Енергоефективність в будівництві та архітектурі

Деякі аспекти визначення рівня освітленості криволінійних поверхонь від точкових джерел

2021-01-26T17:54:48+02:00

Як правило, для визначення рівня освітленості поверхонь від точкових джерел користуються досить простою закономірністю (законом обернених квадратів) та шаблонними правилами побудови падаючих променів.

Дана закономірність найбільш застосовна для ділянок поверхні, що представляють собою фрагменти площин (або близькі до площин).

При цьому, при проектуванні дизайну внутрішнього або зовнішнього середовища дуже часто зустрічаються предмети та об’єкти, поверхні яких є криволінійними. Водночас із цим, одним із основних завдань дизайнерів та архітекторів є забезпечення достатнього рівня освітленості предметів інтер’єрів та екстер’єрів для забезпечення достовірності сприйняття їх форм та кольорових рішень, а також для досягнення необхідного рівня зорового комфорту. Врешті решт, у зв’язку з високою складністю та різноманіттям просторових форм, фахівцям доводиться використовувати для розрахунків, пов’язаних із визначенням або перевіркою рівня освітленості, програмні засоби комп’ютерного моделювання. В той же час інструментальні засоби, що передбачають ручні розрахунки стають все менш актуальними. В процесі програмної реалізації математичних методів та алгоритмів визначення рівня освітленості, стає важливим виключення ймовірності допущення розрахункових помилок, пов’язаних із нездатністю програмного забезпечення до логічного мислення та аналізу перешкод на шляху поширення світлових променів. Зокрема, коли мова йде про аналіз характеру освітленості поверхні від точкового джерела (яким можна умовно вважати майже будь-який освітлювальних прилад, що рівномірно розсіює

світло і розміри якого набагато менші у порівнянні з габаритами оточуючих предметів), виявляється, що використання закону обернених квадратів не дозволяє ідентифікувати зони самозатінення при його програмній реалізації у класичній формі без накладання додаткових обмежень. Такі обмеження проявляються у застосуванні ряду логічних операторів та шаблонних алгоритмів виявлення ділянок падіння власної тіні. Для уникнення необхідності розробки відповідних алгоритмів у даному дослідженні пропонується модифікувати форму запису закону обернених квадратів, увівши до нього додаткові математичні функції. Ці функції дозволятимуть автоматично відслідковувати локальний характер зміни кута нахилу дотичних до досліджуваних точок освітлюваних поверхонь.

Відповідна модифікація дасть змогу полегшити процес програмної реалізації процесу відтворення розподілу освітленості по криволінійній поверхні.

Експериментальна оцінка мікроклімату приміщення, що опалюється комбінованим використанням електричного випромінювача та секційного опалювального приладу

2020-03-12T10:52:58+02:00

При проектуванні систем опалення необхідно приділяти значну увагу мікроклімату, що буде забезпечуватися при функціонуванні таких систем. Для оцінки мікроклімату у приміщенні зазвичай використовують шість основних умов теплового комфорту, а саме: температуру, відносну вологість та швидкість руху повітря; радіаційну температуру огороджень; рівень фізичної активності людей, що знаходяться всередині приміщення та термічний опір одягу, в який вони одягнені. Всі вище перераховані умови теплового комфорту слід розглядати не як окремо взяті, а як цілісну систему, що динамічно змінюється та є чутлива до багатьох факторів, але насамперед до розміщення опалювальних приладів, їх температурного режиму та способу передачі теплової енергії. В даній роботі приведені результати експериментальних досліджень мікроклімату приміщення, що опалюється за допомогою комбінації двох опалювальних приладів: водяного секційного радіатора централізованої системи опалення та електричного інфрачервоного обігрівача. Температура повітря в кімнаті, що опалюється вимірюються за допомогою термопар в дев'ятьох точках що знаходяться по центру кімнати на висоті 0,5; 1,5 та 2,5 м відповідно. Для врахування радіаційної температури в геометричних центрах всіх стін, підлоги та стелі також були встановлені термопари. Оцінка впливу опалювальних приладів на локальні параметри мікроклімату здійснювалася за допомогою спеціальних температурних лінійок, що містили по 8 датчиків температури розташованих на відстані 2,5 см один від одного. На основі отриманих даних були побудовані графічні розподіли, що показують як змінюється температура, відносна вологість та швидкість руху повітря а також статистичні індекси PMV та PPD в об’ємі кімнати. Були проаналізовані отриманні результати та внесені пропозиції, щодо подальшого напряму дослідження.

Моделювання тіньової маски світлопрорізу методом перетворення простору

2020-03-12T10:58:00+02:00

У складних містобудівних ситуаціях, коли новий будинок потрібно вписати у існуючу забудову міста не спричинивши погіршення інсоляційного стану існуючих будинків і виникає потреба у розрахунках, які дають реальну картину по обмеженням для подальшого проектування. При проектуванні у максимально обмежених умовах, є необхідність у збільшенні корисної площі нового будинку. Інсоляційні норми диктують правила які мають вплив на проектні роботи у межах міста. Тому актуальними є методи, що дають можливість покращити проектні умови.

В задачах інсоляції існують різні методи побудови тіньової маски світлопрорізу. Основним є метод розрахункової точки. У випадку, коли розрахункова тривалість інсоляції визначена методом розрахункової точки не відповідає нормативним вимогам інсоляції, потрібно зробити розрахунки з використанням перетворення простору завдяки яким, визначається повна трива-лість інсоляції. В цьому випадку розрахо-вувається максимальний час інсоляції в приміщенні.

Після аналізу існуючої ситуації на ділянці, зрозуміло, чи потрібно робити уточнюючий розрахунок тривалості інсоляції методом перетворення простору. Якщо в цьому виникає потреба, то цей метод розраховує максимальний час інсоляції в приміщенні. Геометричні побудови при визначенні тіньових масок від світлопрорізів вирішенні. Постає задача по автоматизації цих розрахунків. Для цього запропоновано аналіти чний алгоритм перетворення простору для різних форм світлопрорізів. В роботі розглянутий метод перетворення простору на прикладі аналітичного розрахунку побудови тіньових масок світлопрорізів різної конфігурації. Грані світлопрорізів та скління мають комбінації із прямих та кривих 2-го порядку вищих порядків. На основі існуючої геометричної моделі перетворення простору при розрахунку повної тривалості інсоляції приміщень потрібно автоматизувати побудову тіньової маски світлопрорізу для визначення розрахунково тривалості інсоляції. Подальші дослідження можливі для комп’ютерної візуалізації тіньових масок світлопрорізів для визначення обмежуючого проектного простору для нових будинків.

Отримання взаємозамінних відбивачів при заданій поверхні відбитих променів в архітектурній акустиці

2020-03-12T11:03:35+02:00

Під час проектування видовищних залів у архітектора виникає необхідність використання складних форм внутрішнього оздоблення. Ці форми можуть використовуватись як відбиваючі екрани для підсилення перших відбиттів звуку для покращення чутності, для збільшення дифузності звуку та перенаправлення відбиттів в задані області залу. Управління звуковою енергією можливо при відомому характері відбиттів. Дослідження акустики залів базується на побудові поверхонь відбитих променів від плоских перерізів відбиваючих поверхонь. Відбивачі, що розглядаються, можуть бути плоскими, поверхнями другого та вищих порядків. Відповідно, поверхні відбитих променів набувають форм від плоского пучка прямих до складної форми вищих порядків.

Вздовж плоских перерізів відбиваючих поверхонь двопараметрична множина нормалей розшаровується на поверхні нормалей. На основі запропонованій класифікації відбиваючих поверхонь по типу поверхонь нормалей до плоских перерізів створена модель вирішення зворотної задачі отримання відбиваючих поверхонь по наперед заданим параметрам поверхні відбитих променів. Класифікація пропонує п’ять груп відбиваючих поверхонь. Перша група об’єднує відбивачі, для яких конгруенція нормалей розшаровується на плоскі пучки паралельних прямих. Друга - поверхні, вздовж твірних яких утворюються поверхні нормалей у вигляді гіперболічних параболоїдів. Третя група - це поверхні обертання з круговими конусами в якості поверхонь нормалей вздовж кіл перерізу площиною, перпендикулярною до осі поверхні. До четвертої групи відносяться циклічні, трубчаті, різні поверхні та окремі випадки інших поверхонь, у яких поверхня нормалей має вигляд плоского пучка прямих. П’ята група складається з поверхонь, для яких нормалі вздовж твірних створюють поверхню четвертого порядку. До таких відбиваючих поверхонь відносяться поверхні 2-го порядку загального виду. В середині однієї групи відбиваючі поверхні вздовж спільних перерізів мають спільні поверхні нормалей, поверхні дотичних та поверхні відбитих променів. Тобто, в якості відбивачів зазначені поверхні є взаємозамінними. Вздовж спільних ліній перерізу можна задавати однопараметричну множину поверхонь одного виду.

Специфіка дизайну систем розсіяного освітлення приміщень на основі світлодіодів

2020-03-12T11:06:10+02:00

У статті розглядається специфіка дизайну систем розсіяного освітлення приміщень на основі світлодіодів, яка визначається такими проблемами дизайнерського проектування світлодіодних освітлювальних систем: утворення множинних тіней при використанні груп відкритих світлодіодів у світильниках прямого світла; необхідність захисту зору користувачів від прямого попадання світла світлодіодів, у зв’язку з тим, що висока світлова ефективність і мініатюрні розміри сучасних світлодіодів призводять до концентрації значного світлового потоку в одній точці.

У процесі роботи визначено, що перспективним варіантом вирішення вище окреслених проблем є використання розсіяного освітлення, яке вважається одним з найбільш комфортних, з точки зору уникнення засліплення та блискавості. Однак, розсіяне освітлення має такий недолік як монотонність. У результаті дослідження запропоновано способи уникнення монотонності світлового середовища, сформованого розсіяним світлом: основний – збагачення форми світильників і освітлювальних систем завдяки використанню для їх утворення складних і структурованих світлорозсіювальних поверхонь; додатковий – збагачення кольору освітлення за рахунок нюансових відмінностей у кольоровій температурі світла окремих світильників серед множини тих, що входять до загальної системи освітлення.

Практичного застосування окреслені вище теоретичні положення набули у: серіях спроектованих абажурів (ПУ 112427, ПУ 130594), в основі конструкції яких лежать правильні (гексаедр або куб, октаедр, ікосаедр) і напівправи

льні (кубоктаедр, ромбокубоктаедр) багатогранники; серіях світлодіодних світильників – для освітлення абажурів (ПУ 128832) і для формування систем розсіяного освітлення (ПУ 121313).

Також, виявлено, що в сучасному дизайні світильників розсіяного світла поширюється використання органічних світлодіодів (OLED) на жорсткій або гнучкій підкладці у якості джерел світла.

Експериментальне дослідження тепловіддачі опалювальних при-ладів з екструдованих алюмінієвих секцій

2020-03-12T11:08:09+02:00

Ефективність алюмінієвих опалювальних приладів, що представлені на світовому теплотехнічному ринку, тримається на сталому рівні вже протягом декількох десятків років. Це зумовлено тим, що форма секції такого приладу не має можливості на суттєві зміни – це обумовлено способом виготовлення алюмінієвих опалювальних приладів, а саме литвом. Технологія вичерпала змогу подальшого поліпшення теплотехнічних характеристик приладів, але сам матеріал – алюмінієві сплави – дає широкий простір для пошуку нових форм оребрення та оптимізації його розмірів. Спроби використати інші технології виготовлення секцій опалювальних приладів, а саме пресування через фільтри тепловіддаючих поверхонь показали широкі можливості цього способу для підвищення ефективності оребрення алюмінієвих приладів

Нові технологічні підходи до створення нових конструкцій алюмінієвих приладів потребують їх попереднього моделювання і дослідження. Однак даних по тепловіддачі потрібних конструкцій в літературі фактично немає. Тому в статті представлено абсолютно нову конструкцію секції і аналітичне і експериментальне дослідження тепловіддачі приладу, а саме дослідження вільної конвекції в каналах, утворених запропонованим оребренням приладу.

Дослідження показали, що розподілення температури на ребрах приладу по висоті мають схожий характер. Температура ребер досягає свого максимуму на відмітці від 250 мм до 350 мм потім відбувається її зменшення. Можна зробити висновок, що в цьому діапазоні товщина граничного шару стає максимальною після чого відбувається його зрив. Щоб цього уникнути необхідно вкорочувати секції або пристосовувати в даному діапазоні якийсь турбулізатор. Подальші дослідження мають бути направлені на дослідження швидкостей у каналі для точного визначення критеріальних рівнянь конвективного теплообміну для каналів сформованих у запропонованій секції опалювального приладу.

Вплив повітрообміну в приміщеннях на енергоефективність багатоквартирних житлових будинків

2020-03-12T11:10:05+02:00

Основою сучасної світової політики енергозбереження є система законодавства, яка передбачає сукупність інституційних, регулятивних і стимулюючих заходів щодо режиму раціонального споживання природних ресурсів. Одним з найважливіших складових забезпечення енергоефективності багатоквартирних житлових будинків є удосконалення технічних нормативно-правових актів щодо їх теплозахисту. Збільшення опору теплопередачі огороджувальних конструкцій будівлі знижує трансмісійні втрати тепла, проте витрати на нагрівання інфільтруючого повітря в приміщеннях залишаються незмінними, завдяки чому їх частка в загальному тепловому балансі будівлі постійно зростає, до теплової модернізації вона складає 30%, а після – 73%.

Для пошуку методів зниження втрат теплоти, які пов’язані з вимогами обов’язкової вентиляції приміщень житлових будинків, розглянуто існуючі нормативи припливного повітря, які складають 2,5 м³/людину на 1 м² житлової площі [4]. Дана величина визначена з урахуванням потрібного для асиміляції СО₂ повітрообміну та норм житлової площі на одну людину.

В зв’язку з покращенням житлових умов населення України та збільшення забезпеченості житловою площею показник потрібного повітрообміну може бути зменшений до 1,6 м³/людину на 1 м² житлової площі. Розрахунки показують, що пониження показника повітрообміну призводить до збільшення класу енергоефективності будівлі та зменшенню частки втрат теплоти на нагрівання припливного повітря в загальному балансі теплоти. Доведено, що завдяки розміщенню по сторонах горизонту віконних прорізів багатоквартирного житлового будинку можна досягти зниження питомого показника витрати теплової енергії на опалення та вентиляцію будівлі. Так як сучасні герметичні вікна не можуть підтримувати запропонований нами, і тим паче нормативний показник повітрообміну, пропонується вікна приміщень кухонь комплектувати припливними клапанами.

Перспективи використання досвіду Ізраїлю в сонячному гарячому водопостачанні в Україні

2020-03-12T11:12:49+02:00

У даній статті порушуються питання використання альтернативних джерел енергії, актуальність яких в даний час і в найближчій перспективі не викликає ніякого сумніву. Особлива увага приділена в статті проблемі безліч середнього використання альтернативних джерел в енергетичному господарстві України. При цьому акцент зроблений на такому напрямку забезпечення комфортних умов мешкань, як задоволення населення стабільною і недорогою теплотою для систем опалення та гарячого водопостачання з використанням сучасних систем геліопостачання. Для реалізації поставленої мети в статті сформульовано ряд проблем, які могли б більш повно представити порушену тематику.

Для висвітлення сформульованих проблем в матеріалі викладені деякі аспекти стану світового енергетичного ринку та необхідність розвитку використання поновлюваних джерел енергії, в тому числі сонячного випромінювання.

З метою можливого використання в українському енергетичному господарстві сонячної радіації розглянуто багаторічний досвід Ізраїлю по успішному застосуванню геліосистем гарячого водопостачання для побутових потреб. Дана оцінка кліматичних умов України, які представляють хороші можливості використання сонячної теплової енергії в забезпеченні належних умов для комфортного проживання.

Розглянуто державні підходи в Україні та Ізраїлі по реалізації національних програм розвитку геліоенергетики, спрямованих на розширення частки теплоти, отриманої за цим напрямком в загальній системі енергетики.

Наведено міжнародні, європейські та національні стандарти обох держав щодо вимог до сонячних колекторів з порівняльним аналізом показників по їх тестування.