окна от солнечной радиации в течение отопительного периода, МДж/год, определяется по методике СП [7]; zот – продолжительность отопительного периода.

Результаты расчёта приведены на рис. 1 и 2, где нормируемое значение характеристики qот для рассматриваемого пятиэтажного жилого дома составляет qот = 0,359

Вт/(м3·°С) [7].

_________________________________________________________________________________

ПТО РААСН

_________________________________________________________________________________

Рис. 1. Минимальные значения qот здания в характерные годы и нормируемое значение, при кратности воздухообмена из расчёта 3 м3/ч·м2 жилой площади

Рис. 2. Минимальные значения qот здания в характерные годы и нормируемое значение, при кратности воздухообмена в соответствии с нормами на момент строительства

_________________________________________________________________________________

208 Вестник ПТО РААСН, выпуск 23

ПТО РААСН

_________________________________________________________________________________

В разные периоды времени расчётная температура внутреннего воздуха отличалась, что потребовало учёта коэффициента nt при определении kоб зданий, построенных в более ранние годы и имеющих меньшие расчётные температуры внутреннего воздуха (табл. 1), по формуле:

где tн.р, tв.р – расчётные температуры наружного и внутреннего воздуха, °С.

Результаты расчёта qот, представленные на рис. 1, получены при норме воздухообмена, принятой в соответствии с указаниями СП [5], равной 3 м3/ч на 1 м2 площади жилых помещений и кухонь. Соглашаясь с данным упрощением, которое отражает факт несоблюдения требований нормативной документации к расчётному воздухообмену, можно сделать вывод о значительном снижении потребления тепловой энергии современными зданиями в сравнении с домами, возведенными в период с 1955 по 2003 гг.

Для рассматриваемого здания, возведенного по строительным стандартам 2019 г., величина qот снизилась почти на 36 % по сравнению с аналогичным домом, возведенным в 1955г. Однако полученное значение qот меньше нормируемой СП [7] величины только по причине выбора в качестве расчётной величины воздухообмена 3 м3/ч на 1 м2 жилой площади.

Результаты расчёта qот, приведенные на рис. 2, получены уже с учётом требований к расчётному воздухообмену, изложенных в нормативной документации, действовавшей в рассматриваемые моменты времени.

В данном случае значения qот для вновь строящихся зданий практически не отличаются от возведенных в 1955 г, по следующим причинам.

1.Расчётные температуры внутреннего воздуха в типовых проектах на момент строительства были на 2…4 °C ниже, чем в новых зданиях. Среднее значение коэффи-

циента nt для наружных ограждений зданий, возведенных в 1955 г., по отношению к современным составляет nt = 0,8.

2.Значительно повысились требования к воздухообмену в помещениях кухонь и санузлов. Ранее было достаточно однократного воздухообмена для поддержания ком-

фортного качества воздуха в них. В современных зданиях требуется подавать не менее 100 м3/ч в кухню с газоиспользующим оборудованием и не менее 25 м3/ч в туалет или ванную.

Полученные значения qот более чем в два раза превышают действующие требования тепловой защиты здания. Таким образом, при соблюдении требований к расчётному воздухообмену в помещениях многоквартирных жилых домов, действовавших на момент их возведения, невозможно добиться существующих требований к классу энергосбережения зданий.

Большинство существующих жилых домов могут рассматриваться только как здания с низким классом энергосбережения, класса Е.

Достижение классов C и D в новых и реконструируемых зданий возможно толь-

ко при более низких, нерасчётных воздухообменах в них. Снижение воздухообменов при реальных условиях эксплуатации зданий проводится в первую очередь самими жильцами путём блокирования организованных приточных и вытяжных отверстий, а также неплотностей окон и балконных дверей.

Полученные за счёт снижения расчётного воздухообмена (рис. 1) классы энергосбережения здания могут рассматриваться как фактически достигнутые за счёт несоблюдения требований санитарной гигиены.

_________________________________________________________________________________