Учебное пособие 800228

Экспериментальные испытания были проведены в помещении с двумя типами оконных блоков: с двойным остеклением (однокамерный стеклопакет) в пластиковых переплетах и с тройным остеклением (двухкамерный стеклопакет) в пластиковых переплетах. Характер распределения температур в зоне светового проема на расстоянии 80 см от внутренней поверхности двойного и тройного остекления определялся по шести температурным сечениям. Измерения производились на внутренней и наружной поверхности остекления, а также на расстоянии 10; 20; 40; 60; 80 см от внутренней поверхности остекления (рис. 4 и 5).

Рис. 4. Схема расположения точек замера температуры на поверхности остекления и в зоне окна в горячем цехе:1 – керамзитобетонная панель; 2 – световой проем с двойным стеклопакетом; 3 – световой проем с тройным стеклопакетом; 4 – железобетонная плита; 5 – утеплитель;

6 – плитка; 7 – покрытие; 8 – отопительный прибор (биметаллический радиатор)

8

Рис. 5. Схема расположения точек замера температуры на поверхности панорамного остекления и в зоне окна в обеденном зале: 1 – керамзитобетонная панель; 2 – панорамное остекление с двойным стеклопакетом; 3 – панорамное остекление с тройным стеклопакетом; 4 – железобетонная плита; 5 – плитка; 6 – утеплитель; 7 – покрытие; 8 – отопительный прибор (внутрипольный конвектор)

11

Теплотехнические испытания проводили в обеденном зале и горячем производственном цехе при внутренних t р.п и наружных tн температурах. В процессе проведения этих серий испытаний температура tн оставалась неизменной. Отмечено: в средней и верхней частях светового проема значение температуры поверхности остекления заметно повышалось; температура на внутренней поверхности двухкамерного стеклопакета была значительно выше, чем на поверхности однокамерного стеклопакета. Выполненные экспериментальные исследования оконных конструкций с включенным и выключенным отопительным прибором показали, что температурный режим определяется, главным образом, действием неизотермических восходящих струй.

В исследованиях, выполненных Захаревичем А. Э., были математически смоделированы особенности распределения температуры на внутренней поверхности светопрозрачных ограждений в отапливаемых помещениях с установкой различных отопительных приборов (рис. 6 и 7). Сопоставление наших экспериментальных данных с результатами, полученными в ходе расчетов по модели Захаревича А. Э., показало, что отклонение экспериментальных данных от расчетных незначительно и составляет не более, чем 1,4 0C (14–16 %), а среднее значение температуры воздуха в помещении различается не более, чем на 0,3 0C (2,5–3,5 %).

Таким образом, сделан вывод о возможности применения математической модели, предложенной Захаревичем А. Э., для соответствующих расчетов полей температур вблизи наружных остеклений, в том числе панорамных.

Кроме того, результаты наших экспериментальных исследований показали, что при размещении конвекторов внизу панорамного остекления (двухкамерный стеклопакет) происходит существенное снижение температуры поверхности в его нижней части, связанное с нисходящими по всей высоте остекления струями охлажденного воздуха. В итоге наблюдалось выпадение конденсата, а в ряде случаев – обмерзание внутренних поверхностей панорамного остекления. Увеличение сопротивления теплопередаче за счет установки двухкамерного стеклопакета обеспечило повышение температуры в соответствующих точках остекления в среднем на 4,8 0С при разности температур внутреннего и наружного воздуха 43,8 0С.

Четвертая глава. Как упоминалось выше (см. рис. 1), одним из трех определяющих параметров теплового комфорта является осредненная результативная температура, которая определяется из балансовых расчетов теплопоступлений и теплопотерь помещения.

12

Применительно к ресторанным комплексам особый научный интерес представляет расчет теплопоступлений от оборудования влажностно– тепловой обработки продуктов в горячих цехах ресторана Qтех.обор . Рекомендуемые ранее методы

расчета основаны на укрупненных показателях и не учитывают технологическую переменность режимов работы оборудования. Для возможности выполнения более точных вычислений необходима разработка теплофизической модели оборудования отдельно для каждого этапа его работы, с целью определения общего количества теплоты, выделяемого оборудованием за весь технологический цикл обработки продуктов.

Математическое описание пространственного температурного поля оборудования будет иметь вид: t = t( x, y, z,τ ) , где x – координата, меняющаяся в направлении от оборудования вглубь помещения, м; y – координата, меняющаяся в направлении вдоль самого оборудования, м; z – координата, меняющаяся в вертикальном направлении помещения, м; τ – время, с.

Для описания нестационарного температурного поля в общем виде применимо дифференциальное уравнение теплопроводности:

где q( x, y, z,τ ) – функция распределения источников теплоты внутри оборудования и изменения их тепловой мощности во времени; с – удельная теплоемкость, Вт/(кг·0С); ρ – плотность, кг/м3; λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К).

Поскольку поверхности теплотехнологического оборудования для влажностно– тепловой обработки продуктов в ресторанных комплексах изготавливают, в основном, из нержевеющей стали, алюминия или чугуна, они представляют собой анизотропные тела, то естьλx = λ y = λz . Теплофизические коэффициенты в преде-

лах рабочего диапазона температур примем постоянными и не зависящими от температуры и от времени. Тогда уравнение примет вид:

где qv – удельная тепловая мощность источника (количество теплоты, выделяемое в единице объёма вещества в единицу времени).

Большинство работ, связанных с данной проблемой, решают прямую поставленную задачу о нахождении функции распределения температуры на рабочей поверхности теплотехнологического оборудования. В нашем случае для нахождения пространственного температурного поля, создаваемого поверхностями теплотехнологического ресторанного оборудования, необходимо решить обратную задачу. При этом формулируются граничные условия третьего рода, когда на рабочих поверхностях оборудования происходит теплообмен с окружающей средой, температура которой t р.п. определяется по следующему закону

13

где nтепл.обор. – нормаль к соответствующей поверхности теплотехнологического обору-

дования.

Таким образом, искомой функцией в данной главе являлась функция вида α[t(x, y, z,τ )], и задача была сведена к разработке такой модели оборудования, которая позволила бы рассчитать поэтапно коэффициенты конвективного теплообмена α к , лучистого теплообмена α л и суммарного

Для дальнейшего исследования в качестве одного из наиболее характерных элементов теплотехнологического оборудования влажностно– тепловой обработки продуктов в ресторанных комплексах был выбран основной тип оборудования марки СЭСМ–02 ( сковорода электрическая секционная модулированная).

Цикл влажностно– тепловой обработки продуктов представлен состоящим из пяти этапов, характеризующихся различной температурой и взаимным расположением отдельных конструктивных частей оборудования (см. таблицу).

Общее количество теплоты, поступающее от теплотехнологического оборудования во внутреннюю среду горячего цеха за весь цикл влажностно– тепловой обработки продуктов, представлено в виде суммы интегралов на отдельных его этапах:

14

Следует особо отметить, что в ходе анализа предложенной модели была доказана автомодельность процесса конвективного теплообмена в области значений определяющих теплофизических параметров, что позволяет обобщить результаты моделирования, полученные на примере конкретного оборудования СЭСМ–02, на любое аналогичное оборудование влажностно– тепловой обработки продуктов.

Пятая глава. Рассмотрены основные требования и известные принципы организации воздухообмена в ресторанных комплексах. Приведен инженерный расчёт воздухообмена в ресторанном комплексе. Показано, что поскольку способ подачи определяет направление потоков распределения воздуха, это оказывает существенное влияние на формирование зон теплового комфорта. Проанализирована возможность применения системы технологического кондиционирования воздуха по типу вытесняющей вентиляции со схемой воздухораздачи «снизу– вверх» для помещений производственного и непроизводственного назначения ресторанного комплекса. Установлено, что схема технологического кондиционирования воздуха локальным способом по типу вытесняющей вентиляции в теплый и холодный периоды года является приемлемым направлением в ресторанном комплексе для горячего цеха и обеденного зала, и её применение позволит облегчить формирование условий теплового комфорта.

Шестая глава. На основе предложенной математической модели разработаны инженерные методики, структурная схема алгоритма и программное обеспечение для автоматизации процесса проектирования параметров теплового комфорта в ресторанных помещениях.

Для установления адекватности методики она была протестирована в производственных условиях. Исследования проводились на существующем объекте – в ресторанном комплексе Санатория им. Ф. Э. Дзержинского. С использованием специального лабораторного оборудования (термогигрометра ТКА– ПКМ и термоанемометра TESTO 416) были выполнены экспериментальные исследования по определению характерного показателя, регламентирующего степень комфортности микроклимата (ТНС– индекса). Было установлено превышение ТНС– индекса по отношению к значениям, нормируемым действующим Руководством Р 2.2.013–94 « Гигиена труда. Гигиенические критерии оценки условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса». По итогам исследований для повышения комфортности обеденного зала и горячего цеха с использованием предложенной методики был обоснован и реализован перечень специальных мероприятий по устранению зон теплового дискомфорта. Кроме того, результаты исследования теплового комфорта использованы предприятием ЗАО «ЦЧР Гипроавтотранс» при разработке проекта строительства объекта «Фабрика– кухня по улице Ленина г. Воронеж». На основе выполненного расчета установлены и устранены возможные зоны дискомфорта. Особое внимание уделено зонам теплового дискомфорта на постоянных рабочих местах.

Приложения содержат результаты обработки экспериментальных данных, программный продукт, разработанный в среде Borland C++ Builder 6.0, а также документы, подтверждающие научное, научно– методическое и практическое использование выполненных исследований.

15

ВЫВОДЫ

1.В результате системного анализа составляющих процессов теплообмена и общепринятых схем организации воздухообмена в производственных и непроизводственных помещениях ресторанных комплексов определен перечень параметров микроклимата, оказывающих значимое влияние на формирование зон теплового комфорта и дискомфорта: результативная температура внутреннего воздуха помещения, относительная влажность воздуха, скорость движения (подвижность) воздуха. В качестве обобщенного температурного показателя в расчетах теплового комфорта обосновано использование средней температуры воздуха в помещении, вычисляемой как среднее значение между температурой воздуха в помещении и осредненной радиационной температурой поверхностей ограждений и теплообменного оборудования.

2.Разработана комплексная математическая модель определения параметров микроклимата с целью формирования зон теплового комфорта. Показано, что основным условием достижения комфортного микроклимата является соблюдение равенства количества теплоты, вырабатываемого человеческим организмом, суммарному количеству теплоты, теряемому человеком путем излучения, конвекции, за счет испарения влаги с кожного покрова и с выдыхаемым воздухом. Отклонение от данного равенства приводит к появлению зон теплового дискомфорта.

3.Для определения тепловыделений человека предложены аналитические зависимости для определения коэффициента теплообмена конвекцией с поверхности тела человека во внутреннюю среду помещения в зависимости от скорости

инаправления обдувающего его воздушного вентиляционного потока.

4.Обоснованы зависимости для определения углового коэффициента излучения поверхности тела человека на внутренние поверхности ограждений с учетом его возможного местоположения в помещении ресторанного комплекса.

5.Обоснована комплексная теплофизическая модель наиболее характерного для ресторанов технологического оборудования влажностно– тепловой обработки продуктов, позволяющая учесть цикличность его работы в течение смены и численно оценить связанную с этим нестационарность конвективных и лучистых тепловыделений от нагретых поверхностей оборудования во внутреннюю среду производственных помещений. Доказана автомодельность процесса конвективного теплообмена в области значений определяющих теплофизических параметров, что позволяет обобщить результаты моделирования, полученные на примере выбранного конкретного оборудования, на любое аналогичное оборудование влажностно– тепловой обработки продуктов.

6.На основе предложенной математической модели разработана инженерная методика, структурная схема алгоритма и программное обеспечение для автоматизации процесса проектирования заданных параметров микроклимата с целью создания условий теплового комфорта в ресторанных помещениях.

7.С использованием разработанной инженерной методики и ее программной реализации выполнен проект повышения комфортности непроизводственного помещения (обеденного зала) и производственного помещения (горячего цеха) существующего ресторанного комплекса санатория им. Ф.Э.Дзержинского на

16

территории Воронежской области (с. Чертовицы, Рамонский район), а также обоснованы проектные показатели комфортности микроклимата помещения «Фабрики – кухни» г. Воронеж ул. Ленина, 1.

Основные научные результаты диссертации опубликованы в 15 печат-

ных работах, в том числе

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1.Булыгина, С. Г. Экологическая безопасность вентилируемых помещений ресторанных комплексов / О. А. Сотникова, С.Г. Булыгина // Научный вестник Воронеж. гос. арх. – строит. ун-та. Строительство и архитектура. – 2012. – № 1. –

С.154–163.

2.Тульская, С. Г. Вентиляция и экологическая безопасность вентилируемых помещений ресторанных комплексов/ С. Г. Тульская, О. А. Сотникова // Эко-

логия и промышленность России. – 2013. – № 2. – С.21–25.

3. Тульская, С. Г. Моделирование теплопоступлений от оборудования тепловой обработки продуктов в производственных помещениях ресторанных комплексов / С. Г. Тульская, О. А. Сотникова, Л. А. Кущев // Научный вестник Воро-

нежского ГАСУ. – 2013. – № 3. – С.32–40.

Публикации в других изданиях

4.Булыгина, С. Г. Моделирование конвективного теплообмена человека с воздухом производственных помещений ресторанных комплексов / С. Г. Булыгина, О. А. Сотникова // Инженерные системы и сооружения. – 2011. – № 2 (5). –

С.55–66.

5.Булыгина, С. Г. Моделирование лучистого теплообмена человека с внутренними поверхностями производственных помещений ресторанных комплексов /С. Г. Булыгина, О. А. Сотникова, Д. М. Чудинов// Инженерные системы

исооружения. – 2011. – № 2 (5). – С.67–73.

6.Тульская, С. Г. Инженерное оборудование ресторанных комплексов: теплотехнологические процессы, проектирование и расчет / С. Г. Тульская, О. А. Сотникова – Монография. – М. : Издательство «Перо», 2012 – 167 с.

7.Булыгина, С. Г. Учет теплозащитных характеристик спецодежды при моделировании теплообмена человека с окружающей средой / С. Г. Булыгина, О.

А. Сотникова// Научный журнал Инженерные системы и сооружения. – 2012. – № 1 (6). – С.60–70.

8. Булыгина, С. Г. Новое и перспективное оборудование для создания микроклимата в ресторанных комплексах/ С. Г. Булыгина, О. А. Сотникова // Научный журнал Инженерные системы и сооружения. – 2012. – № 1 (6). – С.70–80.

9. Булыгина С. Г. Разработка теплофизических моделей оборудования влажностно– тепловой обработки продуктов в ресторанных комплексах / С. Г. Булыгина, О. А. Сотникова // Научный журнал Инженерные системы и сооружения. – 2012.

– № 2 (7). – С.38–49.

17

10.Тульская, С. Г. Влияние характеристик спецодежды на создание теплового комфорта в производственных помещениях ресторанных комплексов / С. Г. Тульская, Ю. Г. Булыгина // Научный журнал «Молодой ученый». – 2012. – №11

(46)– С.102–104.

11.Тульская, С. Г. Экспериментальные исследования теплового режима производственных помещений и обеденных залов ресторанных комплексов / С. Г. Тульская, О. А. Сотникова, Ю. Г. Булыгина // Научный журнал Инженерные сис-

темы и сооружения. – 2012. – № 2 (8) – С. 62–70.

12.Булыгина, С.Г. Экологическая безопасность вентилируемых помещений ресторанных комплексов / С. Г. Булыгина // Актуальные вопросы экологии Материалы VIII Межрегиональная научно– практическая конференция – Воронеж, 2012. – С.213–216.

13.Булыгина, С.Г. Разработка методики расчета экологических параметров внутреннего воздуха в вентилируемых помещениях ресторанных комплексов / С. Г. Булыгина, О. А. Сотникова // Материалы 15-ой Межрегиональной научно– практической конференции «Высокие технологии. Экология». – Воронеж. : Воро-

неж. гос. арх.– строит. ун– т, 2012. – № 1. – С. 252–264.

14.Тульская, С. Г. Разработка теплофизических моделей оборудования влажностно– тепловой обработки продуктов в ресторанных комплексах / С.Г. Тульская // Научный вестник Воронежский ГАСУ. Серия: Студент и наука. – 2013

г. – № 5. – С. 106–111.

15.Тульская, С. Г. Совершенствование методики расчета теплового режима в производственных помещениях ресторанных комплексов / XVI Международная межвузовская научно– практическая конференция молодых учёных, аспирантов и докторантов «Строительство – формирование среды жизнедеятельно-

сти» // – Москва – 24–26 апреля 2013 г. – С. 627–629.

ТУЛЬСКАЯ СВЕТЛАНА ГЕННАДЬЕВНА

ФОРМИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИЯХ РЕСТОРАННЫХ КОМПЛЕКСОВ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 22.10.2013. Формат 60х84 1/16. Бумага писчая. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ №______

__________________________________________________________________________

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии Издательства учебной литературы и учебно-методических пособий

Воронежского государственного архитектурно-строительного университета 394006 Воронеж, ул.20-летия Октября, 84

18