10716

отопительный период условия, а второй на наиболее невыгодные, с обеспеченностью 0,92.

Литература

1.СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. – М.: Госстрой России, 2003. – 30 с.

2.СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. – М.: ФАУ «ФЦС», 2012. – 95 с.

3.Постановление Госстроя России «Об утверждении Правил и норм технической эксплуатации жилищного фонда» от 27 сентября 2003 № 170

//Российская газета. 23.10.2003 г. № 214.

4.СП 54.13330.2011 Здания жилые многоквартирные. Актуализированная редакция СНиП 31-01-2003. – М.: Минрегион России,

2011. – 40 с.

Боровиков Р.А., Шаров Г.А.

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»

ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА В ТЕХНОЛОГИЯХ ВОДОПОДГОТОВКИ

В настоящий момент вопросами водоподготовки питьевой воды, отвечающей самым строгим санитарно-гигиеническим требованиям, уделяется большое внимание. Качество питьевой воды напрямую влияет на здоровье человека, поэтому актуален поиск новых инженерных решений в водоподготовке, новых конструкций аппаратов водоочистки. А также не мало важен экономический и экологический эффект. Одним из способов, который может интенсифицировать различные технологические приемы в подготовке воды является ультразвук.

Явление ультразвука (УЗ) представляет собой упругие звуковые колебания высокой частоты. Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 Гц. Применение УЗ основано на возникновении под его действием в жидкой среде кавитации.

Ультразвуковая кавитация - возникновение в жидкости, облучаемой ультразвуком, пульсирующих пузырьков, заполненных паром.

Перед вами общая схема движения воды на станции водоподготовки. В данной схеме мы будем рассматривать следующие инженерные сооружения, где возможно применение УЗ. А именно, контактную камеру озонирования и смеситель.

Мы хотим предложить способ предварительной подготовки питьевой воды озонированием с совмещением ультразвуковой обработкой.

230

Ультразвуковые волны в жидкой среде вызывают явления кавитации, способствующие (разложению) деградации молекул озона и образованию гидроксильных радикалов [2]. В присутствии ультразвука расход озона может, предполагаемо, сокращаться на 60-70%.

При этом, если стандартный восстановительный потенциал озона равен 2,07 В, то у гидроксильных радикалов этот показатель достигает 2,8 В. Обезвреживание питьевой воды с помощью озонирования практикуется уже более 100 лет. Метод, однако, является достаточно затратным, что препятствует его широкому распространению, поэтому предлагается данный процесс интенсифицировать УЗ установкой.

На данном слайде сверху представлена типовая контактная камера озонирования. Исходная вода подается через трубу в рекуперационное отделение, где расположена механическая мешалка и трубопровод непрореагировшего озона. Далее вода проходит в первую и вторую рабочую секцию, где происходит подача озоновоздушной смеси и её смешение с водой. Из второй рабочей секции вода отводится уже смешанная с озоном. Непрореагировавший озон скопившейся в верхней части контактной камеры забирается химически защищённой воздуходувкой и подается в рекуперационной отделение в зону работы механической мешалки. Это позволяет поднять процент использования озона до 97-98%. А ниже представлена, нами разработанная схема подачи остаточного озона в эжектор с последующим его перемешиванием. Кавитатор устанавливается в самом эжекторе.

Мы добиваемся сокращения расхода озона, а также увеличения окислительной способности исходной воды, благодаря процессу кавитации. При этом снижаем потребление электроэнергии, убрав механическую мешалку, и исключаем первую секцию камеры озонирования, что способствует уменьшению габаритных размеров в плане, а значит снижение стоимости при строительстве и эксплуатации сооружения.

Также мы предлагаем и другой способ обработки ультразвуком перед смесителями. Ультразвуковая обработка – это очень эффективное средство для (перемешивания жидкостей и газа) диспергирования твёрдых веществ и для эмульгирования жидкостей. Сокращение размера частицы/капли одновременно увеличивает общую площадь поверхности фазовой границы [3]. Поскольку поверхность фазовой границы увеличивается, увеличивается и скорость химической реакции.

Кавитация способствует молекулярному разложению реагента и увеличивает его реакционную способность.

Поскольку реакция будет проходить более полно, следовательно, мы можем сократить расход коагулянта. При этом предполагается, что качество воды на выходе будет лучше.

231

На данном слайде вы видите предполагаемое размещение кавитационной установки перед смесителем. Коагулянт по трубке небольшого диаметра, где на конце находится кавитатор, и далее попадает в трубу, где течет исходная вода. На этом слайде сделан разрез, кавитационного реактора.

И, конечно, мы посмотрели, какие устройства нам подошли бы для реализации опытов. Данный прибор, под названием Волна, и есть, в принципе, тот самый преобразователь УЗ волн.

Мультичастотное - ультразвуковое воздействие акустическими волнами (с частотой 18 - 50 кГц) на жидкость содержащую озон или коагулянт. Основной элемент излучателя – электроакустический преобразователь (пьезоэлектрический) осуществляет передачу акустической энергии в жидкую среду и создаёт заданную интенсивность акустического поля в зоне обработки.

Рассмотрев вышеперечисленные способы применения ультразвука, можно сделать заключение, что использование УЗ в водоподготовке может стать перспективным дополнением к уже существующим методам обработки воды. Предложенные методы не требуют больших капиталовложений и компетенций работников, а также способен принести значительный экономический и экологический эффект. Но на данный момент не существует единой технологии подготовки питьевой воды с применением ультразвуковой обработки, поэтому нужно дальше изучать и развивать эту технологию.

Литература

1. http://www.svarog-uv.ru/uvkavitatsiya.htm

2.http://diss.muctr.ru/media/dissertations/2015/12/ДИССЕРТАЦИЯ_Гай дукова_А.М..pdf.

3.http://www.ultrazvuc.ru/processe/processes_area_id/1/processes_id/8

4.Акопян В.Б., Богерук А.К., Браславец В.Р., Призенко В.К. Основы применения ультразвука в рыбном хозяйстве. М. ФГНУ «Росинформагротех», 2009, 92 с.

5.Акопян В.Б. Ершов Ю.А. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами. М. Изд-во РГТУ им. Баумана, 2006, 223 с.

232

Мосалёва А.С., Фролова Е.Н.

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПАССИВНЫХ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЖИЛЫХ ДОМОВ

Внастоящее время наша страна практически не представлена на мировом рынке энергетики, основанной на возобновляемых источниках. Существующая в настоящее время государственная энергетическая стратегия [1] направлена на поэтапное увеличение вклада России в развитие данного рынка. Приоритетными возобновляемыми источниками энергии для включения в топливно энергетический баланс страны являются геотермальная, солнечная, ветровая энергия и биоэнергия. Потребление энергии из возобновляемых источников позволит сбалансировать энергетический спрос и снизить экологическую нагрузку на окружающую среду.

Использование возобновляемых источников энергии требует не только применения специального генерирующего оборудования (тепловые насосы, солнечные коллекторы, фотоэлектрические модули, ветроэлектрогенераторы и др.), но и общего снижения энергопотребления

иповышения энергетической эффективности инженерных систем и теплового контура современных зданий, и сооружений.

Одним из наиболее распространенных примеров комплексного решения данной задачи в странах Западной Европы и Северной Америки является возведение пассивных индивидуальных жилых домов.

Термин «пассивный дом» в общем случае относится к зданиям, возведенным по строительному стандарту, который обеспечивает пониженное потребление тепловой энергии и предполагает либо отсутствие отдельной системы отопления в нем, либо наличие отопительной системы малой мощности. Частные требования к возведению пассивных домов варьируются в зависимости от законодательства, ценообразования, климатических условий, традиций проектирования и прочих специфических для каждой отдельной страны факторов. Несмотря на это, можно выделить перечень общих для всех пассивных домов рекомендаций, которых следует придерживаться независимо от вышеприведенных факторов [2].

Впервую очередь, необходимо максимально использовать теплоту солнечной радиации, для этого большая часть оконных проемов должна быть ориентирована на юг (не менее 80 %), запад и восток (не более 20 %). Северный фасад здания по возможности должен проектироваться без светопрозрачных ограждающих конструкций. К светопрозрачным

233

конструкциям одновременно предъявляются следующие требования: максимальные значения коэффициентов относительного проникновения солнечной радиации τ1 (не менее 0,5) и затенения световых проемов τ2; приведенное сопротивление теплопередаче заполнений оконных проемов должно быть не менее 1,25 м2·°C/Вт. Данным требованиям соответствуют современные шестикамерные оконные профильные системы в ПВХ переплете с монтажной шириной от 85 до 92 мм. Повышение сопротивления теплопередаче окон не только снижает потери теплоты через ограждения, но и повышает среднюю температуру внутренних поверхностей наружных ограждений, повышая комфортность микроклимата помещений.

Выбранные геометрические размеры здания должны обеспечивать минимальный коэффициент компактности Kкомп, м2/м3, равный

Aсум

K комп н , (1)

Vо

где Aнсум – сумма площадей по внутреннему обмеру всех наружных

ограждений здания, м2; Vо – отапливаемый объем здания, измеряемый по внутреннему обмеру наружных ограждающих конструкций, м3.

Предпочтение должно отдаваться зданиям простой формы, пристроенным друг к другу. Данные рекомендации совместно с использованием современных узлов сопряжения ограждающих конструкций позволяют достигать коэффициента теплотехнической однородности ограждающих конструкций r → 1. Коэффициент r является объективным теплотехническим показателем, характеризующим эффективность применяемой тепловой изоляции, определяемым по формуле:

эффективная теплоизоляция с теплопроводностью λ ≤ 0,04 Вт/(м·°C) толщиной δ, мм, не менее 250 мм. В климатических условиях Центральной России целесообразно доводить величину Rусл до 10 м2·°C/Вт.

Наиболее проблемными узлами сопряжения наружных ограждающих конструкций являются сопряжения балконных плит с наружной стеной, а также места примыкания оконных блоков к утеплителю наружных стен. Повышение теплотехнической однородности последнего достигается устройством нахлеста тепловой изоляции в 60 мм на оконную раму. Повышение теплотехнической однородности

234

сопряжения балконной плиты и стены осуществляется перфорированием плиты перекрытия либо термическим разделением теплового контура здания и балкона (применением приставных балконов с креплением их на металлические колонны).

Наружные ограждающие конструкции должны иметь пониженную воздухопроницаемость, обеспечивающую среднюю для здания кратность воздухообмена n, ч−1 не более 0,3…0,5 ч−1, при фактическом перепаде давления на них p = 50 Па.

Для отопления здания рекомендуется применять системы воздушного, плинтусного отопления либо системы «теплый пол», суммарная мощность которых не должна превышать 10 Вт на 1 м2 отапливаемой площади пола. Годовой удельный расход тепловой энергии на отопление 1 м2 площади пола здания не должен превышать 15 кВт·ч/(м2·год). Применение данных систем отопления возможно только при достижении высокой теплотехнической однородности ограждающих конструкций.

Система отопления должна предусматривать средства автоматического регулирования отпуска теплоты отопительными приборами, обеспечивающие максимальное использование бытовых и биологических тепловыделений, удельная величина которых на 1 м2 площади жилых помещений может достигать величины 10…17 Вт/м2.

Суммарное потребление первичной энергии на обеспечение всех бытовых нужд, в том числе отопление, вентиляция, горячее водоснабжение, электроснабжение и др., приведенное к 1 м2 площади пола должно быть меньше 120 кВт·ч/(м2·год).

В качестве генератора тепловой энергии на нужды отопления и горячего водоснабжения наиболее широко используют тепловые насосы, которые обеспечивают передачу теплоты от низкотемпературного источника теплоты (грунт, грунтовые воды) к потребителю тепловой энергии с более высокой температурой (воздуху помещения). Максимальная температура теплоносителя в системах отопления и горячего водоснабжения, обеспечиваемая тепловым насосом может достигать 70 °C. При экономическом обосновании тепловые насосы могут применяться совместно с водяными солнечными коллекторами.

Вентиляция в пассивном доме является одним из основных принципов комфорта и энергосбережения. Свежий воздух должен поступать в здание, в соответствии со стандартом пассивного дома, в объеме не менее 30 м3/ч на одного человека. Это позволяет поддерживать оптимальный уровень комфорта и влажности в доме. Для обеспечения этих требований в пассивных домах применяется эффективная принудительная система приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией.

Современные рекуператоры приточно-вытяжных вентиляционных установок с высоким значением возврата тепла имеют стенки из

235

мембраны, возвращающей также скрытую теплоту пропускаемых ею водяных паров теплого воздуха. Мембрана пропускает через себя только молекулы воды, оставляя загрязнители в вытяжном воздухе. Коэффициент эффективности рекуперации теплоты удаляемого вытяжного воздуха kэф данных установок может достигать 0,75…0,9.

Производителями рекомендуется применение данных теплообменников при температуре наружного воздуха tн не ниже ‒25 °C. В регионах, с более низкими расчетными температурами наружного воздуха, характерными для большинства регионов нашей страны предполагается использование двойных и тройных перекрестноточных теплообменников, без мембраны, конструкция которых позволяет исключить выпадение и замерзание в них конденсата при температуре удаляемого воздуха равной 20 °C и нагреваемого наружного воздуха до ‒35 °C. Для предварительного нагрева наружного воздуха также могут применяться грунтовые теплообменники.

Пониженное потребление электрической энергии пассивными домами обеспечивается за счет использования современных энергосберегающих ламп систем освещения и бытовой техники, а также оборудованием их средствами автоматизации, обеспечивающими наиболее экономный цикл их работы (например, работа стиральной машины в ночное время при двухтарифной оплате электрической энергии).

Возведение индивидуальных жилых домов, соответствующих стандартам пассивного дома является первым шагом к конструированию зданий с нулевым выбросом СО2 и генерирующих дополнительную энергию. Инженерные системы дома с нулевым выбросом СО2 полностью обеспечивают себя энергией из возобновляемых источников [3].

В последние годы наметились тенденции по приведению стандартов возведения пассивных домов к требованиям «зеленого» строительства, обеспечивающим устойчивость среды обитания. Устойчивость среды обитания состоит в максимальном удовлетворении потребностей человека в здании, как среде его жизнедеятельности, оказывающей минимальное воздействие на экологию и потребление невозобновляемых ресурсов на протяжении всего цикла жизни объекта [4].

Литература

1.Распоряжение правительства Российской Федерации «Энергетическая стратегия России на период до 2030 года» от 13.11.2009

№1715-р [Электронный ресурс] // Министерство энергетики Российской Федерации // URL: https://minenergo.gov.ru (дата обращения: 21.09.2017). Режим доступа: https://minenergo.gov.ru (дата обращения: 21.09.2017).

2.Файст, В. Основные положения по проектированию пассивных домов. – М.: Издательство ассоциации строительных вузов, 2008. – 144 с.

236

3.Бокалдерс, В. Экологические аспекты строительных технологий. Проблемы и решения. – М.: АСВ, 2014. – 480 с.

4.СТО НОССТРОЙ 2.35.4-2011. Зеленое строительство. Здания жилые и общественные. Рейтинговая система оценки устойчивости среды обитания. – М.: Национальное объединение строителей, 2011. – 52 с.

Исаев А.В., Окомелков А.К., Кормич А.А.

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурностроительный университет»

ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ИХ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Теплоизоляционные материалы – важная группа строительных материалов, позволяющая значительно уменьшать потери тепла или холода в помещениях, аппаратах и т.п. При низкой плотности, а, следовательно, при достаточно низких затратах на сырьё, теплоизоляционные материалы весьма дороги, что повышает актуальность их рационального применения.

Теплоизоляция строительных конструкций осуществляется в соответствии с результатами расчётов, выполняющихся в соответствии с [1] и [2], в которых используются коэффициенты теплопроводности материалов, определяемые стандартизованными методами [4]. Очевидно, что коэффициент теплопроводности материала зависит от степени его уплотнения (степени сжатия). ГОСТ 7076-99 [4] предусматривает испытание как при фиксированном давлении (0,5 – 2,5) кПа, так и без него. Однако, ни в ГОСТ 31309-2005 [5], ни в ГОСТ 4640-2011 [3], а также в нормативных документах на прочие мягкие теплоизоляционные материалы требуемая при испытании степень сжатия не указывается.

Существуют различные модели приборов для определения теплопроводности материалов, работающих по методу стационарного теплового потока. У некоторых из них степень сжатия может варьироваться в широких пределах, у некоторых степень сжатия предопределяется усилием, с которым верхняя плита прижимается к образцу. Данное усилие является индивидуальной технической характеристикой конкретного прибора и не имеет прямой связи с какимлибо действующим стандартом (при этом данный параметр часто в технической характеристике прибора не указывается).

Таким образом, проводя определение коэффициента теплопроводности материала в различных лабораториях, можно получить существенно различающиеся результаты. Насколько существенны эти

237

различия? Как влияет степень сжатия (Сж) на теплопроводность материала (λ)? Для ответа на эти вопросы на кафедре строительных материалов и технологий ННГАСУ была проведена соответствующая работа.

Для исследования были выбраны волокнистые теплоизоляционные материалы, обладающие различной сжимаемостью (табл. 1).

Во всех случаях испытание проводилось на образцах с начальной толщиной (в неуплотнённом состоянии) 25 мм. Теплопроводность определялась на двух приборах – ИТС-1 НПП «Интерприбор» и ИТП-МГ4 «100» ООО «СКБ Стройприбор».

Максимальная степень сжатия лимитировалась возможностями приборов. Для повышения точности результатов каждое испытание повторялось не менее трёх раз.

Результаты испытаний приведены на рисунках 1 – 5.

238

Характер зависимости уменьшения теплопроводности Δλ от степени сжатия Сж для всех исследованных материалов близок к линейной. Для всех графиков методом наименьших квадратов определены линейные

По результатам видно, что существует связь между пористостью материала и коэффициентом пропорциональности k, связывающим Δλ с Сж в формулах 1 – 5: чем больше пористость, тем в большей степени уменьшается теплопроводность материала при сжатии (см. табл. 2).

239