10912

ванным на теоретических и экспериментальных данных. Наиболее полные и достоверные результаты эффективности работы мультициклонов дают экспериментальные исследования, которые в настоящее время проводятся главным образом на натурных (физических) моделях. Эти дорогостоящие опыты могут дать исчерпывающую информацию о процессах, происходя- щих в аппарате, но они относятся лишь к конкретному исследуемому ти- поразмеру, а аппараты других конструкций приходится исследовать вновь в полном объеме.Значительно более общие результаты и рекомендации можно получить, используя математические модели гидродинамических процессов в мультициклоне.

Поскольку работа направлена на повышение эффективности очистки дисперсного потока с классом взвешенных частиц PM10, PM2.5, то есть с размерами менее 10 мкм, при выборе расположения циклонных элементов необходимо учитывать траектории движения частиц в потоке. Ранее мето- дами вычислительной гидродинамики (Computational Fluid Dynamics – CFD) с использованием модели турбулентности RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes equation) построена 2-d модель первого ряда серийного ба- тарейного циклона ЦБ-16, размерами 1325х445 мм, состоящего из 4 ци- линдрических элементов диаметром 245 мм, с полуулиточным подводом газа, с количеством ячеек 54198. Поток воздуха вместе с частицами пыли размерами от 5 до 45 мкм поступает со скоростью 5 м/с, затем обтекает препятствия. Часть общего массового расхода частиц вместе с воздухом выходит из канала, а часть удерживается на препятствиях. Исследование проводится при стандартных условиях: Т=20°С, P=101325 Па; плотность и динамическая вязкость потока приняты постоянными: ρ = 1,205 кг/м3, η = 18,1•10-6 Па•с. Рассмотрены 2 модели батарейного циклона, отличающие- ся расположением циклонных элементов: в первой модели циклонные элементы расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, а во вто- рой – средние циклонные элементы максимально приближены к крайним

[1].

Неструктурированная конечно-элементная сетка на базе треугольных элементов создана при помощи внутренних инструментов препроцессора Gambit. Здесь она использована вследствие того преимущества, что с ее помощью лучше отображается геометрия области, хотя для трехмерных численных исследований каналов с препятствиями была бы предпочти- тельней структурированная сетка, так как она требует меньшего вычисли- тельного ресурса [3]. Структурированные сетки для изучения двухфазной системы solid-gas предлагались, например, для модели простейшей кон- фигурации – отдельного сферического домена, центр которого совпадает с центром сферической частицы [5].

Перед началом решения задачи были установлены следующие гра- ничные условия: Velocity Inlet – равномерное распределение скорости на входе в канал (5 м/с); Рressure-Outlet – атмосферное давление на выходе из

250

канала; Wall – граничное условие стенки. Постановка граничных условий имела следующую особенность. Непроницаемые поверхности циклонных элементов выполняли функцию улавливания частиц, а стенки корпуса – функцию их отражения. Поэтому для настройки граничных условий дис- кретной фазовой модели, как для препятствий, так и для стенок канала, со- здано граничное условие «Wall».

Задача нахождения наилучшего расположения входов элементов в аппарате решается далее методом численного моделирования на основе методов вычислительной гидродинамики в процессоре Fluent [2].

В численных расчетах данной конструкции принята статистическая двухпараметрическая модель турбулентности k-ɛ, основное достоинство которой заключается в доступности вычислительного ресурса для задач, приближенных к реальным условиям. Скорость входа запыленного потока газа в первый ряд батарейного циклона принята равной 5 м/с [4]. С целью оптимизации расположения элементов в корпусе мультициклона и оценки эффективности пылеуловителя проведен численный эксперимент с инъек- цией частиц в поток газа. На рисунках 1 - 4 в качестве примера представ- лены расчетные скорости и статическое давление для двух моделей в гори- зонтальном сечении батарейного циклона. Расчеты по первой модели по- казали, что максимумы давления приходятся на лобовые части элементов. Это позволяет оптимизировать расположение полуулиточных входов цик- лонных элементов, что и было сделано во второй модели.

Рисунок 1 - Эпюры скорости в первой модели батарейного циклона

251

Рисунок 2 - Распределение статического давления в первой модели батарейного циклона

Рисунок 3 - Эпюры скорости во второй модели батарейного циклона

252

Рисунок 4 - Распределение статического давления во второй модели батарейного циклона

Как видно из рисунков 1 - 4, что для поступающего дисперсного по- тока газа элементы батарейного циклона в целом представляются масси- вом препятствий. На основании проведенного расчета с учетом траекторий движения твердых частиц различных размеров выбраны оптимальные ва- рианты расстановки фильтрующих циклонных элементов. Результаты чис- ленных исследований показывают, что у второй модели в рабочем про- странстве между элементами выше как значения скорости, так и значения давления, хотя расходные характеристики на входе в корпус одинаковы у обеих моделей. Это объясняется прохождением потока во второй модели только в промежутках между циклонными элементами. В первой модели значительная часть потока проходит в зоне у стен корпуса батарейного циклона, создающей меньшее сопротивление, чем области между элемен- тами. Расчеты наглядно показывают, что эти зоны представляют местные сопротивления типа одностороннего внезапного сужения и внезапного расширения. Созданная численная модель мультициклона позволила оце- нить влияние различных факторов на эффективность улавливания пыли в циклонах, а также создать методику оценки эффективности пылеуловите- ля.

Полученные результаты исследований представляют возможность оптимизировать расположение входов полуулиточных патрубков циклон- ных элементов в батарейном циклоне по первой и второй моделям. Они позволяют также более точно учесть гидравлическое сопротивление аппа- рата при определении наиболее эффективного расположения циклонных элементов.

253

Таким образом, проведенные опытные исследования показали целе- сообразность конструктивного дополнения возвратно-поточных циклонов фильтрующей вставкой в зоне, где происходит инерционное осаждение пыли.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Беляева Г.И., Замалиева А.Т. Исследование возвратно-поточного элемента мультициклона для очистки газа на газораспределительных стан- циях. / Г.И. Беляева, А.Т. Замалиева // Газовая промышленность – 2017.

№6 – С. 107–111.

2.Замалиева А.Т., Беляева Г.И. Изменение аэродинамических свойств и эффективности в циклонных аппаратах посредством численных

инатурных исследований. / А.Т. Замалиева, Г.И. Беляева // Вестник Казан- ского технологического университета – 2015. – т. 18, №4 – С. 134-139.

3.Bagchi, P., Balachandar, S. Steady planar straining flow past a rigid sphere at moderate Reynolds number J. Fluid Mech. 2002. – P. 365–407

4.Belyaeva, G.I., Zamalieva, A.T. , Ziganshin, M.G. Numerical and experimental studies of gas cleaning in multi-cyclone elements with filter inserts. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering – E., 2019. – P. 418.

5.Prosperetti, A., Tryggvason, G. Computational methods for multiphase flow (Cambridge, New York, Melbourne, Madrid, Cape Town, Singapore, São Paulo, Cambridge University Press) 2009. – P. 484 [available at: www.cambridge.org/9780521847643].

БОДРОВ М.В, д-р техн. наук, профессор кафедры отопления и вентиляции, КУЗНЕЦОВ Д.Е., студент, СЕДНЕВ Д.Е., студент, ТЕЛЕШЕВ С.В., магистрант

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия, tes84@inbox.ru

ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ БЫТОВЫХ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРОВ В МНОГОКВАРТИРНЫХ ЖИЛЫХ ДОМАХ

Системы децентрализованного отопления и горячего водоснабжения многоквартирных жилых домов (МЖД) нашли широкое применение в нашей стране с середины XX века. Основными предпосылками установки бытовых теплогенераторов с открытыми камерами сгорания (так называе- мых «газовых колонок» и котлов типа «АОГВ») на тот момент времени яв- лялась экономическая целесообразность ввиду следующих неоспоримых факторов: снижения капитальной стоимости строительства городских теп-

254

ловых сетей и котельных; высоких темпов газификации СССР; сокращения сроков строительства панельных домов за счет отсутствия работ по про- кладке внутридомовых сетей горячего водоснабжения (ГВС); низкой экс- плуатационной стоимости затрат; строительство большого количества ве- домственного жилья методом «народной стройки».

Как показывает экспертная практика специалистов кафедры отопле- ния и вентиляции ННГАСУ (г. Н. Новгород: ул. Народная, пр. Героев, ул. Бекетова; Кстовский район Нижегородской области, пос. Ждановский, ул. Школьная и др.), в настоящее время основными причинами причинения вреда здоровью или смерти проживающих жильцов квартир МЖД более чем в 95 % трагических несчастных случаев связаны с нарушением правил эксплуатации газовых колонок вследствие конструктивного изменения ти- па оконных заполнений (несанкционированная установка окон с понижен- ными воздухопроницаемыми свойствами).

Известно, что для осуществления процесса горения природного газа в открытой камере сгорания бытового теплоагрегата необходимое количе- ство кислорода попадает в помещение установки газовой колонки или кот- ла АОГВ (как правило, кухни) с наружным воздухом через форточку в све- топрозрачной конструкции (окне). Удаление продуктов сгорания природ- ного газа осуществляется через дымоход, расположенный во внутренней стене квартиры и конструктивно выполненный из красного глиняного кир- пича сечением 140х140 мм или 140х270 мм в зависимости от расчетной тепловой мощности теплоагрегата [1]. Продукты неполного сгорания при- родного газа, в т.ч. окись углерода (СО), смертельная концентрация кото- рой в объеме воздуха составляет около 0,5 %, удаляются через обособлен- ный вентиляционный канал, также расположенный непосредственно в об- служиваемом помещении кухни. Требования к воздухообмену данных по- мещений квартиры представлены в различных нормативных документах, например [2…6]. Однако, при эксплуатации систем децентрализованного горячего водоснабжения, имеется ряд практически неустранимых при капи- тальном ремонте проблем, сводящих на нет все их основные преимущества.

1. Отсутствие законодательного требования по обязанию жильцов проводить эксплуатацию газовых колонок исключительно при открытых окнах и/или фрамугах окон приводит в холодный период к массовым отравлениям людей продуктами неполного сгорания природного газа. Предлагаемые с недавнего времени мероприятия по обеспечению притока воздуха в жилые помещения в виде установки приточных стеновых при- точных клапанов не являются совершенными с теплофизической и аэроди- намической точек зрения. Опыт эксплуатации показывает, что более 70 % собственников жилых помещений отказываются от применения стеновых клапанов из-за нерешенной в настоящее время проблемы конденсации во- дяных паров в их конструкции и образования протечек капельной влаги в помещение квартиры.

255

2.В процессе эксплуатации жилых помещений, собственниками проводится замена устаревших и отработавших свой ресурс деревянных окон на современные стеклопакеты в ПВХ-переплетах, обладающих по- ниженной воздухопроницаемостью в соответствии с ГОСТ [7]. В кон- струкции данных окон, как правило, проведена замена форточек с регули- руемой степенью открытия на механизмы откидных фрамуг, что приводит

кневозможности их эксплуатации в холодный период года. При полно- стью закрытых окнах происходит снижение тяги дымового канала (основ- ной величиной влияющее на ее значение является температура поступаю-

щего наружного воздуха tн, °С), а кислород на горение начинает поступать через вытяжной канал, предназначенный для удаления продуктов неполно- го сгорания, т.е. возникает негативный эффект «обратной тяги». При до- стижении смертельно опасной концентрации угарного газа (СО) в воздухе квартиры происходит отравление людей, к сожалению, практически всегда с непоправимым летальным исходом, ввиду отсутствия какого-либо запаха у окиси углерода.

3.В процессе эксплуатации каналов из глиняного обожженного кир- пича происходит разрушение конструкции стенок канала, что особенно ха- рактерно для пятиэтажных жилых домов 60…70-х годов постройки ХХ ве- ка. При наличии неплотностей в конструкции кирпича или цементно- известковом растворе конструкции кладки происходит попадание продук- тов сгорания в смежные в плане дымоходы или вентиляционные каналы, которые могут проникать в соседние по высоте квартиры, тем самым вы- зывая отравление находящихся там людей. Как правило, требуемые по действующему законодательству регламентные работы по обследованию вентканалов и дымоходов специализированными организациями, прово- дящиеся минимум 4 раза в год, проводятся формально, путем прочистки каналов и визуальной проверки тяги при открытых окнах, без проведения работ по исследованию внутренних поверхностей каналов видеокамерами и постановки экспериментального «задымления» дымовых и вентиляцион- ных стояков во всех квартирах МЖД.

4.Устройство сигнализации наличия скопления окиси углерода в помещении кухни при работе газовой колонки не является обязательным к применению мероприятием и обладают высокой капитальной стоимостью. Сигнализация о накоплении угарного газа в помещении кухни представле- на только в виде звукового оповещения и существует большая вероятность ее не срабатывания к критической ситуации.

5.Оголовки дымовых и вентиляционных каналов, расположенные на крыше МЖД, подвергнуты постоянному разрушению атмосферными осад- ками, что приводит к негативному явлению их «промерзания» и последу- ющего разрушения, что существенно снижает тягу в дымоходах и вентка- налах и приводит к попаданию в них строительного мусора и прочих по- сторонних предметов. Отсутствие утепления на наружных поверхностях

256

вентиляционных шахт также приводит к снижению воздухообмена в жи- лых помещениях.

Таким образом, устройство в МЖД систем децентрализованного отопления и горячего водоснабжения является устаревшим мероприятием, связанным с риском для жизни и здоровья проживающих людей. В насто- ящее время в нашей стране в рамках проведения капитального ремонта жилого фонда начата программа отказа от данного типа систем отопления и ГВС с подключением МЖД к центральным тепловым сетям. Это связано с большими затратами по увеличению мощностей установок по выработке тепловой энергии (котельных), а также с прокладкой тепловых сетей и устройству в каждом МЖД индивидуальных тепловых пунктов для приго- товления горячей воды и внутридомовых сетей отопления и ГВС.

Однако, как показывает практика, дальнейшая эксплуатация децен- трализованных систем невозможна ввиду отсутствия возможности обеспе- чения эксплуатационной безопасности. Проведенные технико- экономические расчеты показывают, что срок окупаемости систем центра- лизованного отопления и горячего водоснабжения на примере квартала из 20 пятиэтажных 4-х подъездных МЖД при проведении капитального ре- монта с применением трубопроводов из полимерных материалов составля- ет не более 15 лет, что является нормативным сроком службы одного бы- тового теплогенератора с открытой камерой сгорания. При расчетах учи- тывалось снижение расхода газа внутридомовыми и городскими сетями, а также отсутствие финансовых затрат по обслуживанию дымоходов специ- ализированными организациями.

В случае невозможности перевода МЖД в режим централизованного отопления и ГВС, требуется проведения капитального ремонта внутренних инженерных систем с обязательным выполнением следующих мероприя- тий.

1.Установка бытовых теплогенераторов с закрытыми камерами сго- рания, принцип работы которых заключается в заборе воздуха на горение непосредственно с улицы при помощи воздуховода и встроенного в тепло- генератор вентилятора, тем самым, исключая забор воздуха из помещения газифицированных кухонь.

2.Установка внутри индивидуальных дымовых каналов из глиняного кирпича дымоходов из нержавеющей стали, что позволяет достичь их пол- ной герметичности и избежать попадания продуктов сгорания природного газа в смежные в плане и по высоте квартиры.

3.Ремонт внутренних поверхностей дымовых каналов с использова- нием инновационной технологии ФуранФлекс (FuranFlex®) [8], заключа- ющейся в герметизации дымохода полимерными материалами с нормиро- ванным температурным эксплуатационным диапазоном.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

257

1.Дымовые и вентиляционные каналы из кирпича газифицируемых помещений. Вып. 1. Рабочие чертежи. Утв. приказом № 1 ОАО «Росга-

зификиция» от 21.01.2008.

2.СП 41-108-2004. Поквартирное теплоснабжение жилых зданий с теплогенераторами на газовом топливе.

3.СП 60.13330.2012. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003.

4.СП 54.13330.2011. Здания жилые многоквартирные. Актуализиро- ванная редакция СНиП 31-01-2003.

5.Правила производства трубо-печных работ. Утв. постановление президиума ЦС ВДПО № 153 от 14.03.2006 г.

6.СП 42-101-2003. Общие положения по проектированию и строи- тельству газораспределительных систем из металлических и полиэтилено- вых труб.

7.ГОСТ 23166-99. Блоки оконные. Общие технические условия.

8.Каталог продукции ФуранФлекс (FuranFlex®) [Электронный ре-

сурс] – Режим доступа: https://furanflex.ru/.

БОДРОВ М.В, д-р техн. наук, профессор кафедры отопления и вентиляции, РУИН А.Е., студент

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия, tes84@inbox.ru

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЭКОНОМИЧЕСКИ ОБОСНОВАННОГО УТЕПЛЕНИЯ ТЕПЛОВОГО КОНТЕРА ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ

В настоящее время в Российской Федерации отсутствует еди- ный комплексный подход к энергосбережению, а нормирование теплоза- щитных свойств ограждающих конструкций гражданских зданий осу- ществляется согласно требований СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» [1]. В действующих нормах основными факторами, определяю- щими толщину утепляющего слоя ограждения и значение приведенного

сопротивления теплопередаче R0пр , м2·°С/Вт, являются сочетание климати-

ческих параметров районов строительства, а именно: tоп – средняя темпе- ратура отопительного периода, °С, и Zоп – продолжительность отопитель- ного периода, сут., а также расчетная температура внутреннего воздуха tв, °С.

ГСОП=(tв -tоп)Zоп, °С·сут/год. (1)

258

Однако, проведенный авторами анализ позволяет усомниться в эко- номической обоснованности существующих нормативных методик, а так- же в целесообразности их совместного применения по следующим основ- ным причинам.

1)Стоимость тепловой энергии в различных субъектах Российской Федерации может отличаться в 4,3 раза, например, в республике Дагестан она составляет 1,4 тыс. руб./Гкал, а в к. Петропавловске-Камчатский – 6,0 тыс. руб./Гкал. Значения стоимости тепловой энергии приведены авторами на рисунке 1, где регионы нашей страны приведены общепринятыми циф- ровыми обозначениями.

2)Отсутствуют обязательные требования к расчету срока фактиче- ской окупаемости мероприятий по утеплению теплового контура, что в от- дельных случаях делает абсурдным сам факт повышения теплотехническтх свойств ограждающих конструкций.

3)Известно, что доля потерь теплоты через наружные стены состав- ляет не более 20 % от общего значения теплопотерь гражданских зданий, значительно уступая инфильтрационным (на нагрев приточного воздуха гравитационных систем приточно-вытяжной вентиляции, доля которых достигает 48 %) и потерям теплоты через светопрозрачные конструкции (25…30 %), однако, на практике утепление стен является единственным требуемым действующими строительными нормами и обязательным к применению мероприятием.

Следовательно, создание универсальной научно-обоснованной мето- дики по расчету экономически целесообразного сопротивления теплопере- даче ограждающих конструкций является весьма актуальной задачей, поз- воляющей снизить капитальные и эксплуатационные затраты как на стадии проектирования объекта, так и при реконструкции жилого фонда.

В конце 70-х годов ХХ века в СССР инженерами НИИСФ (г. Москва) была предложена оригинальная методика [2] расчета экономиче- ски обоснованного значения сопротивления теплопередаче наружных

ограждений Rутэк , м2×°С/Вт, учитывающая основные экономические показа-

тели: стоимость единицы тепловой энергии в конкретном регионе строи- тельства CТ, руб/кВт, и стоимость утепляющего материала Сут, руб/м3, ко- торая, к большому сожалению, не нашла применения в современных нор- мативных документах, регламентирующих требования к тепловой защите зданий, например [1]:

259