Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Использование вероятностных характеристик распределения часовых сумм солнечной радиации, поступающей на стены, в строительном проектировании

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Использование вероятностных характеристик распределения часовых сумм солнечной радиации, поступающей на стены, в строительном проектировании"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГЛАВНАЯ ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ "ОБСЕРВАТОРИЯ ИМ. Л.И.ВОЕЙКОВА

на правах рукописи удк 551.521.31

КОЧЕНОВА ЕЛЕНА ЕВГЕНЬЕВНА

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЕРОЯТНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСОВЫХ СУММ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ, ПОСТУПАЮЩЕЙ НА СТЕНЫ, В СТРОИТЕЛЬНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ

специальность 11.00.09-метеорология, климатология, агрометеоропогия

автореферат диссертации на соискание ученой степени -кандидата географических наук

ЛЕНИНГРАД 1990

Работа выполнена в Главной геофизической обсерватории ил.А.II.Воейкова

Научный руководитель - доктор географических наук, профессор

Н.В.Кобышева

Официальные оппоненты - доктоо географических наук, профессор

В.О.Логинов

кандидат географических наук, старший научный сотрудник Ы.С.Маршунова

Ведущая организация - Ленинградский гидрометеорологический

институт

Защита диссертации состоится "31 " /_193(5.

в А^ часов на заседании специализированного совета Д.024.06.01 при Главной геофизической обсерватории им.А.И.Воейкова по адресу: 1У4016, Ленинград, ул.Карбышева, 7, 1Т0

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке Главной геофизической обсерватории ш.А.И.Воейкова

Автореферат разослан "■30 Ущ О г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор географических наук, профессор

Н.В.Кобышева

ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Существующая практика ввдешш предпроект-ных работ на основе актикометрических дашшх в суточном и месячном осреднении не позволяет проводить опт:г.з;зациошше расчеты ограж-даших конструкций к инженерных сооружений. Эти расчеты могут быть выполнены на основе использования данных часового разрешения, поэтому получение часовых сумм радиации, поступающей на вертикальные поверхности различных ориентация, и включение их в проектные расчеты является актуальной зядэчзй.

Цели и задали диссертации. Диссертационная работа посвящена разработке методики получения количественных оценок потоков коротковолновой солнечной радиации на зортикальные поверхности различной ориентации, их анализу для района Казахстана и рекомендациям по их использованию а практике строительного проектирования.

Для достикения полученной цели в работе стадятся следующие задачи:

- оценить возможность использования матодз«« "стандартного года" для сокращения объема исходной информации применительно к данным часовых сумм суммарной и рассеянной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность при реальных условиях облачности, а также выяснить различия или сходство распределения прялой радиации, поступающей на стены, для разных часов суток в целях свертки информации;

- уточнить методику расчета диффузной радиации, поступающей на стены различных ориентации с тем, чтобы корректно учесть как дол» рассеянной, так и долю отраженной радиации в обкем потоке солнечной радиации к стенам здания:

- изучить особенности рядов, составляемых ежедневными и средними месячными часовыми значениями солнечной радиации и найти взаимосвязь меаду их основными статистическими параметрами;

- выяснить характер распределений ежедневных часовых сумм прямой солнечной радиации, поступающей на различно ориентированные вертикальные поверхности, величины максимальных энергопоступлений на каждую стену в течение суток, вероятность таких поступлений для кавдого часа, в каждом месяце года (ряда лет);

- провести выравнивание эмпирических распределений прямой солнечной радиации, поступающей на вертикальные поверхности определенных ориентации;

- показать на примере целесообразность включения указанных выше характеристик часовых суш солнечной радиации в проектные расчеты ограждающих конструкций.

Исходный материал. Для исследования особенностей рядов часовых суш составляющих радиационного баланса использованы ежедневные часовые значения солнечной радиации не ст.Айдорлы, Алма-Атинской области за 20-летний период (1961 - 1980 гг.) и данные о средних месячных часовых суммах за все годы наблюдений на 8 станциях Казахстана.

_ Научная новизна. Впервые рассчитаны статистические параметры Б . , А, Е эмпирических распределений часовых суш прямой солнечной радиации, поступающей на стены разных ориентации, за 20-летний период наблюдений. Впервые показана возможность с целью свортки исходной информации объединения рядов часовых суш прямой радиации, приходящей к вертикальным поверхностям, для нескольких сроков (часов) в один климатологический ряд. Объединение осуществляется путем использования приема дисперсионного анализа. Дальнейшее сокращение объема информации достигается за счет использования методики "стандартного года", не применявшейся до сих пор к рядам радиационных данных. Сопоставлены результаты расчетов часовых сумм диффузной радиации, поступающей на стены, с учетом анизотропии рассеивания новым способом и без ее учета.

Автором показапо, что наилучшим типом аппроксимирующей кривой распределений часовых оумм прямой солнечной радиации, поступающей на стены разных ориентаций, являются логарифмическая нормальная и обратная логнормальная.функции распределения.

Установлена зависимость между средними квздрагическими отклонениями ежедневных и средних месячных часовых значений прямой радиации, поступающей на стены, которая использована для определения оредних квадратических отклонений ежедневных данных косвенным способом.

Впервые построены карты распределения по территории Казахстана квзнтильных значений часовых сумм прямой радиации, поступающей на .вертикальные поверхности 5 ориентаций, обеспеченности и рассмотрен ряд закономерностей этого распределения.

Впервые показано, что расчет величин теплоустойчивости ограждающих конструкций на основы использования вероятностных характеристик распределения часовых сумм прямой радиации, поступающей на резличиоориеитиЕовьяные стены, приводит к результатам существенно отличающимся от тех, которые соответствуют рекомендациям СЫиП, основанным на средних данных.

Практическая значимость« Ценность представляемой диссертационной работы заключается в разработке методики расчета специализированных климатических характеристик солнечной радиации, которые могут быть использованы,как это показано в диссертации, в прикладных теплотехнических расчета* существенно их уточняя, при выборе материалов и толщина огравдаюших конструкций.

Внедрение результатов. Материалы исследований, алгоритмы, программы и методика расчета составляющих радиационного баланса на вертикальные поверхности различных ориентации использованы в КазНИИ при выполнении темы НИР П.II.01 и при создании ГОСТа "Климат СССР".

Апробация работы: Результаты исследования докладывались но:

- конференции молодых ученых и специалистов ГГО в 1987 г.;

- на научных семинарах лабораторий ИК и ЗШ и ОППиК КазКИШИ в 1986, 198?, 1988 гг., 1989 г.;

- на Всесоюзном совещании "Приполярная климатология на службе народного хозяйства" в 1987 г., стендовое представление;

- прогрева по выбору "стандартного года" на основе радиационных характеристик используется в учебном процессе на кафедре метеорологии Томского Гос.Университета.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, насчитывающих 16 разделов, заключения, списка литературы и приложения. Основная часть диссертации изложена на 171 с.машинописного текста; содержит 32 рисунка и 15 таблиц.

Приложение состоит из 4 таблиц. Библиография включает 173 наименования литературных ваточников, из них 21 - литература на иноотрашшх языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕНШИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность теш диссертации, анализируется существующая практика использования радиационных характеристик на стадии проектирования строительных конструкций. Сформулированы цель и задачи исследования.

В первой главе дается краткий обзор основных направлений использования климатической информации в строительном проектирова-вашш. В зависимости от характера решаемой задачи строитель-проектировщик должен использовать определенные климатические показатели. Их разработка ведется на основе трансформации общих климатических данных в специализированные. Получаемая таким образом информация является прикладной или специализированной и находит свое применение в виде нормативов и стандартов для строительства.

Сформулированы основные требования к климатической информации ■о солнечной радиации, используемой в строительном проектировании. На этапе предпроект:шх разработок (выбор места строительства и принятие обшх архитектурные решений) достаточно использовать такие климатические характеристики как средние месячные значения прямой солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность. Однако при оптимизационных расчетах необходимо дополнить климатическую информацию о солнечной радиации данными за временные промекухки один час и менее.

Приводится обзор состояния вопроса. Наиболее полно в настоящее время освещен в литературе вопрос о приходе солнечной радиации к вертикальным поверхностям в двух предельных случаях: при ясном' небе и при сплошной облачности, поэтому упор сделан на последние работы, где выявляются зависимости солнечной радиации от продолжительности солнечного сияния, балла облачности, высоты и места закрытости горизонта, ориентации склона.

Спецификой задач,- которые ставит строительная климатология, является необходимость наряду со средними характеристиками метеорологических элементов использовать их экстремальные значения, т. к,

■ они описывают условия наиболее сильного влияния на объект метеорологической среды. Такие условия часто носят характер аварийных, т.е. сопряжены с опасностью разрушения конструкции и большим материальным ущербом, поэтому обращается внимание на литературные источники, авторы которых считают целесообразным вычислить средние максимумы и минимумы суточных суш радиации, и в которых прослеживается четкая зависимость максимумов сумм от широты - возрастание с севера на иг.

Определенная часть литературного обзора первой части посвящена рассмотрению методов расчета различных статистических характеристик по материала!,5 о потоках солнечной радиации на различные поверхности, анализу их межгодовой и мексуточной изменчивости и других методов, разработанных в 1Т0.

Сравнительно слабо изучены комплексные воздействия на здания в процессе проектировочных работ, включающие солнечную радиацию. Приведены сведе!шя о солнечной радиации, поступающей на вертикальные поверхности, которые согласно указаниям СНиПа стали к настоящему времени нормами. Принимая во внимание необходимость все шире использовать обобщающие климатические показатели, которые отражают комплексное влияние метеорологических факторов на объект, указывается на необходимость обновления и дополнения СНиП.

Во второй главе рассматриваются методики рзсчетэ специализированных климатических показателей солнечной радиаши, т.к. именно они находят конкретное применение в проектировании строительных объектов и при оптидизациааных расчетах ограхазю'ди конструкций. Методы расчета основываются на физических закономерностях связи между климатом и строительными объектами с использованием теории вероятностей и математической статистики. Разработаны способы формирования исходных климатологических рядов прямой радиации, поступающей на вертикальные поверхности пяти основных ориентации (В, ИВ, Ю, ЮЗ, 3). Очевидно, что прямые измерения - наилучший источник информации о солнечной радиации. Однако в ряде случаев при отсутствии прямых наблюдений чаше приходится использовать косвенные способы. Поэтому рассматривается 3 косвенных способа получения основных характеристик радиационного решла, связанных с другими метеорологическими характеристиками.

Формула для расчета прямой солнечной радиации на стены включает ряд астрономических и геофизических параметров, хорошо известна и реализована. Подобные программы разрабатывались и другими авторами, но пока не сдана в 00АЛ и являются собственностью разработчиков.

Проведен анелиз однородности исходных рядов прямой солнечной радиации, приходящей на различно ориентированные стены. Статистическая однородность данных обеспечивалась тем, что выборки были составлены из часовых значений прямой радиации, поступающей на стены определенных ориентации в определенные часы и месяцы года. Достаточно большой объем рядсв ежедневных часовых данных (примерно 600 членов) позволяет рассчитать основные статистические характе-

ристики с большой точностью. Закономерности годового хода часовых суш прямой радиации, поступающей на стены ( ). определяются главным образом влиянием астрономических факторов и облачностью, преобладающей в течение года, и каждых суток в отдельности. Исследование подученных климатологических рядов позволяет заключить, что максимальное поступление _£»• к стенам восточной и западной ориентации происходит независимо от времени года за 2 -3 часа до захода или спустя 2-3 часа после восхода солнца, а к южным степям - в часы, близкие к полудню. Продолаительность облучения стен промежуточных ориентаций прямой радиацией больше по сравнению с восточным и, соответственно, западными стенами, но по интенсивности энергопоступлений в среднем за конкретный час восточные и западные стены находятся в более благоприятных инсо-ляционных условиях.

Изменения во времени непрерывной случайной величины, в данном случае часовых суш 3 ^ , можно рассматривать как случайный процесс. Независимыми аргументами функции.является время в течение суток либо года. В первом случае сечением функции будут часовые суммы радиации за конкретный час, во втором - за конкретный месяц года. Проведен анализ подученных значений с точки зрения выяснения стационарности процесса. Для этого определена значимость различий между дисперсиями и математическими ожиданиями в сечениях случайной функции, характеризующей изменение часовых сумм в направлении независимого аргумента. С помощью критериев ? - Фишера и Ь - Стьюдента проведено сравнение выборочных дисперсий и средних для смежных часов суток. Это оказалось возможным объединить в ряде случаев в одну выборку ряды данных в сроки близкие к началу и концу инсоляции соответственно восточных и западных стен. Для юшшх стен - это часы, близкие к полудню.

Для упрощения расчетов 3 ^ определены некоторые относительные значения радиационного потока в часовом временном разрешении:

К,,

Зависимость от широты места исследовалась после предварительного разбиения территории Казахстана на четыре условные широтные зоны и расчета значений К для стен 5 ориентаций и широтных кругов 40, 45, 50, 55° о.ш. Расчетными датами сдукат середины месяцев года. Графики К ^ построены для каждой ориентации стены в зависимости от указанных широт, для каадого месяца и часа дня. Несмотря на различный режим облачности и неодинаковые атмосферные

условия в разных пунктах, рекомендовано использовать одно- и то же значение К у для пунктов, находящихся на одной широте.

С целью сокращения исходной информации опробована методика "стандартного года" применительно к данным по радиации. Этот год составлен из типичных месяцев, выбранных путем статистической обработки данных измерений актинометрических величин с суточным интервалом осреднения. Расчеты по формированию "стандартного года" проведены для климатической зоны, центром которой является ст.Ай-дарлы, по часовым значениям суммарной и рассеянной радиации, приходящих на горизонтальную поверхность.

Алгоритм программы основан на примерах выбора эталонного года, разработанных Варшавским институтом отопления и вентиляции и рекомендованных к использованию для европейских стран. После выбора стандартного года эталонные данные сравнивались с месячными средними О, и , определенными по исходным рядам. Таблица I иллюстрирует пример сравнения и из нее следует, что различие это находится в пределах точности произведенных вычислений.

Таблица I

Различия мевду значениями для "стандартного года" и средними многолетними данными сг.Айдарлы, (ВДж/м2)

Месяц Ст.год Многолетние значения Значения в ст.году Разность

I 1970 0,74 0,34 0,74 0,36 0,00 -0,02

П 1963 0,88 '0,42 0,92 0,37 -0,04 0,05

Ш 1965 1,12 0,54 1,10 0,49 0,02 0,05

1У 1973 1,33 .0,60 1,42 0,60 -0,09 0,00

У 1964 1,43 0,53 1,52 0,52 -0,09 0,01

У1 1969 1,57 0,49 1,57 0,47 0,00 0,02

УП 1972 1,60 0,44 1,66 0,48 -0,06 -0,04

т 1963 1,65 0,43 1,5а 0,49 0,06 -0,06

IX 1973 1,30 0,37 1,31 0,40 -0,01 -0,03

X 1968 0,96 0,36 0,96 0,38 0,00 -0,02

и 1963 0,71 0,31 0,68 0,31 0,03 0,00

хп 1966 0,53 0,29 0,57 0,34 -0,04 -0,05

Сумма за год 13,82 5,12 14,04 5,21 -0,22 -0,09

Нля кавдого из месяцев стандартного года вычислялись екеднев-ные часовые суммы ^ для пяти ориентаций и внутримесячное распределение часовых суш ^^ аппроксимировалось системой кривых Пирсона. Сравнивалась структура ряда, составленного ежедневными часовая значениями 3,/ со структурой аналогичных радов средних месячных многолетних значений для соответствующих стен. Отмечается удовлетворительное сходство кривых распределения, а различие состоит лишь в подтипе кривых распределения для отдельных случаев. Таким образом, внутримесячше распределения ежедневных часовых значений . для каждого месяца стандартного года описываются кривыми Пирсона I типа, подтипов 5, 6, 9 и характеру распределе-■ний S^/ за многолетний период для соответствующих вертикальных поверхностей, в целом аналогичны распределениям за "стандартные годы".

В третьей главе рассматриваются методики расчета часовых ■ сумм диффузной радиации ( ), поступающей к стенам разных

ориентация. Отмечается, что по результатам натурных наблюдений расхождение в измеренных сугыах рассчитанными при условии

изотроппческого приближения - значительные. Предложены 2 метода учета явления анизотропии рассеивания. Первый исходит из допущения разделения рассеянной радиации на ореальную и фоновую и выражается формулой:

С>0?. 0 5(50" 0,5 Л-в

аде А - альбедо подстилающей поверхности .

' Второй метод состоит во введении поправочных коэффициентов в основную формулу расчета — для изотропического

условия рассеивания. Поправки должны учитывать характер рассеивания радиации по небосводу, зависящий от пространственного распределения облачности, ее количества и некоторых других факторов,

определяющих рассеивание.(Введены три поправочных коэффициента: •

с. ] •+■ А ьи- х.'

- .( + ("с^Ч' + ^

- азимутальный угол Солнца,

- склонение Солнца

СХ сз

где с(-&

о - угол между перпендикуляром к поверхности и солнечным лучом <±! - угол наклона поверхности по отношению к горизонту

Первый коэффициент учитывает рассеивание вблизи горизонта, второй - вблизи солнечного диска и для каадой из стен имеет свои значения. Третий коэффициент учитывает анизотропию рассеивания отражают радиации. В качестве сомножителя, учитывающего степень покрытия неба облачностью, в формулы поправочных коэффициентов вводится функция: ,

На основе имеющихся данных средних многолетних часовых суш прямой, рассеянной и сушарвой радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, для каждого месяца получены средние многолетние часовые суммы , поступающей к стенам пяти ориентадай. Ре-

зультаты расчетов % ^ двумя методами различаются не более, чем на 20 - 25%, поэтому предпочтение отдается более технически простому способу расчета (I способ). Учет анизотропии рассеивания целесообразно проводить для переходных сезонов года для стен всех ориентаций и-в любой из часов суток, а зимой - в околополуденные часы и также для стен всех ориентадай. В летнее время необходимо обращать внимание на приход диффузной радиации к вертикальным поверхностям всех ориентаций, особенно в те сроки, которые отделяют от полудня 2-3 часа.

Необходимость учета анизотропии в конкретные сроки вызвана тем обстоятельством, что именно в указанные часы доля диффузной радиации, приходящей к стенам, в общем радиационном потоке является преобладающей либо непосредственно величина диффузной радиации достаточно велика. Особенно важным представляется уточненный расчет потоков южной ориентации в летнее время.

В четвертой главе проведен статистический анализ эмпирических распределений часовых сумм -Б V . Для большей части распределений преобладают отрицательные аннчения коэффициентов эксцесса, что свидетельствует о бимодальности распределения. Первый максимум, который приходится на область малых значений прямой радиации, получается суммированием повторяемостей часов без солнца либо о достаточно большим баллом облачности. Поэтому такие распределения были рассмотрены как комбинация двух.

Распределение часовых сумм в любой месяц года характеризуется большими значениями не только коэффициентов ¿Г во лА(>-С55} Это свидетельствует о большой крутости и скошенности распределений.

Часа, близкие к восходу и заходу Солнца, отличает положительные; знак А. Величина его сначала увеличивается от января (0,31) к мою (1,1В), затем в течение года происходит незначительное уменьшение коэффициента к сентябрю - октябрю и, наконец, к концу года А резко возрастает до значений 1,48 - 1,51 (декабрь).

В течение дня в январе - апреле знак коэффициента асимметрии меняется на противоположный, и абсолютная величина его в часы, приближающиеся к полудню, достаточно велика - 0,70 - 1,35. После 12 часов наблюдается уменьшение значений А и за час до захода Солнца (Ш - 1У) либо в час захода Солнца происходит смена знака А •на положительный. Асимметричность кривых распределения средних часовых суш 5 V в сентябре - октябре схожа с той, что имеет место в соответствующие часы в апреле п марте, что подтверждает схокость атмосферных условий и преобладающей облачности в переходные созоны года. Таким образом, показано, что эмпирические кривые распределения -¿V далеки от нормального распределения,в большинстве случаев они являются асимметричными либо с правосторонней, либо с левосторонней скошенностью. Затем было высказано предположение о возможностях выравнивания полученнных эмпирических распределений логцормалышм и обратным логнормалышм теоретическими законами распределения. Использовалось 3-х параметрическое логнормальное распределение.

Для объективной оценки степени приближения эмпирического распределения к какой-либо теоретической зависимости вычислены значения критерия -Пирсона. ^ ^

^ При сравнении полученных % с критическими и

^001при соответствующих степенях свободы, получено, что из общего числа обработанных гистограмм (134), в 18$ случаях значение

^ превышало его величины, соответствующие вероятности Р = 0,05 . В этих случаях отклонение теоретического от экспериментального распределения имеет неслучайный характер. Это, как правило, относится к часам, соответствующим времени начала и конца инсоляции по^ верхности. В остальных случаях отклонения теоретического от экспериментального распределений соответствовала вероятность 90 -95$, что свидетельствует о правомерности использования данных теоретических законов распределения часовых сумм <5(/ в практических расчетах.

Для параметров распределения, приведенных в главе 2, рассчитаны теоретические значения различной обеспенедносги. Из графиков накопленных вероятностей следует, что большинство кривых имеют различную конфигурацию и наклон. Интересной особенностью

распределений Ьу для восточных стон язллотся то, что в часы, близкие к полудню, кривые нзкоплешшх вероятностей достаточно близки, поэтому за характерную кривую обеспеченности во громспном интерволе II - 12 часов можно принимать любую из них. Однако, в часы восхода и захода Солнца интегральные крилыс почта всагдз значительно различаются, как в послеполуденные часы, для стен промежуточных ориентации, и объединить их но представляется возмогши. Далее отмечается целесообразность косвенного расчета характеристик распределения средних месячных и суточных часовых сумм на основе известных статистик распределения стодневных часовых суш

•$</ . Используя метод наименьших квадратов для степеней функции вида у = кхр и применяя при подборе аппроксимирующих вироже-!шй искусственный прием - линеаризацию исходной зависимости, автор провел расчеты и полунищ параметры степенных уравнений достаточно хорошо (на уровне значимости 0,05), описывающих зависимость среднего часового месячного значения от распределений

средних отдельных часовых суш . Невысокие значения кооффи-

циентов корреляции между <э( и при ориентации стены на

восток и запад в летнее время объяснимы существенным разбросом значений ¿у в часы восхода и захода Солнца. Поэтому для последующих расчетов данные соотношения следует применять, анализируя получаемые результаты. Описании.! спосбом рассчитаны для В станций Казахстана.

Распределение средних суточных можно представить как комбинат® распределений средних часовых суш 3 ✓ по срокам. В результате этого в летний период кривая распределений для восточных стен островершинна и положительно асимметрична. Распределения для западных стен островершинны и отрицательно асимметричны. Плосковершинная кривая характерна для распределений средних суточных , поступающей к иишм стенам.

Распределение по территории Казахстана квантильных значений ЭЭ/г-обеспаченности носит зональный характер, но шлее г ряд особенностей, обусловленных характером подстилающей поверхности и циркуляционным фактором, сказывающимся в основном а юго-вос-точнах районах республики.

Правильный учет этих особенностей мохет обеспечить удлинение периода с комфортными условиями погоды з помещениях, находящихся в северных районах Казахстана, и обеспечить рациональную солнцезащиту в центральных, юяных и юго-западных районах.

В пятой главе даны рекомендации по использованию специализированных климатических показателей солнечной радиации в теплотехнических расчетах. Перечислены возмоннне тепловые воздействия на здание. Оценка воздействий солнечно!! радиации на ограждение сводится к определению амплитуды колебания температуры на внешних и внутренних погерхностях ограждающих конструкций или к расчету затухания температурных колебаний в ограждении.

Показана техника расчетов теплозащиты зданий на начальной стадии проектирования с учетом радиации. Она проведена в соответствии о теми правилами, которые устанавливает СНиП.

В связи с тем, что приход тепла за счет солнечной радиации на западную стену во вторую половину дня совпадает с максимумом температуры воздуха, т.е. создаются условия неблагоприятные для ограждений, в качестве расчетных значений для стен принята величина суммарной радиации, поступающий на западную стену в июле.

Расчеты призедеш со средними значениями . которые

рекомендует использовать СНиП и теш, которые получены в данной работе. Анализ теплоустойчивости наиболее характерной ограндаю-шей конструкщш, однослойной панели из керамзитобетона, сделан с целью уточнения необходимых геометрических размеров панели (толщины), Исходя из климатических условий Казахстана.

Для однослойных конструкций величина затухания колебаний температуры в ней выражается формулой:

где X} - тепловая инерция огрэадешш;

о(_р - коэффициент теплоотдачи внутренних поверхностей ограж-" дения

^ - коэффициент теплоусвоения наружной поверхности стены;

- коэффициент теплоотдачи наружной поверхности стены, принимаемой для летних условий

Ы.н = 1,16 (5 + Ю Иг ),

где V - скорость ветра;

Б - расчетный коэффициент теплоуовоения материала, для керамзитобетона 3 = 6,77 Вт/ьг» С

Поскольку величина ^ нормируемая, то

/МС. ч

Величина определяется из соотношения:

гдо - максимальная амплитуда суточных колебаний темпера-

туры наружного воздуха в июле;

^о - коэффициент поглощения солнечной радиации материалом

-,7г*имаксимальное среднее часовое значение в июле

ф ,., - сроднее суточное значение 62^, в июле;

Т соответственно максимальные средние часовые эначе-Лнл^ ¡Л«.^ ния ^ и ■£) в июле;

л гее а " нормируемая величина перепада температуры по обе /1 стороны от огрэвдения, которая определяется по

^ формуле

Атт , .

А, ,

'■А

где "Ь~н - средняя месячная температура в июле;

Варьированием значений (в преобрэженном равенстве квантилей заданной обеспеченности) подучены величины толшны стен, отвечающие основным нормативным требованиям СНиП и оптимальной теплоустойчивости. Для этого использовались результирующие формулы

в - сл

где <Я~ - термичеокое сопротивление передаче и в то же время ^р

Л = д-

где сГ - толшина одграждаюшей конструкции

Я = 0,52 Вт/м^' °С - коэффициент теплопроводности керамзи-тобетона.

При проектировании стен в расчете на летние условия в рассматриваемом регионе необходимо было увеличить их толщину на 5 см по отношению к той, что проектируется при ориентировке на средние данные о потоках коротковолновой радиации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В процессе выполнения настоящей работы, которая носит преимущественно методический характер, получены следующие результаты:

I. Составлена базовая программа вычисления часовых оуш прямой солнечной радиации, приходящей к вертикальным поверхностям пяти ориентаций, о использованием основной формулы пересчета и . относительных коэффициентов (упрощенный метод).

2. Рассчитаны статистические параметры эмпирических распределений часовых сумм . Показана возможность объединения рядов часовых суш $у за несколько конкретных часов в один ряд, для которого получены обобщенные средине арифметические значения

и 6~ . Объединение произведено с целью свертки исходной информации и удобства ее применения в прикладных климатологических расчетах.

3. Предложен метод расчета и проведены расчеты прихода часовых сумм диффузной радиации, поступающей на различно ориентированные стены. Использован метод поправочных коэффициентов и метод разделения рассеянной радиации на ореальную и фоновую. Расчеты показали возможность уточнения Зо^- , используемых в прикладных целях.

4. На основе анализа статистических характеристик эмпирических распределений часовых сумм показано, что плотность их распределения удовлетворительно описывается логнормальным и обратным логнормальным теоретическими законами, параметры которых выражены через моменты распределений часовых суш . Получены и проанализированы различные значения часовых суш различных обоспеченностей для тех месяцев, когда может быть проведено удовлетворительное выравнивание экспериментальных зависимостей теоретическими законами.

5. Апробирована методика выбора стандартного климатического года, который применительно к актинометрической информации позволяет значительно сократить ее объем, используемый в прикладных климатологических расчетах, не уменьшая существенно точности информации.

6. Оценена целесообразность и точность выбора стандартного года путем сравннния величин расчетных характеристик, полученных на основе часовых данных стандартных месяцев с аналогичными характеристиками, вычисленными на материале многолетних часовых сумм солнечной радиации ( ^ , С? ), Проведено сравнивание рядов средних месячных многолетних значений, составленных часовыми значениями с аналогичными рядами для стандартного года. Показано их удовлетворительное соответствие и возможность аппроксимации кривыми Пирсона типа I (9).

7. Найдена степенная зависимость мезду средними часовыми срочными и месячными значениями средних квадратических отклонений величин , что позволяет косвенным способом получать параметры статистических распределений ежедневных часовых дашшх по ряду актинометрических станций.

8. Распределение по территории Казахстана квантилышх значений Sv обеспеченности, поступающей на стены пяти ориентации в июле, носит преимущественно зональный характер, но имеет ряд особенностей, обусловленных влиянием подстилающей поверхности и циркуляционным фактором, сказывающихся главным образом в юго-восточных районах республики.

9. Наиболее правильным является расчат величин теплоустойчивости ограждлших конструкций с использозанием вероятностных характеристик часовых сумм S у на основе рассмотрения енедневшх рядов актинометрической информации, за длительный период. Результаты определения квантилей часовых сумм ЭЭ^ной обеспеченности для июля вошли в расчет теплоустойчивости, а затем и тол-шины керамзитобетокной панели. В условиях континентального климата Казахстана оптимизация технических расчетов может проводиться в зависимости от капитальности килого сооружения в расчете на летние условия.

Основные результаты работы были долокены:

- на конференции молодых ученых и специалистов ГГО в 1987 г.

- на научных семинарах лаборатории Ш и ЗПС, ОППиК КазНИЛ Госкомгидромета, I98S, 1937, 1988, 1989 гг.;

- на объединенном семинаре ОЛК, ОТиПК, ОАВ ГГО им.А.И.Воейкова, 1988 г.

- на Всеооюзном совещании "Приполярная климатология на службе народного хозяйства", 1987 г.

Содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Коченова Е.Е. К вопросу о расчете и распределении суш прямой солнечной радиации, поступающей на стены разных ориентаций // Труды КазНИИ Госкомгидромета, 1987. - Вып.99

2. Коченова Е.Е. Об одном способе расчета иасовых сумм радиации на стены различных ориентаций для широтных зон Казахстана V/ Труды КазНИИ Госкомгидромета, 1983. - Вып. 102

3. Коченова Е.Е. Метод расчета часовых сумм диффузий и суммарной радиации на стены разных ориентаций // Труды ГГО, 1988. -Вып.520

4. Коченова Е.Е. Использование часовых влечений солнечной радиации в формировании стандартного года для одной из климатических зон Казахстана // Труды ГШ, 1988. - Вып.522

Ф

сКАХ).1(. V

Ртп.ГГО.27.04.90.Зак.311.Т.100.М-19554.Бесплатно.