ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРАКТИКИ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ (НА ПРИМЕРЕ КЫРГЫЗСТАНА) Специальность 05.23.03 - теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва

Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по техническим специальностям

На правах рукописи

Боронбаев Эркин Капарович

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ОСОБЕННОСТИ ПРАКТИКИ ПОВЫШЕНИЯ

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ (НА ПРИМЕРЕ КЫРГЫЗСТАНА)

Специальность 05.23.03 - теплоснабжение, вентиляция,

кондиционирование воздуха,

газоснабжение и освещение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва - 2011

Работа выполнена в Кыргызском государственном университете

строительства, транспорта и архитектуры им. Н. Исанова

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Абдыкалыков Акымбек Абдыкалыкович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

старший научный сотрудник

Ананьев Алексей Иванович

доктор технических наук, профессор

Бодров Валерий Иосифович

доктор технических наук

Васильев Григорий Петрович

Ведущая организация: Таджикский технический университет

им. академика М.С. Осими

Защита состоится У___Ф ____________ 2011 г. в _____ на заседании диссертационного совета Д 212.138.10 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете, по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, 26, МГСУ, ауд. №____.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан У____Ф _____________ 2011 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Орлов В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Многочисленные проектируемые, строящиеся и существующие здания имеют большой перечень недостатков, связанных с перерасходом тепловой энергии на отопление, охлаждение и вентиляцию. Важной причиной общемировой тенденции повышения нормативной и реальной теплозащитной способности ограждений зданий является удорожание энергоносителей и стремительное истощение запасов органического топлива, а также потепление климата Земли из-за накопления парниковых газов в атмосфере. Наблюдается также значительный потенциал как энергосбережения, так и улучшения теплового микроклимата в зданиях. Решение проблемы повышения энергетической эффективности теплового режима гражданских зданий имеет особую актуальность для горного Кыргызстана в связи с тем, что на долю этих зданий приходится около 80% энергопотребления всех зданий. Страна обладает ограниченными запасами нефти и природного газа, резко снизилась добыча угля, повысилась стоимость всех видов энергоносителей, слабо внедряются инновационные методы теплозащиты зданий. В условиях переходной экономики, при низком уровне семейного бюджета населения, неблагоприятной экологической обстановке, связанной со значительными выбросами в атмосферу продуктов сгорания органического топлива, вызывающими загрязнение окружающей среды, особенно высокогорных ледников, требуется обеспечить существенное повышение энергоэффективности суточных, сезонных и круглогодичных тепловых режимов зданий при максимальном привлечении естественных ресурсов энергии. Резкоконтинентальный холодный, жаркий и сухой климат Кыргызстана с погодными условиями равнинных, горных и морских регионов (с широким диапазоном расчетных метеорологических параметров, начиная от показателей климата пустынь и степей до климата тундры и вечного мороза) предъявляет особые требования к задачам совершенствования теплозащиты зданий и их ограждений. Существующие жилые и общественные здания, нуждающиеся в энергосберегающей реконструкции, имеют несовершенные архитектурно-планировочные и теплозащитные показатели, что вызывают, во-первых, низкий уровень внутреннего теплового микроклимата, во-вторых, значительное удельное энергопотребление на единицу площади пола, которое, при прочих одинаковых условиях, часто в 2-3 раза больше, чем в развитых странах Европы и Америки.

Цель работы и задачи исследования. Основная цель работы - разработка теоретических основ и исследование особенностей практики повышения энергоэффективности теплового режима гражданских зданий на примере Кыргызстана путем улучшения их объема, формы и ориентации, теплотехнических и геометрических показателей отдельных ограждений и всей теплозащитной оболочки при обеспечении благоприятного теплового микроклимата и максимального привлечения естественных ресурсов энергии.

В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи исследований:

разработка имитационной математической тепловой модели здания, служащей теоретической основой практики повышения энергоэффективности его суточного, сезонного и круглогодичного теплового режима;
определение совокупности основных качественных и количественных показателей здания, влияющих на его тепловой режим;
определение энергетически важного количественного показателя степени совершенства и потенциала оптимизации формы здания;
определение практически наблюдаемых типов теплового состояния зданий в зависимости от внутренних и внешних тепловых воздействий;
количественная оценка уровня энергоэффективности текущего и долгосрочного теплового режима здания;
оптимизация теплового эффекта солнечной радиации и окружающей среды на здание путем целенаправленного влияния на механизм и интенсивность его проявления;
разработка графически наглядной инженерной методологии оптимизации круглогодичного теплового режима здания для целей снижения затрат энергии на его отопление, охлаждение и вентиляцию.

Научная новизна. Впервые разработаны и предложены:

два вида имитационной математической тепловой модели здания;
концепция энергоэффективной формы здания и соответствующая расчетная формула для количественной оценки степени совершенства и потенциала улучшения формы реального здания заданного объема относительно показателей теоретического здания в виде шара того же объема;
понятие теплозащитные качества здания и спирально-циклическая модель и методика их улучшения;
принцип комплексной теплозащиты здания по формуле взаимосвязи теплотехнических, геометрических и температурных характеристик наружных ограждений и на основе предложенных зависимостей для их предельно низкого, высокого, критического и нормативного коэффициента теплопередачи и среднего коэффициента теплопередачи теплозащитной оболочки здания;
принцип и понятие суточного саморегулирования теплового режима помещений, энергосберегающей архитектуры здания, энергосберегающих заграждений у ограждений и примыкания наружных ограждений к грунту основания и теплозащищенному воздушному пространству;
типы естественного, естественно-возмущенного и искусственного теплового состояния здания, соответствующие понятия и формулы термического и временного показателя энергоэффективности теплового режима здания;
теоретические основы и методы выбора места размещения, формы, ориентации и размеров здания, его помещений, светопрозрачных, остекленных массивных ограждений и устройств затенения в зависимости от круглогодичного теплового эффекта солнечной радиации и окружающей среды при условиях безоблачного неба и его средней облачности;
принцип и методика оптимизации ножниц графиков потерь и поступлений теплоты здания с позиции минимизации расходов энергии на отопление, охлаждение и вентиляцию в зависимости от изменения среднесуточной температуры наружного воздуха.

На защиту выносятся:

предложенные два вида имитационной математической тепловой модели здания;
разработанная концепция энергоэффективной формы здания и соответствующая расчетная формула количественной оценки степени совершенства и потенциала улучшения формы реального здания;
предложенное понятие теплозащитные качества здания и спирально-циклическая модель и методика их улучшения;
предложенный принцип комплексной теплозащиты здания по формуле взаимосвязи теплотехнических, геометрических и температурных характеристик наружных ограждений и на основе предложенных зависимостей их предельно низкого, высокого, критического и нормативного коэффициента теплопередачи и коэффициента теплопередачи теплозащитной оболочки здания;
предложенный принцип суточного саморегулирования теплового режима помещений, энергосберегающей архитектуры здания, энергосберегающих заграждений у ограждений;
предложенные типы естественного, естественно-возмущенного и искусственного теплового состояния здания, соответствующие понятия и формулы термического и временного показателя энергоэффективности теплового режима здания;
разработанные основы выбора места размещения, формы, ориентации и размеров здания, его помещений, светопрозрачных, остекленных массивных ограждений и устройств затенения в зависимости от круглогодичного теплового эффекта солнечной радиации и окружающей среды при условиях безоблачного неба и его средней облачности;
предложенный принцип и методика оптимизации ножниц графиков круглогодичных потерь и поступлений теплоты здания путем реализации энергоэффективных путей и мер улучшения теплозащитных качеств и тепловых режимов здания для минимизации расходов энергии на отопление, охлаждение и вентиляцию в зависимости от изменения среднесуточной температуры наружного воздуха в течение эталонного климатического года места строительства.

Достоверность результатов работы подтверждается сходимостью расчетных и опытных исследований при использовании сертифицированных приборов, стандартных методов измерений и статистической обработки измеренных данных. Теоретические положения и имитационные математические тепловые модели разрабатывались на основе классических методов, основанных на законы сохранения энергии и механики сплошных сред. Результаты натурных исследований тепловых процессов ограждений здания не противоречат с данными известных исследований.

Практическая значимость результатов работы заключается в повышении энергоэффективности теплового режима гражданских зданий путем реализации мер по улучшению теплозащитных показателей здания и его ограждений, степени привлечения и предотвращения теплового эффекта на них солнечной радиации и окружающей среды, экономии энергии на отопление, охлаждение и вентиляцию.

Практическую ценность имеют:

инженерная методика спирально-циклического улучшения теплозащитных качеств проектируемых и существующих зданий;
методика расчета и реализации комплексной теплозащиты здания относительно предельно низкого, высокого, нормативного и критического коэффициента теплопередачи наружных ограждений и среднего коэффициента теплопередачи теплозащитной оболочки;
методика компьютерного расчета по оптимизации теплового эффекта солнечной радиации через светопрозрачные и массивные остекленные ограждения, устройств затенения с определением их мест размещения, ориентации, размеров и конструктивных особенностей при условиях безоблачного неба и его средней облачности;
реализованные варианты энергосберегающей архитектуры на примерах строительства здания из соломенных тюков, одноквартирных жилых домов с энергосберегающими заграждениями у ограждений в виде устройств затенений окон и остекления массивной глинобитной стены южного фасада;
методика оптимизации ножниц графиков круглогодичных потерь и поступлений теплоты здания за счет определения энергоэффективных путей и мер улучшения теплозащитных качеств и тепловых режимов в зависимости от изменения среднесуточной температуры наружного воздуха в течение эталонного климатического года.

Разработана, испытана и предложена методика компьютерного расчета для целей энергосберегающей организации и предотвращения затенения окон южного фасада с определением их места размещения, размеров, конструктивных особенностей и общей площади. Эта методика использована при проектировании энергоэффективного здания с ограждениями из соломенных тюков и пассивным солнечным нагреванием через окна, что позволило на 92 % снизить годовой расход теплоты на отопление и вентиляцию.

Рассчитана и испытана опытная установка пассивного солнечного отопления индивидуального жилого дома через его остекленную массивную глинобитную стену, ориентированную на экватор. Результаты диссертационной работы использованы для энергосберегающей реконструкции девятиэтажного крупнопанельного жилого здания и более двадцати одноквартирных домов в г. Бишкек и горных регионах Кыргызстана; при обучении студентов, магистрантов и аспирантов в университете и на объектах строительства для привития им компетенций, относящихся к профилям подготовки Теплогазоснабжение и вентиляция и Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. В их учебные планы включен и реализуется специальный курс Энергосберегающая архитектура и эксплуатация зданий.

Работа выполнена в соответствии с приоритетными государственными целевыми программами исследований и направлена на реализацию положений закона Кыргызской Республики Об энергосбережении и Постановления Мэрии г. Бишкека по использованию возобновляемых источников энергии для целей теплоснабжения зданий.

Апробация работы. Результаты и основные положения работы доложены и одобрены на международных конференциях Applied Optics and Solar Energy, г. Прага, Чехословакия, 1989 г.; American Counsil for Energy-Efficient Economy, г. Вашингтон, США, 1997 г.; НАН Кыргызской Республики Проблемы управления и автоматики, 2000 г., г. Бишкек; на международном конгрессе EuroSunТ98, г. Портороз, Словения, 1998 г.; на республиканских конференциях Проблемы строительной отрасли и пути их решения, 2001 г., г.Бишкек, Горный Кыргызстан и экология, 2002 г., г. Бишкек, Энергосберегающие технологии и ресурсы, 2003, г. Бишкек; на вузовских конференциях Бишкекского политехнического института, 1989 г., 1991 г., Кыргызского архитектурно-строительного института 1992 г., 1993 г., г. Бишкек; Кыргызского государственного университета строительства, транспорта и архитектуры, 1994-2002 гг., г. Бишкек, Казахской головной архитектурно-строительной академии, 2002 г., г. Алматы, Кыргызского технического университета, 2000 г., 2003 г., г. Бишкек; на Первой конференции Комитета ООН Энергоэффективность в жилищном секторе, 2009 г., г. София, Болгария, в 71-й сессии Комитета ООН по жилищному хозяйству и землепользованию, 2010 г., г. Женева, Швейцария; на конгрессе Комитета ООН Энергоэффективность в жилом секторе WACAP-2010, 2010 г., г. Роттердам, Нидерланды; на семинарах Австрийско-Центральноазиатского центра геоинформационных наук OpenSolar, 2009 г., г. Бишкек, и EnerGIS, 2010 г., г. Душанбе, Таджикистан, на международной конференции ЕБРР Содействие развитию законодательства по энергоэффективности зданий, 2011 г., г. Бишкек,

ичное участие. Все основные результаты работы получены лично автором. Использованные материалы других исследователей отмечены ссылками на соответствующие литературные источники.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 45 печатных работ, в том числе монография и 7 статей в изданиях, включенных в список ВАК РФ. Получены два патента на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 244 страницах машинописного текста и состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использованной литературы из 210 наименований и 11 приложений. Ее основной текст содержит 51 рисунок и 17 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований, сформулированы цель и основные задачи исследований, дана общая характеристика работы.

В первой главе представлен краткий анализ основных причин потепления климата Земли, общего потенциала энергосбережения в гражданских зданиях и тенденции совершенствования нормативной и реальной теплозащитной способности наружных ограждений. Обоснована необходимость решения проблемы разработки теоретических основ и исследования особенностей повышения энергоэффективности теплового режима гражданских зданий на примере Кыргызстана.

Проблеме снижения расхода энергии для обеспечения требуемого теплового режима зданий посвящены работы А.М. Шкловера, Ф.В. Ушкова, В.Н. Богословского, Ю.Я. Кувшинова, А.Г. Гагарина, Ю.А. Табунщикова, В.И. Прохорова, А.И. Ананьева, В.К. Савина, В.П. Титова, Ю.А. Матросова, Е.Г. Малявиной, И.Ф. Ливчака, А.Н. Дмитриева, Г.П. Васильева, В.И. Бодрова, Г.С. Иванова, В.И. Костина, Н.А. Парфентьевой, А.Г. Рымарова, О.Д. Самарина, С.В. Зоколей, Е. Харкнесс, А. Мачкаши, Дж.Д. Балкомб, У. Бекман, Дж. Даффи и других авторов.

Известно, что около 40 % мирового энергопотребления идет на отопление, охлаждение и вентиляцию зданий и практически все здания имеют большой перечень недостатков, вызывающих перерасход тепловой и электрической энергии. В настоящее время во многих странах построены энергоэффективные здания с удельным расходом теплоты менее, чем 50 кВт⋅ч в год на 1 м2 площади пола, что составляет лишь около 30 % такого расхода традиционных зданий в развитых европейских странах. В средней полосе России для жилых зданий, построенных около 20 лет назад, эта величина колеблется в пределах: для многоквартирных домов от - 350 до 600 кВт⋅ч/м2 в год; одноквартирных - от 600 до 800 кВт⋅ч/м2 в год. Этот показатель для зданий того периода в среднем составляет в Германии 260 кВт⋅ч/м2 в год, в Швеции и Финляндии - 135 кВт⋅ч/м2 в год. В последующем в Финляндии, Канаде и Норвегии появились здания с коэффициентом теплопередачи наружных стен около 0,15 Вт/(м2⋅С) при использовании слоя минераловатного утеплителя толщиной до 300 мм. Этот коэффициент у покрытий подобных зданий колеблется от 0,09 до 0,12 Вт/(м2⋅С). Расчетная кратность воздухообмена в таких зданиях максимально уменьшена и доведена до 0,4 ч-1 при устройстве приточно-вытяжной механической вентиляции с утилизатором теплоты вытяжного воздуха.

Общемировой процесс улучшения теплозащитных способностей зданий связан с повышением стоимости энергии. Его первый этап был вызван мировым энергетическим кризисом 1973 г. Среди стран бывшего Союза Россия занимает лидирующее положение в совершенствовании теплозащиты и снижения энергопотребления зданий. У его истоков стоят ученые и специалисты г. Москвы. Они впервые разработали и утвердили в 1994 г. прогрессивные нормы по энергосбережению в зданиях, третья редакция которых с тремя предыдущими дополнениями действует ныне в виде МГСН 2.01-99*.

До 1995 г. требуемое сопротивление теплопередаче наружных ограждений принималось в основном по допустимой разности между температурами внутреннего воздуха и на внутренней их поверхности. Изменения № 3 и 4 к СНиП II-3-79* фактически стали первым шагом к внедрению новых норм, основанных на ограничении годового энергопотребления здания или сезонных потерь теплоты через отдельные ограждения (по значениям расчетных градусо-суток) при обеспечении ими долговечности, нормативных параметров микроклимата и предотвращения увлажнения, намокания и появления плесени. Такой принцип принят во многих странах. В России он реализуется нормами по теплозащите зданий, например, через СНиП 23-02-2003 и СП 23-101-2004, принятыми за основу и при внедрении подобных норм в Кыргызстане с 2009 г.

Потенциал сокращения энергопотребления существующих гражданских (жилых и общественных) зданий путем экономически обоснованной дополнительной теплоизоляции наружных ограждений составляет около 40Ц60 %.

Известно, что перерасход энергоресурсов, связанный с недостатками методов разработки генпланов, выбора плотности застройки и архитектурно-планировочных решений жилых и общественных зданий, составляет приблизительно 20Ц25 %. Большой резерв экономии расхода теплоты кроется и в улучшении способов по ограничению возникновения тепловых мостов, инфильтрации наружного воздуха, использованию строительных конструкций для приема и аккумуляции теплоты солнечной радиации, интеграции элементов активных и пассивных гелиосистем к архитектурным элементам зданий.

Вторая глава посвящена разработке теоретической основы практики повышения энергоэффективности теплового режима гражданских зданий.

В первой имитационной математической модели здания оно представлено как открытая термодинамическая система с объемом , ограниченным внешней границей теплозащитной его оболочки с площадью . Элементарное изменение среднемассовой температуры здания с общей теплоемкостью за время зависит, во-первых, от процесса теплообмена внешней поверхности оболочки здания с окружающей средой, во-вторых, от результирующего эффекта отдельных потерь и поступлений теплоты внутри указанной границы этой оболочки . Это изменение происходит при средних за время температурах на этой поверхности и окружающей среды . Причем на практике принимают вместо значения температуру наружного воздуха , а усредненный по времени и поверхности коэффициент теплообмена - как сумму коэффициентов конвективного и лучистого составляющих.

Величина характеризует, с одной стороны, теплоту нагревания или охлаждения массы как отдельных физических тел, находящихся внутри указанной внешней границы оболочки здания, так и поступающей в него и уходящей из него воздушной среды, с другой - выделение теплоты от людей, бытовых приборов, технологического оборудования и др.

Математическое описание оказывается более точным при рассмотрении индивидуальных особенностей теплообмена каждого вида наружной поверхности здания (с площадью при соответствующих средних значениях , и ) и выглядит:

=. (1)

На основе вышеизложенных позиций здание можно представить как куриное яйцо, находящееся в тепловом взаимодействии с окружающей средой через наружную поверхность его скорлупы. В реальности здание предназначено создавать обитаемый объем с чистым воздухом, обеспечивающий, например, комфортное самочувствие людей. Изменение среднемассовой температуры этого воздуха в здании с общей теплоемкостью зависит, во-первых, от условий его теплообмена с контактирующимися поверхностями как ограждений, так и мебели, оборудования и др., во-вторых, от результирующего эффекта явной теплоты массы поступающей в него и уходящей из него воздушной среды, представленного, например, в виде.

Тепловое взаимодействие внутреннего воздуха с указанными поверхностями за время зависит от средних за это время среднемассовой температуры этого воздуха и средней температуры на этих поверхностях , имеющих общую площадь . Интенсивность такого взаимодействия характеризуется средним коэффициентом конвективного теплообмена .

Имитационная математическая тепловая модель здания более точна, если отдельно представлять индивидуальные особенности теплообмена внутреннего воздуха с каждой поверхностью, которая имеет контакт с ним через ее площадь при соответствующих средних значениях , и :

= . (2)

Тепловые долгосрочные процессы, происходящие в воздухе в здании под действием приблизительно повторяющихся внешних и внутренних воздействий, можно рассматривать как квазистационарные. Тогда они в совокупности составляют условно стационарные процессы за сутки, месяцы и сезоны года. В связи с этим левую часть преобразованного уравнения (2) в виде можно представить как . При этом члены его правой части могут выступить в качестве других составляющих уравнения баланса теплоты здания за долгосрочный период, связанных с результирующими краткосрочными потоками ее потерь (теплопередачей через оболочку , на нагревание или охлаждение поступающего внешнего воздуха ) и поступлений (от солнечной радиации , от людей, приборов, оборудования и др. ) по формуле

. (3)

При рассмотрении долгосрочного теплового состоянии здания доля становится незначительной. Поэтому, например, месячный и сезонный баланс теплоты воздуха в здании можно представить с достаточной точностью как уравнение (3) при 0.

Важной теоретической основой энергосберегающей стабилизации параметров микроклимата в здании является, при прочих равных условиях, предложенный принцип суточного саморегулирования теплового режима его помещений, направленный на минимизацию текущей разницы суммарных потерь и поступлений теплоты, т.е. величины . Наибольший эффект такого саморегулирования достигается для холодного периода при максимальном и сбалансированном увеличении величины () и уменьшении - ().

В ночные часы суток окно, ориентированное, например, на экватор, может играть роль теплопроводного включения наружной стены, а в дневные часы при безоблачной погоде наоборот, - источника теплоты для нагревания помещения. Например, его стекло в часы около полудня солнечного времени повышает свою температуру настолько, что оно уже нагревает окружающую среду как на внутренней, так и на внешней его стороне. Если поверхность окна со стороны помещения (с и ) имеет средний коэффициент теплообмена , представленный как сумма средних коэффициентов лучистого и конвективного теплообмена, то общий динамичный поток теплоты от этой поверхности окна можно представить в виде

, (4)

где - коэффициент притока теплоты суммарной солнечной радиации сквозь стекло с , определяемый в зависимости от способности этого стекла отражать, пропускать и поглощать ее.

Значения обоих слагаемых правой части этого уравнения колеблются от нуля до своего максимального значения и наоборот в зависимости от времени суток. Причем, первое слагаемое меняет также свой знак: существуют периоды передачи лучисто-конвективного потока теплоты, направленного от поверхности окна в сторону помещения (когда температура помещения < ) и от него (когда > ). Ночной режим такого теплового эффекта характеризуется условием = 0.

Следует отметить, что любая конструкция окна в относительно теплые и безоблачные дни имеет свой порог чувствительности к плотности потока поступающей суммарной солнечной радиации, например, равной , выше которой наблюдается конвективно-лучистое поступление (с ее поверхности ) в помещение той части солнечной теплоты, которая накоплена в массе этой конструкции. Тогда величину = , соответствующую порогу чувствительности данного окна, можно определить на основе уравнения (4) при = 0 как

. (5)

Это значение относится к тем моментам времени суток, когда ночной тепловой эффект окна переходит на дневной и наоборот. В холодную погоду с переменной облачностью неба этот момент времени может оказаться не только в утренние и вечерние часы, но и, например, в соответствующий период середины дня.

В холодный период года по условиям дневного теплового режима несветопрозрачного ограждения, облучаемого солнцем, целесообразно, чтобы его масса имела минимальную теплоемкость и максимальную теплопроводность (для пропуска через себя максимального количества аккумулированной теплоты солнечной радиации в помещение), а ночного - наоборот: ограждение должно иметь высокую теплозащитную способность. Рассмотрение особенностей дневного теплового режима тем важнее, чем ближе местоположение здания к экватору. Здание на крайнем севере испытывает в основном ночной тепловой режим и, соответственно, требуется значительная его теплозащита. В условиях гор Кыргызстана, где наблюдается суровый и вечный мороз, требуется такая же теплозащита, но следует учесть большой вклад солнечного нагревания, например, через окна на южном фасаде, поскольку очень интенсивна здесь солнечная радиация.

При режимах теплого периода, когда осуществляется охлаждение помещения ночным проветриванием, охлаждаемые поверхностные слои ограждений должны иметь высокую теплопроводность и максимальную теплоаккумулирующую способность.

На практике в качестве диктующих условий, которые позволяют определить целесообразные теплотехнические показатели ограждения, могут выступить дневные или ночные процессы теплопередачи, происходящие через него как в холодный, так и в теплый период года. В решении подобных инженерных задач величина расчетной площади каждого ограждения определяется по так называемым правилам обмера. Они призваны учитывать косвенно и приблизительно особенности трехмерных нестационарных процессов теплообмена в толще ограждений.

Выгодна такая геометрическая форма здания, которая образует максимальный внутренний теплозащищенный объем при минимальной площади его контакта с внешней средой. Отсюда следует, что идеальная геометрическая модель здания - это шар.

Предложен теоретический подход, основанный на оценке степени совершенства формы реального здания заданного объема путем рассмотрения разницы между общими потерями теплоты рассматриваемого здания и теоретического здания в виде шара того же объема. При этом принято, что на практике важным показателем служат годовые затраты теплоты на нагревание здания. Поэтому при решении вышеуказанной задачи рассмотрен его тепловой баланс за отопительный сезон в виде уравнения (3). Допустим, что за этот сезон соответствующие поступления теплоты теоретического и реального здания равны между собой: и . Тогда подача теплоты системами отопления обоих зданий ( и ) зависит только от их общих потерь ( и ), определяемых как сумма потерь из-за теплопередачи через ограждения ( и ) и нагревания поступающего наружного воздуха ( и при равенстве температур внутреннего и уходящего воздуха), например, как

, (6)

где приняты для здания средние за период значения: - среднесуточных температур наружного воздуха; - объемной удельной теплоемкости воздуха; - общей кратности воздухообмена; - температурного показателя теплового эффекта окружающей среды. При этих температурных условиях и когда оба здания имеют одинаковую кратность воздухообмена , то и разница общих потерь теплоты этих зданий и составляет . Разделив обе части этого равенства на , получим, что . Это уравнение является практически важной теоретической базой улучшения формы реального здания, если выразить его правую часть через зависимости для и .

При условии, когда теоретическое здание обладает = , расположено на том же месте строительства и имеет идентичные условия контакта ограждений с окружающей средой, как и реальное здание, выраженного в виде = , относительное превышение общих потерь теплоты последнего составляет

- 1. (7)

Величина выражает степень энергоэффективности формы здания и служит количественной мерой теоретически возможного потенциала улучшения формы реального здания заданного объема относительно показателей идеального здания в виде шара того же объема. Предлагаемый подход прост, нагляден и практически результативен. Он служит для широкого круга специалистов эффективным теоретическим инструментом улучшения формы здания при решении задач его проектирования, строительства, реконструкции и эксплуатации.

Далее предлагается улучшать показатели отдельных ограждений и, в первую очередь, тех, которые оказывают наибольшее влияние на формирование теплового режима здания. При прочих равных условиях, такое влияние проявляется через соответствующие процессы конвективного, кондуктивного и лучистого теплообмена. Причем они испытывают особую динамику при наличии теплового эффекта солнечной радиации. Суммарный (лдневной и ночной) тепловой эффект этих процессов целесообразно контролировать путем целенаправленного влияния на частные параметры механизма их проявления. Энергосберегающего увеличения или уменьшения потерь и поступлений теплоты здания можно добиться за счет создания специальных заграждений у ограждений. Представителями таких заграждений являются устройства затенения от солнечных лучей, ставни, шторы и жалюзи окон, защитные и декоративные экраны, остекления солнечно-активных наружных стен.

Автором предложена (и одобрена в 1989 г. на конференции в г. Праге, Чехословакия) концепция энергосберегающей архитектуры и саморегулирования теплового режима помещений здания. Причем создание энергосберегающей архитектуры основано на решении задач по улучшению, во-первых, места размещения, формы, размера и ориентации здания, его отдельных помещений и ограждений, во-вторых, энергосберегающих заграждений у ограждений.

Имитационную математическую модель здания в виде формулы (2) можно принять как зависимость, которая выражает для любого момента времени равенство сумм всех ее потерь и поступлений = , включающих в себя и величину . При этом левую часть этого равенства можно выразить путем отдельного представления поступлений теплоты (или холода) от системы искусственного отопления (или охлаждения) в виде суммы + . Полученное уравнение баланса потоков теплоты = + станет универсальным, если записать его как соотношение

. (8)

Величина представляет собой показатель термической энергоэффективности теплового режима здания. Она характеризует способность здания поддерживать заданные параметры теплового микроклимата при минимальном привлечении искусственных ресурсов тепловой энергии .

Установлено, что существуют следующие теоретически возможные и практически наблюдаемые типы теплового состояния здания.

Естественное тепловое состояние здания характеризуется тем, что здание не испытывает на себя тепловые воздействия искусственных источников энергии, биологически активных организмов (включая теплокровных животных и сочного растительного сырья), энергетически ощутимых процессов изменения агрегатного состояния и химического состава физических тел. Соответственно тепловые воздействия на здание формируются лишь за счет теплового эффекта солнечной радиации и окружающей среды. При таком тепловом состоянии для долгосрочного холодного периода года, когда значения самоустанавливаются, наблюдаются соотношение < , а также , и , зависимость показателя термической энергоэффективности теплового режима здания принимает вид .

Естественно-возмущенное тепловое состояние здания. В реальности естественное состояние здания часто оказывается нарушенным из-за возникновения внутренних тепловых воздействий, выраженных величиной . Для долгосрочного холодного периода, когда значения самоустанавливаются, наблюдаются соотношение < , а также и ≈ 0, справедлива запись .

Искусственное тепловое состояние здания характеризуется наличием воздействий и , а также влиянием тепловой энергии систем искусственного отопления или охлаждения. Для отопительного сезона или его отдельных периодов (месяцев), когда поддерживается около заданной, < и , показатель термической энергоэффективности теплового режима здания принимает вид

. (9)

Теоретическая сущность величины заключается в том, что она численно характеризует практически важное свойство здания - его термическую способность и приспосабливаемость к поддержанию заданного уровня теплового микроклимата с минимальным привлечением искусственных источников тепловой энергии. Главная задача повышения - уменьшить значения за счет соответствующего изменения составляющих правой части этого уравнения путем минимизации величины = / (+).

Теоретически оправдано принять как наиболее важный параметр теплового микроклимата температуру воздуха в помещении и рассмотреть круглогодичную динамику ее изменения при естественном тепловом состоянии здания, чтобы оценить теплозащитную способность здания. Для этого состояния в течение года средние за месяцы среднесуточные значения следуют за изменениями аналогичных значений температуры наружного воздуха. Обычно такое изменение графически выглядит приблизительно как синусоида с годовым периодом . Ее нижняя часть характеризует период года с преимущественно прохладным внутренним микроклиматом с продолжительностью , а верхняя - преимущественно с теплым микроклиматом с продолжительностью при . Чем больше амплитуда этой синусоиды, тем хуже теплозащитная способность здания. Для обычного здания горизонтальные линии, проходящие через ординаты, определенные энергосберегающими расчетными (экономически целесообразными) температурами воздуха в (обслуживаемой зоне) здании и , срезают, соответственно, нижнюю и верхнюю часть этой синусоиды, показывая по точкам пересечения продолжительность периодов и , когда необходимо искусственное отопление и охлаждение. Указанная лэнергосберегающая расчетная температура означает, что (например, по ГОСТ 30494-96) является минимальной температурой из оптимальных (допустимых) расчетных для холодного периода, а - максимальной - из допустимых (но не выше разрешенных по СНиП 41-01-2003) расчетных для теплого периода. Эти расчетные температуры позволяют, при прочих равных условиях, свести к минимуму затраты теплоты на отопление, охлаждение и вентиляцию.

Предложен временной показатель энергоэффективности теплового режима здания при заданных значениях и в виде и . Он универсален и численно характеризует степень сезонной приспосабливаемости здания к внешним и внутренним тепловым воздействиям. Чем ближе его значения к единице, тем лучше энергоэффективность теплового режима здания и наоборот. Для теоретического здания с идеальной теплозащитной способностью, имеющего = 0, указанная выше синусоида оказывается между горизонтальными линиями, проходящими через ординаты и . Соответственно, для такого здания = 1.

Предложенные показатели термической и временной энергоэффективности теплового режима служат как расчетно-методический инструмент для его улучшения и количественной оценки.

Общие свойства здания, определяющие его тепловое состояние, предложено назвать теплозащитными качествами здания и представить их в виде совокупности таких основных его показателей, как: 1) объем; 2) форма; 3) ориентация; 4) общая площадь поверхности теплозащитной оболочки; 5) степень ветрозащищенности, затененности и примыкания (к грунту, другому зданию и т.д.); 6) уровень герметичности и проветриваемости; 7) теплотехнические характеристики ограждений.

Предлагается спирально-циклическая модель и методика улучшения указанных теплозащитных качеств здания, основанные на повторно-поэтапном решении задач по определению: I) благоприятного эффекта взаимодействия здания с окружающей средой (с позиции акустики, зрительного обзора, доступности чистого воздуха и др.); II) объемно-планировочных показателей на основе предложенной концепции энергоэффективной формы здания; III) целесообразной ориентации здания, его энергоемких помещений и ограждений (с позиции эффекта влияния солнечной радиации и окружающей среды); IV) энергосберегающих теплотехнических показателей наружных и внутренних ограждений.

Все четыре этапа улучшения в большей или меньшей степени подвержены влиянию экономических, финансовых, экологических и социальных факторов, национальных традиций и менталитета населения, а результативность их зависит от уровня знаний, опыта и эстетических вкусов как заказчика, так и исполнителей: архитектора, проектировщика и строителя.

В третьей главе рассмотрены энергосберегающие тепловые режимы обеспечения микроклимата в помещениях здания.

Ход среднестатистических значений среднесуточных температур наружного воздуха данной местности за эталонный климатический год имитирует течение времени от сезона к сезону. Для разработки стратегии круглогодичного энергосбережения в здании удобен графический способ представления уравнения (3). Предлагается осуществить компьютерные расчеты и построить графики величин , , и в зависимости от , чтобы получить картину сезонной динамики изменения согласно формуле (3) при . Если принять в качестве энергосберегающей расчетной температуры воздуха в большинстве помещений, например, жилого здания = 20 С, то для здания линии изменения и в зависимости сходятся при = 20 С, когда = = 0. При расчетной температуре определяются расчетные ординаты этих прямых - и .

инии, относящиеся к изменению интегральных значений , , и по продолжительности, строятся в зависимости от числа часов, в течение которых наблюдается заданное значение температуры и тех температур, которые ниже этой. Аналогично строятся подобные линии, относящиеся к суммарным потерям (+ ) и поступлениям (+ ) теплоты. Площадь зон между линиями этих сумм эквивалентна годовым затратам теплоты (холода) на искусственное отопление (охлаждение).

Характер отдельных линий потерь ( и ) и поступлений ( и ) теплоты позволяет определить наиболее результативные пути и меры по реализации спирально-циклической модели и методики улучшения теплозащитных качеств здания. Такое улучшение сводится к решению наглядной геометрической задачи - требуется шаг за шагом уменьшать площади указанных зон графика, характеризующих затраты искусственных ресурсов энергии на обеспечение приемлемых параметров теплового микроклимата.

Вышеизложенную практически важную геометрическую методологию повышения энергоэффективности теплового режима здания выражает предложенная концепция ножниц: графики суммарных потерь + и поступлений теплоты + представляют собой скрещенные линии с точкой их пересечения, когда они равны между собой. Причем эта точка является и осью этих УножницФ. Для теоретического здания концы этих ножниц замкнуты вокруг этой оси, поскольку разница общих потерь и поступлений теплоты равна нулю как для холодного, так и теплого периода года.

Следует сначала определить вид и положение ножниц графиков суммарных потерь и поступлений, затем решать задачи дальнейшего повышения энергоэффективности теплового режима здания, чтобы максимально замкнуть эти ножницы. Например, базовые ножницы уже энергоэффективны и их дальнейшая оптимизация дает еще большую экономию энергию, если графики и были построены для энергосберегающих (экономически целесообразных) расчетных температур (скажем, по ГОСТ 30494-96 и СНиП 41-01-2003) воздуха в (обслуживаемой зоне) здании и .

При оптимизации ножниц наличие избытка или дефицита теплоты наглядно показывает на необходимость энергосберегающего изменения потоков теплоты , , и (даже ). Причем для каждого диапазона изменения выбирается энергоэффективный тепловой режим с целью минимизации .

В четвертой главе рассмотрены задачи оптимизации теплового эффекта солнечной радиации и окружающей среды на здание.

Степень оптимизации теплового эффекта солнечной радиации и окружающей среды на параметры микроклимата помещениях здания определяет уровень, во-первых, первоначальных капитальных затрат на сооружение самого здания и систем его отопления, охлаждения и вентиляции, во-вторых, затрат на их эксплуатацию. Климатические показатели местности в виде градусо-суток расчетного отопительного периода Dd представлены на карте Кыргызской Республики в виде изолиний, относящихся к населенным зонам ее территории. Такую карту можно использовать при прогнозировании расхода теплоты на отопление и вентиляцию конкретных зданий и определении стратегии обеспечения энергоресурсами различных регионов. Это связано с тем, что Dd выступает главный параметр при расчете сезонных потерь теплоты и любого здания.

Для холодного периода повышения энергоэффективности теплового режима здания можно добиться, в частности, при уменьшении величин и . Это достигается, например, на основе уравнения за счет снижения значений всех составляющих правой его части, кроме климатического параметра . Значительный потенциал кроется в возможности принятия энергосберегающей расчетной температуры воздуха в здании. Минимизация и расчетной кратности воздухообмена позволяет минимизировать и величину . При этих условиях достигается также сокращение реальной продолжительности отопительного периода.

Важно сосредоточить усилия на снижение . Здание можно рассматривать как объем , заключенный наружной поверхностью теплозащитной оболочки , при ее среднем коэффициенте теплопередачи . Причем геометрической характеристикой здания любой формы служит математическая запись в виде Следовательно, для снижения рассматриваемого здания требуется уменьшать показатели и . Распространено снижение за счет улучшения теплозащитных способностей материальных слоев наружных ограждений.

Ограждения здания могут примыкать к грунту основания, холодному подвалу, веранде и другим теплозащищенным воздушным пространствам. Для расчета интенсивности теплопередачи через эти ограждения действительный температурный напор () можно заменить расчетным в виде (), где поправка является температурным показателем теплового эффекта окружающей среды. При условии b > 0 помещение испытывает влияние потерь теплоты через примыкающее ограждение. Условие b = 1, являясь одним из возможных условий с b > 0, характеризует случай, при котором ограждение с внешней стороной имеет непосредственный контакт с наружным воздухом. Если b < 0, поток теплоты направлен в сторону помещения. Следовательно, целесообразно снизить за счет экономически приемлемых конструктивных решений.

Обычно наблюдается превалирующее ночное охлаждение и дневное нагревание ограждений здания. Динамику этих процессов целесообразно изучать на основе опытных измерений. Методически оправдано, если рассмотреть наиболее простой случай, когда минимизирован эффект теплового воздействия на наружное ограждение, например, со стороны помещения. В качестве объекта экспериментальных исследований принят двухэтажный одноквартирный дом в г. Бишкек с нормативной теплозащитой, где температура воздуха в помещениях автоматически поддерживалась около заданной с помощью термостатических клапанов, установленных у каждого радиатора низкотемпературной двухтрубной системы отопления. Осуществлены долгосрочные и краткосрочные опытные исследования. При этом использован инфракрасный термометр Fluke 69 (наряду с приборами Testo 435 и Testo 445), имеющий сертификат соответствия России, достаточное быстродействие и высокую точность, для бесконтактного измерения температуры на поверхностях при погрешности показания на дисплее 0,1 С. Результаты измерений, произведенных со 2 по 12 января 2010 г., позволили оценить основные причины динамики нагревания и охлаждения наружных ограждений. Ежечасные изменения разности между температурами наружного воздуха и на внешней поверхности различных наружных стен, во-первых, стены, облучаемой прямыми лучами солнца, во-вторых, полностью затененной стены, а также между температурами воздуха в помещениях и на внутренних поверхностях указанных стен, позволили оценить соответствующий тепловой эффект ветра, суммарной солнечной радиации и .

В общем случае поступающая (прямая, рассеянная и отраженная) солнечная радиация вызывает нагревание наружного ограждения, а наружный воздух - либо конвективное его охлаждение, если < , либо конвективное его нагревание, если > . Причем установлено, что для незатененной стены южного фасада, имеющей с внешней стороны слой теплоизоляции из пенопласта (толщиной 50 мм) под штукатуркой, около безоблачного солнечного полудня значительно выше, чем . Соответственно, наружный поверхностный слой стены, нагретый лучами солнца, оказывается источником нагревания как наружного воздуха, так и прилегающей массы материала стены.

Серией других натурных исследований, осуществленных при бесконтактных измерениях температуры на поверхностях окна, которые обращены в сторону помещения, установлено, что такое окно (с трехслойным остеклением и пятикамерными металлопластиковыми профилями), ориентированное на экватор, около полудня солнечного времени при безоблачной и безветренней погоде выступает как лучисто-конвективный источник отопления. Это вызвано тем, что средняя температура на указанных поверхностях окна оказывается выше, чем температура внутреннего воздуха и радиационная температура помещения.

Разработанная компьютерная программа расчета (на языке "Turbo-Pascal") позволяет определить текущие и интегральные значения интенсивности потока прямой, рассеянной и отраженной солнечной радиации, поступающей на поверхность любой ориентации и любого наклона для любого часа календарного дня, количества суток и сезона года. Расчеты можно осуществить для любой географической широты местности на любой высоте над уровнем моря с учетом степени загрязнения атмосферы. Сезонные расходы искусственных ресурсов энергии на отопление, охлаждение и вентиляцию следует определять при поступлении теплоты солнечной радиации, найденной с учетом облачности неба. В компьютерные программы расчета были заложены и используются соотношения продолжительностей наблюдения облачного и безоблачного неба среднего дневного периода суток каждого месяца для 13 наиболее важных населенных пунктов Кыргызстана (такие данные имеются и для 54 метеорологических пунктов на территории России). Для этого используются соответствующие графические годовые структуры погоды, представленные на географических атласах. Приемлемая достоверность результатов расчета суммарной солнечной радиации для безоблачного неба, а также при средней его облачности подтверждена тем, что их погрешность по сравнению с данными, приведенными в СНиП Строительная климатология, не превышает 7 %.

Эффективность пассивных способов солнечного нагревания здания изучена путем компьютерного решения уравнений теплового баланса для холодного периода года. В качестве объекта исследования приняты идентичные компактные здания в виде куба с одинаковой ориентацией, расположенные в климатических условиях г. Новосибирск и г. Кызыл-Кия (Кыргызстан). Расчеты осуществлялись с учетом средней облачности неба. Рассмотрен тепловой эффект через обычные окна с двойным остеклением на Ю, В и З фасадах и остекленную солнечно-активную бетонную стену Ю фасада. Изучена целесообразность применения этой стены при возможных сочетаниях вариантов одинарного и двойного остекления, вентилируемой и невентилируемой воздушной прослойки между стеклом и стеной, окрашенной в черный цвет. Были построены графики изменения всех составляющих уравнения (3) по месяцам холодного периода при . Установлено, что массивная стена с двойным остеклением и невентилируемой воздушной прослойкой совместно с указанными окнами дает наилучший эффект - позволяет снизить сезонный расход теплоты на искусственное отопление здания в г. Новосибирск на 30,6 %, в г. Кызыл-Кия - на 49,3 %. Такие снижения, относящиеся только к окнам, составляют, соответственно, 6 % и 14,6 %. Выявлена, что действительная продолжительность отопительного сезона значительно уменьшается. Например, в условиях г. Новосибирск систему отопления можно включать не в середине, а в конце сентября, а в условиях г. Кызыл-Кия - выключать ее намного раньше - в начале третьей декады февраля.

В течение отопительного периода 2003-2004 гг. испытан экспериментальный вариант установки пассивного солнечного отопления двухкомнатного жилого дома в г. Бишкек через остекленную (10,4 м2) глинобитную стену южного фасада. Такая стена позволяет снизить годовой расход теплоты на отопление здания на 30-40 %. В теплый период, когда возможно перегревание помещения, деревянные крайние рамы в виде створок накладываются на аналогичные центральные рамы для затенения стены за счет размещения блестящей полиэтиленовой пленки между ними. При этом обеспечивается также свободное продувание подстекольного пространства, что дополнительно снижает суточные поступления теплоты в помещение.

На основе компьютерных расчетов изучена энергоэффективность теплового режима компактных трехэтажных жилых зданий, имеющих одинаковые объемы = 912,7 м3 и различные варианты формы и ориентации. Для них приняты одинаковыми суммарные площади окон = 60 м2 и остекленных массивных стен = 64 м2. Эти окна и стены имеют двухслойные остекления и размещены на фасадах с южной стороны. Некоторые результаты суммарного солнечного нагревания этих зданий представлены на рис. 1. Из I и II вариантов зданий, имеющих одинаковые формы, но различные ориентации, эффективнее I вариант с более интенсивным поступлением суммарной солнечной радиации на окна и остекленные стены. Установлено, что целесообразно принимать указанную стену с невентилируемой воздушной прослойкой.

Наибольшую продолжительность периода отопления имеет II вариант здания (135 сут., отметим, что = 150 сут.), а наименьшую - III вариант (111 сут.). Она для I варианта здания, имеющего наибольшее поступление теплоты солнечной радиации , оказалась больше (115 сут.), чем у III варианта.

Рис. 1. Динамика изменения потерь (, ) и поступлений ( и ) теплоты и энергоэффективности () теплового режима зданий различной формы и ориентации

Это связана с тем, что здание I варианта обладает большим потенциалом совершенствования энергоэффективности формы (соответственно и большими потерями теплоты ), чем у III варианта здания в виде восьмигранника. Для найденных значений определяются величины , , и с целью расчета требуемой теплоты на отопление . Она эквивалентна площади той зоны графика, которая расположена между горизонтальной осью и линией изменения . Изложенные данные о динамике потерь, поступлений и подачи теплоты характеризует лишь отдельные аспекты теплового режима здания. Более общей количественной мерой энергоэффективности теплового режима здания служат текущие значения показателя , определенные по формуле (8).

Идеально энергоэффективное здание с = 0 характеризуется текущими значениями = 1, наблюдаемыми в течение всего отопительного сезона. Для реального здания значение = 1 означает, что заданные уровни и обеспечиваются в соответствующий период года без привлечения искусственных ресурсов тепловой энергии. Например, для здания III варианта (рис. 1) такие режимы представлены горизонтальными участками графика с ординатой = 1.

Показатель энергоэффективности служит, в частности, как численный показатель, характеризующий продолжительность отопительного периода в виде записи 0 < 1. Если запись =1 соответствует нулевому потреблению искусственных ресурсов энергии, то запись = 0 описывает тот тепловой режим здания, когда такое потребление максимально, т. е. когда отсутствуют внутренние поступления теплоты и не привлекаются естественные ресурсы энергии на нагревание или охлаждение здания. Следовательно, условие = 0 соответствует максимальной подаче теплоты системой отопления = .

При потеплении погоды весной, после наступления момента, когда =1, суммарные поступления теплоты + становятся больше суммарных потерь + . Математически это выражается как > 1. Такая запись показывает, что уже требуются, начиная с указанного момента, режимы охлаждения здания, чтобы обеспечить заданный уровень . Но на практике в период между сезонами отопления и охлаждения самоустанавливаемые значения весной постепенно изменяется от до , а осенью - в другую сторону. Эти расчетные температуры должны быть энергосберегающими: - минимальной, а - максимальной из возможных (допустимых) нормативных значений (по ГОСТ и СНиП). Тогда диапазон изменения между ними станет больше - повышается продолжительность периода без искусственного отопления и охлаждения. Такая продолжительность увеличится еще больше, если в начале и конце сезонов отопления и охлаждения обеспечить саморегулирование теплового режима за счет согласованного привлечения естественных ресурсов энергии для вентиляции, нагревания (солнечной радиацией, подачей теплого наружного воздуха и др.) и охлаждения (ночным проветриванием, длинноволновым излучением и др.). Целесообразно использование для этого и энергосберегающую архитектуру - стационарных и мобильных тепловых экранов, устройств затенения и улавливания ветра и защиты от него, остекленных солнечно-активных стен и др. Эти меры позволяют не только снизить расход теплоты и холода, но и сократить продолжительность периодов суточного и сезонного искусственного отопления и охлаждения. Достигается этим и экономия электроэнергии, потребляемой нагнетателями систем обеспечения микроклимата.

Следовательно, проблему повышения энергоэффективности теплового режима здания следует рассматривать как задачу повышения текущих и сезонных значений .

В пятой главе представлены особенности создания энергосберегающей архитектуры здания и оптимизации теплозащитной способности его оболочки.

Одним из возможных пожеланий заказчика может оказаться разработка проекта здания с такой теплозащитой, которая исключает искусственное отопление и охлаждение. Для этого случая из уравнения (3) при и с использованием аналогичного выражения [как первое слагаемое правой части уравнения (6), относящегося к реальному зданию] для можно определить

. (10)

Для зданий обеспечение требует больших капитальных затрат на создание ограждений с соответствующим слоем теплоизоляции толщиной . Причем величины любого ограждения и любого здания имеют графическую зависимость от аргумента в виде ниспадающей экспоненты. Компьютерными расчетами, осуществленными на основе таких зависимостей, установлено, что существуют критические значения и , ниже которых дальнейшее их уменьшение за счет увеличения экономически нецелесообразно. Рассмотрение трехэтажного жилого дома в виде куба в г. Бишкек показало, что для наружной стены критический коэффициент теплопередачи достигается при толщине , которая значительно выше той толщины, которой соответствует оболочки этого здания. Отсюда получен практически важный вывод: для реального здания необходимо принимать экономически приемлемую толщину ограждений, чтобы создать менее дорогостоящее здание для случая выполнения условия . При таком здании более экономичными могут оказаться те энергосберегающие меры, которые позволяют оптимизировать, например, значения и в уравнении (3). Интересно, что теоретическое здание с ограждениями с минимальными термическими сопротивлениями материальных слоев (с ≈0), имеющими , обладает . Тогда для выбора реального здания справедливо, во-первых, соотношение < , во-вторых, условие ≤ . Причем нормативное значение определяется при нормативных коэффициентах теплопередачи наружных ограждений, принятых по СНиП 23-02-2003 в зависимости от значений градусо-суток Dd расчетного отопительного периода. Вышеизложенный подход сравнения идеальных и реальных показателей теплозащиты повышает результативность рассмотрения здания в целях минимизации его энергопотребления и поддержания параметров микроклимата помещений, а также для обеспечения долговечности, теплоустойчивости, сопротивления воздухо- и паропроницанию экономически приемлемых ограждающих конструкций, предотвращения ими увлажнения, намокания и появления плесени.

Компьютерные расчеты позволили изучить динамику теплового эффекта затенения любого ограждения здания как для любого часа любого безоблачного календарного дня года, так и для многолетних среднемесячных условий облачности неба. Для здания в г. Бишкек (4251′ северной широты) рассмотрены различные варианты затенения окна, ориентированного на юг, на восток, запад, юго-восток и юго-запад и имеющего остекление в виде витрины размером 2 м х 1,8 м. В случае ориентации его на юг наибольшее снижение поступления солнечной теплоты наблюдается при одновременном использовании верхнее-горизонтального Г и двух вертикальных устройств затенения с их восточным вВ и западным вЗ расположением у окна. В холодные зимние месяцы (например, с 1 ноября по 31 марта) указанное сочетание устройств затенения шириной 800 мм приблизительно в 1,5 раза снижает общее поступление теплоты прямой солнечной радиации. Летом наименьший эффект затенения наблюдается при отдельном использовании устройств вВ и вЗ расположения.

Выдвинутая идея создания энергосберегающей архитектуры здания предполагает, в частности, выбор целесообразной формы здания.

Установлено, что для вариантов зданий с одинаковым объемом , но различными формами предложенная величина [по формуле (7)] имеет прямолинейную зависимость от удельной площади внешней поверхности их теплозащитной оболочки = . На основе использования этой формулы для теоретического здания в виде шара такого же объема, рекомендовано определять значение для здания любой формы по выведенному выражению

. (11)

Как видно, расчетная формула удобна для проектировщика, поскольку не содержит геометрические показатели сравниваемого теоретического здания.

Из числа наиболее распространенных зданий, имеющих вид четырехгранных прямых призм, энергоэффективной формой обладает здание в виде куба с ≈ 0,24.

Старинные здания и сооружения как историческое наследие архитектурной мысли народов, живущих в холодных климатических условиях, обычно имеют более округлые фрагменты формы в зоне обитания и пребывания людей. Например, кыргызская юрта может служить эталоном формы здания с позиций акустики, эффективности и экономичности освещения, вентиляции, нагревания и охлаждения его объема. Теоретический резерв совершенствования ее формы составляет незначительную величину и равен лишь 0,154.

На основе вышеизложенного следует, что задача повышения энергоэффективности теплового режима здания предполагает рассмотрение этапа снижения показателя .

Шестая глава посвящена особенностям практического опыта повышения энергоэффективности теплового режима зданий при их проектировании, создании, реконструкции и эксплуатации.

Предложенная общая методология улучшения теплозащитных качеств существующего здания позволяет определить, в частности, стратегию поэтапного их совершенствования. При этом устанавливается приоритетно-последовательный энергетически и экономически выгодный путь его реконструкции.

В 1996 г. при участии автора осуществлена энергосберегающая реконструкция девятиэтажного крупнопанельного жилого дома 105 серии по адресу: г. Бишкек, микрорайон Асанбай, д. 9. Энергоффективность дополнительной теплоизоляции наружных стен и чердачного перекрытия (листами пенопласта толщиной 50 мм) и реконструкции систем отопления и горячего водоснабжения оценена путем сравнения данных экспериментальных измерений в реконструированном и аналогичном контрольном здании идентичной формы и ориентации.

В тепловых пунктах обоих зданий были установлены счетчики потребления теплоты указанными системами, а также счетчики расхода горячей воды. В реконструированном здании также установлены: в тепловом пункте - регулятор подачи теплоты на отопление, работающий по сигналу датчика температуры наружного воздуха; регулятор постоянства расхода воды, циркулирующей в системе отопления; трехходовой автоматический клапан, поддерживающий температуру (около ) подаваемой горячей воды; в квартирах - термостатические клапаны и местные счетчики теплоты у каждого нагревательного прибора отопления, счетчики расхода горячей воды.

Как показали результаты натурных исследований, в опытный период потребление теплоты системой отопления для контрольного здания составило 20,36 МВтч, а реконструированного - 14,4 МВтч при 29,3 % энергосбережении. Измерения температуры воздуха в помещениях характерных квартир показали, что в контрольном здании ее среднее значение колебалось около 18 С, а в реконструированном - около 20 С. Соответственно, в контрольное здание за этот период требуется подавать около 22,7 МВтч теплоты, чтобы достичь такой же средней температуры воздуха в помещениях, как и в реконструированном здании. Расчетами установлено, что при поддержании одинаковой температуры воздуха в обоих зданиях, равной 20 С, экономия тепловой энергии за счет реконструкции составляет 37 %.

Результаты вычислений, касающихся расчетного отопительного периода и условий, когда одинаковы в обоих зданиях, показали, что годовая расчетная экономия теплоты на отопление составляет около 40 % (из них вследствие дополнительной теплоизоляции - приблизительно 25 %, автоматического регулирования подачи теплоты в здание и в отдельные помещения - 15 % при соответствующем сроке окупаемости затрат около шести лет). Дополнительная экономия потребляемой теплоты жителями при оплате за нее по показаниям местных счетчиков, установленных на нагревательных приборах, и за счет использования термостатических клапанов составляет приблизительно 10-15 %. Следовательно, общее энергосбережение в здании составило 50-55 %.

Вследствие низкого уровня теплозащиты существующих зданий, особенно индивидуальных домов, отдельные виды энергосберегающей реконструкции (например, дополнительная теплоизоляция наружных стен, чердачного перекрытия, перекрытия над подвалом с применением экологически чистых отходов и дешевых местных материалов) окупаются иногда за 1,5-2 года. При участии автора и его студентов в 2002-2004 гг. осуществлены различные типы теплоизоляции наружных ограждений более 20 индивидуальных домов в холодных горных регионах Кыргызстана, позволившие на 40-60 % снизить расход теплоты на их отопление. Причем степень энергосбережения и улучшения комфортных условий в шести реконструированных домах (в различных климатических районах) определена на основе опытных измерений, осуществленных в течение двух отопительных сезонов - до и после такой теплоизоляции.

Опытными измерениями изучена энергетическая эффективность реконструкции 2237 тепловых пунктов, подключенных к централизованной открытой системе теплоснабжения г. Бишкек, а также каскада повысительных насосов (с регулируемой частотой вращения электродвигателя) на ее главных магистралях. В этих тепловых пунктах были установлены: бесшумные циркуляционные насосы вместо струйных элеваторов; регуляторы температуры воды на падающем трубопроводе системы отопления, работающие по сигналу датчиков температуры наружного воздуха; регуляторы постоянства расхода этой системы. Были измерены количества теплоты , отпущенной ТЭЦ в течение 6 отопительных сезонов (с 1997 г. по 2002 г.) в зависимости от среднесуточных температур наружного воздуха . В последние два сезона (т.е. после реконструкции 92 % всех теплопунктов) наблюдалась такая динамика потребления теплоты городом, которая оказалась более адекватной к тепловым режимам обслуживаемых зданий, в частности, к изменениям . Для учета реальных продолжительностей отопительных сезонов и соответствующих средних температур наружного воздуха были сопоставлены отношения к действительным значениям градусо-суток . Установлено, что указанная реконструкция позволила достичь общей годовой экономии расхода теплоты на отопление зданий, подключенных к общегородской тепловой сети, приблизительно на 3,5 %.

Специальные опытные измерения показали, что попытки энергосбережения путем отключения нагревательных приборов в отдельных помещениях (например, в лестничных клетках) здания приводят к отрицательному результату - снижается энергоэффективность микроклимата в смежных помещениях из-за того, что тепловой комфорт в них обеспечивается (вследствие снижения радиационной температуры в них, особенно в крупнопанельных жилых домах) при более высоких значениях температуры воздуха - при = 23Е26 С вместо нормативной= 20 С. Это приводит к увеличению потерь теплоты через ограждения и на вентиляцию помещений.

В работе представлены также результаты опыта затенения элементов кровли, совмещенной с плоским покрытием здания. На основе компьютерных расчетов суточных и сезонных (за три жарких месяца) поступлений солнечной радиации изучены варианты затенения низких двускатных световых фонарей административных помещений здания в г. Каракуль на юге Кыргызстана. Установлено, что для затенения горизонтальных поверхностей целесообразна конструкция над ними, состоящая из ячеек квадратного сечения. Ячейки образованы листами (из рулонной алюминиевой фольги толщиной 0,3 мм и шириной 0,2 м), установленными вертикально по направлениям юг-север и восток-запад с размерами сторон 0,2 м. В холодный период южную сторону этой конструкции следует уклоном обеспечивающим максимальное сезонное поступление теплоты солнечных лучей.

На практике целесообразно интегрировать элементы солнечных установок к конструкциям здания, и наоборот. Реализовано, как пример, попутное летнее затенение и охлаждение совмещенной плоской мягкой кровли вспомогательного административного помещения ТЭЦ г. Бишкек за счет размещения на ней абсорбера солнечней установки. Абсорбер представляет собой открыто настилаемые на кровлю рулонные резиновые ленточные элементы, состоящие из восьми трубок с диаметром живого сечения около 8 мм. Прямое его назначение - предварительное солнечное нагревание части артезианской подпиточной воды тепловой сети в безморозный период года. Специально созданная опытная установка с комплексом измерительных приборов позволила автоматически записывать ежеминутные усредненные значения расхода нагреваемой воды, ее температуры до и после абсорбера, температуры и влажности наружного воздуха, скорости ветра, а также интенсивности суммарной и рассеянной солнечной радиации и длинноволнового излучения окружающей среды, поступающих на горизонтальную поверхность. Абсорбер выполняет функцию, во-первых, устройства затенения перекрытия, во-вторых, источника его охлаждения. Он за счет контакта с покрытием кровли охлаждает ее, т.е. снимает и полезно использует часть избыточной теплоты помещения для нагревания воды. Этим обеспечивается эффект лучистого охлаждения помещения более холодной поверхностью потолка, что значительно снижает уровень теплового дискомфорта присутствующих людей, характерного для периода летнего перегрева.

Обычно в условиях резкоконтинентального климата большинство гражданских зданий имеет значительный расход энергии как на отопление, так и на охлаждение. Здание с ограждениями из сильно прессованных тюков соломы во многом свободно от такого перерасхода энергии. Такое здание, запроектированное и построенное с участием автора и его студентов в с. Жарды-Суу Московского района Кыргызстана, состоит из зала собраний и рабочей комнаты с внутренними размерами в плане 11,5 м х 6,0 м и 4,0 м х 2,0 м при высоте 3,2 м. Несущей конструкцией здания служит деревянный каркас, образующий стойки стен и фермы перекрытия. Соломенные тюки, плотно уложенные друг к другу между указанными элементами каркаса и имеющие с двух сторон глиняные защитные штукатурки, создают слой качественной теплоизоляции толщиной 0,5 м. Принята ориентация продольного фасада строго на юг при расположении пластиковых окон с двухслойным остеклением почти заподлицо с поверхностью этого фасада.

Ожидаемые энергозатраты на отопление этого здания были оценены путем сравнения его показателей с данными здания с обычными, наиболее распространенными в селе ограждениями, в частности, с кирпичной стеной толщиной 0,38 м. Оба варианта зданий имеют идентичные объемы, формы, ориентации, окна и двери. Как элемент, служащий устройством затенения, принят выступающий скат металлической кровли двускатной крыши. Закономерности изменения теплоты суммарной солнечной радиации, поступающей на окна, ориентированные на юг с общей площадью 11,2 м2 при средней облачности неба и различных вариантах их затенения, представлены на рис. 2. Компьютерными расчетами установлено, что по условиям возможного летнего перегрева этого зала целесообразен конструктивно приемлемый вылет указанного ската в 1 м, при котором уровень кромки кровли окажется на 0,56 м выше уровня верха остекления окон. Но последующее рассмотрение условий их затенения в холодный период года показало, что это расстояние целесообразно принимать равным 0,86 м при соответственно найденной высоте остекленной части окон 1,65 м при их ширине 2,35 м.

Для принятых размеров и мест размещения трех окон установлено, что для холодного периода (с 8 октября по 11 марта), когда наблюдаются низкие температуры , достигнуто минимальное их затенение. За этот период общее количество теплоты суммарной солнечной радиации, поступающей на окна, составило 3145 кВт⋅ч. Найденное конструктивное решение обеспечивает также максимальное затенение окон в течение всего периода ожидаемого летнего перегрева помещения. При этом достигнуто снижение (рис. 2, d) количества указанной теплоты в июне на 51,6 %, в июле - на 51,2 % и в августе - на 30,6 %.

Динамика изменения требуемого количества теплоты на отопление сравниваемого зала (а также величины ), имеющего обычные кирпичные стены и общепринятые другие ограждения, показывает, что продолжительность периода искусственного отопления составляет 176 сут. Этот период для зала здания из соломенных тюков меньше на 100 сут. при = 0,89 (при расчетной продолжительности 162 сут. и средней температуре наружного воздуха минус 1 С этого сезона). Расчетная требуемая мощность нагревательных приборов для отопления этого зала (при расчетной температуре наружного воздуха минус 24 С) равна 1,77 кВт (а кабинета - 0,92 кВт). Соответственно, для зала достаточно иметь, например, электрический радиатор мощностью 1,8 кВт с термостатом.

Рис. 2. Динамика изменения теплоты поступающей среднемесячной солнечной радиации на окно южного фасада: а - на 1 м2 его площади - линии: 1 и 2 - без учета и с учетом средней облачности неба; 3 - рассеянной радиации: 4 - температуры наружного воздуха; b и с - при разнице уровней верха остекления окна и нижней кромки кровли в 0,56 м; d и е - то же, в 0,86 м.

Установлено, что полное пассивное солнечное отопление зала удается обеспечить при варианте с тремя указанными окнами (в 11,4 м2) и дополнительном одинарном остеклении всей наружной поверхности (в 25 м2) бетонной стены южного фасада. Этот вариант, хотя и позволяет получить реальный практический результат почти с нулевым расходом теплоты на отопление, приводит к значительному увеличению капитальных затрат на создание как остекленной стены, так и всего здания.

Тепловой режим зданий сезонного действия, например, летних пансионатов на берегу озера Иссык-Куль, зимой вызывает обычно разрушения строительных конструкций и мебели из-за наблюдаемых низких температур и высоких относительных влажностей внутреннего воздуха. Как показали компьютерные расчеты, в случае, когда указанное здание из соломенных тюков расположено в климатических условиях г. Чолпон-Ата и не используется зимой (при естественном его тепловом состоянии и кратности воздухообмена 0,2 ч-1), температура воздуха в зале не опускается ниже 12 С в течение всего холодного периода. Другой расчет был посвящен определению временного показателя энергоэффективности для этого зала при =16 С за этот период. Установлено, что при = 173 сут. продолжительность периода , когда ≤ 16 С, равна лишь 58 сут., а интересующая величина = 0,66. Если принять как базовую температуру =12 С (вместо 16 С), то для данного помещения за весь холодный период наблюдается = 1. Следовательно, зимой, когда не используется данное энергоэффективное здание, его саморегулируемый тепловой режим обеспечивает нормируемую (по СНиП 41-01-2003) температуру внутреннего воздуха без устройства и работы системы отопления.

Следовательно, теплозащитные качества здания сезонного действия должны выбираться не только на основе минимизации энергозатрат (повышения Е) в период его эксплуатации, но и по условиям обеспечения приемлемого саморегулирования теплового режима здания, когда оно не используется, чтобы достичь = 1.

Основные выводы и результаты работы

Реализация значительного потенциала повышения энергоэффективности теплового режима гражданских зданий (достигающего часто 30-60 %) не только позволяет локальную, региональную и планетарную экономию энергоресурсов, но и вносит существенный вклад в снижение темпов глобального потепления климата, вызванного интенсивным накоплением парниковых газов в атмосфере. Эта задача особо актуальна для совершенствования научно обоснованных методов изучения, проектирования, создания, реконструкции и эксплуатации гражданских зданий в условиях Кыргызстана.
Предложенная имитационная математическая тепловая модель здания, представленного как открытая термодинамическая система в виде замкнутого полезного объема с массой обновляемого воздуха, ограниченной внутренней границей теплозащитной оболочки, служит теоретической основой выбора энергоэффективных режимов обеспечения требуемого круглогодичного теплового микроклимата.
Новая концепция энергоэффективной формы здания позволила получить простую, наглядную и практически результативную методологию улучшения формы реального здания заданного объема относительно показателей теоретического здания в виде шара того же объема. Полученный безразмерный показатель энергоэффективности формы здания позволяет количественно оценить степень совершенства и потенциал улучшения формы здания любой конфигурации.
Выдвинутый принцип суточного саморегулирования теплового режима помещений и здания служит теоретической основой методологии оптимизации и гармонизации внутренних и внешних тепловых воздействий путем создания энергосберегающей архитектуры для снижения энергозатрат на обеспечение относительно благоприятного и стабильного круглогодичного внутреннего микроклимата.
Разработанная спирально-циклическая модель и методика улучшения "теплозащитных качеств здания" позволяет поэтапно совершенствовать энергосберегающие проектные решения по выбору места размещения, формы, ориентации, размеров и теплотехнических показателей как здания в целом, так и его отдельных помещений и ограждений.
Выдвинутая идея и выведенные расчетные формулы термического и временного показателя энергоэффективности теплового режима здания позволяют использовать их как расчетно-методический инструмент улучшения и количественной оценки уровня энергетического совершенства этого режима для предложенных типов естественного, возмущенно-естественного и искусственного динамичного теплового состояния любого здания.
Новая концепция оптимизации ножниц графиков суммарных потерь и поступлений теплоты здания позволяет определить энергоэффективные пути и меры улучшения его теплозащитных качеств и теплового режима в целях минимизации годового расхода энергии на отопление, охлаждение и вентиляцию в зависимости от изменения среднесуточной температуры наружного воздуха в течение эталонного климатического года места строительства.
Решение задач оптимизации теплового эффекта солнечной радиации и окружающей среды на здание в соответствии с условиями примыкания его к грунту и теплозащищенному воздушному пространству, динамики нагревания и охлаждения ограждений и внутреннего воздуха позволяет минимизировать расход искусственных ресурсов энергии на отопление, охлаждение и вентиляцию.
Установленная энергосберегающая количественная взаимосвязь теплотехнических, геометрических и температурных показателей наружных ограждений здания, реализация принципа комплексной его теплозащиты на основе предельно низкого, высокого, нормативного и критического значения их коэффициентов теплопередачи и среднего коэффициента теплопередачи оболочки здания позволяют принимать энергетически, экономически и конструктивно выгодные варианты совокупности этих ограждений.

Комплексное решение задач оптимизации формы, размеров, ориентации, места размещения здания, его помещений, окон и дверей, а также энергосберегающих заграждений (от тепловых, световых и звуковых волн и ветра) у ограждений позволяет реализовать выдвинутую идею об энергосберегающей архитектуре здания. Такая архитектура направлена на оптимизацию эффекта солнечной радиации и окружающей среды и повышение энергоэффективности круглогодичного теплового режима здания и его помещений для минимизации их энергопотребления.
Предложенные энергоэффективные суточные и сезонные режимы обеспечения теплового микроклимата помещений при максимальном привлечении пассивных способов нагревания и охлаждения поступающим потоком наружного воздуха, длинноволнового лучистого ночного охлаждения, контроля влияния солнечной радиации и теплозащитных способностей ограждений за счет стационарных и мобильных заграждений у этих ограждений позволяет свести к минимуму общее энергопотребление здания.
Компьютерное решение задачи организации и предотвращения затенения окон в условиях безоблачного неба и его средней облачности позволяет определить их площадь, форму, ориентацию, размеры и места размещения и выбрать энергоэффективные солнцезащитные устройства, обеспечивающие максимальный уровень пассивного солнечного нагревания здания зимой и защиты его от перегрева летом. Практическая реализация этой задачи для здания, построенного в горном селе с ограждениями из соломенных тюков и пассивным солнечным нагреванием через окна южного фасада, позволила снизить на 92 % потребление тепловой энергии на его отопление и вентиляцию.

Условные обозначения

- площадь, м2; b - температурный показатель; и - удельная массовая и объемная теплоемкость, Вт⋅ч/(кг⋅С) и Вт⋅ч/(м3⋅С); - градусо-сутки отопительного периода, С сут; и - термический и временной показатель энергоэффективности теплового режима здания; - энергоэффективность формы здания; - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2⋅С); - кратность воздухообмена, ч Ц1; М - масса, кг; - количество теплоты, Вт⋅ч; - тепловой поток, тепловая мощность, Вт; - плотность потока суммарной солнечной радиации, Вт/м2; - температура, С; - объем, м3; - время, ч, сут; - коэффициент теплообмена, Вт/(м2⋅С); - удельная поверхность оболочки здания, м Ц1; - толщина, м; - коэффициент теплопроводности, Вт/(м⋅С); - плотность, кг/м3; - время, с. Индексы верхние: д - допустимые; н - нормативные; пр - приведенные; р - расчетные; л - точка над символом - текущее значение; max и min - максимальное и минимальное значение. Индексы нижние: б - бытовые; в - вентиляция; д - день; дв - дверь; з - здание; зт - затенение; зщ - защитный слой; из - изоляция; к - конвективный; л - лучистый; м - микроклимат; н - ночь; о - ограждение; ок - окно; от - отопление; ох - охлаждение; п - поверхность; пк - покрытие; пл - пол; пос - поступления; пот - потери; с - солнечные; ср - среднее значение; ст - стена; т - теоретическое; - наружные; - внутренние; - порядковый номер; - единичный промежуток времени.

Основное содержание диссертации опубликованы в следующих работах

Boronbaev E.K. Solar-Thermal Supply and Energy Saving Architecture of Buildings. - Applied, Optics and Solar Energy. - Czech Republic, Prague, 1989, pp. 296-299.
Vajen K., Orths R., Boronbaev E.K. Solartechnick in Mittelasien // Sonnen Energie, Munchen, Heft 6 / Dezember, 1997, pp. 40, 41.
Боронбаев Э.К., Лорсбах М.Г., Баймуратов Б. Э. Климатическое районирование Кыргызстана для расчета годовых расходов теплоты на отопление // Материалы конференции. - Бишкек: КАСИ, 1999, с. 30 - 31.
Vajen, K., Krmer, M., Orths, R., Boronbaev, E.K. Solar Absorber System for Preheating Feeding Water for District Heating Nets // ISES Solar World Congress, 4.-9.7.1999, Jerusalem, Vol III, pp. 90-91.
Боронбаев Э.К. Концепция энергоэффективной формы зданий // Проблемы управления и автоматики. - Бишкек: Нац. АН, 2000, с. 449-453.
Боронбаев Э.К. Критический коэффициент теплопередачи энергоэффективного здания и его ограждений // Проблемы строительства и архитектуры / Материалы международной конференции. Часть 3. - Бишкек: Илим, 2000, с. 24-34.
Боронбаев Э.К. Новая методология оптимизации теплозащитных качеств зданий // Проблемы управления и автоматики. - Бишкек: Нац. АН, 2000, с. 502-505.
Боронбаев Э.К. Теоретический предел продолжительности отопления и охлаждения зданий // Энергосбережение и микроклимат в зданиях: Сб. науч. тр.: Вып. 2 / Кырг. гос. ун-т стр-ва, трансп. и архит. - Бишкек: Технология, 2000, с. 68-78.
Боронбаев Э.К. Теоретический предел теплозащиты зданий // Энергосбережение и микроклимат в зданиях: Сб. науч. тр.: Вып. 2 / Кырг. гос. ун-т стр-ва, трансп. и архит. - Бишкек: Технология, 2000, с. 5-17.
Боронбаев Э.К., Абдылдаева А.М. Возможности использования пассивных систем солнечного отопления в условиях Кыргызстана // Энергосбережение и микроклимат в зданиях: Сб. науч. тр.: Вып. 2 / Кырг. гос. ун-т стр-ва, трансп. и архит. - Бишкек: Технология, 2000, с. 50-57.
Боронбаев Э.К., Тохлукова Э.О. Расчет круглогодичной солнечной радиации на поверхности зданий // Проблемы строительства и архитектуры / Материалы международной конференции. Часть 3. - Бишкек: Илим, 2000, с. 35-42.
Боронбаев Э.К. Стратегия реконструкции здания относительно его идеальной энергоэффективности // Наука и новые технологии. - Бишкек, 2001, №2, с. 57-61.
Боронбаев Э.К. Теоретические основы теплозащиты зданий // Современные технологии и управление качеством в образовании, науке и производстве. Часть II. - Бишкек: КТУ, 2001, с. 361-372.
Боронбаев Э.К. Энергоэффективная наружная стена и практика комплексной теплозащиты зданий // Энергосбережение и микроклимат в зданиях. Сб. науч. тр.: Вып. 3 / Кырг. гос. ун-т стр-ва, трансп. и архит. - Бишкек: Билим, 2001, с. 49-62.
Боронбаев Э.К. Энергосберегающие режимы теплообеспечения микроклимата в здании // Энергосбережение и микроклимат в зданиях: Сб. науч. тр.: Вып. 3 / Кырг. гос. ун-т стр-ва, трансп. и архит. - Бишкек: Билим, 2001, с. 5-20.
Боронбаев Э.К. Энергосберегающая реконструкция зданий и особенности дополнительной теплоизоляции стен // Наука и новые технологии. - Бишкек, 2001, № 2, с. 136-139.
Боронбаев Э.К. Энергоэффективность формы и потери теплоты зданий // Проблемы строительной отрасли и пути их решения. - Бишкек: Технология, 2001, с. 166-173.
Боронбаев Э.К., Абдылдаева А.М. Пассивный солнечный обогрев зданий // Энергосбережение и микроклимат в зданиях: Сб. науч. тр.: Вып. 3 / Кырг. гос. ун-т стр-ва, трансп. и архит. - Бишкек: Билим, 2001, с. 33-44.
Боронбаев Э.К., Тохлукова Э.О. Конструкции наружных ограждений с использованием сыпучих теплоизоляционных материалов // Проблемы строительной отрасли и пути их решения. - Бишкек: Технология, 2001, с. 173-182.
Боронбаев Э.К., Тохлукова Э.О. Энергосберегающая взаимосвязь геометрических и теплотехнических показателей ограждений здания // Энергосбережение и микроклимат в зданиях: Сб. науч. тр.: Вып. 3 / Кырг. гос. ун-т стр-ва, трансп. и архит. - Бишкек: Билим, 2001, с. 68-75.
Боронбаев Э.К. Задачи энергосберегающего охлаждения здания проветриванием // Объединенный научный журнал. - М.: Тезарус, 2002, № 6 (29), с. 36-42.
Боронбаев Э.К. Концепция оптимизации ножниц потерь и поступлений теплоты здания // Объединенный научный журнал. - М.: Тезарус, 2002, № 31 (54), с. 64-67.
Боронбаев Э.К. Основы создания энергосберегающих заграждений у ограждений здания // Объединенный научный журнал. - М.: Тезарус, 2002, № 31 (54), с. 68-71.
Боронбаев Э.К. Особенности динамики охлаждения и нагревания ограждений здания // Объединенный научный журнал. - М.: Тезарус, 2002, № 6 (29), с. 42-48.
Боронбаев Э.К. Тепловой эффект светопрозрачных ограждений // Горный Кыргызстан и экология: Сб. науч. тр. /Кырг. гос. ун-т строит., трансп. и архит. - Бишкек, 2002, с. 50-57.

Боронбаев Э.К., Абдылдаева А.М. Солнечное нагревание зданий через лучепрозрачные и остекленные массивные ограждения // Горный Кыргызстан и экология: Сб. науч. тр. /Кырг. гос. ун-т строит., трансп. и архит. - Бишкек, 2002, с. 57-70.
Боронбаев Э.К., Тохлукова Э.О. Выбор формы и ориентации здания по поступлению солнечной радиации при средних условиях облачности / Материалы научно-практической конференции. Часть 3. - Алматы, КазГАСА, 2002, с. 108-114.
Боронбаев Э.К., Тохлукова Э.О. Поступление солнечной радиации по поверхность зданий при средней облачности неба // Объединенный научный журнал. - М.: Тезарус, 2002, № 31 (54), с.72-76.
Боронбаев Э.К., Тохлукова Э.О. Суточная динамика эффекта затенения ограждений от солнечных лучей // Горный Кыргызстан и экология: Сб. науч. тр. /Кырг. гос. ун-т строит., трансп. и архит. - Бишкек, 2002, с. 70-79.
Боронбаев Э.К., Тохлукова Э.О. Энергосберегающее затенение ограждений здания с учетом облачности неба // Объединенный научный журнал. - М.: Тезарус, 2002, № 31 (56), с. 76-79.
Бинц А., Боронбаев Э.К., Кунц Р., Тохлукова Э.О., Абдылдаева А.М. Оптимизация теплового эффекта Солнца на энергоэффективное здание из соломенных тюков // Вестник Кырг. гос. ун-т строит., трансп. и архит.. Выпуск 1(4). - Бишкек: 2004, с. 75-83.
* Боронбаев Э.К. Графики оптимизации круглогодичных режимов теплообеспечения микроклимата в здании // Известия вузов. Строительство. - Новосибирск, 2004, № 9, с. 99-111.
Боронбаев Э.К. Имитационная математическая модель и энергоэффективность здания // Энергосбережение - проблемы, современные технологии и управление. Материалы конференции (18-19 декабря, 2003 г.) / КТУ. - Бишкек: Техник, 2004, с. 233-238.
Боронбаев Э.К., Абдылдаева А.М., Тохлукова Э.О. Выбор формы и ориентации здания по тепловому эффекту внутренних источников, Солнца и окружающей среды // Объединенный научный журнал. - М.: Тезарус, 2003. № 18, с.52-57.
Боронбаев Э.К., Абдылдаева А.М., Тохлукова Э.О. Энергоэффективность здания и реальная продолжительность периода отопления // Энергосбережение - проблемы, современные технологии и управление: Материалы международной научно-технической конференции / КТУ. - Бишкек: Техник, 2003, с. 238Ц243.
* Боронбаев Э.К., Тохлукова Э.О. Абдылдаева А.М. Энергосберегающее взаимовлияние общей площади окон и формы здания // Известия вузов. Строительство. - Новосибирск, 2004, № 9, с. 99-111.
Боронбаев Э.К., Лорсбах М.Г. Энергосбережение: реконструкция здания и динамика потребления теплоты на отопление // Вестник Кырг. гос. ун-та строит-ва, трансп. и архит. Выпуск 2 (5). - Бишкек: КГУСТА, 2004, с. 79-83.
Боронбаев Э.К. Повышение энергоэффективности зданий: предпосылки, теория, практика. - Бишкек: Кыргызстан, 2004. Ц253 с.
Патент KG № 20030055.1 от 30.05.2003. Боронбаев Э.К. Экранный теплоизоляционный теплоизолятор. Опубл. 30.09.2004. Бюл. № 9 (66). - Бишкек, 2004, с.19.
Патент KG № 20030043.1 от 07.05.2003. Клевцов Е.В., Боронбаев Э.К. Устройство для обогрева помещения. Опубл. 20.08.2004. Бюл. № 8 (65). - Бишкек, 2004, с.17.
* Абдыкалыков А.А., Боронбаев Э.К., Абдылдаева А.М., Поляков Ю.В. и др. Теплозащита зданий: климатические регионы и категории мест строительства (на примере Кыргызстана) // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова.Ц 2010. - № 4. С. 106-110.
* Боронбаев Э.К. Натурные изменения температур: окно южного фасада здания как источник теплоты и холода // Промышленное и гражданское строительство. - 2011. - № 2. С. 59, 60.
* Боронбаев Э.К. Натурные исследования суточного изменения температуры на внешней и внутренней поверхностях наружных стен зданий // Промышленное и гражданское строительство. - 2011. - №2. С. 57, 58.
* Боронбаев Э.К. Особенности стратегии энергосберегающего улучшения теплозащиты малоэтажных зданий // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2010. - № 4. С. 127-130.
* Поляков Ю.В., Абдыкалыков А.А., Боронбаев Э.К., Абдылдаева А.М. и др. Опытное изучение теплового режима жилого дома с солнечным нагреванием через остекленную глинобитную стену // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2010. - № 4. С. 116-120.

* публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Авторефераты по всем темам >> Авторефераты по техническим специальностям

Blog

Боронбаев Эркин Капарович

Основные выводы и результаты работы