Методическое пособие 809

Работодатели также могут столкнуться с санкциями со стороны регулирующих органов. В этих условиях важной задачей является определение требуемого аварийного воздухообмена при выходе вредных газов из оборудования в свободный объем помещения.

1. Математическая модель аварийного воздухообмена. За расчетную аварийную си-

туацию примем выход вредных газов из оборудования под давлением. В качестве модели аварийного воздухообмена для чистого помещения используем дифференциальное уравнение материального баланса по вредному газу, выделяющемуся из оборудования при возникновении аварийной ситуации [2, 3, 11, 14]:

где G — скорость выхода вредного газа из оборудования при возникновении аварийной ситуации в объем чистого помещения, кг с-1; — время, с; L — количество воздуха, удаляемого из чистого помещения, м3 с-1; c — концентрация газа в чистом помещении, кг м-3; V — объем чистого помещения, м3.

Уравнение (1) можно преобразовать к виду:

где k — кратность воздухообмена в чистом помещении, с-1.

Начальными условиями для решения обыкновенного дифференциального уравнения (2) будет концентрация вредного газа в начальный момент времени.

Рассмотрим наиболее неблагоприятный случай изотермического расширения газа в оборудовании, тогда расход вредного газа при его истечении из оборудования определяется зависимостью [1, 5, 7, 8]:

где начальный расход газа G0 и коэффициент a определяется по формулам:

где F — площадь отверстия, через которое истекает вредный газ, м2; P0 — начальное давление в оборудовании, Па; Vоб — объем оборудования, заполненный газом, м3; — показатель адиабаты газа; R — универсальная газовая постоянная, Дж·град-1·кмоль-1; Т — температура газа в оборудовании, K; µ — вес киломоля газа, кг кмоль-1.

2. Результаты расчетов по модели аварийного воздухообмена для чистого поме-

щения. Подставляя (3) в (2), получим:

Решая (4) при начальных условиях = 0, с = 0, получим:

Выражение (5) описывает изменение концентрации вредного газа в объеме чистого помещения в зависимости от свойств вредного газа, параметров истечения вредного газа и параметров аварийной вентиляции.

71

Научный журнал строительства и архитектуры

График изменения концентраций вредного газа в объеме чистого помещения, рассчитанный по формуле (5), приведен на рис. 1. Концентрация вредного газа растет от 0 до максимального значения, а затем снижается и асимптотически приближается к 0.

Пусть V 0, тогда выражение (5) преобразуется к виду:

Изменение концентраций газа в объеме чистого помещения, рассчитанное по формуле (6), приведено на рис. 1.

Рис. 1. Изменение концентраций вредного газа в объеме чистого помещения:

—изменение концентраций газа в объеме чистого помещения по формуле (5);

—изменение концентраций газа в объеме чистого помещения при V 0 по формуле (6)

Важными параметрами аварийной вентиляции являются величина максимальной концентрации вредного газа и время достижения величины максимальной концентрации вредного газа. Исследуем концентрацию вредного газа в объеме чистого помещения (5) на максимум:

dc 0. d

Тогда:

72

откуда:

1a

a k ln k max .

На рис. 2 показаны два графика изменения концентраций вредного газа в объеме чистого помещения, рассчитанные по зависимостям (5) и (6). Они пересекаются в точке максимальной концентрации вредного газа с координатами ( max, cmax).

Анализ рис. 2 показывает, что вентилируемое помещение до момента времени max аккумулирует в своем объеме некоторое количество газов, а затем отдает их. Определим аккумулирующую способность вентилируемого помещения.

Рис. 2. Аккумулирующая способность чистого помещения:

— область аккумуляции газа; — область отдачи газа

Площадь 1 на рис. 2, умноженная на L, составляет аккумулирующую способность чистого помещения. Площадь 2 на рис. 2, умноженная на L, составляет массу отданного газа.

Рассчитаем массу аккумулированного газа:

73

Научный журнал строительства и архитектуры

Как и ожидалось, количество аккумулированного газа равно количествуотданного газа.

3. Аккумулирующая способность объема вентилируемого помещения при поступ-

лении в него вредного газа из оборудования под давлением составит:

Способность объема вентилируемого помещения аккумулировать вредный газ снижает максимальную концентрацию cmax и увеличивает время его достижения max.

Выводы. В настоящее время в различных отраслях промышленности для обеспечения требуемых параметров воздушной среды часто используют технологии чистых помещений. В чистых помещениях необходимо предусматривать аварийную вентиляцию, так как технологические процессы могут использовать токсичные газы.

На основе дифференциального уравнения материального баланса по вредному газу разработана модель аварийного воздухообмена для чистого помещения. За расчетную аварийную ситуацию прият выход вредных газов из оборудования под давлением.

Получено решение в элементарных функциях модели аварийного воздухообмена для чистого помещения. На основе полученного решения введено новое понятие аккумулирующей способности вентилируемого помещения. Увеличение аккумулирующей способности вентилируемого помещения ведет к снижению максимальной концентрации вредного вещества из оборудования под давлением.

Использование понятия аккумулирующей способности вентилируемого помещения позволит упростить расчеты общеобменной и аварийной вентиляции для помещений с нестационарными источниками вредных веществ.

Полученные результаты углубляют представление о развитии аварийной ситуации в чистом помещении и позволяют рассчитать параметры аварийной вентиляции чистых помещений.

Библиографический список

1.Мелькумов, В. Н. Моделирование задымленности помещений сложной конфигурации в начальной стадии пожара / В. Н. Мелькумов, С. Н. Кузнецов, В. В. Гулак // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. — 2010. — № 3 (19). — С. 131—139.

2.Мелькумов, В. Н. Нестационарное поле концентраций природного газа в скважине при его утечке из подземного газопровода / В. Н. Мелькумов, С. Н. Кузнецов, С. П. Павлюков, А. В. Черемисин // Приволжский научный журнал. — 2008. — № 4 (8). — С. 98—103.

3.Мелькумов, В. Н. Нестационарные процессы формирования системами вентиляции воздушных потоков в помещениях / В. Н. Мелькумов, С. Н. Кузнецов, К. А. Скляров, А. В. Черемисин // Известия ОрелГТУ. Сер.: Строительство. Транспорт. — 2007. — № 3—15 (537). — С. 36—39.

4.Мелькумов, В. Н. О методике расчета концентраций природного газа при наличии утечки из подземного газопровода / В. Н. Мелькумов, С. Н. Кузнецов, И. Г Лачугин., А. А Свиридов. // Вестник ВГТУ, Сер.: Энергетика. — 2001. — Вып. 7.1. — С. 72—75.

5.Полосин, И. И. Моделирование вентиляционных процессов в производственных помещениях с проемами в междуэтажных перекрытиях / И. И. Полосин, А. В. Дерепасов // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. — 2011. — № 2 (22). — С. 43—51.

6.Полосин, И. И. Расчет требуемого воздухообмена в офисном помещении при организации персо-

нальной системы вентиляции / И. И. Полосин, Д. В. Лобанов // Приволжский научный журнал. — 2014. —

№1 (29). — С. 56—60.

7.Эльтерман, В. М. Вентиляция химических производств / В. М. Эльтерман. — М.: Химия, 1971. —

238 с.

8.Эльтерман, В. М. Теоретические и экспериментальные основы вентиляции производств с выделением токсичных газов и паров: дис. … д-ра тех. наук / В. М. Эльтерман. — М., 1973. — 314 с.

9.ANSI/ASHRAE Standard 62.2-2013. Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality in Low-Rise Residential Buildings. — Atlanta: ASHRAE, 2013.

74

10.Beggs, C. B. A quantitative method for evaluating the germicidal effect of upper room UV fields / C. B. Beggs, P. A. Sleigh // Journal of Aerosol Science. — 2002. — № 33. — P. 1681—1699.

11.Dijkstra, D. Ventilation efficiencyin a low-energydwelling setting — a parameter study for larger rooms / D. Dijkstra, M. G. Loomans, J. L. M. Hensen, B. E. Cremers // Proceedings of the 14th International Conference on Indoor Air Qualityand Climate (Indoor Air—2016). — 2016. — P. 8.

12.Fedotov, А. Saving energy in cleanrooms / А. Fedotov // Cleanroom Technol. — 2014. — Vol. 22, № 8. — P. 14—18.

13.Khoo, C. Y. An experimental study on the influences of air change rate and free area ratio of raised-floor on cleanroom particle concentrations / C. Y. Khoo, C. C. Lee, S. C. Hu // Build. Environ. — 2012. — № 48 (1). — P. 84—88.

14.Kircher, K. Cleanroom energy efficiency strategies: Modeling / K. Kircher, X. Shi, S. Patil, K. M. Zhang // Energy Build. — 2010. — Vol. 42, № 3. — P. 282—289.

15.Loomans, M. G. Energy demand reduction in pharmaceutical cleanrooms through optimization of ventilation / M. G. Loomans, P. C. A. Molenaar, H. S. M. Kort, P. H. J. Joosten // Energy Build. — 2019. — 109346. — https://doi.org/10.1016.

16.Molenaar, P. Ventilation efficiency in pharmaceutical cleanrooms — Pilot study graduation / P. Molenaar // Eindhoven Universityof Technology. — 2016.

17.Noakes, C. J. Mathematical models for assessing the role of airflow on the risk of airborne infection in hospital wards / C. J. Noakes, P. A. Sleigh // J. R. Soc. Interface. — 2009. — Suppl 6. — P. S791—S800.

18.Ogunsola, O. T. ASHRAE Research Project Report 1399-RP: Survey of particle production rates from process activities in pharmaceutical and biological cleanrooms / O. T. Ogunsola, J. Wang, L. Song. — Oklahoma, 2018.

19.Reinmüller, B. People as a Contamination Source — Clothing Systems / B. Reinmüller // Dispersion and Risk Assessment of Airborne Contaminants in Pharmaceutical Cleanrooms. — Building Services Enginiring Bulletin. — 2001. — № 56. — P. 54—77.

20.Sun, J. M. W. Cleanroom pressurization strategy update-Quantification and validation of minimum pressure differentials for basic configurations and applications / J. M. W. Sun, K. Flyzik // ASHRAE Trans. — 2013. — Part 1. — P. 16.

21.Tschudi, W. Energyefficiency strategies for cleanrooms without compromising environmental conditions / W. Tschudi, D. Faulkner, A. Hebert // ASHRAE Transactions. — 2005. — Vol. 111, part 2, № 2. — P. 637—645.

22.Villafruela, J. M. Comparison of air change efficiency, contaminant removal effectiveness and infection risk as IAQ indices in isolation rooms / J. M. Villafruela, F. Castro, J. F. San Jose, J. Saint-Martin // Energy Build. — 2013. — Vol. 57. — P. 210—219.

23.Whyte, W. The application of the ventilation equations to cleanrooms; Part 2: Decay of contamination / W. Whyte,W. M. Whyte, T. Eaton // Clean Air and Containment Review. — 2014. — № 20. — P. 4—9.

24.Xie, X. How far droplets can move in indoor environments-revisiting the Wells evaporation-falling curve / X. Xie, Y. Li, A. T. Chwang, P. L. Ho, W. H. Seto// Indoor Air. — 2007. — Jun., № 17 (3). — P. 211—25.

References

1.Mel'kumov, V. N. Modelirovanie zadymlennosti pomeshchenii slozhnoi konfiguratsii v nachal'noi stadii pozhara / V. N. Mel'kumov, S. N. Kuznetsov, V. V. Gulak // Nauchnyi vestnik VGASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2010. — № 3 (19). — S. 131—139.

2.Mel'kumov, V. N. Nestatsionarnoe pole kontsentratsii prirodnogo gaza v skvazhine pri ego utechke iz podzemnogo gazoprovoda / V. N. Mel'kumov, S. N. Kuznetsov, S. P. Pavlyukov, A. V. Cheremisin // Privolzhskii nauchnyi zhurnal. — 2008. — № 4 (8). — S. 98—103.

3.Mel'kumov, V. N. Nestatsionarnye protsessy formirovaniya sistemami ventilyatsii vozdushnykh potokov v pomeshcheniyakh / V. N. Mel'kumov, S. N. Kuznetsov, K. A. Sklyarov, A. V. Cheremisin // Izvestiya OrelGTU. Ser.: Stroitel'stvo. Transport. — 2007. — № 3—15 (537). — S. 36—39.

4.Mel'kumov, V. N. O metodike rascheta kontsentratsii prirodnogo gaza pri nalichii utechki iz podzemnogo gazoprovoda / V. N. Mel'kumov, S. N. Kuznetsov, I. G Lachugin., A. A Sviridov. // Vestnik VGTU, Ser.: Energetika. — 2001. — Vyp. 7.1. — S. 72—75.

5.Polosin, I. I. Modelirovanie ventilyatsionnykh protsessov v proizvodstvennykh pomeshcheniyakh s proemami v mezhduetazhnykh perekrytiyakh / I. I. Polosin, A. V. Derepasov // Nauchnyi vestnik VGASU. Stroitel'stvo

iarkhitektura. — 2011. — № 2 (22). — S. 43—51.

6.Polosin, I. I. Raschet trebuemogo vozdukhoobmena v ofisnom pomeshchenii pri organizatsii personal'noi sistemy ventilyatsii / I. I. Polosin, D. V. Lobanov // Privolzhskii nauchnyi zhurnal. — 2014. — № 1 (29). — S. 56—60.

7.El'terman, V. M. Ventilyatsiya khimicheskikh proizvodstv / V. M. El'terman. — M.: Khimiya, 1971. —

238 s.

8.El'terman, V. M. Teoreticheskie i eksperimental'nye osnovy ventilyatsii proizvodstv s vydeleniem toksichnykh gazov i parov: dis. … d-ra tekh. nauk / V. M. El'terman. — M., 1973. — 314 s.

75

Научный журнал строительства и архитектуры

9.ANSI/ASHRAE Standard 62.2-2013. Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality in Low-Rise Residential Buildings. — Atlanta: ASHRAE, 2013.

10.Beggs, C. B. A quantitative method for evaluating the germicidal effect of upper room UV fields / C. B. Beggs, P. A. Sleigh // Journal of Aerosol Science. — 2002. — № 33. — P. 1681—1699.

11.Dijkstra, D. Ventilation efficiencyin a low-energydwelling setting — a parameter study for larger rooms / D. Dijkstra, M. G. Loomans, J. L. M. Hensen, B. E. Cremers // Proceedings of the 14th International Conference on Indoor Air Qualityand Climate (Indoor Air—2016). — 2016. — P. 8.

12.Fedotov, А. Saving energy in cleanrooms / А. Fedotov // Cleanroom Technol. — 2014. — Vol. 22, № 8. —

P. 14—18.

13.Khoo, C. Y. An experimental study on the influences of air change rate and free area ratio of raised-floor on cleanroom particle concentrations / C. Y. Khoo, C. C. Lee, S. C. Hu // Build. Environ. — 2012. — № 48 (1). — P. 84—88.

14.Kircher, K. Cleanroom energy efficiency strategies: Modeling / K. Kircher, X. Shi, S. Patil, K. M. Zhang // Energy Build. — 2010. — Vol. 42, № 3. — P. 282—289.

15.Loomans, M. G. Energy demand reduction in pharmaceutical cleanrooms through optimization of ventilation / M. G. Loomans, P. C. A. Molenaar, H. S. M. Kort, P. H. J. Joosten // Energy Build. — 2019. — 109346. — https://doi.org/10.1016.

16.Molenaar, P. Ventilation efficiency in pharmaceutical cleanrooms — Pilot study graduation / P. Molenaar // Eindhoven Universityof Technology. — 2016.

17.Noakes, C. J. Mathematical models for assessing the role of airflow on the risk of airborne infection in hospital wards / C. J. Noakes, P. A. Sleigh // J. R. Soc. Interface. — 2009. — Suppl 6. — P. S791—S800.

18.Ogunsola, O. T. ASHRAE Research Project Report 1399-RP: Survey of particle production rates from process activities in pharmaceutical and biological cleanrooms / O. T. Ogunsola, J. Wang, L. Song. — Oklahoma, 2018.

19.Reinmüller, B. People as a Contamination Source - Clothing Systems / B. Reinmüller // Dispersion and Risk Assessment of Airborne Contaminants in Pharmaceutical Cleanrooms. — Building Services Enginiring Bulletin. — 2001. — № 56. — P. 54—77.

20.Sun, J. M. W. Cleanroom pressurization strategy update-Quantification and validation of minimum pressure differentials for basic configurations and applications / J. M. W. Sun, K. Flyzik // ASHRAE Trans. — 2013. — Part 1. — P. 16.

21.Tschudi, W. Energyefficiency strategies for cleanrooms without compromising environmental conditions / W. Tschudi, D. Faulkner, A. Hebert // ASHRAE Transactions. — 2005. — Vol. 111, part 2, № 2. — P. 637—645.

22.Villafruela, J. M. Comparison of air change efficiency, contaminant removal effectiveness and infection risk as IAQ indices in isolation rooms / J. M. Villafruela, F. Castro, J. F. San Jose, J. Saint-Martin // Energy Build. — 2013. — Vol. 57. — P. 210—219.

23.Whyte, W. The application of the ventilation equations to cleanrooms; Part 2: Decay of contamination / W. Whyte,W. M. Whyte, T. Eaton // Clean Air and Containment Review. — 2014. — № 20. — P. 4—9.

24.Xie, X. How far droplets can move in indoor environments-revisiting the Wells evaporation-falling curve / X. Xie, Y. Li, A. T. Chwang, P. L. Ho, W. H. Seto// Indoor Air. — 2007. — Jun., № 17 (3). — P. 211—25.

EMERGENCY VENTILATION OF CLEAN ROOMS

V. M. Popov1, A. V. Barakov 2, S. N. Kuznetsov3

Voronezh State Technical University 1, 2, 3

Russia, Voronezh

1D. Sc. in Engineering, Prof. of the Dept. of Electrical Engineering, Heat Engineering and Hydraulics, tel.: (473) 253-92-85

2D. Sc. in Engineering, Prof., Head of the Dept. of Theoretical and Industrial Heat Power Engineering, e-mail: pt_vstu@mail.ru

3D. Sc. in Engineering, Assoc. Prof., Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Oil and Gas Business, tel.: (473)271-53-21, e-mail: teplosnab_kaf@vgasu.vrn.ru

Statement of the problem. In modern industry, clean room technology is commonly used to monitor the state of the air. The use of toxic gases in clean rooms might result in emergencies that call for emergency ventilation. In order to calculate the emergency air exchange, it is necessary to design a model of emergencyair exchange considering a significant number of influencing factors.

76

Results. The model of emergency air exchange for a clean room is developed based on the equation of material balance on the harmful gas allocated from the equipment in case of an emergency. The solution of the model of the emergency air exchange for a clean room is obtained allowing the concentrations of harmful gas to be calculated depending on a specific emergency. The properties of the resulting solution are investigated. The concept of accumulating capacity of the ventilated room is introduced and the influence of accumulating capacityon change of concentrations of harmful gas is evaluated.

Conclusions. The performed calculations allow one to understand the processes of development of an emergency situation in a clean room more profoundly and to allow for these risks while designing emergency ventilation of clean rooms.

Keywords: clean rooms, emergency ventilation, emergency, storage capacity of the ventilated room, concentration of harmful gas.

ОБЪЯВЛЕН ОБЛАСТНОЙ КОНКУРС В ОБЛАСТИ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ 2021ГОДА

(ВОРОНЕЖСКАЯ ОБЛАСТЬ)

В соответствии с постановлением правительства Воронежской области № 496 от 13.07.2016 объявлен конкурс работ в области науки и образования для ученых образовательных организаций высшего образования и научных организаций 2021 года.

Учреждено 12 премий для молодых ученых (до 35 лет) по семьдесят пять тысяч рублей и 12 премий для ведущих ученых (старше 35 лет) по сто тысяч рублей.

Работы, подаваемые на конкурс, подразделяются по следующим направлениям: а) для ведущих ученых:

крупные, реализованные на практике научно-технические разработки, обеспечивающие решение проблем стабилизации социально-экономического положения Воронежской области;

разработки в области производства, переработки и хранения сельскохозяйственной продукции;

разработки новых методов и средств в медицине и здравоохранении;

проектно-конструкторские и технологические работы в области строительства, архитектуры и жилищно-коммунального хозяйства;

работы, являющиеся значительным вкладом в решение проблем экологии, охраны

природы;

создание высококачественных учебных изданий (учебников и учебных пособий) для общеобразовательных организаций, профессиональных образовательных организаций, образовательных организаций высшего образования (имеющих гриф или рекомендации различных министерств Российской Федерации и изданных в 2020 году);

монографии, опубликованные в ведущих российских или международных издательствах (в году, предшествующем году проведения конкурса);

б) для молодых ученых:

научные работы по гуманитарным, социальным, естественным и техническим наукам, соответствующие уровню передовых достижений в Российской Федерации;

разработка и внедрение новых образовательных технологий, создание учебников и учебных пособий для образовательных организаций;

создание новых эффективных методов и технических средств управления социаль- но-экономическим комплексом области.

Работы, представляемые на конкурс, принимаются департаментом образования, науки

имолодежной политики Воронежской области до 1 октября года, в котором определяются победители.

77

Научный журнал строительства и архитектуры

DOI 10.36622/VSTU.2021.62.2.006

УДК 536.491

МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ ПРИ РАБОТЕ НА НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОМ ИСТОЧНИКЕ ЭНЕРГИИ

Н. Ю. Сапрыкина 1

Астраханский государственный архитектурно-строительный университет 1 Россия, г. Астрахань

1 Ст. преп. кафедры инженерных систем и экологии, тел.: +7-927-661-48-60, e-mail: nadin_id@mail.ru

Постановка задачи. Необходимо разработать методику проектирования систем кондиционирования и теплоснабжения, работающих в течение длительного периода на основе вертикальной геотермальной скважины.

Результаты. Приводится описание и порядок действий предложенной методики проектирования для расчета основных параметров систем кондиционирования и теплоснабжения.

Выводы. Предложена методика проектирования систем кондиционирования и теплоснабжения на основе низкопотенциального источника энергии. Она позволяет максимально точно произвести расчет необходимого количества геотермальных скважин с учетом технологических особенностей работы инженерных систем, что обеспечивает минимизацию суммы капитальных и эксплуатационных вложений в установкутеплонасосного оборудования и его комплектующих.

Ключевые слова: тепловой насос, методика проектирования, вертикальная геотермальная скважина.

Введение. Отсутствие информации о работе систем кондиционирования и теплоснабжения на основе низкопотенциального источника энергии (грунтового массива) в течение длительных сроков приводит к дефициту данных эксплуатационных характеристик теплового насоса. Существует большая вероятность неустойчивой работы инженерных систем при таких условиях, а именно снижение производительности и ухудшение техникоэкономических показателей. Стоит отметить, что отследить динамику работы довольно сложно. В большинстве случаев она поверхностна, и дать грамотную оценку работы систем на длительных сроках практически невозможно.

В связи с этим основной целью исследования является разработка методики расчета систем кондиционирования и теплоснабжения, использующих низкопотенциальные геотермальные источники энергии с учетом длительной эксплуатации. Основной задачей исследования является получение возможности использования разработанных методов в широком круге климатических регионов, в соответствии с чем для создания методики использовалась теория подобия.

Существует ряд исследований, посвященных изучению вопроса работы тепловых насосов от низкопотенциальных источников энергии. Так, например, исследования, направленные на изучение и прогноз изменения температурных полей вокруг эксплуатируемой скважины, нашли отражение в научных работах [2—8, 11, 12, 14, 18]. Оценка эффективности работы теплового насоса при долгосрочной эксплуатации в нескольких технологических режимах рассмотрена в исследованиях [9, 10, 17, 21]. Влияние грунтовых вод на температурное поле описано в работах [1, 19, 20].

© Сапрыкина Н. Ю., 2021

78

1.Основные этапы проектирования систем кондиционирования и теплоснабжения на основе низкопотенциального источника энергии. В отличие от классического про-

ектирования подобные системы расчета требуют более детального подхода. Методика расчета включает несколько этапов:

1) сбор и анализ исходных данных;

2) составление технического задания;

3) формирование предпроектных решений;

4) согласование принятых решений с заказчиком;

5) утверждение принятых решений;

6) проектирование инженерных систем;

7) составление сметы.

До начала проектирования осуществляется сбор и анализ исходных данных. Далее составляется техническое задание, включающее функции проектируемых инженерных систем (отопление, горячее водоснабжение, кондиционирование) или назначение производственных процессов (техническое теплоснабжение, холодоснабжение), а также количество работающего персонала или проживающих людей. В связи с тем, что планируется установка вертикальных геотермальных скважин достаточной протяженностью (от 75 м и выше), уместно уточнить наличие существующих инженерных сетей, проходящих на территории проектирования. На основании данных технического задания инженер формирует базу для дальнейшего расчета.

Кроме того, необходимы данные по инженерно-геологическим изысканиям, с помощью которых определяются теплофизические характеристики грунта, скорость фильтрации грунтовых вод и т. д.

2.Последовательность методики проектирования. На основе климатических данных района проектирования выполняются следующие расчеты: составляется тепловой баланс системы отопления, производится расчет потребности в горячем водоснабжении, расчет теплоприто-

ков. Наосновании полученныхданныхподбирается мощность теплонасосногооборудования. В качестве примера рассмотрим объект жилого дома в г. Астрахани площадью 150 м2,

где предусмотрены инженерные системы (кондиционирование, отопление, горячее водоснабжение). Количество проживающих составляет 5 человек. Согласно исходным данным, производится расчет необходимых тепловых нагрузок, строится график годовых активных нагрузок (рис. 1).

Кривую активных нагрузок (рис. 1) можно заменить дискретными участками, равными по площади реальным, так как в основном проектируемые объекты считаются по укрупненным показателям (рис. 2).

Рис. 1. График годовых активных нагрузок на инженерные системы для проектируемого жилого дома

79

Научный журнал строительства и архитектуры

Рис. 2. Усредненная годовая нагрузка

Для определения количества подведенного тепла в вертикальную скважину в летний период и отведенного в отопительный период введена новая количественная характеристика — коэффициент регенерации [15]. Он рассчитывается по формуле (1), исходя из полученных активных усредненных нагрузок:

где Qподвод — количество подведенного потока в теплый период года, Вт/м2; Qотвод — количество отведенного потока в холодный периодгода, Вт/м2.

Эффективность работы теплового насоса зависит от температуры низкопотенциального источника энергии. Предложены критериальные зависимости [16], позволяющие выполнить расчет прогнозируемых значений температур на забое скважины при работе теплового насоса в различных режимах:

только на теплоснабжение:

где Fo ‒ критерий Фурье; Θ ‒ безразмерная температура; Q ‒ относительный тепловой поток;

с сезонным чередованием с теплоснабжения на кондиционирование и наоборот:

где C ‒ критерий водообмена.

Для перевода полученной безразмерной температуры в реальную воспользуемся уравнением (5):

где tскважины — температура стенки скважины на момент окончания рассматриваемого эксплуатируемого периода, ºС; tср. ос — среднегодовая климатическая температура окружающей среды, ºС; tфон — фоновая температура грунта, ºС.

80