Бид цөөхөн учир Монгол орноо хүчирхэг, тогтвортой хөгжилтэй, аюулгүй амьдрах орчинтой болгохын тулд ажиллаж буй салбар бүртээ чанартай боловсон хүчин байх шаардлагатай. Нэгэнт Улаанбаатар хотод сууршиж нүүдлийн мал аж ахуйн салбараас хөндийрсөн бол сууршилтай холбоотой мэргэжил, орчин үеийн нийгмийн чухал болсон чиглэлүүдэд амжилттай ажиллахаас л хамаг юм шалтгаална. Үүнээс гадна Монгол ахуй уламжлалаа өндөр түвшний шинжлэх ухааны арга аргачлалаар судалж дэлхийд шинэ мэдлэг нэмж басхүү технологи, цоо шинэ бүтээлүүдийг (инноваци) бий болгох боломж байна. Ийм шаардлага ч байна. Үүнтэй холбоотойгоор Монгол гэрийн доторх агаарын урсгал, дулаан тархалтыг загварчлалын аргаар судалсан судалгааныхаа үр дүнгээс танилцуулъя. Судлах болсон шалтгааны талаар дурдвал:
• Гэр бол нүүдэлчдийн бүтээсэн өндөр технологитой сууц. Ялангуяа гэрийн доторхи дулааны урсгал өмнө нь судлагдаж байгаагүй бөгөөд үүнийг шинжлэх ухааны үүднээс тайлсан мэдлэг нь нэн шинэ мэдлэг болох юм.
• Дотор болон гадна агаарын бохирдлын ихэнх хувь нь гэр хороололоос үүдэлтэй бөгөөд Монголчуудын ахуй амьдрал, удмын санд нөлөөлсөн аюулт гамшиг болоод байна. Тиймээс агаарын бохирдлыг бууруулахын тулд тал талаас нь л судлах хэрэгтэй.
• Гэр болон хувийн сууцны халаалтын арга замуудыг судалж үр ашигтай, хямд халаах систем, төхөөрөмж зохиох нь тулгамдсан асуудал болоод байна. Халаалтын системийг шийдчихвэл утааны хор уршгийг тодорхой хэмжээнд бууруулах нь ойлгомжтой.
Дээрх шалтгааны улмаас гэрийн доторх агаарын болон дулааны урсгалыг судалсан ба судалгааны ач холбогдлуудыг дурьдвал:
• Сайн мэддэггүй зүйлээ буюу гэрийн доторхи агаарын урсгалын динамик, дулаан тархалтын талаар бодит хөдлөшгүй мэдлэгтэй болно. Гэрийн доторх термодинамик ил болно гэсэн үг. Энэ нь гэрийг яаж үр дүнтэй богино хугацаанд хүний биед ямар нэгэн сөрөг нөлөөгүй халааж болох вэ гэдэг шийдлийг хайх үндэс нь болох юм.
• Гэрийн халаалтын үр ашигтай хэрэгсэл зохиоход түлхэц болохоос гадна гэрийг хэсэгчлэн болон бүрэн шинэчлэх боломж бүрдэнэ. Хатуухан хэлбэл 13-р зуунаас хойш Монголчууд гэрийн хаалга тоононоос бусдыг сольж шинэчилж сайжруулж амжаагүй л явна. Гэрийг орчин үеийн технологийг шингээсэн улам бүр гайхалтай сууц болгох нь бидний үүрэг.
• Мэдээж үр ашигтай халаалтын төхөөрөмж зохиож чадваас агаарын бохирдлыг бууруулж чадна. Харин халаалтын төхөөрөмж нь цахилгаанд суурилсан байх нь чухал шүү.
Энэ мэт уламжлалт зүйлсээ судалж ойлгож, хөгжүүлж чадвал тэр бүх үр дүн нь нүүдэлчин ард түмэнд үлэмж тус хүргэх нь ойлгомжтой.
Гэрийн доторхи агаарын урсгал болон дулааны урсгалыг илэрхийлэх үндсэн хоёр тэгшитгэл нь Навьер-Стокесийн болон дулааны тэгшитгэлүүд юм. Эдгээр хоёр дифференциал тэгшитгэлийг гэрийн доторхи орон зайд тухайлж (алгебрийн шугаман тэгшитгэл болгоно гэсэн үг) тоон загварт шилжүүлэн тооцон бодоход агаарын урсгал яаж явагдаж, дулаан яаж тархаж байгааг мэдэх боломжтой. Гэрийн доторхи агаарын болон дулааны урсгал нь УБ хотын агаарын болон дулааны урсгалтай агаар нэгэн. Тиймээс энэ ажлыг хийж чадвал УБ хотын агаарын динамикийн загварыг хүчтэйхэн тооцоолон бодох электрон машин дээр гүйцэтгэх боломж бий гэсэн үг. Дээрх хоёр тэгшитгэлүүд агаарын болон дулааны урсгалыг загварчилж байгаа цор ганц боломж биш юм. Бидэнд туршилтаар гаргаж авсан тэгшитгэлүүд, Буссенискийн тэгшитгэл, элдэв янзын статистикийн томъёо болон регрессийн тэгшитгэлүүд байна. Тэдгээрээс гадна тооцон бодох шинжлэх ухаанд сүүлийн үед гарч ирээд байгаа нэгэн сонирхолтой арга бол Сүлжээний Больцманы арга юм. Энэ аргаар агаарын болон дулааны урсгалыг ганц Больцманы тэгшитгэлээр шийдэх боломжтой. Тиймээс судалгаандаа энэхүү аргыг ашиглахаар ажилласан юм. Хоёр тэгшитгэл бус нэг тэгшитгэлийг л бодно гэсэн үг шүү дээ. Сүлжээний Больцманы аргыг товчоор хэлбэл урьдчилан тодорхойлсон сүлжээн дээр дээрх дифференциал тэгшитгэлийг фазын оронд тухайлж бодохыг хэлж байгаа юм. Хоёр хэмжээст орчинд хэрэглэх тор болон агаарын, температурын урсгалыг загварчлах схемийг харуулъя.

Зурагт үзүүлснээр 2 давхар тор байх ба энэ хоёр дээр 2 ширхэг Больцманы тухайлсан тэгшитгэлийг урсгал болон дулаан тархалтыг тооцоолохын тулд бодно. Харин гарах урсгалын хурд, температурыг Больцманы тэгшитгэлийн хувьсагч болох тархалтын функцын тэг ба нэгдүгээр эрэмбийн моментоор тодорхойлно. Температурын орон зайн дахь өөрчлөлт нь нягтын зөрүүнээс үүдэлтэй хөвүүлэх хүчийг бий болгох ба энэхүү гадаад хүч нь агаарын урсгалын хурдыг өөрчилнө өдөөнө. Дулаан нь цацрагаар, дамжуулалтаар тарж, мөн түгээгдэх ба түгээх ажлыг урсгалын хурд гүйцэтгэнэ. Ингэж л шингэн дотор дулаан тархадаг шүү дээ. Энэ аргаар загвараа босгоод тооцон бодоход бэлдэж тоон код бичиж байгаа юм. Фортран хэлээр бичсэн хэрэг. Түүний үндсэн програмыг харуулбал:

Энэ тоон кодыг Стокесийн болон энгийн адвекци-тархалтын бодлогуудыг бодож загвар үнэн ажиллаж байгаа эсэхийг баталгаажуулсан юм. Загвар үнэн ажиллаж байгаа бол түүнийг бодит бодлогод хэрэглэж болно гэсэн үг юм. Загварыг баталгаажуулах ажил нь тоон кодод багтаж буй бүхий л зүйлийг тухайлбал, анхны нөхцөл, хязгаарын нөхцөл, загварын томъёолол үнэн эсэхийг шаглах явдал юм.
Монгол гэрийн тоон загвар
За ингээд Монгол гэрийн загварлуугаа оръё. Загварчлахдаа 5 ханатай хоосон гэрийн хаалга хойморны тушаа хөндлөн огтлолыг авч үзэж хоёр хэмжээстэд тооцооллыг үйлдэж үндсэн урсгалын шинж чанарыг гаргах юм. Дараах зурагт гэрийн загварын тоон хэмжээс, бүрэлдэхүүнийг харуулав.

Монгол гэрт тохиолддог хоёр эгзэгтэй үеүүдийг загварчилж судалсан юм. Эдгээр нь гэр халах болон гэр хөрөх гэсэн үзэгдлүүд юм. Галлагааны дараа гэр нэгэн жигд халсан байх ба зуухнаас ямар нэгэн дулаан ялгарахгүй, тооно хаалгаар дулаан алдагдаж байвал хөрөх үйл явц бий болох бөгөөд үүнийг гэр хөрөх үзэгдэл гэж томъёолоод загварчлалыг үйлдэж байгаа юм. Харин гэр хүйтэн үеэс зуухыг ажиллуулж гэрээ халаахыг гэр халах үзэгдэл гээд мөн загварчилж байгаа юм. Эдгээр хоёр үзэгдэл нь өвлийн үед өглөө оройд байнга бий болж байдаг үзэгдлүүд бөгөөд агаарын урсгал, дулаан дамжилтын хувьд ялгаатай үйл явц гэдэг нь ойлгомжтой.
Загварчлахын өмнө хэд хэдэн хүлцэл авч үзэж байгаа бөгөөд эдгээр нь анхны болон хязгаарын нөхцлүүд болно.
• Загварчлалыг нормчилсон утгаар буюу нэгжгүй шинжилгээний аргаар хийнэ. Энэ нь онолын тайлбар өгөх, дүн шинжилгээ хийхэд тохиромжтой шинжилгээний арга юм. Энэ тооцооны үр дүнд хэдэн градус, хэдэн минут гэх мэт нэгжтэй бодит утгууд гарч ирэхгүй гэсэн үг юм.
• Гэрийн гадна эсвэл дотор гадаргууг дулаан алдагдалгүй гэж үзээд дулаан тусгаарлагдсан байх /adiabatic/ хязгаарын нөхцлийг хэрэглэнэ.
• Хаалга болон тооныг тогтмол дулаан алдагдалтай байна гэж хялбарчилж авч үзнэ. Энд тогтмол температуртай хязгаарын нөхцлийг авч үзнэ.
• Зуухыг гэрийн яг голд тоононы доор байрлуулах ба энгийн галлагааны зуух байна гэж үзнэ.
Энэ мэт янз бүрийн бодит нөхцлүүдийг авч үзээд тооцоог үйлдсэн хэрэг. Гэр хөрөх болон халах үеийн загварчлалын үр дүнг дараахаар авч үзье.
Гэр хөрөх үзэгдэл
Загварчлалын анхны нөхцөл нь Tin = Tmax = 1.0 буюу гэрийн дотор агаар бүрэн нэгэн жигд халсан халуун агаартай байна. Харин хаалга ба тоононоос Tmin = 0.0 градусын хүйтэн агаар үйлчилж байгаа гэж үзнэ. Ингээд тооцоог Fo=0.023 хүртэл хийж үр дүнг харуулбал:

Энд эхний мөрний зургуудад гэр доторхи агаарын температурын орон зайн өөрчлөлтийг янз бүрийн хугацаанд буюу Fo – Фурьегийн тоотой үед харуулж байна. Яг доод талд нь тохирох урсгалын шугамуудыг урсгалын вектортой хамт зурж харуулсан байна. Энэ тооцооноос бид хаалга тоононоос илүү их дулаан алддаг болохыг олж тогтоосон. Хошиноор тайлбарлавал нохой гэрийн үүд дарж хэвтээд байдагийн учир энэ байж болох юм. Хаалгаар алдагдаж байгаа дулааныг нохой өөртөө шингээж өвлийн шөнө бүлээхэн хэвтэж хонодог юм болов уу. Яг дараах зураг шиг.

Гэр хөрөх үед гэрийн дотор нэг том урсгалын эргүүлэг үүсэх ба эргүүлэгний чиглэл нь нар зөв байна. Доорхи хөдөлгөөнт дүрсээр гэр яаж хөрдөг, урсгал яаж бий болохыг харуулна.

Муу дулаалгатай хаалга болон тооно дулаанаа алдаж эхэлнэ. Хэсэг хугацааны дараа бүлээн болон хүйтэн агаарын нягтын ялгаанаас байгалийн шилжих урсгал (natural convection flow) бий болно. Энэ урсгал гэр доторхи дулаан алдагдлыг эрчимжүүлж Fo=0.062 хугацааны дараа гэр бүрэн гүйцэт хөрсөн байна.
Гэр халах үзэгдэл
Гэр халах үзэгдлийг загварчлахын тулд анхны нөхцлийг гэр нэгэн жигд хүйтэн агаараар дүүрсэн буюу Tin = Tmin = 0.0 гэж өгнө. Энэ үед зуух халж зуухны гадаргуугаас Tmax=1.0 гэсэн дулаан ялгарч эхэлнэ. Эхлээд дулаан шилжилтээр тарж байгаад дараа нь урсгал бий болмогч түгээгдэж эхэлнэ. Тооцооны үр дүнг хэд хэдэн хугацаанд дараах зургуудаар харуулав.

Зуухнаас ялгарсан дулаан нь мөөг шиг хэлбэртэй дулаан тархалтыг бий болгох ба мөөгний ирмэг тэлэх тусам дулаан гэрийн дотуур тархаж эхэлнэ. Төвд байрласан зуухтай гэрт хоймор болон үүдэн хэсэгт тус бүрд эргүүлэгт урсгал үүснэ. Энэ хоёр эргүүлэгт урсгал тогтвортой байх ба гэр халах тусам урсгалын хурдны эрчим бууж аажмаар багасаж тэглэнэ. Энэ үед гэр нэгэн жигд бүрэн халсан байх ба Fo = 0.045 байна.

Дээрх хөдөлгөөнт зураг дээр гэр хүйтэн нөхцлөөс яаж халж байгааг тод харж болно. Мөөг шиг хэлбэртэй дулаан тархалт нь томорсоор тоононд тулж хоёр ирмэг нь тэлэх ба ингэснээрээ дулаан түгээгдэнэ.Зуухнаас ялгарсан дулаан нь хоёр эргүүлэгт урсгалын завсраар дээш хөөрч тоононд очин тоононы гадаргуунд дулаанаа алдан улмаар хоёр салж нэг нь хойморлуу нөгөөх нь хаалга руу зөөгдөнө.

Гэрийн доторх агаарын болон дулааны урсгалд элементар тайлбар хийе.
Доорх зурганд гэр доторхи агаарын урсгалын шугамыг дүрслэн харуулав. (a) зурагт гэр хөрөх үеийн, (b) зурагт гэр халах үеийн урсгалын шугамыг харуулсан байна.

Гэр хөрөх үед тооно болон хаалганаас алдагдсан дулааны улмаас байгалийн шилжилтийн урсгал тэр орчимдоо үүснэ. Хэдий хаалга, тооно хоёр ойролцоо дулаан алдагдлын талбайтай боловч хаалгаар илүү их дулаан алдагдана. Энэ чинээгээр агаарын урсгал хүчтэй байх ба агшин зуун дэлгэрч тоононы орчимд үүсэх агаарын урсгалыг үгүй хийнэ. Ингэснээр тооноор алдагдах дулаан улам бүр багасах ба хүйтэн агаар нь унь дамжин хаалганы чиглэлд урсана. Эхэлж үүссэн нар зөв эргүүлэгтэй урсгалын эрчмээр хоймор хэсэгт нар буруу жижиг эргүүлэг үүсэх боловч том эргүүлэг томрох тусам жижиг нь уусаж алга болно. Гэр халах үед эсрэгээрээ гэрийн хоймор болон үүдэн хэсэгт эсрэг чиглэлтэй хоёр эргүүлэгт урсгал үүсэх ба урсгалын эрчим гэр халж эхлэхэд эрчимжих ба гэр бүрэн халж эхлэхэд унтарч аажмаар алга болно. Энэ хоёр хуйларсан урсгал нь гэрийг хурдан халаахад ихээхэн чухал үүрэг гүйцэтгэж байгаа юм.

Энэ загварчлалын үр дүнд гэр нь дулаанаа алдаж хөрөхдөө гэр халах үеэс 1.4 дахин удаан байдаг юм байна гэдгийг олж тогтоосон юм. Өөрөөр хэлбэл гэр хөрөхөөс 1.4 дахин хурдан халдаг гэсэн үг.

Дээрх баримтуудад үндэслээд дараах тайлбаруудыг хийж болно.
• Гэр халах ба хөрөх үеийн агаарын урсгалын шинж чанарыг ерөнхийд нь ил болгов. Гэрийн агаарын урсгалыг шинжлэх ухаанаар тайлбарласан анхны баримтууд гэж хэлж болно.
• Дулааны алдагдалтай хэсгүүдийн /тооно, хаалга/ болон зуухны байрлал нь Монгол гэрт маш зохицсон байгааг батлав. Энэ бол Монгол гэрийн бас нэг гайхамшиг юм. Үүнтэй адилаар халаах тоног төхөөрөмжийн байрлалыг оновчлох боломж бидэнд байна.
• Тоононоос илүүтэйгээр хаалгыг сайжруулах шаардлагатай. Дулаан алдагдал маш багатай хаалгыг төсөллөх хэрэгтэй байна. Эндээс вакуум маягийн хаалга, тооно хийх санаа төрж байгаа юм. Мэдээж жингийн болон бусад шаардлагуудын хувьд энгийн хаалга, тоонотой ойролцоо байх хэрэгтэй.
• Гэрийг түргэн халаахын тулд хүчилсэн шилжилтийн урсгалыг бий болгох хэрэгтэйг агаарын болон дулааны урсгалын ерөнхий шинж чанараас харж болно. Энэ нь шинээр зохион бүтээгдэж буй янз бүрийн халаах тоног төхөөрөмжийн хувьд зайлшгүй авч үзэх шалгуур ч байж болох юм. Энгийнээр хэлбэл халаах төхөөрөмж маань халуун агаар үлээдэг байх ёстой гэсэн үг.
Энэ судалгааны зарим нэг шинэлэг, шинэ бүтээлийн суурь санааг гаргасан баримтуудыг дэлгэвэл:
• Зохиосон тоон загвар нь зөвхөн гэр гэлтгүй бусад өрөө тасалгааны агаарын урсгалыг загварчилж халаах төхөөрөмжийн байрлалын болон үйл ажиллагааны оновчлолыг хийхэд ашиглагдах бүрэн боломжтой. Монгол хүн хөгжүүлсэн тоон загвар шүү дээ.
• Энэ судалгааны ажил бол гэрийг шинжлэх ухаанчаар судалсан нэгэн оролдлого бөгөөд гэрийн доторхи агаарын болон дулааны урсгалын анхны судалгаа гэж хэлж болно.
• Энэ ажил бол агаарын бохирдлыг бууруулахын тулд хийгдэж буй шинжлэх ухааны хувь нэмэр гэж үзэж байна. Харин судалгааны үр дүнг анхаарч амьдралд ашиглах аваас судалгаа бодитоор хувь нэмэрээ оруулах болно. Судалгаа тооцоогүй аливаа ажил хөрөнгө мөнгө зарлагадах хандлагатай байдаг.
• Бид өнгөрсөн 20 жилд олон янзын зуух, халаах тоног төхөөрөмж зохион бүтээж туршиж их хөрөнгө зарсан. Цаашид ч зарах нь ойлгомжтой. Энэ судалгаа бодит туршилт хийлгүйгээр компьютер ашиглан судалгаа хийх боломжтой шүү гэдгийг харуулах нэг ажил юм. Энэ маягийн судалгааг хийснээр өртөг өндөртэй туршилтын ажил хийхээс сэргийлнэ. Загварчлал мөнгө хэмнэнэ гэсэн үг.
• Эцэст нь энэ судалгааны үр дүнд гэрийг шинэчлэх, тухайлбал өндөр дулаан тусгаарлагчтай хаалга ба цонх, зарим нэг зуухны санаанууд гарч ирж байгаа юм. Энэ санаануудыг амь оруулах л хэрэгтэй.
Тухайлбал, сүүлийн санааг илүү тод болгохын тулд нэгэн жишээ авч үзье. Гэрийг хурдан халаахын тулд хүчилсэн шилжих урсгалыг үүсгэх хэрэгтэй гэсэн. Мөн гэрийн зарим хэсгүүдийг шинэчилж үр ашигтай ажилладаг болгох хэрэгтэй гэж байгаа юм. Энэ хоёр санаанаас зуух халуун агаарыг шалтай зэрэгцээ байдлаар үлээдэг байвал яаж байна гэсэн шинэ санаа гарч байгаа юм. Тооцооны схемийг доорхи зургаар харуулав. Энд uc, T – нь гэр халах үеийн байгалийн шилжих урсгалын хурд ба түгээгдэх температур, us, T нь зуухны үлээх хурд ба температур болно.

Тооцооны үр дүнг дараах хөдөлгөөнт дүрсээр харуулж байна. Энд температурын орон зайн тархалт болон хурдны векторыг харуулна.

Зуух хоёр талаараа халуун агаар үлээх ба зуухны дээд гадаргуугаас халсан агаар байгалийн жамаараа дээш хөөрч урсана. Үлээсэн агаар хоёр ширхэг мөөгөн хэлбэрийн дулаан тархалтыг бий болгох боловч эцэстээ бүгд нийлж нэг мөөгийг үүсгэнэ. Өөрөөр хэлбэл хоёр эсрэг чиглэлтэй эргүүлэгт урсгал үүснэ. Гэсэн хэдий ч ийм зуухтай бол маш хурдан гэрийг халааж болохыг харж болно. Энэ энгийн загварчлал бидэнд дараах хоёр санааг шууд өгч байгаа юм. Үүнд:
• Зуух үр ашигтай байхын тулд түүний үлээх хурд нь жамаараа бий болох агаарын урсгалын хурдаас олон дахин их байх ёстой.
• Энэ загварын зуух үр ашиг муутай бол зуух нь халуун агаараа эгц дээш нь тооно руу үлээж болно. Энэ тохиолдолд байгалийн шилжих урсгалын эрчим өдөөгдөж гэрийг хурдан халаах боломжтой. Энэ тохиолдолд бага эрчим хүч зарлагадана гэх мэтээр нарийн шинжилбэл олон үнэтэй баримтууд гарч ирэх нь ойлгомжтой.
Мэдээж цаашид олон талын судалгааг хийх хэрэгтэй байна. Гэрийг халаах төхөөрөмжийн загварчлалыг үйлдэж хэр үр ашигтай ажиллахаар байна гэдэгт туршилт хийлгүйгээр оновчлол хийж судалж болно. Бүрэн тавилгатай гэр ямар байх вэ гэдгийг бас судална. Энэ загварыг гурван хэмжээстээр үйлдэж агаарын болон дулааны урсгалын бүрэн тайлбарыг хийх хэрэгтэй байна. Гэх мэт ажил их байна. Дэмжлэг хэрэгтэй байна.

Энэ ажилтай холбоотой өгүүллэгийг эндээс, илтгэлийн бичлэгийг эндээс үзээрэй. Эцэст нь хэлэхэд энэ чиглэлд ажиллаж байгаа хүмүүстэй хамтарч ажиллахад бэлэн байна. Та бүхний ажилд өндөр амжилт хүсье.