3889

Научный журнал строительства и архитектуры

При определении отстояния по n снимкам

откуда определится требование к точности измерения базиса при различных величинах крена:

В зависимости от методики контроля элементов внешнего ориентирования крен сооружения можно определить по разности координат верхней и нижней осей сооружения с относительной средней квадратической погрешностью 1/6000—1/16000 от высоты сооружения.

Однако необходимо учитывать, что точность определения крена может несколько снижаться в случае изображения сооружения по краям снимка. Наиболее целесообразно для применения пространственного крена применять конвергентный случай съемки при угле конвергенции, близком к 90о. Следует также стремиться к тому, чтобы изображение сооружения располагалось ближе к центральной части снимка.

При направлении крена в плоскости, параллельной базису, следует использовать нормальный случай съемки. При этом крен сооружения можно определить с ошибкой до 1/30000 от высоты сооружения.

3. Маршрутная и блочная съемка. При контроле деформаций на протяженных объектах лучше выполнять блочную или маршрутную съемку объекта (рис. 9).

Рис. 9. Маршрутная съемка протяженного объекта

При таком виде съемки из нескольких смежных снимков одного маршрута, создаются стереопары, полученные нормальным или равнонаклонным способом съемки. Съемку необходимо проводить с расчетом, чтобы смежные стереопары имели область перекрытия в 60 %.

Если объект на снимке по высоте изображается не полностью, следует выполнять блочную съемку, состоящую из нескольких маршрутов (рис. 10). При этом формируются несколько параллельных маршрутов, имеющих поперечное перекрытие 20—30 % и более. При недостатке места для установки камер съемка может производиться с разных высот, например с земли и крыши здания

В случае если на стереопаре не изобразились отдельные участки сооружения, следует выполнить съемку с дополнительных базисов (рис. 11).

При камеральной обработке результатов измерений приращений крена можно использовать изложенную методику и все приведенные формулы для любого случая съемки.

30

Рис. 10. Блочная съемка объекта

Рис. 11. Съемка невидимых точек объекта с дополнительных базисов

На практике для данного вида работ удобно использовать стереофотограмметрические установки, состоящие из двух фотокамер, закрепленных на жестком базисе (рис. 12). Для каждого вида работ базис может меняться или оставаться неизменным. Съемка выполняется одновременно двумя камерами. Оптические оси камер параллельны между собой и перпендикулярны базису.

Рис. 12. Стереофотограмметрическая установка для контроля деформаций строительных конструкций

(источник: https://sapr.ru/article/24694)

4. Методы измерения динамики осадочных трещин. Кроме определения величин деформаций с помощью фотосъемки может быть осуществлен точный документальный контроль динамики развития осадочных трещин.

Традиционно контроль развития трещин выполняется путем промеров простейшими приборами (рис. 13) и при помощи маяков различных конструкций. Глубина трещин определяется с помощью игл и проволочных щупов.

Рис. 13. Традиционные способы контроля развития трещин:

а) рулеткой; б) электронным трещиномером «Маяк ZI—2U» (источник: здание-инфо.рф/2012/03);

в) 3D-трещиномером 6310 (источник: https://monsol.ru/mechanicheskiy-3d-treshinomer-6310)

31

Научный журнал строительства и архитектуры

Однако при наличии большого количества трещин различной глубины и направленности (рис. 14), а также в случае труднодоступности трещин применение традиционных способов не всегда возможно.

Рис. 14. Сеть многочисленных вертикальных и горизонтальных трещин различной глубины и направленности, трудно контролируемых традиционными способами

В этих случаях для измерения трещин также может быть использован метод метрической фотосъемки. Фотосъемка трещин может быть выполнена обычной любительской фотокамерой. Для определения размеров трещин необходимо знать масштаб изображения на снимке, который определяется по размерам стандартных деталей (кирпичной кладке, линейке). Точность измерения направления и величины трещин может быть повышена, если по краям трещины иметь маркировочные точки. Для исключения перспективных искажений следует стремиться к установке фотокамеры параллельно плоскости исследуемого сооружения.

Для определения приращений трещин необходимо повторную съемку выполнять с той же точки, чтобы снимки последующих циклов имели масштаб, равный масштабу первого снимка. Для этого необходимо надежно закрепить точки фотографирования.

Приращение трещины можно найти путем стереоскопического измерения смещения на снимке ∆x, (∆z), как это делается при фотограмметрическом способе определения деформаций с последующими вычислениями по формулам

где X, Z и X', Z' — координаты точек на снимке до и после деформаций

5. Особенности обработки наземных снимков при контроле состояния строи-

тельных конструкций. Обработка стереопар и одиночных наземных снимков строительных конструкций выполняется по стандартной методике, прямой, обратной фотограмметрической засечки, а также построением маршрутной и блочной фототриангуляции. Однако необходимо учитывать, что на фотоснимке изображается только пространство в зоне видимости камеры. В связи с этим определение точного положения и ориентации камеры должно основываться на четко известных координатах контрольных точек, расположенных по всей области измерения.

Другой особенностью обработки наземных снимков является то, что в качестве опорных точек могут быть дополнительно использованы как координаты центров фотографирования, так и контрольные направления между точками строительных конструкций, расстояния между точками и длина базиса фотографирования.

Так, например, расстояние D, между двумя точками строительной конструкции i и j можно определить как функцию координат этих точек:

32

Расстояние D между точкой фотографирования S и точкой i объекта может быть описано выражением

Длина базиса фотографирования B также может быть определена через координаты двух центров проекции:

Если точки i и j принадлежат одной вертикальной плоскости (например, углу здания), то они описываются выражением

Точки i и j, принадлежащие одной горизонтальной плоскости, описываются выражением

Перечисленные уравнения вводятся в общую систему уравнений коллинеарности, традиционно используемых для обработки по способу наименьших квадратов. В результате решения общей системы уравнений находят уравненные значения элементов внешнего ориентирования снимков и координаты контрольных точек исследуемых конструкций.

При нормальном случае съемки предрасчет точности определения координат точек строительных конструкций по стереопаре выполняется с помощью формул (26):

где mx, my , mp — средние квадратические погрешности измерения координат и продольных параллаксов точек снимков; Y — отстояние до объекта съемки (значение координаты Y в базисной системе координат); b — базис фотографирования в масштабе снимка, который вычисляется по формуле:

lx — размер кадра по оси х; Р — продольное перекрытие снимков стереопары, выраженное в процентах.

Очевидно, что ежедневно выполнять в поле подобные расчеты утомительно для геодезистов. Поэтому для практической работы следует использовать существующие в настоящее время многочисленные научные и коммерческие программные продукты по обработке наземных фотоснимков, которые позволяют с высокой степенью надежности выполнить расчет пространственных координат объекта практически в любых условиях.

Использование современных программных продуктов по обработке наземных фотоснимков превращает монитор компьютера в высокоточный геодезический инструмент, и

33

Научный журнал строительства и архитектуры

устраняет проблемы, мешающие геодезистам использовать в своей работе цифровые фотокамеры.

Выводы. Фотограмметрические способы контроля деформаций сооружений имеют ряд преимуществ перед геодезическими. Так, при фотограмметрических способах большое количество точек сооружения (в том числе в опасных и труднодоступных местах) фиксируется в один физический момент. Это дает возможность оценить их взаимную статичную и динамичную деформацию, наличие вибраций и других быстро протекающих процессов, причем одновременно по всем трем осям координат. Полученные снимки являются достоверным документальным подтверждением наличия и величины фиксируемых деформаций. Они дают возможность в любой момент провести повторную независимую экспертизу выполненных измерений. Измерения можно выполнить даже через несколько лет после фотографирования объекта.

Фотограмметрические способы дают возможность проводить измерения в условиях работающих предприятий, когда вибрационные помехи препятствуют точным геодезическим измерениям.

Предлагаемые способы контроля дают возможность применять обычные цифровые фотокамеры в качестве практического геодезического измерительного инструмента, что приведет к повышению производительности труда, а в ряде случаев и к повышению точности работ на строительных объектах.

Для большей достоверности комплексный мониторинг деформаций рекомендуется выполнять различными визуально-инструментальными методами с фотофиксацией всех выявленных изменений и дополнять их современными методами исследований — георадарным и лазерным сканированием, а для оценки зоны повреждений строительных конструкций применять ультразвуковое и тепловизионное исследование.

Все перечисленные в статье способы контроля отрабатывались и проверялись на зданиях и сооружениях законсервированной в 1993 г. Воронежской атомной станции теплоснабжения — зданиях химводоочистки и системы водоохлаждения, реакторных отделениях № 1 РО-1 и № 2 РО-2.

Библиографический список

1.Агеева, С. Т. Использование геодезических методов при исследовании деформаций зданий и сооружений / С. Т. Агеева, Н. С. Новикова, Ю. С. Нетребина // Студент и наука. — 2018. — № 1. — С. 48—53.

2.Брынь, М. Я. Геодезический мониторинг деформаций вантовых мостов на основе спутниковых технологий/ Е. Г. Толстов, А. А. Никитичин, Б. Резник, А. И. Ященко, О. В. Евстафьев, В. А. Кучумов // Известия Петербургского университета путей сообщения. — 2009. — № 2. — С. 120—128.

3.Воронов, А. А. Комплексный геотехнический мониторинг зданий и сооружений Воронежской атомной станции теплоснабжения (ВАСТ) / А. А. Воронов, Б. А. Попов // Студент и наука. — № 4 (7). — 2018. — С. 14—20.

4.Епин, В. В. Деформационный мониторинг фундаментов зданий методом гидростатического нивелирования / В. В. Епин, Р. В. Цветков, И. Н. Шардаков // Инженерно-строительный журнал. — 2015. — № 3. — С. 21—28.

5. Зайцев, А. К. Геодезические методы исследования деформаций сооружений / А. К. Зайцев, С. В. Марфенко, Д. Ш. Михелев [и др.]. — М.: Недра, 1991. — 272 с.

6.Малючек, Т. Применение фотограмметрических измерительных систем V-STARS в промышленности / Т. Малючек, И. Федорова // САПР и графика. — 2014. — № 10 (216). — С. 98—101.

7.Мелькумов, В. Н. Перспективы применения геодезических методов наблюдения за деформациями пневматических опалубок / В. Н. Мелькумов, А. Н. Ткаченко, Д. А. Казаков, Н. Б. Хахулина // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2015. — № 1 (37). — С. 51—58.

8.Никонов, А. В. Особенности применения современных геодезических приборов при наблюдении за осадками и деформациями зданий и сооружений объектов энергетики / А. В. Никонов // Вестник СГГА. — 2013. — № 4. — C. 12—18.

9.Федосеев, Ю. Е. Требования к геодезической информации при мониторинге деформационных процессов мостовых сооружений / Ю. Е. Федосеев, Е. А. Егорченко // Инженерные изыскания. — 2010. — Вып. декабрь. — С. 50—57.

34

10.Шеховцов, Г. А. Современные геодезические методы определения деформаций инженерных сооружений / Г. А. Шеховцов, Р. П. Шеховцова. — Н. Новгород: ННГАСУ, 2009. — 156 с.

11.Ямбаев, Х. К. О возможности использования спутниковых GPS/ГЛОНАСС-измерений для контроля вертикальности при возведении высотных сооружений / Х. К. Ямбаев, В. И. Крылов // Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. — 2009. — Вып. 4. — С. 36—40.

12.Ященко, А. И. Автоматизированный дистанционный мониторинг исторического памятника архи-

тектуры здания «Средние торговые ряды», Красная площадь, дом 5 / А. И. Ященко, А. В. Бурцев, А. А. Дорофеев // Интерэкспо Гео-Сибирь. — 2011. — № 2, т. 1. — С. 152—160.

13.Kopáčik, A. Automated Monitoring of the Danube Bridge Apollo in Bratislava, TS01E — Deformation Monitoring / A. Kopáčik, P. Kyrinovič, I. Lipták, J. Erdély // FIG Working Week 2011 Bridging the Gap between Cultures Marrakech. — Morocco, 18—22 May 2011. — https://fig.net/resources/proceedings/fig_proceedings/fig2011/ papers/ts01e/ts01e_kopacik_kyrinovic_et_al_4845.pdf.

14.Bihter, E. Evaluation of High-Precision Sensors in Structural Monitoring / E. Bihter // Sensors. — 2010. —

№10. — Р. 10803—10827.

15. Yigit, O. C. Monitoring of tall building’s dynamic behavior using precision inclination sensors / Yigit, C. Inal, M. Yetkin // 13th FIG Symposium on Deformation Measurement and Analysis, 14th IAG Symposium on Geodesy for Geotechnical and Structural Engineering. LNEC. — Lisbon, 2008. May 12—15. — http://fp-hid- 1076751.testsider.dk/resources/proceedings/2008/lisbon_2008_comm6/papers/pas12/pas12_04_yigit_mc069.pdf.

16.Cranenbroeck, J. Core Wall Control Survey — The State of Art / J. Cranenbroeck, D. Hayes, S. H. Oh, M. Haider // 7th FIG Regional Conference Spatial Data Serving People: Land Governance and the Environment — Building the Capacity Hanoi. — Vietnam, 19—22 October 2009.

17. Cranenbroeck, J. V. State of the art in structural geodetic monitoring solutions for Hydropower dams /

J.V. Cranenbroeck // Интерэкспо Гео-Сибирь. — 2012. — № S. — Р. 33—50.

18.Groten, E. Dam monitoring by continuous GPS observations / E. Groten, A. Mathes, T. Uzel // Istanbul— 94: Ist. Int. Symp. Deform. Turkey, Istanbul, Sept. 5—9, 1994: Abstr. Istanbul. — 1994. — Р. 51.

19.Willfried, S. Moderne Messverfahren in der Ingenieurgeodasie und ihr praktischer Einsatz / S. Willfried // Flachenmanag und Bodenordn. — 2002. — № 2. — Р. 87—97.

20.Yanhua, M. Automatic monitoring system concerning extra-highrise building oscillating based on measurement robot / M. Yanhua, L. Lixin, Z. Hong // Proceedings of the 2010 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetrics. December 14—18, 2010. — Tianjin, China, 2010. — P. 662—666.

References

1.Ageeva, S. T. Ispol'zovanie geodezicheskikh metodov pri issledovanii deformatsii zdanii i sooruzhenii /

S.T. Ageeva, N. S. Novikova, Yu. S. Netrebina // Student i nauka. — 2018. — № 1. — S. 48—53.

2.Bryn', M. Ya. Geodezicheskii monitoring deformatsii vantovykh mostov na osnove sputnikovykh tekhnologii/ E. G. Tolstov, A. A. Nikitichin, B. Reznik, A. I. Yashchenko, O. V. Evstaf'ev, V. A. Kuchumov // Izvestiya Peterburgskogo universiteta putei soobshcheniya. — 2009. — № 2. — S. 120—128.

3.Voronov, A. A. Kompleksnyi geotekhnicheskii monitoring zdanii i sooruzhenii Voronezhskoi atomnoi stantsii teplosnabzheniya (VAST) / A. A. Voronov, B. A. Popov // Student i nauka. — № 4 (7). — 2018. — S. 14—20.

4.Epin, V. V. Deformatsionnyi monitoring fundamentov zdanii metodom gidrostaticheskogo nivelirovaniya /

V.V. Epin, R. V. Tsvetkov, I. N. Shardakov // Inzhenerno-stroitel'nyi zhurnal. — 2015. — № 3. — S. 21—28.

5.Zaitsev, A. K. Geodezicheskie metody issledovaniya deformatsii sooruzhenii / A. K. Zaitsev, S. V. Marfenko, D. Sh. Mikhelev [i dr.]. — M.: Nedra, 1991. — 272 s.

6.Malyuchek, T. Primenenie fotogrammetricheskikh izmeritel'nykh sistem V-STARS v promyshlennosti /

T.Malyuchek, I. Fedorova // SAPR i grafika. — 2014. — № 10 (216). — S. 98—101.

7.Mel'kumov, V. N. Perspektivy primeneniya geodezicheskikh metodov nablyudeniya za deformatsiyami pnevmaticheskikh opalubok / V. N. Mel'kumov, A. N. Tkachenko, D. A. Kazakov, N. B. Khakhulina // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2015. — № 1 (37). — S. 51—58.

8.Nikonov, A. V. Osobennosti primeneniya sovremennykh geodezicheskikh priborov pri nablyudenii za osadkami i deformatsiyami zdanii i sooruzhenii ob'ektov energetiki / A. V. Nikonov // Vestnik SGGA. — 2013. — № 4. — C. 12—18.

9.Fedoseev, Yu. E. Trebovaniya k geodezicheskoi informatsii pri monitoringe deformatsionnykh protsessov mostovykh sooruzhenii / Yu. E. Fedoseev, E. A. Egorchenko // Inzhenernye izyskaniya. — 2010. — Vyp. dekabr'. —

S.50—57.

10.Shekhovtsov, G. A. Sovremennye geodezicheskie metody opredeleniya deformatsii inzhenernykh sooruzhenii / G. A. Shekhovtsov, R. P. Shekhovtsova. — N. Novgorod: NNGASU, 2009. — 156 s.

11.Yambaev, Kh. K. O vozmozhnosti ispol'zovaniya sputnikovykh GPS/GLONASS-izmerenii dlya kontrolya vertikal'nosti pri vozvedenii vysotnykh sooruzhenii / Kh. K. Yambaev, V. I. Krylov // Izvestiya vuzov. Geodeziya i aerofotos'emka. — 2009. — Vyp. 4. — S. 36—40.

35

Научный журнал строительства и архитектуры

12.Yashchenko, A. I. Avtomatizirovannyi distantsionnyi monitoring istoricheskogo pamyatnika arkhitektury zdaniya «Srednie torgovye ryady», Krasnaya ploshchad', dom 5 / A. I. Yashchenko, A. V. Burtsev, A. A. Dorofeev // Interekspo Geo-Sibir'. — 2011. — № 2, t. 1. — S. 152—160.

13.Kopáčik, A. Automated Monitoring of the Danube Bridge Apollo in Bratislava, TS01E — Deformation Monitoring / A. Kopáčik, P. Kyrinovič, I. Lipták, J. Erdély // FIG Working Week 2011 Bridging the Gap between Cultures Marrakech. — Morocco, 18—22 May 2011. — https://fig.net/resources/proceedings/fig_proceedings/fig2011/ papers/ts01e/ts01e_kopacik_kyrinovic_et_al_4845.pdf.

14.Bihter, E. Evaluation of High-Precision Sensors in Structural Monitoring / E. Bihter // Sensors. — 2010. —

№10. — Р. 10803—10827.

15. Yigit, O. C. Monitoring of tall building’s dynamic behavior using precision inclination sensors / Yigit, C. Inal, M. Yetkin // 13th FIG Symposium on Deformation Measurement and Analysis, 14th IAG Symposium on Geodesy for Geotechnical and Structural Engineering. LNEC. — Lisbon, 2008. May 12—15. — http://fp-hid- 1076751.testsider.dk/resources/proceedings/2008/lisbon_2008_comm6/papers/pas12/pas12_04_yigit_mc069.pdf.

16.Cranenbroeck, J. Core Wall Control Survey — The State of Art / J. Cranenbroeck, D. Hayes, S. H. Oh, M. Haider // 7th FIG Regional Conference Spatial Data Serving People: Land Governance and the Environment — Building the Capacity Hanoi. — Vietnam, 19—22 October 2009.

17. Cranenbroeck, J. V. State of the art in structural geodetic monitoring solutions for Hydropower dams /

J.V. Cranenbroeck // Интерэкспо Гео-Сибирь. — 2012. — № S. — Р. 33—50.

18.Groten, E. Dam monitoring by continuous GPS observations / E. Groten, A. Mathes, T. Uzel // Istanbul— 94: Ist. Int. Symp. Deform. Turkey, Istanbul, Sept. 5—9, 1994: Abstr. Istanbul. — 1994. — Р. 51.

19.Willfried, S. Moderne Messverfahren in der Ingenieurgeodasie und ihr praktischer Einsatz / S. Willfried // Flachenmanag und Bodenordn. — 2002. — № 2. — Р. 87—97.

20.Yanhua, M. Automatic monitoring system concerning extra-highrise building oscillating based on measurement robot / M. Yanhua, L. Lixin, Z. Hong // Proceedings of the 2010 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetrics. December 14—18, 2010. — Tianjin, China, 2010. — P. 662—666.

APPLICATION OF PHOTOGRAMMETRIC METHODS

FOR GEOTECHNICAL MONITORING

OF EMERGENCY BUILDINGS AND STRUCTURES

B. A. Popov 1, N. B. Khakhulina 2, Yu. S. Netrebina 3

Voronezh State Technical University 1, 2, 3

Russia, Voronezh

1PhD in Agriculture, Assoc. Prof. of the Dept. of Real Estate Cadastre, Land Management and Geodesy, tel.: (473) 271-50-72, e-mail: b.p.geo@yandex.ru

2PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Real Estate Cadastre, Land Management and Geodesy, tel.: (473) 271-50-72, e-mail: hahulina@mail.ru

3PhD in Geography, Assoc. Prof. of the Dept. of Real Estate Cadastre, Land Management and Geodesy, tel.: (473) 271-50-72, e-mail: juliya_net@mail.ru

Statement of the problem. One of the urgent scientific and technical problems facing construction is the improvement of methods for monitoring the state of building structures (including under confined working conditions) during the construction of unique structures and objects of unfinished construction, ensuring reliable control of their quality, stability and safety. Oftentimes, conditions arise where it is impossible to perform a full types of deformations of building structures using traditional methods. It is required to develop universal, reliable and convenient methods for controlling various geometric parameters of the structure in order to take timely measures to ensure the stability and stability of the structure in order to exclude the transition of the structure to a partially operable or emergency state.

Results and conclusions. The suggested methods for determining deformations and the quality of manufacturing of building structures using metric photography make it possible to conduct a full-fledged monitoring of their technical condition with the required accuracy.

All the control methods listed in the article were developed and tested on the buildings and structures of the mothballed Voronezh nuclear heat supply station.

Keywords: photogrammetry, deformation, roll, settlements, monitoring.

36

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ

УДК 697.911:66.096.5

DOI 10.36622/VSTU.2021.63.3.003

РАЗРАБОТКА ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЯ ИСПАРИТЕЛЬНОГО ТИПА ДЛЯ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ

А. В. Бараков 1, В. Ю. Дубанин 2, Д. А. Прутских 3, А. А. Надеев 4

Воронежский государственный технический университет 1, 2, 3, 4 Россия, г. Воронеж

1Д-р техн. наук, проф. кафедры теоретической и промышленной теплоэнергетики, тел.: (473)243-76-62, e-mail: abarakov@cchgeu.ru

2Канд. техн. наук, доц. кафедры теоретической и промышленной теплоэнергетики, тел.: (473)243-76-62, e-mail: vdubanin@cchgeu.ru

3Канд. техн. наук, доц. кафедры теоретической и промышленной теплоэнергетики, тел.: (473)243-76-62, e-mail: dprutskikh@cchgeu.ru

4Канд. техн. наук, доц. кафедры теоретической и промышленной теплоэнергетики, тел.: (473)243-76-62, e-mail: anadeev@cchgeu.ru

Постановка задачи. Подаваемый в помещения воздух в жаркое время года должен быть охлажден до комфортных температур. В связи с тем, что дополнительного расхода энергии на это охлаждение не предусмотрено, возможно применить воздухоохладитель испарительного типа. Однако известные в настоящее время результаты экспериментальных и теоретических исследований таких аппаратов не позволяют их проектировать, что препятствует их распространению. Рассмотрено строение такого аппарата и выполнены его теоретические и экспериментальные исследования, результаты которых могут быть использованы для инженерного расчета и конструирования подобных аппаратов.

Результаты. Описан сконструированный авторами воздухоохладитель испарительного типа для систем вентиляции. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование воздухоохладителя. Получены аналитические соотношения для определения времени движения насадки в «мокрой» камере аппарата, температуры охлажденного воздуха и температуры насадки в любом сечении контура циркуляции. Получены эмпирические соотношения для коэффициента эффективности охладителя и его гидравлического сопротивления.

Выводы. Полученные зависимости послужат основой для разработки методики проектного расчета воздухоохладителей косвенно-испарительного типа с перемещающимся псевдоожиженным слоем в поле центробежных сил.

Ключевые слова: системы вентиляции, воздухоохладитель, центробежный псевдоожиженный слой, время, температура, коэффициент эффективности, гидравлическое сопротивление.

Введение. Системы приточно-вытяжной вентиляции промышленных и общественных помещений предназначены, как известно, для создания комфортных и безопасных условий в зонах пребывания людей. Основные проблемы этих систем возникают в холодное время года, когда температура наружного воздуха превышает расчетную температуру для вентиляции, что обычно связано с недостатком теплоты для нагрева приточного воздуха. Однако проблемы могут возникнуть и в жаркое время года, когда температура наружного воздуха выше комфортной температуры, поскольку энергия, необходимая для понижения температу-

© Бараков А. В., Дубанин В. Ю., Прутских Д. А., Надеев А. А., 2021

37

Научный журнал строительства и архитектуры

ры входящего в помещение воздуха, в данных системах вентиляции и кондиционирования не предусмотрена [18, 19]. Для сокращения расхода энергии на получение холода можно использовать возобновляемые источники энергии. Одним из этих источников может быть способ водоиспарительного охлаждения [14, 15, 17], основанный на термодинамической неравномерности атмосферного воздуха. Его использование в воздухоохладителе для систем вентиляции и кондиционирования воздуха производственных и общественных помещений позволит полнее реализовать резервы энергосбережения [8—10, 16].

1. Принципиальная схема воздухоохладителя. Одним из видов промежуточного теплоносителя является насадка, представляющая собой циркулирующий по кольцевому каналу слой псевдоожиженного дисперсного материала. Она обладает высокой удельной поверхностью контакта взаимодействующих фаз и, следовательно, высокой интенсивностью тепло- и массообмена между ними.

Материал данной насадки — устойчивые к коррозии частицы различной формы с эквивалентным диаметром от 1 до 6 мм, что определяет их высокую смачиваемость. Такая насадка имеет низкую стоимость и позволяет непрерывно передавать теплоту от основного (охлаждаемого) потока воздуха к вспомогательному (охлаждающему) [1, 2]. Принципиальная схема аппарата косвенно-испарительного охлаждения приведена на рис. 1 [11, 12].

Его основным элементом является кольцевая рабочая камера 1 с центральной частью конической формы 6, разделенная двумя перегородками 7 на «сухую» секцию 4 и «влажную» секцию 5. В перегородках выполнены переточные окна 8 для свободной циркуляции дисперсного материала (насадки) 10. Газораспределительное устройство 2 с наклонными лопатками 3 служит для формирования циркулирующего псевдоожиженного слоя. Форсунка 9 предназначе-

Рис. 1. Принципиальная схема на для увлажнения материала во «влажной» секции

воздухоохладителя

рабочей камеры.

Для проектирования такого воздухоохладителя необходима научная основа для разработки методики его проектных теплового и гидравлического расчетов. С целью получения соотношений для определения конструктивных и режимных параметров аппарата были проведены его исследования.

2. Моделирование параметров воздухоохладителя. Время, за которое частицы во

«влажной» камере высохнут, определим из уравнения теплового баланса [3, 4]. Примем, что за время dτ объем воды на поверхности частицы уменьшится на величинуdv:

q — плотность теплового потока; fч — площадь поверхности смоченной частицы; tнас — температура насыщения; tж — температура воды; rn — скрытая теплота парообразования; ρж — плотность воды; сж — теплоемкость воды; v — объем; τ — время.

С учетом того, что dv = fчdr, из (1) получаем

r — диаметр частицы; δ — толщина пленки воды на поверхности частицы.

38

Конвекция является основным способом подвода теплоты, воспринимаемым поверхностью частицы. Исходя из этого с помощью закона Ньютона-Рихмана определим плотность теплового потока:

α — межфазный коэффициент теплоты во «влажной» камере; tв — температура атмосферного воздуха.

В предположении несущественности межфазного теплообмена через тонкую поверхностную водяную пленку частицы коэффициент теплоотдачи определяется следующим критериальным уравнением [6, 7, 13]:

теплопроводности воздуха; vв — кинематический коэффициент вязкости; dэкв — эквивалентный диаметр частицы насадки; wв — скорость воздуха.

Решая и интегрируя систему уравнений (2)—(4), получаем формулу для расчета времени высыхания частицы:

Решение системы дифференциальных уравнений теплового баланса и НьютонаРихмана (применительно к элементарному объему псевдоожиженного слоя) [5] сделало возможным получение выражения для распределения температуры воздуха по высоте слоя дисперсной насадки:

y — координата; tв', tн' — температура воздуха и насадки на входе в «сухую» камеру; tн — температура насадки; fvн — удельная поверхность слоя насадки; ε — порозность слоя насадки; ρв — плотность воздуха; cв — теплоемкость воздуха.

Значительное перемещение частиц по высоте псевдоожиженного слоя при его движении позволяет сделать предположение о зависимости их температуры только в продольном направлении камеры (от координаты x), что и показано в следующем соотношении [5]:

ρн — плотность насадки; cн — теплоемкость насадки; wн — скорость движения промежуточного теплоносителя; h — высота слоя; х — продольная координата.

3. Экспериментальное исследование воздухоохладителя. Экспериментальные ис-

следования позволили оценить работоспособность аппарата и провести оценку его одного из важнейших параметров — коэффициента тепловой эффективности. Два соосных цилиндра 0,3 и 0,2 м высотой 0,5 м составляют корпус экспериментального воздухоохладителя. Внешний корпус выполнен из полиметилметакрилата для удобного визуального наблюдения за процессами. «Сухая» и «влажная» камеры образуются посредством 2-х вертикальных перегородок. Высота перегородок меньше высоты камер, что позволяет организовать внизу аппа-

39