автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Теплоперенос в неоднородных наружных брусчатых и бревенчатых стенах зданий

На правах рукописи

Хон Светлана Владимировна

ТЕПЛОПЕРЕНОС В НЕОДНОРОДНЫХ НАРУЖНЫХ БРУСЧАТЫХ И БРЕВЕНЧАТЫХ СТЕНАХ ЗДАНИЙ

05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тюмень - 2006

Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном

университете

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор

Кузин Александр Яковлевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Валов Василий Михайлович, кандидат физико-математических наук, доцент Куриленко Николай Ильич

Ведущая организация: Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет

Защита состоится« » <л-х€Ц? 2006 г. в № часов на

заседании диссертационного совета Д 212.272.01 в Тюменском

государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 625001, г. Тюмень, ул. Луначарского, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан « 4Х) » 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного, кандидат технических наук, доцен

апышкин А.П.

ДООб £

744г-

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. После внесения изменений в СНиП П-3-79* в 1995 году, ужесточающих требования к тепловой защите зданий, началась активная работа ученых по разработке наружных ограждений, отвечающих условиям энергосбережения. На законодательном уровне разработка и реализация программ энергосбережения началась в регионах России особенно после вступления в силу Федерального Закона «Об энергосбережении» № 28-фз от 03.04.96 г. Обязательными разделами в этих программах являются научное, правовое и экономическое обоснование энергосберегающих мероприятий, в том числе касающихся повышения теплозащитных свойств стеновых конструкций существующего фонда отапливаемых зданий и зданий нового строительства. Изменения СНиП П-3-79* в 1998 и в 2000 годах активизировали разработку новых неоднородных и многослойных конструкций наружных стен, в том числе с фасадными системами утепления.

Наиболее гигиеничными и экологически чистыми из применяемых в строительстве конструкций считаются конструкции из цельной необработанной древесины. Небольшая по сравнению с кирпичными стенами масса, а также повышенная конструктивная гибкость стен из древесины позволяют применять легкие эффективные мелко заглубленные фундаменты и минимизировать затраты труда на их возведение.

Однако стандартные размеры сечений брусьев и бревен, являющихся фрагментами деревянных наружных ограждений, для ряда территорий России, в частности для Западной Сибири, не отвечают по своим теплотехническим характеристикам современным требованиям. Одним из способов повышения теплозащитных свойств наружных стен из древесины является заполнение продольных осевых отверстий их фрагментов эффективными утеплителями. Обработка огнебиозащитными и гидрофобизирующими составами наружных и внутренних поверхностей фрагментов увеличивает их эксплуатационную надежность. Доступность современных облицовочных и утепляющих материалов в настоящее время позволяет «крепкие» деревянные дома, не представляющие архитектурное наследие в виде памятников деревянной архитектуры, утеплять различными фасадными системами.

Таким образом актуальность темы диссертационной работы обусловлена необходимостью повышения теплозащитных свойств деревянных наружных ограждений, применяемых в индивидуальном и производственном домостроении в холодных климатических зонах России. Актуальность диссертационных исследований подтверждается выполнением их в рамках программы Федерального агентства по образованию "Развитие научного потенциала высшей школы" (Подпрограмма 2. Прикладные исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники, код проекта 7756), межотраслевой программы Министерства образования РФ в ТГАСУ (Проект № Т02-01.2-881) и гранта пр^звд^идля-поддержки молодых российских ученых и ведущих научньис шкод|фзд|^|^.2003.8).

Целью работы является исследование закономерностей нестационарного теплопереноса в неоднородных наружных брусчатых и бревенчатых стенах зданий с повышенными теплозащитными свойствами.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• разработать перспективные по критерию энергосбережения конструктивные схемы утепления брусчатых и бревенчатых стен зданий и дать их экономическое обоснование;

• разработать физико-математические модели теплопереноса в неоднородных брусе и бревне и их программно-алгоритмическое сопровождение;

• провести экспериментальное исследование теплопереноса в неоднородной брусчатой стене для установления адекватности математической модели и ее верификации;

• используя математическое моделирование исследовать закономерности плоского и пространственного теплопереноса в предлагаемых деревянных конструкциях стен с внутренними и внешними системами утепления;

• разработать инженерную методику расчета для определения сопротивления теплопередаче неоднородной брусчатой стены с фасадной системой утепления на гибких связях.

Научная новизна работы:

• разработан эффективный программно-алгоритмический комплекс для исследования нестационарного двух- и трехмерного теплопереноса в неоднородных фрагментах брусчатых и бревенчатых стен зданий;

• на основе комплексного теоретико-экспериментального исследования установлен механизм нестационарного двумерного теплопереноса в неоднородных деревянных фрагментах брусчатых и бревенчатых стен зданий. Показано, что наибольшие возмущения полей температуры и плотностей тепловых потоков наблюдаются в местах стыка древесины с теплоизолирующими вставками;

• установлено наличие поперечного сечения в утепленном брусе с минимальным значением трансмиссионной теплоты, до которого теплота отводится от оси бруса на периферию, а после которого, наоборот, подводится с периферии к его оси. Показано, что теплозащитная эффективность утепленного бруса на 15 4- 20 % выше, чем теплозащитная эффективность утепленного бревна. Выявлено, что предложенный способ утепления брусчатых и бревенчатых стен зданий позволяет уменьшить тепловые потери на 10-40 % при одновременном снижении массы на 17-48 %;

• на основе численного решения задачи нестационарного трехмерного теплопереноса в неоднородной брусчатой стене с фасадной системой утепления на гибких связях установлено, что применение фасадной системы утепления снижает тепловые потери через стену в 1,8 раза;

• получены новые расчетные зависимости для определения сопротивления теплопередаче неоднородной брусчатой стены с фасадной системой утепления на гибких связях.'"

Достоверность полученных результатов подтверждается их сравнением с известными аналитическими решениями и сопоставлением данных теории и эксперимента.

Практическая значимость и реализация результатов исследований:

• разработан комплекс методик и программ расчета для проведения экспресс-диагностики теплового состояния проектируемых неоднородных брусчатых и бревенчатых стен зданий, оценки их теплоустойчивости и теплозащитной эффективности;

• разработана методика инженерного расчета сопротивления теплопередаче неоднородной брусчатой стены с фасадной системой утепления на гибких связях;

• определены коэффициенты теплотехнической однородности и составлены номограммы по рекомендуемым толщинам наружных брусчатых стен с различными системами фасадного утепления для некоторых городов России;

• разработанные программы расчета используются для установления закономерностей двумерного и трехмерного теплопереноса в проектируемых деревянных ограждениях на предприятии «Томскжилстрой», а отдельные программные модули применяются в учебном процессе Томского ГАСУ.

На защиту выносятся:

• новые конструктивные схемы утепления брусчатых и бревенчатых стен зданий с повышенными теплозащитными свойствами;

• физико-математические постановки задач и численные методики расчета нестационарного двух- и трехмерного теплопереноса в неоднородных деревянных ограждающих конструкциях зданий с внутренним и внешним утеплением;

• инженерная методика расчета для определения сопротивления теплопередаче неоднородной брусчатой стены с фасадной системой утепления на гибких связях;

• результаты экспериментальных исследований по установлению адекватности математической модели и выявлению закономерностей теплопереноса в неоднородной брусчатой стене;

• результаты параметрических численных исследований по установлению закономерностей теплопереноса и влияния теплофизических и геометрических характеристик древесины и утепляющих вставок на теплозащитные свойства брусчатых и бревенчатых стен зданий.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научных семинарах кафедры теплогазоснабжения Томского государственного архитектурно- строительного университета (9 ноября 2004 г., 8 декабря 2005 г.), на XXVIII Сибирском теплофизиче-ском семинаре (1-5 октября 2004 г., гг. Москва-Новосибирск), на международной научно-практической конференции - семинаре «Архитектура и строительство. Наука и образование как фактор оптимизации среды жизне-

деятельности» (11-16 октября 2004 г., г. Хаммамет, Тунис), на четвертой Всероссийской конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (5-7 октября 2004 г., г. Томск), на всероссийской конференции молодых ученых «Наука. Технологии, Инновации» (2-5 декабря 2004 г., г. Новосибирск), на всероссийской научно-практической конференции «Сибири - новые технологии в архитектуре, строительстве и жилищно-коммунальном хозяйстве» (22 апреля 2005 г., г. Красноярск), на международной конференции « Сопряженные задачи механики, информатики и экологии» (5-10 июля 2004 г., г. Томск), на региональной научно-методической конференции «Проблемы инженерного образования» (20-21 апреля 2004 г., г. Томск), на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительства и экологии в Западной Сибири» (13 мая 2005 г., г. Тюмень), на международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабже-ния и вентиляции» (23-25 ноября 2005 г., г. Москва).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 12 работах, список которых приведен в конце автореферата. Из них 3 патента на полезные модели и 9 статей в журналах, депонированных и сборниках избранных докладов конференций.

Личный вклад автора заключается в научном обосновании разработок, защищенных патентами на полезные модели (№ 40344, № 38793, 49053); физической и математической постановках задач нестационарного двух- и трехмерного теплопереноса в неоднородных брусчатых и бревенчатых стенах зданий; проведении и обработке экспериментов; проведении численных расчетов и анализе их результатов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из - введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 184 наименований, 4 приложений и содержит 136 страниц основного текста, в том числе 59 рисунков, 1 таблицу, 21 фотографию.

По вопросам, относящихся к разработке инженерных методов расчета и практического применения научных разработок диссертанта научным консультантом являлся д.т.н., профессор Цветков Николай Александрович.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, определены цель и задачи исследования, отражены ее научная новизна и практическая значимость, излагается краткое содержание работы.

В первой главе проведен обзор и анализ отечественного и зарубежного опыта по деревянному домостроению и рассмотрены основные подходы к исследованию теплового состояния многослойных неоднородных конструкций.

Строительство и эксплуатация деревянных домов в настоящее время ставит перед учеными и производственниками ряд задач, среди которых можно выделить важную задачу разработки и теоретического и экспери-

ментального исследования облегченных конструкций наружных

деревянных стен из брусьев и бревен с повышенными теплозащитными свойствами, в том числе и с фасадными системами утепления. Для решения данной задачи на кафедре теплогазоснабжения ТГАСУ была разработана конструктивная схема утепленного бруса, выполненного из составных элементов и имеющего внутри продольное осевое отверстие, заполненное утеплителем (рис. 1). Заполнение продольных отверстий брусьев утеплителем возможно либо при непосредственной сборке стены с помощью готовых формованных изделий, либо после возведения стены инъекционным способом из пеноформирующего рукава. Такое выполнение бруса позволяет помимо повышения его теплозащитных свойств решить ряд других сопутствующих задач. Это задачи повышения эксплуатационных свойств древесины за счет возможности обработки антисептическими и огнезащитными составами не только наружных, но и внутренних поверхностей; улучшения качества сушки деревянных сортиментов.

Рис. 1. Утепленный деревянный брус: 1 - древесина; 2 - продольное отверстие, заполненное теплоизоляционным материалом

Эффективным инструментом исследования при решении задач оптимизации, энергосбережения и проектирования в строительном комплексе является математическое моделирование, основанное на современных математических моделях и численных методах решения задач теплопереноса с использованием быстродействующей компьютерной техники. Его основным достоинством является снижение материальных и временных затрат при проектировании. Проведенный анализ показывает, что для корректного математического моделирования процессов теплопереноса в многослойных неоднородных деревянных наружных ограждениях необходимо учитывать нестационарность и неодномерность процессов теплопереноса. А это в свою очередь требует разработки соответствующих адекватных математических моделей и эффективных численных методов решения задач теплопереноса.

Существенный вклад в решение актуальных задач строительной теплофизики и теорию теплотехнического расчета ограждающих конструкций внесли такие ученые, как А.И. Ананьев, В.Н. Богословский, М.М. Бродач, В.М. Валов, В.В. Гагарин, Ю.Г. Граник, В.М. Ильинский, Ю.А. Матросов, Ю.А. Табунщиков, К.Ф. Фокин, H.A. Цветков, А.Ф. Шаповал и др. Однако многообразие и сложность стоящих перед строителями задач требуют даль-

нейшего развития методов физико- математического моделирования для исследования процессов теплопереноса в разрабатываемых наружных ограждающих конструкциях зданий с целью повышения их теплозащитных свойств.

Во второй главе предложена физико-математическая постановка задачи о нестационарном теплопереносе в поперечном сечении неоднородного (утепленного) бруса, разработан численный алгоритм ее решения и исследованы тепловое состояние и теплозащитные свойства неоднородного бруса в зависимости от его теплофизических и геометрических характеристик и времени. Численный алгоритм решения краевой задачи основан на методе расщепления Н. Н. Яненко, а полученные в результате расщепления одномерные уравнения теплопереноса в однослойных и многослойных областях решаются эффективным итерационно-интерполяционным методом (ИИМ). Приведена разностная схема ИИМ и выражения для плотностей тепловых потоков на внутренней и наружной поверхностях бруса. На тестовой задаче проведена численная апробация алгоритма и программы расчета. Результаты математического моделирования использовались для оценки погрешности результатов, полученных по стандартной методике СНиП. Рассмотрено влияние цикличности температуры внешней среды на характеристики теплообмена в утепленном брусе.

Адиабатные

©

У*—

%

<Хо

Утг

Радиационно-конвективный у теплообмен

условия

©

Адиабатные условия

Радиационно-конвективный теплообмен

X

Х1 Хг Хк

Рис. 2. Схема утепленного бруса: 1 - древесина; 2 - утеплитель

Исследовался теплоперенос через плоскую неоднородную систему, состоящую из деревянного бруса 1 с осевым отверстием 2, заполненным утеплителем (рис. 2). Форма бруса и утеплителя - прямые параллелепипеды, поперечные сечения которых - квадраты со сторонами 8] и 52 соответственно. Известны теплофизические характеристики (ТФХ) (X,, р,, с, , 1=1,2) материалов системы, зависящие в общем случае от координат и времени, ее геометрические размеры, температуры наружной (1ье) и внутренней

Оьи») сред и коэффициенты теплоотдачи на наружной (а„), внутренней ( а„) поверхностях ограждения.

Теплоперенос в поперечном сечении неоднородного бруса в областях 1 и 2 описывался двумя двумерными нелинейными нестационарными уравнениями теплопроводности

^ и СП 5x1 ' ах

+— К —

, ¡=1,2. (1)

Система уравнений (1) замыкалась начальными и граничными условиями:

»¡и =»»(*. у); (2)

& í \ -Хг^-\х=0=а0{1еМ-ц); (3)

дх

И

II л ^I I « 2 | •шг _- . .

х=Х,=12|х=Х, ; Л'1^_|х=Х| =Л2-^-|х=Х| ' М-У^ч! (')

11|х=Х2=12|х=Х2 > ^!^_|х=Х2 = ^2"^~|х=Х2 > - У ^ '> (8)

г1|у-у, = 12|у-у, ; , X, <х<Х2; (9)

Эь I

1'|у=У2 ==г2|у-У2 > ^1"^"|у=У2 =^2"^"|у=У2 , X, (10)

На рис. 3-5 представлены некоторые результаты базового варианта расчета, проведенного при следующих исходных данных: материал древесины - сосна, 5, = 0,2 м, X, = 0,14 Вт/(м-К), с, = 2300 Дж/(кгК), Р! = 500 кг/м3, б2 = 0,1 м, Х2 = 0,029 Вт/(мК), с2 = 1470 Дж/(кг-К), р2 = 40 кг/м3, - 40 °С, + 20 °СДШ= + 20 °С, а, = 23 Вт/(м2-К), а0 = 8,7 Вт/(м2-К), Х,=0,05 м, Х2=0,15 м, Хк=0,2 м, У!=0,05 м, У2=0,15 м, Ук=0,2 м. Время счета задачи на ПЭВМ РЕЫТШМ-З при числе узлов разностной сетки по пространству 101x101 и шаге по времени 30 секунд не превышает 3 минут.

Как видно из рис. 3, 4 наибольшие температурные возмущения и, как следствие этого, возмущения плотностей тепловых потоков происходят на левой (х = 0,05 м) и правой (х = 0,15 м) границах контакта утеплителя с дре-

весиной. С ростом времени абсолютные значения перепадов температур на левой границе увеличиваются, а на правой - уменьшаются, и при выходе процесса теплопереноса на стационарный режим они становятся равными. В сечениях с координатами х е [0; 0,1], где х = 0,1 м - координата сечения с нулевым перепадом температур А^, теплота от оси бруса отводится на периферию, а в сечениях с координатами х е [0,1; Хк], наоборот, подводится с периферии бруса к его оси.

Д1у, °С

10 [• 1

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 м Рис. 3. Перепад температур Д^ = 1(Ук,х)-1(Ук/2,х) для утепленного (1-3) и однородного (4) брусьев в различные моменты времени т, ч: 1 - 12; 2 - 24; 3,4 - 168

Рис. 4. Изотермы в поперечном сечении утепленного бруса

при т=168 ч <

В результате проведенных численных расчетов установлен характер поведения плотностей тепловых потоков в поперечном сечении утепленного бруса. Показано, например, что кривые распределения плотностей тепло-

вых потоков в поперечных сечениях однородного и утепленного брусьев при стационарном режиме передачи теплоты существенно отличаются. Плотности тепловых потоков в направлении оси х через утепленный брус имеют минимумы в центре бруса, а их значения по всей толщине бруса меньше, чем в однородном брусе. При этом значения плотностей тепловых потоков на наружной и внутренней поверхностях утепленного бруса примерно равны.

Анализ рис. 5 показывает, что при выходе процесса теплопереноса на стационарный режим плотности тепловых потоков через внутреннюю и наружную поверхности утепленного бруса независимо от выбора начального условия совпадают между собой, что является одним из доказательств достоверности полученных результатов.

Я, Вт/м2

60 90 120 150 180т, ч

Рис.5. Плотности тепловых потоков через наружную (1) и внутреннюю (2) поверхности утепленного бруса в зависимости от времени

Используя результаты математического моделирования, оценена относительная погрешность определения плотности стационарного теплового потока через неоднородный брус с помощью стандартной методики, представленной в СНиП II-3-79*. Показано, что при выполнении неравенства Ra/Rg > 1,25 погрешность определения плотности стационарного теплового потока превышает 5 %, что указывает на необходимость применения аппарата математического моделирования. Кроме того, установлено, что на величину отношения Ra/Re значительно влияют теплопроводности утеплителя и древесины и не столь значительно - их геометрические размеры.

Исследовалось влияние цикличности изменения температуры внешней среды на тепловое состояние неоднородного бруса. Задавался следующий закон изменения температуры внешней среды

t&e = lg, е + А^ ecos (2я(т -15) / Т),

где - средняя температура наружного воздуха за период Т

(- 19,1 °С для января); - амплитуда колебаний (8,7 °С); Т - период

(24 часа). Здесь максимум температуры соответствует времени 15.00, минимум - 3.00. Значения средней температуры наружного воздуха и амплитуды колебаний взяты для условий г. Томска.

Показано, что цикличность изменения температуры внешней среды оказывает слабое влияние на плотность теплового потока через внутреннюю поверхность утепленной брусчатой стены, что говорит об ее хорошей теплоустойчивости (рис. 6). В то же время на внешней поверхности стены наблюдается периодическое изменение плотности теплового потока с амплитудой, примерно равной 26 Вт/м2.

Рис. 6. Плотности тепловых потоков через наружную (1, 3) и внутреннюю (2, 4) поверхности утепленного бруса в зависимости от времени. Сплошные линии получены при циклическом законе изменения температуры ^е, штриховые линии - при I = = СОГШ .

В практике строительства наряду с брусчатыми деревянными стенами широко используются и бревенчатые.

В связи с этим в третьей главе предложены физико-математическая модель и численная методика расчета теплового состояния неоднородного фрагмента наружной бревенчатой стены здания, установлен характер распределения полей температуры и плотностей тепловых потоков в однородном и неоднородном (утепленном) деревянных цилиндрических сортиментах при переменной тепловой нагрузке на поверхности и проведен их сравнительный анализ, исследован процесс теплопереноса в неоднородном и однородном деревянных цилиндрических сортиментах в зависимости от их теплофизических и геометрических характеристик. Осуществлен сравнительный анализ теплозащитных свойств неоднородных бруса и бревна.

Исследовался теплоперенос в радиальном сечении деревянного бревна с утеплителем, являющегося составной частью наружного стенового

ограждения, с изменяющейся по окружной координате <р тепловой нагрузкой на границе гу(ср) (рис. 7). Форма однородного бревна и

утеплителя - прямые соосные цилиндры с радиусами г, и г2 соответственно В нижней части бревна имеется вырез, обусловленный технологическими условиями сборки бревенчатой стены. Известны радиусы бревна и утеплителя, расстояние между центрами О и О1 сечений соседних бревен г„, ТФХ древесины и утеплителя (коэффициенты теплопроводности в радиальном (А.г) и окружном (Хф) направлениях, плотность р,

теплоемкость с). На внешней (СБ) и внутренней (АВ) границах радиального сечения выполняются условия конвективного теплообмена, на линиях АО и ВС - условия адиабатичности. Заданы температуры внешней ^е) и внутренней (1ЬШ5) сред, коэффициенты теплоотдачи на наружной (аш ) и внутренней (а0) поверхностях бревна. Расстояние ОМ от центра О

до любой произвольной точки М на дуге АР и угол <р5 определялись из геометрических соображений.

Адиабатные

Г

условия

о

,<Хо

Радиационно-конвективный теплообмен

О

Ц,« Оту

Радиационно-конвективный теплообмен

Адиабатные

условия

Рис. 7. Схема радиального сечения утепленного бревна

Для описания теплопереноса в радиальном сечении утепленного бревна использовалась записанная в цилиндрической системе координат математическая модель, состоящая из двух нестационарных нелинейных двумерных уравнений теплопроводности для однородного бревна и утеплителя

^ ''дх г дг ^ дт) г ду)

, 1=1,2,

с начальными и граничными условиями

а.

Л — /V I.

дг

(И)

(12) (13)

1

= ао(18,т»~го)> Я + Я>5 (14)

91, дг

= 0,(271-ф5 <ф<ф5)и(п-ф8 <ф< л + ф8); (15)

«•и-^и.-1-1-25 (1б)

а,

1,1 =1г! 'км* 21гт2 М От

= Хг2 —

г,г а-

(17)

='2

В математической модели (11)-(17) нижние индексы 1, 2 характеризуют однородное бревно и утеплитель соответственно. На внутренней границе однородного бревна с утеплителем задавались граничные условия четвертого рода (17). Граничное условие (16) - условие периодичности.

Для оценки теплозащитной эффективности однородных и неоднородных деревянных сортиментов и проверки корректности расчетов определялись тепловые потери через внутренние и внешние открытые поверхности бруса и бревна длиной 1 погонный метр по формулам

<Зо = |ч(0, у)ёу , С^ = |я(Хк,у)ау (для бруса);

О о

С>0 = |ч(г„ф)г, <1ф; ()„= |я(г„ф)г, (1ф (для бревна). (18)

Ф.

В результате численных расчетов выявлены закономерности распределений температур и плотностей тепловых потоков в радиальном и окружном направлениях. Показано, что максимальное возмущение температурного поля в утепленном бревне, как и в утепленном брусе, происходит на границе утеплителя с древесиной. Наличие утеплителя приводит к понижению температуры в поперечном сечении бревна для углов ф € [0, я] и повышению температуры - для ф е [л, 2л]. Наибольший абсолютный перепад температур в однородном и утепленном бревнах достигается на границе древесины с утеплителем при ф = л/2 и ф = 3/2л. Переменность тепловой нагрузки на поверхности приводит к существенному изменению температуры по обводу как однородного, так и неоднородного бревен, и, как следствие этого, к значительному перетеканию теплоты в окружном направлении.

На рис. 8 представлены результаты одного из вариантов расчета, проведенного при следующих значениях параметров: г, =0,1 м, г2 = 0,05 м, X, = 0,14 Вт/(м-К), С! = 2300 Дж/(кгК), р! = 500 кг/м3, Х2 = 0,04 Вт/(м К), с2 = 1470 Дж/(кг-К), р2 =80 кг/м3,- 40 °С, + 20 °С, Ъ„= + 20 °С, а„ = 23 Вт/(м2 К), а0 = 8,7 Вт/(м2-К). Материал древесины - сосна, утепли-

теля - пенополисторол и пенополиуретан с бдльшей (кривая 2) и меньшей (кривая 3) теплопроводностью. Из рис. 8 следует, что увеличение толщины утеплителя приводит к уменьшению тепловых потерь для рассматриваемых фрагментов деревянных стен. Это уменьшение более значительно для менее теплопроводных утеплителей. При этом теплозащитная эффективность утепленного бруса оказалась примерно на 15-20 % выше, чем утепленного бревна. Вертикальная штриховая кривая на

Рис. 8. Тепловые потери через утепленное бревно (сплошные кривые 1-3) и утепленный брус (штриховая кривая 2) для различных значений отношения радиусов утеплителя и бревна (1 - пенополистирол, 2, 3 - пенополиуретан). Кривые 2 получены для равновеликих площадей утеплителя и древесины

рис. 8 показывает максимально возможное значение отношения радиусов г2/гь соответствующее предельно допустимым нагрузкам на утепленные деревянные конструкции.

В четвертой главе представлены методика и результаты экспериментальных исследований теплозащитных свойств неоднородной брусчатой стены размерами 2000 х 2400 мм. Испытания проводились в климатической камере объемом 58 м3. Брусчатая стена складывалась из утепленного соснового бруса шириной 160 мм и высотой 180 мм. В качестве утеплителя использовался пенополистирол шириной 50 мм и высотой 65 мм.

Для регистрации температур и плотностей тепловых потоков использовался измерительный комплекс «Терем - 4,0» производства НПП «Интерприбор» (г. Челябинск). Измерение температур в толще и на поверхности стены проводилось с помощью 21 хромель-копелевой термопары.

Для измерения плотностей тепловых потоков использовались преобразователи теплового потока производства НПП «Интерприбор». На каждую термопару и преобразователь теплового потока в ГП «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений» (г. Новосибирск) был получен сертификат соответствия о калибровке средств измерения.

Испытания проводились при температуре в холодной зоне климатической камеры минус 18,7 ± 0,2 °С, а в теплой зоне - плюс 20,6 ± 0,2 °С. После выхода на стационарный режим теплопередачи для двадцати серий испытаний температура на внутренней поверхности стены составила плюс 18,0 ±0,7 °С, а на наружной поверхности - минус 17,7+0,3 °С. Значения этих же температур, полученные численно, составили плюс 18,2 °С и минус 17,8 °С соответственно. Результаты численного и физического экспериментов по температурам приведены в табл. 1. Рассогласование численных и экспериментальных значений температур не превышает 10 %.

Таблица 1

Расчетные и экспериментальные значения температур_

Сечение бруса, метод исследования Координата X), м

0 0,0275 0,055 0,08 0,105 0,1325 0,16

Ось бруса (у=Ук/2), численный 18,1 12,6 7,9 0,2 -7,5 -12,1 -17,6

Ось бруса (у=Ук/2), экспериментальный 18,0 ± 0,6 12,6 ± 0,5 8,1 ± 0,5 0,0 ± 0,6 -8,0 ± 0,4 -12,6 ± 0,7 -17,7 ±0,3

Периферия бруса численный 17,9 11,8 5,9 0,2 -5,5 -11,4 -17,5

Периферия бруса О^О, экспериментальный 17,6 ± 0,4 11,7 ± 0,5 5,9 ± 0,5 0,1 ± 0,3 -5,8 ± 0,2 -11,5 ± 0,6 -17,2 ±0,5

В пятой главе рассматриваются вопросы, связанные с повышением теплозащитных свойств брусчатых стен здйния за счет наружного утепляющего слоя. Намечены перспективы дальнейших научных исследований и практической реализации полученных результатов.

Разработаны аналитические зависимости для расчета сопротивления теплопередаче неоднородной брусчатой стены с фасадным утеплением на гибких связях и произведена оценка их точности путем сравнения с результатами математического моделирования пространственного теплопереноса. В результате численного исследования установлен характер нестационарного пространственного распределения температур в рассматриваемом неоднородном фрагменте стенового ограждения и определена теплозащитная эффективность его фасадного утепления. Найдены коэффициенты теплотехнической однородности в зависимости от теплопроводности утеплителя для различных крепежных элементов фасадного утепления. Составлены номограммы по рекомендуемым толщинам наружных брусчатых стен с различными системами фасадного утепления для некоторых городов России. Проведено экономическое обоснование предложенной конструктивной схемы утепления брусчатой стены.

Представленный на рис. 9 фрагмент ограждающей конструкции состоит из бруса 1 с пустотой, заполненной утеплителем, наружного утеп-

ляющего слоя 2 и наружной обшивки 4. Коннектор (гибкая связь) 3 служат для закрепления утепляющего слоя и обшивки. Утеплитель 2 может крепиться к стене на клеевой основе, либо с помощью коннекторов с прижимными шляпками.

Рис. 9. Конструкция брусчатой стены с наружным утеплением: 1 - утепленный брус; 2 - наружный утепляющий слой; 3 - коннектор; 4 - обшивка

Суть разработанных аналитических зависимостей для определения приведенного сопротивления теплопередаче состоит в следующем. Приведенное сопротивление теплопередаче представленной на рис. 9 конструкции стены определяется по формуле

+ 09)

где - термическое сопротивление слоя стены, состоящего из брусьев с пустотами, заполненными утеплителем; -термическое сопротивление слоя стены, состоящего из брусьев с коннекторами; - термическое сопротивление утепляющего слоя с коннекторами; Яобш - термическое сопротивление наружной обшивки.

Термическое сопротивление слоя стены к определяется по формуле

£

я*.=г!г. (20)

6с, к

где к, - толщина и эффективная теплопроводность слоя стены, состоящего из брусьев с коннекторами.

Эффективная теплопроводность определяется по формуле

где Б = Ь„ • гст - расчетная площадь фрагмента стены; Ъ^, гст - его я-ё2

высота и ширина; 8,=--п - суммарная площадь сечении коннекторов,

4

расположенных на расчетном фрагменте стены; - диаметр коннектора; п - их число; Х^, Хк - теплопроводности бруса и коннектора соответственно.

Величина эффективного термического сопротивления утепляющего слоя с коннекторами II ^ рассчитывается по формуле

где , - толщина и эффективная теплопроводность утепляющего слоя с коннекторами.

Величина определяется по формуле (21), в которой теплопроводность бруса заменена теплопроводностью утеплителя.

Термическое сопротивление наружной обшивки определяется по формуле

1*«*.=!^. (23)

обш

где , - толщина и теплопроводность слоя обшивки.

В итоге стационарный тепловой поток через исследуемый неоднородный фрагмент на основании рассчитанного по формуле (19) Яе определяется по формуле

<3 = . (24)

Для оценки точности определения стационарного теплового потока по формуле (24) и установления характера распределения температур использовались результаты математического моделирования.

Исследовался нестационарный пространственный теплоперенос через фрагмент трехслойного неоднородного наружного ограждения (рис. 10), состоящий из деревянного бруса 1, осевое отверстие которого заполнено утеплителем 4, наружного утепляющего слоя 2 и слоя обшивки 3. Брус и слой обшивки соединены коннектором 5. Форма бруса, утеплителя, коннектора, утепляющего и обшивочного слоев - прямые параллелепипеды, поперечные и продольные сечения которых в общем случае представляют из себя разносторонние прямоугольники. Тепловая нагрузка на границах фрагмента бралась переменной из-за наличия стыков соседних фрагментов с координатами у = 0, у = Уь г - 0, г = 2к и открытых участков, граничащих с внутренним (х = 0) и наружным (х = Хк) воздухом.

О

Рис. 10. Схема фрагмента неоднородного деревянного ограждения с фасадным утеплением: 1 - древесина; 2 - наружный утепляющий слой; 3 - слой обшивки; 4 - утеплитель; 5 - коннектор

Нестационарный пространственный теплоперенос в выделенном фрагменте в декартовой системе координат описывался системой пяти нелинейных нестационарных трехмерных уравнений теплопроводности

дк) ду

X

Ъ)

<ж от

с начальными и граничными условиями 1,|т«о=*ш(х'У>2)> 1 = 1,5 , х, у, г е О;

|х=о = «о ^¡ш -10), о < у < 0< г < х=хк = а* (*8,е - »„ ), о < у 5 Ук, 0< г < гк; = 0,0<х£Х4,0^722к;

= 0,Х4£хйХ5,0<г<2к; = 0,Х5<х5Хк) 0йгй2к;

х 211 дх 1

а, — (

ду — 1 у=0

а2 —

ду у=0

дt} — 1

ду — у=С

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

а,

5у у»Ук

»2

ду

а3

Эу у=Ук

1

& "|г=0

а, |

дг |г=0

а2

дг г*0

а3

дг в=0

дг

а,

дг | з=5-к

а2

дг

а,

дг

0,0^х<Х4,0<г5гк; (32)

= 0 , Х4 5 х < Х5,0 < г £ гк; (33)

(), Х5 < х £ Хк, 0 £ г < 2*; (34)

О, Х1 < х ^ Х2, У1 5 у 5 У4; (35)

0,(0<х2Х,,0^у<Ук)и(Х2<х<Х4,0 5у<Ук)и (36) и(Х1<х<Х2,0<у^У1)и(Х1<х<Х2,¥4<У<Ук);

,Х4<х£Х5,0<у<Ук; (37)

, Х5 < х < Хк, 0 < у < Ук; (38)

О, Х1 < х < Х2, У] < у < У4; (39)

= 0, (0 < х < Х|, 0 5 у 5 Ук) и (Х2 5 х < Х4, 0 < у £ Ук) и (40) и (Х1 < х < Х2,0 < у < У|) и (X) < х < Х2, У4 < у < Ук);

0,Х45х<Х5)0<у£Ук; (41)

Х52х^Хк,0<у<Ук; (42)

где X, (1 = 1,6), У, (\ = 1,4 ), 2, (I = 1,2) - координаты внутренних границ расчетных подобластей по х, у, г; О {0 < х < Хк, 0 < у < Ук, 0< г < 2к} - расчетная область.

На внутренних плоскостях расчетной области О в местах стыка фрагментов из различных материалов использовались граничные условия четвертого рода. В математической модели (25) - (42) нижние индексы 1-5 характеризуют древесину, наружный утепляющий слой, слой обшивки, утеплитель в брусе и коннектор соответственно.

Анализ результатов расчета показал (рис. 11), что локальные возмущения температурного поля в утепленном деревянном фрагменте наблюдаются на внутренних границах слоев и в зонах контакта теплоизолирующей

вставки с брусом и коннектора с окружающими его слоями материалов. В центре утепленного бруса при х = 0,1 м располагается сечение с нулевым перепадом температуры, до которого теплота от оси бруса отводится на периферию, а после которого, наоборот подводится с периферии к его оси.

Для коннектора в отличие от теплоизолирующей вставки, наоборот, до сечения с нулевым перепадом температур теплота с периферии фрагмента подводится к оси коннектора, а после него, наоборот, отводится от оси к более холодным слоям материалов. Координата этого сечения с ростом времени меняется, но по мере выхода процесса теплопереноса на стационарный режим ее положение стабилизируется. Большая часть теплоты поступает в коннектор и уходит из него через боковые поверхности, и мень-

Рис. 11. Поле изотерм в утепленном деревянном фрагменте в момент времени тйп=168 ч в сечении г = 2, проходящем через ось коннектора

В результате проведенных численных расчетов было установлено, что стационарные тепловые потоки, рассчитанные по трехмерной математической модели (25)-(42) и по формуле (24), отличаются не более, чем на 1,5 % (1,38 и 1,36 Вт соответственно). Это свидетельствует о правомерности использования формулы (24) для оценки в стационарных условиях тепловых потоков через исследуемый неоднородный фрагмент с внешним утеплением на гибких связях. Добавление внешнего утепляющего слоя уменьшает тепловой поток через деревянный брус с внутренней теплоизоляционной вставкой примерно в 1,8 раза (2,49 и 1,38 Вт соответственно). Это говорит об эффективности использования внешнего утепления наружных ограждений зданий.

Экономическое обоснование предлагаемых конструктивных схем утепления брусчатых стен на примере одноэтажного здания показало, что за рассматриваемый период (10 лет) индекс доходности составил 1,33, что свидетельствует об эффективности вложенных в данный проект инвестиций. Полная окупаемость дополнительных затрат на возведение утепленных брусчатых стен наступает на 8 - м году их эксплуатации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработаны математические модели и численные методики расчета нестационарного двумерного теплопереноса в неоднородных брусе и бревне. Установлен характер распределения температур и плотностей тепловых потоков в их поперечных сечениях в зависимости от теплофизических и геометрических характеристик древесины и утепляющих вставок. Показано, что максимальное возмущение полей температуры и плотностей тепловых потоков происходит на границе утеплителя с древесиной. Установлено, что в поперечном сечении бруса существует сечение с нулевым перепадом температур на периферии и оси, до которого теплота отводится от оси бруса на периферию, а после которого, наоборот, подводится с периферии к его оси. Установлено, что теплозащитная эффективность утепленного бруса на 15+20 % выше теплозащитной эффективности утепленного бревна.

2. В климатической камере объемом 58 м3 выполнено экспериментальное исследование температурных полей и теплозащитных свойств неоднородной брусчатой стены. Рассогласование результатов физического и математического моделирования не более 10 %. В результате комплексного теоретико-экспериментального исследования показано, что предложенный способ утепления брусчатых стен зданий позволяет уменьшить тепловые потери на 10-40 % при одновременном снижении массы на 17-48 %.

3. Разработана математическая модель и численная методика расчета нестационарного трехмерного теплопереноса в неоднородной брусчатой стене с фасадной системой утепления на гибких связях. На основе численных расчетов установлено, что применение фасадной системы утепления

- снижает тепловые потери через стену в примерно в 1,8 раза.

4. Разработан эффективный программный комплекс, позволяющий проводить тепловую экспресс-диагностику проектируемых многослойных неоднородных деревянных ограждающих конструкций, оценивать их теплоустойчивость и прогнозировать поведение в различных условиях эксплуатации.

5. Разработана инженерная методика расчета сопротивления теплопередаче наружной брусчатой стены с фасадной системой утепления на гибких связях. Сопоставление тепловых потерь, рассчитанных по инженерной методике и по трехмерной математической модели показало, что их отличие не превышает 1,5 %, что свидетельствует о правомерности применения инженерной методики для проведения теплотехнических расчетов.

6. Разработанные перспективные конструктивные схемы утепления брусчатых и бревенчатых стен зданий приняты к использованию при строительстве деревянных домов в г. Томске. Их экономическое обоснование на примере одноэтажного дома показало, что полная окупаемость дополнительных затрат на возведение утепленных брусчатых стен достигается уже на 8-м году эксплуатации.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Патент на полезную модель №38793 РФ, МПК Е04С 3/292. Деревянный брус / А.Н. Хуторной, C.B. Хон, А.Г. Козырев, A.B. Колесникова, О.И. Недавний, А.Я. Кузин, H.A. Цветков, (РФ). - № 2004108395/22, Приоритет 22.03.2004. Зарегистрирован 10.07.2004. Бюл. №19.

2. Кузин А.Я., Хон C.B., Мирошниченко Т.А., Козырев А.Г., Хуторной А.Н. Теплоперенос в радиальном сечении деревянного цилиндрического бруса при переменной тепловой нагрузке на границе / XXVII Сибирский теплофизический семинар: Доклады, (гг. Москва-Новосибирск, 1-5 октября 2004 г.). - Нов-к: ИТФ СО РАН, 2004. Электронная версия. ISBN -5-89017-029-9. Ст. № 0.75.

3. Хуторной А.Н., Цветков H.A., Кузин А.Я., Хон C.B., Козырев А.Г. Исследование теплопереноса в неоднородных брусчатых наружных стенах зданий / Международная научно-практическая конференция - семинар « Архитектура и строительство. Наука и образование как фактор оптимизации среды жизнедеятельности». (Хаммамет, Тунис, 11-16 октября 2004 г.). - Волгоград: ВолгГАСУ, 2004. - С. 101 - 104.

4. Хон C.B., Хуторной А.Н., Кузин А.Я. Повышение теплозащитных свойств брусчатых наружных стен с вентилируемым воздушным зазором. Том. гос. архит.-строит, ун-т, Томск, 2004,- 26 е.: 13 ил.- Библиогр.: 8 назв.- Рус.-Деп. в ВИНИТИ РАН 29.11.04 № 1876-В2004.

5. Хон C.B. Расчет тепловых потерь через наружные деревянные ограждения /Наука. Технологии. Инновации // Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. - Ч. 3. - С. 64-65.

6. Хон C.B., Хуторной А.Н., Кузин А.Я., Цветков H.A. Нестационарный двумерный теплоперенос в неоднородных деревянных наружных стенах зданий. Том. гос. архит.-строит. ун-т, Томск, 2005,- 20 е.: 13 ил,-Библиогр.: 9 назв.- Рус.-Деп. в ВИНИТИ РАН 07.07.05 № 967-В2005.

7. Хон C.B., Хуторной А.Н., Кузин А.Я., Цветков H.A. Гришин A.B. Теплозащитные свойства брусчатых наружных стен зданий / Сборник материалов научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительства и экологии в Западной Сибири»: Материалы конференции, (г. Тюмень, 13 мая 2005 г.).- Тюмень: ИПЦ «Экспресс», 2005. - С. 97-100.

8. Патент на полезную модель №40344 РФ, МПК 7 Е 04В 2/06. Стена / А.Н. Хуторной, C.B. Хон, А.Г. Козырев, О.И. Недавний, АЛ Кузин, H.A. Цветков, A.B. Колесникова, (РФ). - № 2004110176/22, Приоритет 5.04.2004. Зарегистрирован 10.09.2004. Бюл. №25.

9. Кузин А.Я., Хуторной А.Н., Мирошниченко Т.А., Хон C.B. Теплоперенос в трехслойном конструкции с высокотеплопроводной вставкой при циклическом изменении температуры внешней среды // Теплофизика и аэромеханика, 2005. - Т. 12, №1. - С. 85 - 94.

10. Патент на полезную модель №49053 РФ, МПК Е04С 3/292. Утепленный деревянный брус / А.Н. Хуторной, C.B. Хон, H.A. Цветков, АЛ. Кузин, Д.Н. Цветков, О.Ю. Парфирьева, (РФ). - № 2005117395/22, Приоритет 06.06.2005. Зарегистрирован 10.11.2005.

11. Хон C.B., Кузин А.Я., Хуторной А.Н., Цветков H.A. Теплозащитные свойства неоднородных фрагментов наружных бревенчатых и брусчатых стен / Мат-лы Междунар. научно-техн. конф. "Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции". - М.: Московский гос-й стро-ит-й ун-т, 2005. - С. 71 - 76.

12. Кузин А .Я., Хуторной А.Н., Хон C.B. Теплоперенос в неоднородной брусчатой наружной стене с фасадным утеплением // Изв. вузов. Стр - во. - 2005, № 11-12. - С. 4-10.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И ИНДЕКСОВ

Условные обозначения: с - коэффициент удельной теплоемкости, Дж/(кг-К); р - плотность, кг/м3; А. - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); R - термическое сопротивление ограждающей конструкции, (м2К)/Вт; 5t - сторона квадратного поперечного сечения бруса, м; 82 - сторона квадратного поперечного сечения утеплителя, м; t - температура, °С; а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-К); х, у, z - независимые переменные декартовой системы координат; Х„ Y„ Z, - координаты внутренних границ расчетных подобластей по х, у, z, м; Хь Yk, Zk - верхние границы расчетных областей по х, у, z, м; дц - разность между температурами на периферии и оси бруса, °С; т - время, ч;

- Q - тепловой поток, Вт; RaJRg- термические сопротивления неоднородной ограждающей конструкции, условно разрезанной плоскостями, параллельными (RJ и перпендикулярными (Re) направлению теплового потока, (м2-°С)/Вт; г, q> - радиальная и окружная переменные цилиндрической системы координат, м, рад; гу - координата внешней границы бревна, м; Г| - радиус бревна, м; г2 - радиус цилиндрической вставки из утеплителя, м; rs - расстояние между центрами соседних бревен, м; хм, Ум - декартовые координаты точки M, м; q - плотность теплового потока, Вт/м2; R£ - сопротивление теплопередаче всего ограждения, (м2оС)/Вт; D - расчетная область; cps - половинный угол адиабатной границы, рад.

Индексы:

1 - древесина; 2 - утеплитель; g - воздух; е - внешняя среда; ins - внутренняя среда; w - внешняя поверхность; 0 - внутренняя поверхность; i - номера расчетных подобластей; к - верхние границы расчетных областей по х, у, z; in - начальное состояние; г - радиальное направление; ф - окружное направление; у - граница; бс - брус; к - коннектор; обш - обшивочный слой; ст - стена; ут - утепляющий слой; эф - эффективное значение.

Подписано в печать Формат 60 х 90/16

Уст. -печ.л. 1.0. Тираж 100 экз. Заказ №211 Изд-во ТГАСУ, 634003, г.Томск, пя.Соляная, 2 Отпечатано с оригинал-мах ета в ООП ТГАСУ, 634003, Томск, ул. Партизанская, 15.

I

'í

(

S

i «

-744 2

АННОТАЦИЯ.

СОДЕРЖАНИЕ.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СОКРАЩЕНИЙ,

ИНДЕКСОВ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛИ И

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ неоднородных деревянных ограждающих конструкций зданий.

1.2. Моделирование теплопереноса в неоднородных деревянных наружных ограждениях, как необходимый этап исследования при их проектировании.

1.3. Методы решения одномерных и многомерных уравнений теплопроводности.

Глава 2. НЕСТАЦИОНАРНЫЙ ТЕПЛОПЕРЕНОС В НЕОДНОРОДНЫХ ФРАГМЕНТАХ НАРУЖНЫХ БРУСЧАТЫХ СТЕН.

2.1. Физико-математическая постановка задачи.

2.2. Численный алгоритм решения задачи.

2.3. Тестирование алгоритма и программы расчета.

2.4. Нестационарный теплоперенос в поперечном сечении неоднородного бруса.

2.5. Влияние теплофизических и геометрических характеристик древесины и утеплителя на тепловое состояние неоднородного бруса.

2.6. Теплозащитные свойства неоднородного бруса.

2.7. Влияние цикличности температуры внешней среды на характеристики теплообмена в неоднородном утепленном брусе.

Глава 3. НЕСТАЦИОНАРНЫЙ ТЕПЛОПЕРЕНОС В НЕОДНОРОДНЫХ ФРАГМЕНТАХ НАРУЖНЫХ БРЕВЕНЧАТЫХ СТЕН.

3.1. Физико-математическая постановка задачи.

3.2. Численный алгоритм решения задачи.

3.3. Нестационарный теплоперенос в поперечном сечении утепленного бревна.

3.4. Влияние теплофизических и геометрических характеристик древесины и утеплителя на теплозащитные свойства наружной бревенчатой стены.

3.5. Сравнительный анализ теплозащитной эффективности утепленных бруса и бревна.

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ И ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ В НЕОДНОРОДНОЙ БРУСЧАТОЙ СТЕНЕ.

4.1. Описание опытной установки.

4.2. Результаты экспериментального исследования температурных полей и плотностей тепловых потоков по толщине неоднородной брусчатой стены, их сопоставление с результатами математического моделирования.

Глава 5. ФАСАДНЫЕ СИСТЕМЫ УТЕПЛЕНИЯ. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ И ПЕРСПЕКТИВЫ ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1. Методика инженерного расчета сопротивления теплопередаче неоднородной брусчатой стены с фасадным утеплением.

5.2. Физико-математическая постановка задачи пространственного теплопереноса в неоднородном деревянном фрагменте с наружным утеплением и численный алгоритм ее решения.

5.3. Результаты численного решения пространственной задачи.

5.4. Расчет коэффициентов теплотехнической однородности неоднородных брусчатых стен с фасадным утеплением.

5.5. Экономическое обоснование разработанных конструктивных схем утепления брусчатых стен зданий.

Актуальность работы. После внесения изменений в СНиП П-3-79* в 1995 году, ужесточающих требования к тепловой защите зданий, началась активная работа ученых по разработке наружных ограждений, отвечающих условиям энергосбережения. На законодательном уровне разработка и реализация программ энергосбережения [1-10] началась в регионах России особенно после вступления в силу Федерального Закона «Об энергосбережении» № 28-фз от 03.04.96 г. Обязательными разделами в этих программах являются научное, правовое и экономическое обоснование энергосберегающих мероприятий, в том числе касающихся повышения теплозащитных свойств стеновых конструкций существующего фонда отапливаемых зданий и зданий нового строительства [11-44]. Изменения СНиП И-3-79* в 1998 и в 2000 годах активизировали разработку новых неоднородных и многослойных конструкций наружных стен, включая фасадные системы утепления.

Наиболее гигиеничными и экологически чистыми из применяемых в строительстве конструкций считаются конструкции из цельной необработанной древесины. Небольшая по сравнению с кирпичными стенами масса, а также повышенная конструктивная гибкость стен из древесины позволяют применять легкие эффективные мелко заглубленные фундаменты.

Древесина в Сибири - самый дешевый и доступный материал для строительства жилых домов. Деревянные дома возводятся из бревен, щитов, смешанных конструкций, но наиболее экономичные из них - дома из брусьев. Это обусловлено тем, что стены из брусьев возводят с наименьшими затратами труда, при этом не требуются специалисты высокой квалификации. Кроме того, прямоугольная форма поперечного и продольного сечений брусьев обеспечивает их плотное прилегание друг к другу, а, следовательно, повышает теплозащитные свойства конструкции.

Однако стандартные размеры сечений брусьев и бревен для ряда территорий России, в частности для Западной Сибири, не отвечают по своим теплотехническим характеристикам современным требованиям. Одним из способов повышения теплозащитных свойств наружных стен из древесины является выполнение их из неоднородных фрагментов с продольными осевыми отверстиями, заполненными эффективным утеплителем. Обработка огнебиозащитными и гидрофобизирующими составами наружных и внутренних поверхностей фрагментов увеличивает их эксплуатационную надежность. Доступность современных облицовочных и утепляющих материалов в настоящее время позволяет «крепкие» деревянные дома, не представляющие архитектурное наследие в виде памятников деревянной архитектуры, утеплять различными внешними (фасадными) системами. Возможно также выполнение этих систем утепления с вентилируемыми воздушными зазорами.

Таким образом актуальность темы диссертационной работы обусловлена необходимостью повышения теплозащитных свойств деревянных наружных ограждений, применяемых в индивидуальном и производственном домостроении в холодных климатических зонах России. Актуальность диссертационных исследований подтверждается выполнением их в рамках программы Федерального агентства по образованию "Развитие научного потенциала высшей школы" (Подпрограмма 2. Прикладные исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники, код проекта 7756), межотраслевой программы Министерства образования РФ в ТГАСУ (Проект № Т02-01.2-881) и гранта президента РФ для поддержки молодых российских ученых и ведущих научных школ (МК -1812.2003.8).

Целью работы является исследование закономерностей нестационарного теплопереноса в неоднородных наружных брусчатых и бревенчатых стенах зданий с повышенными теплозащитными свойствами.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

• разработать перспективные по критерию энергосбережения конструктивные схемы утепления брусчатых и бревенчатых стен зданий и дать их экономическое обоснование;

• разработать физико-математические модели теплопереноса в неоднородных брусе и бревне и их программно-алгоритмическое сопровождение;

• провести экспериментальное исследование теплопереноса в неоднородной брусчатой стене для установления адекватности математической модели и ее верификации;

• используя математическое моделирование исследовать закономерности плоского и пространственного теплопереноса в предлагаемых деревянных конструкциях стен с внутренними и внешними системами утепления;

• разработать инженерную методику расчета для определения сопротивления теплопередаче неоднородной брусчатой стены с фасадной системой утепления на гибких связях.

Научная новизна работы:

• разработан эффективный программно-алгоритмический комплекс для исследования нестационарного двух- и трехмерного теплопереноса в неоднородных фрагментах брусчатых и бревенчатых стен зданий.

• на основе комплексного теоретико-экспериментального исследования установлен механизм нестационарного двумерного теплопереноса в неоднородных деревянных фрагментах брусчатых и бревенчатых стен зданий. Показано, что наибольшие возмущения полей температуры и плотностей тепловых потоков наблюдаются в местах стыка древесины с теплоизолирующими вставками;

• установлено наличие поперечного сечения в утепленном брусе с минимальным значением трансмиссионной теплоты, до которого теплота отводится от оси бруса на периферию, а после которого, наоборот, подводится с периферии к его оси. Показано, что теплозащитная эффективность утепленного бруса на 15 -г- 20 % выше, чем теплозащитная эффективность утепленного бревна. Выявлено, что предложенный способ утепления брусчатых и бревенчатых стен зданий позволяет уменьшить тепловые потери на 10-40 % при одновременном снижении массы на 17-48 %;

• на основе численного решения задачи нестационарного трехмерного теплопереноса в неоднородной брусчатой стене с фасадной системой утепления на гибких связях установлено, что применение фасадной системы утепления снижает тепловые потери через стену в 1,8 раза;

• получены новые расчетные зависимости для определения сопротивления теплопередаче неоднородной брусчатой стены с фасадной системой утепления на гибких связях.

Практическая значимость и реализация результатов исследований:

• разработан комплекс методик и программ расчета для проведения экспресс-диагностики теплового состояния проектируемых неоднородных брусчатых и бревенчатых стен зданий, оценки их теплоустойчивости и теплозащитной эффективности;

• разработана методика инженерного расчета сопротивления теплопередаче неоднородной брусчатой стены с фасадной системой утепления на гибких связях;

• определены коэффициенты теплотехнической однородности и составлены номограммы по рекомендуемым толщинам наружных брусчатых стен с различными системами фасадного утепления для некоторых городов России;

• разработанные программы расчета используются для установления закономерностей двумерного и трехмерного теплопереноса в проектируемых деревянных ограждениях на предприятии «Томскжилстрой», а отдельные программные модули применяются в учебном процессе Томского ГАСУ.

На защиту выносятся:

• новые конструктивные схемы утепления брусчатых и бревенчатых стен зданий с повышенными теплозащитными свойствами;

• физико-математические постановки задач и численные методики расчета нестационарного двух- и трехмерного теплопереноса в неоднородных деревянных ограждающих конструкциях зданий с внутренним и внешним утеплением;

• инженерная методика расчета для определения сопротивления теплопередаче неоднородной брусчатой стены с фасадной системой утепления на гибких связях;

• результаты экспериментальных исследований по установлению адекватности математической модели и выявлению закономерностей теплопереноса в неоднородной брусчатой стене;

• результаты параметрических численных исследований по установлению закономерностей теплопереноса и влияния теплофизических и геометрических характеристик древесины и утепляющих вставок на теплозащитные свойства брусчатых и бревенчатых стен зданий.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научных семинарах кафедры теплогазоснабжения Томского государственного архитектурно- строительного университета (9 ноября 2004 г., 8 декабря 2005 г.), на XXVIII Сибирском теплофизическом семинаре (1-5 октября 2004 г., гг. Москва-Новосибирск), на международной научно-практической конференции - семинаре «Архитектура и строительство. Наука и образование как фактор оптимизации среды жизнедеятельности» (11-16 октября 2004 г., г. Хаммамет, Тунис), на четвертой Всероссийской конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (5-7 октября 2004 г., г. Томск), на всероссийской конференции молодых ученых «Наука. Технологии, Инновации» (2-5 декабря 2004 г., г. Новосибирск), на всероссийской научно-практической конференции «Сибири - новые технологии в архитектуре, строительстве и жилищно-коммунальном хозяйстве» (22 апреля 2005 г., г. Красноярск), на международной конференции « Сопряженные задачи механики, информатики и экологии» (5-10 июля 2004 г., г. Томск), на региональной научно-методической конференции «Проблемы инженерного образования» (20-21 апреля 2004 г., г. Томск), на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительства и экологии в Западной Сибири» (13 мая 2005 г., г. Тюмень), на международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции» (23-25 ноября 2005 г., г. Москва).

В первой главе проведен обзор и анализ отечественного и зарубежного опыта по деревянному домостроению и рассмотрены основные подходы к исследованию теплового состояния многослойных неоднородных тел.

Во второй главе предложена физико-математическая постановка задачи о нестационарном теплопереносе в поперечном сечении неоднородного (утепленного) бруса, разработан численный алгоритм ее решения и исследованы тепловое состояние и теплозащитные свойства неоднородного бруса в зависимости от его теплофизических и геометрических характеристик и времени.

В третьей главе предложены физико-математическая модель и численная методика расчета теплового состояния фрагмента наружной бревенчатой стены здания, установлен характер распределения полей температуры и плотностей тепловых потоков в однородном и неоднородном (утепленном) деревянных цилиндрических сортиментах при переменной тепловой нагрузке на поверхности и проведен их сравнительный анализ, исследован процесс теплопереноса в неоднородном и однородном деревянных цилиндрических сортиментах в зависимости от их теплофизических и геометрических характеристик. Осуществлен сравнительный анализ теплозащитных свойств неоднородных бруса и бревна.

В четвертой главе приведены методика и результаты экспериментальных исследований теплозащитных свойств и температурных полей в неоднородной брусчатой стене. Осуществлен сравнительный анализ результатов численного и физического экспериментов.

В пятой главе рассматриваются вопросы, связанные с повышением теплозащитных свойств брусчатых стен здания за счет наружного утепляющего слоя. Проведена оценка влияния внешнего фасадного утепления на теплозащитные свойства брусчатых стен с помощью разработанных аналитических зависимостей и математического моделирования. Установлен характер пространственного распределения температур в рассматриваемом неоднородном фрагменте стенового ограждения. Определены коэффициенты теплотехнической однородности и составлены номограммы для различных систем фасадного утепления.

В приложении представлены протокол первичных опытных данных по исследованию температурных полей и плотностей тепловых потоков в неоднородной деревянной стене из бруса; программа расчета теплового состояния неоднородного бруса на языке ФОРТРАН; документ, подтверждающий внедрение полученных результатов в практику, результаты расчета экономической эффективности разработанной конструктивной схемы утепления брусчатых стен здания (на примере одноэтажного дома).

По вопросам, относящихся к разработке инженерных методов расчета и практического применения научных разработок диссертанта научным консультантом являлся д.т.н., профессор Цветков Николай Александрович.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам диссертационной работы можно сделать следующие выводы.

1. Разработаны математические модели и численные методики расчета нестационарного двумерного теплопереноса в неоднородных брусе и бревне. Установлен характер распределения температур и плотностей тепловых потоков в их поперечных сечениях в зависимости от теплофизических и геометрических характеристик древесины и утепляющих вставок. Показано, что максимальное возмущение полей температуры и плотностей тепловых потоков происходит на границе утеплителя с древесиной. Установлено, что в поперечном сечении бруса существует сечение с нулевым перепадом температур на периферии и оси, до которого теплота отводится от оси бруса на периферию, а после которого, наоборот, подводится с периферии к его оси. Установлено, что теплозащитная эффективность утепленного бруса на 15-Т-20 % выше теплозащитной эффективности утепленного бревна.

2. В климатической камере объемом 58 м3 выполнено экспериментальное исследование температурных полей и теплозащитных свойств неоднородной брусчатой стены. Рассогласование результатов физического и математического моделирования не более 10 %. В результате комплексного теоретико-экспериментального исследования показано, что предложенный способ утепления брусчатых стен зданий позволяет уменьшить тепловые потери на 10-40 % при одновременном снижении массы на 17-48 %.

3. Разработана математическая модель и численная методика расчета нестационарного трехмерного теплопереноса в неоднородной брусчатой стене с фасадной системой утепления на гибких связях. На основе численных расчетов установлено, что применение фасадной системы утепления снижает тепловые потери через стену в примерно в 1,8 раза.

4. Разработан эффективный программный комплекс, позволяющий проводить тепловую экспресс-диагностику проектируемых многослойных неоднородных деревянных ограждающих конструкций, оценивать их теплоустойчивость и прогнозировать поведение в различных условиях эксплуатации.

5. Разработана инженерная методика расчета сопротивления теплопередаче наружной брусчатой стены с фасадной системой утепления на гибких связях. Сопоставление тепловых потерь, рассчитанных по инженерной методике и по трехмерной математической модели показало, что их отличие не превышает 1,5 %, что свидетельствует о правомерности применения инженерной методики для проведения теплотехнических расчетов.

6. Разработанные перспективные конструктивные схемы утепления брусчатых и бревенчатых стен зданий приняты к использованию при строительстве деревянных домов в г. Томске. Их экономическое обоснование на примере одноэтажного дома показало, что полная окупаемость дополнительных затрат на возведение утепленных брусчатых стен достигается уже на 8-м году эксплуатации.

137

1. Глухарев В.А. Нормативные документы по энергосбережению и перспективы развития федеральной нормативной базы // Строитель. — 2001. — № 4.-С. 52-53.

2. Матросов Ю. А. / Ю. А. Матросов, И. Н. Бутовский. Региональное нормирование энергосбережения в зданиях и «Теплые дома» // Строитель. -2001.-№4.-С. 53-54.

3. Матросов Ю. А. Новые нормы теплозащиты зданий // Жилищное строительство. 2004. - № 6. - С. 7-12.

4. Умнякова Н. П. Теплозащита индивидуальных жилых домов // Строитель.-2001.-№4.-С. 44.

5. Федеральный Закон «Об энергосбережении» № 28-фз от 03.04.96 г. // Экономика и жизнь, 1996. № 16. - С. 17.

6. Государственная целевая программа России «Жилище» // Собрание актов Президента и Правительства РФ.- 1993.- № 28.

7. Федеральная целевая программа «Свой дом» //Российская газета. -1996.- 27 июля.-№58.

8. Постановление Правительства РФ от 01.06.92 г. № 371 о Российском внебюджетном межотраслевом фонде энергосбережения при Минтопе РФ.-М., 1992.

9. Федеральная целевая Программа «Топливо и энергия» // Постановление Правительства РФ № 1256 от 06.12.93.- М. 1993.

10. Седлачкова М. Анализ теплотехнической проблематики наружных ограждающих конструкций // Жилищное строительство. 1998.- № 4.-С. 28-29.

11. Бутовский И.Н. / И.Н. Бутовский, Ю.А Матросов. Наружная теплоизоляция эффективное средство повышения теплозащиты стен зданий // Жилищное строительство.- 1996.-№ 9.- С. 7-10.

12. Матросов Ю.А. / Ю.А Матросов, И.Н. Бутовский. Москва уже сегодня возводит здания с эффективной теплозащитой // АВОК.- 1997.- № 6.- С. 12-14.

13. Беляев B.C. Повышение теплозащиты наружных ограждающих конструкций // Жилищное строительство. 1998.- № 3.- С. 22-26.

14. Иванов Г.С. Методика проектирования теплозащиты ограждающих конструкций зданий // Жилищное строительство. 1989.- № 5.- С. 17-20.

15. Шилов H.H. Дополнительное утепление наружных стен // Жилищное строительство. 1992.- № 8.- С. 11-12.

16. Табунщиков Ю.А. / Ю.А. Табунщиков, Д.Ю. Хромец, Ю.А. Матросов. Тепловая защита ограждающих конструкций зданий и сооружений. М.: Строийздат. - 1986. - 379 с.

17. Булгаков С.Н. Энергосберегающие технологии вторичной застройки реконструируемых жилых кварталов // АВОК.- 1998.- № 2.- С. 5-8.

18. Бутовский И.Н. / И.Н. Бутовский, О.В. Худошина. Совершенствование конструктивных решений теплозащиты наружных стен зданий / Обзор.- М.: ВНИИНТПИ.- 1990. С. 44 - 48.

19. Журавский В.Н. Вопросы дополнительной теплозащиты наружных стен жилых зданий в городе Нижневартовске // Проблемы проектирования и строительства в регионе ЗСНГК: Сб. науч. трудов / ЗапСиб ЗНИИЭП.-г. Сургут. 1989.- С. 124-132.

20. Фаренюк Г.Г. Совершенствование нормирования теплозащиты зданий // Строительные материалы и конструкции. 1994.- № 2.- С. 21-22.

21. Савин В.К. / В.К. Савин, Н.Д. Заворин. Оценка энергетической эффективности наружных ограждающих конструкций жилых зданий // Проектирование и инж. изыскания.-1989.- № 6.- С. 12-13.

22. Жукова И.В. / И.В. Жукова, Б.Х. Драганов, Л.Ф. Черных. Оценка тепловой эффективности энергоэкономичного экспериментального жилого дома // Украинская с/х академия. Киев. - 1989.- № 10192.- С. 9-12.

23. Беляев B.C. / B.C. Беляев, В.Ю. Мушинский. Жилые здания повышенной тепловой эффективности // Обзорная информация / ЦНТИ Госграждан-строй: Жилые здания. 1986.- Вып.1.- С. 44.

24. Зворыкин Н.Д. Оценка энергетической эффективности наружных стен зданий // Теплоизоляция зданий: Сб. трудов ин-та / НИИСФ.-1986.- С. 4-12.

25. Иыгиоя Э.В. / Э.В. Иыгиоя, Ю.А. Матросов. Мероприятия по экономии тепловой энергии при эксплуатации зданий // Экспресс информация / ВНИИС Госстроя СССР.- 1987.- Вып. 4.- С. 2-4.

26. Матросов Ю.А. / Ю.А. Матросов, И.Н. Бутовский. Теплозащитные характеристики энергоэффективных индивидуальных зданий // Строительство и архитектура. Сер. строительные материалы: Обзорная информация / ВНИИНТПИ.- М.- 1992.- Вып.- 4.- С. 61.

27. Бродач М.М. / М.М. Бродач, Ю.Н. Ефимов, Ю.А. Табунщиков. Оценка тепловой эффективности зданий // Изв. Вузов. Стр во. - 1996.- №4. -С. 70-73.

28. Матросов Ю.А. / Ю.А. Матросов, И.Н. Бутовский. Стратегия по нормированию теплозащиты зданий с эффективным использованием энергии // Жилищное строительство. 1999.- № 1.- С. 2-5.

29. Шурд Эгердинк / Шурд Эгердинк, Яспер де Вильде. Энергоэффективность жилых зданий Москвы и Московской области // Жилищное строительство. 1995.-№11.- С. 5-9.

30. Альтшуллер Е.М. Проблемы энергосбережения в жилищном строительстве России // Жилищное строительство. 1993.- № 7.- С. 2-3.

31. Бутовский И.Н. / И.Н. Бутовский, Ю.А. Матросов. Критерии выбора уровня тепловой защиты здания // Жилищное строительство. 1991.- № 2.-С. 19-21.

32. Никитина Л. М. / Л. М. Никитина, А. Т. Тимошенко, Г. Г. Попов, Е. К. Далбаева. Теплозащитные качества стеновых ограждений // Жилищное строительство. 1992. - № 4. - С. 17 - 19.

33. Граник Ю. Г. / Ю. Г. Граник, А. А. Магай, В. С. Беляев. Конструкции наружных ограждений и инженерные системы в новых типах энергоэффективных жилых зданий // Энергосбережение. 2003. - № 5-С. 73-75.

34. Гранник Ю. Г. Теплоэффективные наружные стены // Строитель. -2001.-№4.-С. 65-67.

35. Грачев Ю.Г. О теплотехнической оценке проектных решений жилых домов / Ю.Г. Грачев, A.B. Гришкова, Б.М. Красовский, Т.Н. Романова // Изв. Вузов. Стр.-во. 1998. - № 11-12. - С. 94-95.

36. Старостин Г.Г. Теплотехническая оценка проектных решений жилых домов / Г.Г. Старостин, Ю.Г. Иващенко, A.B. Степанов // Изв. Вузов. Стр-во. 1997.-№12.-С. 77-81.

37. Табунщиков Ю.А. Энергоэффективное высотное здание / Ю.А. Табунщиков, Н.В. Шилкин, М.М. Бродач // АВОК. 2002. - № 3. - С. 8-20.

38. Грачев Ю.Г. К вопросу о выборе отопительных приборов и параметров теплоносителя в современной системе отопления / Ю.Г. Грачев, A.B. Гришкова, Б.М. Красовский, О.В. Гаражий // Изв. Вузов. Стр-во. 2001. - № 6. - С. 67-68.

39. Каня Я.М. Обоснование остекления лоджий домов с целью сбережения теплозатрат / Я.М. Каня, В.М. Лаврентьева, М.Я. Каня // Изв. Вузов. Стр-во. -2001.-№4.-С. 130-135.

40. Горшенин В.П. Проблемы оптимизации теплового режима зданий и сооружений // Изв. Вузов. Стр-во. 2001. - № 4. - С. 137-142.

41. Самарин О.Д. Особенности воздушного режима многоэтажных жилых зданий // Изв. Вузов. Стр-во. 2002. - № 6. - С. 70-74.

42. Табунщиков Ю.А. Энергоснабжение высотного здания с использованием топливных элементов / Ю.А. Табунщиков, Н.В. Шилкин // АВОК. -2003.-№3.-С. 44-50.

43. Бродач М.М. VIIKKI — новый взгляд на энергосбережение // АВОК. -2002.-№6.-С. 14-20.

44. Валов В.М. / В.М. Валов, А.Д. Кривошеин, С.Н. Апатин. Перспективные конструкции // Земля Сибирская, дальневосточная. 1987, - № 6. - С. 44 -45.

45. Валов В.М. Энергосберегающие животноводческие здания (физико-технические основы проектирования): Научное издание. М.: Изд-во АСВ, 1997.-310 с.

46. Козачун Т. У. / Т.У. Козачун, А.П. Моргун. Экономическое обоснование конструкций наружных стен индивидуальных жилых домов // Строительные материалы бизнес. - 2003. - № 1. — С. 11-13.

47. Timber frame gaining ground / Roofing cladding insulation, 1989, - № 6, -P. 26-28.

48. Производство деревянных домов в России: современное состояние и перспективы развития // Деревообрабатывающая промышленность. 2004. -№4.-С. 17-21.

49. Лебедева Н. В. Зарубежный опыт строительства зданий из дерева и металла // Экспресс информация ВНИИНТПИ - 1999. - Серия «Архитектура, градостроительство и жилищно - гражданское строительство». Вып. 6. — С. 5 -15.

50. В помощь индивидуальному застройщику: садовые домики из бревен // Жилищное строительство. 1994. - № 3. - С. 26 - 28.

51. Семенов Ю.М. Деревянное домостроение // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2004. - № 2. - С. 20-23.

52. Устименко В. В. Возведение бревенчатых и брусчатых стен жилого дома // Жилищное строительство. 2002. - № 7. - С. 22 - 26.

53. Боданов Ю. Ф. Дом из брусьев // Жилищное строительство. 1991. -№ 2. - С. 22-23.

54. Патент РФ на полезную модель № 2105104, МПК 6 Е 04 В 1/10. Способ изготовления бревенчатого изделия и бревенчатое изделие / П. Синг, (US). -№ 93004967/03. Опубликован 20.02.98.

55. Ланге Б. С. Деревянный дом от мала до велика. М.: Познавательная книга плюс, 2002. - 184 с.

56. Reymond N. Une maison du grand nord a la vallee // Journal de la Construction de la Susse Romande. 1990. - Vol. 64, № 17. - p. 111. (Конструкция деревянного рубленного дома).

57. Патент РФ на полезную модель № 2139397, МПК 6 Е 04 С 3/12. Изолированный бревенчатый элемент. / X. Кальсон, (SE). № 96123289/03. Опубликован 10.10.99.

58. Агаянц JI. M. / JI. М. Агаянц, В. М. Масютин. Жилой дом для индивидуального застройщика. М.: Стройиздат, 1991. - С. 82 - 87.

59. Ваш дом: пособие индивидуальному застройщику: Альбом / Борисов

60. B.И., Бутусов X. А., Лопаткин Ю. В. и др. Под ред. Борисова В. И. М.: Колос, 1992.-480 с.

61. Самойлов В. С. Справочник строителя. М.: Аделант ООО, 2004.1. C. 240-255.

62. Антонова Г. В Утепление жилого дома // Жилищное строительство. -2004.-№ 1.-С. 26-30.

63. Патент РФ на полезную модель № 2178483, МПК 7 Е 04 В 1/20, 2/07. Соединительная конструкция. / Л. Реийо, С. Хейкки, (FI). № 98117220/03. Опубликован 20.01.02.

64. Теплый деревянный дом без трещин и швов // Камины и отопление. -2003.-№28.-С. 28.

65. Сергеевичев А. В. Повышение качества оцилиндрованных бревен путем совершенствования механизма резания // Деревообрабатывающая промышленность. 2003. - № 1. - С. 11.

66. Патент РФ на изобретение № 2002135720/03, МПК 7 Е 04 В 2/70. Строительный элемент бревенчатой стены. / А.В Дубинов, А.В.Зайцев, Ю.И.Муранчик, А.В.Стрючков, В.А.Терехин, (RU). № 2002135720/03. Опубликован 27.06.2004.

67. Новое строительство и реставрация малоэтажных зданий с применением деревянных профилированных бревен (Материалы выставки ярмарки «Стройтех-97», Москва) // Экспресс-информация ВНИИНТПИ - 1997. - Серия СкиМ. Вып. 4. - С. 12-15.

68. Строительство и архитектура Финляндии / Зарубежный опыт // ПГС -2003 № 4 - С. 64.

69. Патент РФ на полезную модель № 17788, МПК 7 Е 04 С 3/12. Брус. / В.В. Сныцерев, (RU). № 99121553/20. Опубликован 27.04.2001.

70. Боданов Ю. Ф. Дом из брусьев // Жилищное строительство. 1991. -№ 2. - С. 22 - 23.

71. Патент РФ на изобретение № 2239028, МПК 7 Е 04 В 1/10. Строительный профилированный брус. / С.В. Серков, В.А. Щербина, Д.Н. Курков, E.H. Барсуковский, (RU). № 2003106344/03. Опубликован 27.04.2004.

72. Патент № 20011133081. МПК 7 Е 04 С 3/12. Способ изготовления комбинированного профилированного бруса. / С.Ю. Екимов, (RU). № 20001133081/03. Опубликован 9.10.2003.

73. Патент № 2173375. МПК 7 Е 04 С 3/12. Строительный профилированный брус. / А.В.Царев, (RU). № 2000107020/03. Опубликован 10.09.2001.

74. Клееный брус из шпона LVL // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2004. - № 3. - 26 с.

75. Патент РФ на изобретение № 2003138106, МПК 7 Е 04 С 3/12. Комбинированный брус. / М.А. Павленко, (RU). № 2003138106/03. Опубликован 10.06.2005.

76. ОАО "Сокольский деревообрабатывающий комбинат". Бюллетень строительной техники. — 2004 - № 3.

77. Патент РФ на полезную модель № 2155840, МПК 7 Е 04 В 1/10. Универсальный строительный брус. / Б.С. Воронов, (RU). № 98117497/03. Опубликован 10.09.2000.

78. Патент РФ на полезную модель № 2103455, МПК 6 Е 04 С 2/12. Деревянная брусовая панель. / H.A. Крившенко, (RU). № 96109554/03. Опубликован 27.01.98.

79. Житушкин В. Г. Панели перекрытий с деревофанерными ребрами // Жилищное строительство. 2004. - № 5. - С. 14-15.

80. Патент № 2114959. МПК 6Е 04С 1/00, 2/26. Строительный блок. / O.A. Виноходов, В.М. Кононов, A.A. Королев, П.В. Парашкевов, (RU). № 97114387/03. Опубликован 10.07.98.

81. Патент РФ на изобретение № 2157876. МПК 7Е 04С 2/24, 2/14, 2/26. Деревянная многослойная панель (ее варианты). / Ю.Б. Андриенко, (RU). № 99103380/03. Опубликован 20.10.2000.

82. Патент РФ на изобретение № 2057862. МПК 6 Е 04С 2/36. Стеновая панель. / С.П. Коряжин, C.B. Ульянов, Л.Г. Кузанов, A.C. Шевченко, (RU). -№ 93057600/33. Опубликован 10.04.96.

83. Патент РФ на изобретение № 32515. МПК 7 Е 04С 2/10. Строительная панель. / Ю.А. Заигралов, A.B. Русинов, В.Ю. Бухарин, (RU). № 2003113638/20. Опубликован 20.09.2003.

84. Die Gebaudehulle, die Richtig Atmet // Sweizer Holzbau. 1989. - № 10. -S. 43, 45, 47, 48.

85. Techniques d'amélioration thermique des constructions en bois // Roos P. -Schw. Bauwirtsch., 1981, № 18, p. 22 24.

86. Ватолкин С. M. Опасность утепления ограждающих конструкций зданий с внутренней стороны // Проектирование и строительство в Сибири. -2003. -№3.- С. 17-19.

87. Калинин А. Ю. Качество выполняемых работ по устройству систем наружного утепления // Строитель. 2001. - № 4. - С. 45-46.

88. Шилов Н. Н. Об экономии энергоресурсов и о материалах для утепления зданий // Жилищное строительство. 2004. - № 2. - С. 16 - 18.

89. Сокова С. Д. / С. Д. Сокова, Б. И. Штейман Об утеплении наружных стен // Жилищное строительство. 2001. - № 9. - С. 12 - 15.

90. Прикшайтис М. П. Об утеплении стен жилых зданий с внутренней стороны // Жилищное строительство. 1995. - № 9. - С. 21 - 23.

91. Гарасавич Г. И. / Г. И. Гарасавич, Н. И. Лубский. Наружная облицовка стен в деревянном домостроении // Жилищное строительство 1989. - № 2. -С. 26.

92. Патент РФ на изобретение № 2168594. МПК 7 Е 04 С 3/14. Клееный деревянный элемент. / Д. В. Орлов, (RU). № 99127538/03. Опубликован 10.06.2001.

93. Гришин A.M. / A.M. Гришин, А .Я. Кузин, B.J1. Миков, С. П. Синицын,

94. B. Н. Трушников. Решение некоторых обратных задач механики реагирующих сред. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1987. - 247 с.

95. Кузин А. Я. Обратные задачи механики реагирующих сред // Между-нар. конф. по математике и механике: Избр. докл. / Под общ. ред. Н. Р. Щербакова. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 2003. - С. 229-234.

96. Алифанов О. М. Идентификация процессов теплообмена летательных аппаратов (введение в теорию обратных задач). М.: Машиностроение, 1979. -216 с.

97. Прытков А. Н. Энергосбережение в строительном комплексе и жилищно-коммунальном хозяйстве // Нетрадиционные технологии в строительстве: Матер. Междунар. науч.-техн. семин. Ч. 2. Томск: Изд-во ТГАСУ, 1999.1. C. 92 94.

98. СНиП II-3-79**. Строительная теплотехника / Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 2000. - 29 с.

99. Лыков А. В. Тепломассообмен. Справочник. М.: Энергия, 1971. -560 с.

100. В. Н. Берцун. Элементы математической технологии. Томск: Изд-во Томе, ун-та, 1984.-99 с.

101. Норри Д. / Д. Норри, Ж. Де Фриз. Введение в метод конечных элементов. М.: Мир, 1981. - 304 с.

102. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М.: Наука, 1980. -536 с.

103. Самарский A.A. Теория разностных схем. М.: Наука, 1977. - 656 с.

104. Яненко H. Н. Метод дробных шагов решения многомерных задач математической физики. Нов-к: Наука, 1967. - 195 с.

105. Годунов С. К. / С. К. Годунов, В. С. Рябенький. Разностные схемы. -М.: Наука, 1973.-400 с.

106. Хон C.B. / C.B. Хон, А.Н Хуторной, А.Я. Кузин, H.A. Цветков. Нестационарный двумерный теплоперенос в неоднородных деревянных наружных стенах зданий. // Том. гос. архит.-строит. ун-т, Томск, 2005.- 20 с. Деп. в ВИНИТИ РАН, № 967.

107. Гришин A. M. / А. М. Гришин, В.Н. Берцун. Итерационно интерполяционный метод и теория сплайнов // Докл. Акад. Наук СССР. - 1974. Т. 214, №4.-С. 751 -754.

108. Кузин А. Я. Идентификация процессов тепломассопереноса в реагирующих средах // Сопряженные задачи механики и экологии: Избр. докл. междунар. конф. Томск, 4-9 июля 1998 г. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 2000. - С. 190 - 205.

109. Исаков Г. Н. / Г. Н. Исаков, А. Я. Кузин. Моделирование тепломассопереноса в многослойных тепло- и огнезащитных покрытиях при взаимодействии с потоком высокотемпературного газа // Физ. гор. и взр. — 1998. Т. 34, №2. - С. 82 - 89.

110. Богословский В. Н. Строительная теплофизика. М.: Высшая школа. 1970.-376 с.

111. Корн Г. / Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). М.: Наука, 1978. - 831 с.

112. Патент на полезную модель №38793 РФ, МПК Е04С 3/292. Деревянный брус / А.Н. Хуторной, C.B. Хон, А.Г. Козырев, A.B. Колесникова, О.И. Недавний, А.Я. Кузин, H.A. Цветков, (РФ). № 2004108395/22. Опубликован 10.07.2004.

113. Патент на полезную модель №40344 РФ, МПК 7 Е 04В 2/06. Стена / А.Н. Хуторной, C.B. Хон, А.Г. Козырев, О.И. Недавний, А.Я. Кузин, H.A. Цветков, A.B. Колесникова, (РФ). № 2004110176/22. Опубликован1009.2004.

114. Патент на полезную модель №49053 РФ, МПК Е04С 3/292. Утепленный деревянный брус / А.Н. Хуторной, C.B. Хон, H.A. Цветков, А.Я. Кузин, Д.Н. Цветков, О.Ю. Парфирьева, (РФ). № 2005117395/22. Опубликован1011.2005.

115. Искаков К.А. / К.А. Искаков, Э.Я. Кернерман. Измерение температуры поверхности при исследовании теплового режима здания // Изв. Вузов. Строительство и архитектура. 1988.- № 9.- С. 83 - 86.

116. Иванова Г.М. / Г.М. Иванова, Н.Д. Кузнецов, B.C. Чистяков. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984, - 229 с.

117. Васильев Б. Ф. Натурные исследования температурно-влажностного режима крупнопанельных жилых зданий. -М.: Стройиздат, 1968. 120 с.

118. Осипова В. А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. Изд. 2-е, перераб. и доп. -М.: Энергия, 1969.- 392 с.

119. Методические рекомендации по определению теплотехнических показателей ограждающих конструкций в лабораторных условиях.- Киев: НИИ CK, 1982.-24 с.

120. Назаров Н.Г. Метрология. Основные понятия и математические модели: Учеб. пособие для вузов М.: Высш. шк., 2002. - 348 с.

121. Ярышев H.A. Теоретические основы измерения нестационарных температур Л.:Энергия. Ленинградское отделение. 1967. - 299 с.

122. Baker H.D. Temperature measurement in engineering, vol. 1 and vol. 2, New York, Wiley, 1953 1961.Moeller F. Temperaturmessung; Fehler dei der Messung mit Thermoelementen, «Arch. Techn. Messen», 1963. - Lief. 324, N1, S. 1-2.

123. Платунов E.C. Теплофизические приборы и измерения. Л. - 1986. -208 с.

124. Гортышев Ю.Ф. Теория и техника теплофизического эксперимента. -М.: Энергоатомиздат. 1985. 360 с.

125. Карауш С.А. Оценка термического сопротивления наружного ограждения эксплуатируемого здания в условиях западно-сибирского региона / Изв. Вузов. Стр-во. 2000. - №11. - С. 111-115.

126. Температурные измерения. Справочник / Геращенко O.A., Гордов А.Н., Еремина А.К., Лах В.И., Луцик Я.Т., Пуцыло В.И., Стаднык Б.И., Ярышев H.A. АН УССР. Ин-т проблем энергосбережения. Киев: Наук. Думка, 1989. - 704 с.

127. Крамарухин Ю.Е. Приборы для измерения температуры. М.: Машиностроение, 1990.-208 с.

128. Гордов А.Н. / А.Н. Гордов, Я.В. Малков, H.H. Эргард, H.A. Ярышев. Точность контактных методов измерения температуры. М.: Изд.-во стандартов, 1975. - 232 с.

129. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978.-704 с.

130. Приборы для измерения температуры контактным способом / Под ред. Р.В. Бычковского. Львов: Вища шк., 1978. - 208 с.

131. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. Л.: Энергия, 1978. - 262 с.

132. Лавренчик В.Н. Постановка физического эксперимента и статистическая обработка его результатов: Учеб. пособие для вузов. -М.:Энергоатомиздат, 1986. 272 с.

133. Джонсон Н. / Н. Джонсон, Ф. Лион. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке: Методы планирования эксперимента. Пер. с англ. -М.: Мир, 1981.-520 с.

134. Зажигаев Л.С. / Л.С. Зажигаев, A.A. Кишьян, Ю.И. Романиков. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М.: Атомиздат, 1978. - 232 с.

135. Маркова E.B. / Е.В. Маркова, А.Н. Лисенков. Планирование эксперимента в условиях неоднородностей. М.: Наука, 1973. - 219 с.

136. Демидович Б.П. / Б.П. Демидович, И.А. Марон, Э.З. Шувалова. Численные методы анализа. М.: Наука, 1967. - 368 с.

137. Лычев A.C. / A.C. Лычев, В.В. Дмитриев. Статистическая обработка опытных данных и планирование эксперимента. Куйбышев: Куйбышевский государственный университет, 1977. 69 с.

138. Математическое моделирование планирования эксперимента / Под. Ред. С.М. Ермакова. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы. 1983. - 392 с.

139. Землянский A.A. Обследование и испытание зданий и сооружений: Учебное пособие. М.: Изд-во АСВ. - 2001. - 240 с.

140. Горбунов Н.И. Математическое планирование эксперимента: Текст лекций. Челябинск: ЧПИ, 1983. - 53 с.

141. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент.: Справочник / Под общ. ред. чл.-корр. АН СССР В.А. Григорьева, В.М. Зорина. 2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 560 с.

142. Мурин Г.А. Теплотехнические измерения. М.: Энергия, 1968. 584 с.

143. ГОСТ 26254-84. Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. М.: Изд-во стандартов, 1985.-24 с.

144. Хуторной А. Н. Теплозащитные свойства многослойных наружных кирпичных стен зданий с применением коннекторов. Дис. . канд. техн. наук. Томск: ТГАСУ, 2001. - 191 с.

145. ГОСТ 25380-82. Здания и сооружения. Метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции. М.: Изд-во стандартов, 1988. - 11 с.

146. Ильинский В. М. Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат зданий). Уч. пособие для инж.-строит. вузов. М.: Высш. школа, 1974.-320 с.

147. Лыков А. В. Теоретические основы строительной теплофизики. Минск.: Изд-во Академии наук БССР, 1961. 540 с.

148. Коротаев Э. И. / Э. И. Коротаев, М. И. Клименко. Использование мягкой древесины. -М.: Лесная промышленность, 1983. 130 с.

149. Болдырев П. В. Сушка древесины. С-П.: Профикс, 2002. - 160 с.

150. Савков Е. И. Механические свойства древесины. М.: Лесная промышленность, 1965. - 63 с.

151. Богданов Е.С. / Е.С. Богданов, В.А. Козлов, H.H. Пейч. Справочник по сушке древесины. М.: Лесная промышленность, 1998. - 192 с.

152. Серговский П.С. / П.С. Серговский, А.И. Рассев. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. М.: Лесная промышленность, 1987. -360 с.

153. Шубин Г. С. Развитие теории сушки и тепловой обработки древесины и некоторые ее практические приложения. В кн.: Сушка и защита древесины: Тезисы докладов Всесоюзного совещания. - Архангельск, 1985. - С. 34-35.

154. И. В. Кречетов. Сушка древесины. М.: Лесная промышленность, 1972. - 440 с.

155. Шубин Г. С. Сушка и тепловая обработка древесины. М.: Лесная промышленность, 1990. - 336 с.

156. ГОСТ 16483.7-71 «Древесина. Методы определения влажности». М.: ИПК Изд-во стандартов, 1999. - 5 с.

157. ГОСТ 16483.0-89 «Древесина. Общие требования к физико-механическим испытаниям». М.: Изд-во стандартов, 1989. - 10 с.

158. Левинский Ю.Б. Производство деревянных домов в России: современное состояние и перспективы развития //Деревообрабатывающая промышленность. 2001, № 5. - С. 2 - 8.

159. Хуторной А.Н. / А.Н. Хуторной, H.A. Цветков, О.И. Недавний. Эффективность теплозащитных свойств наружных стен с коннекторами // Изв. Вузов. Стр во. - 2000, № 6. - С. 13 - 17.

160. Хуторной А.Н. / А.Н. Хуторной, A.B. Колесникова, H.A. Цветков. Эффективность теплозащитных свойств керамзитобетонных наружных стен зданий // Изв. вузов. Стр во. - 2004, № 9.- С. 10 - 15.

161. Хон C.B. / C.B. Хон, А.Н. Хуторной, А. Я. Кузин. Повышение теплозащитных свойств брусчатых наружных стен с вентилируемым воздушным зазором // Том. гос. архит.-строит. ун-т, Томск, 2004.- 26 с. Деп. в ВИНИТИ РАН, № 1876.

162. Хон C.B. Расчет тепловых потерь через наружные деревянные ограждения // Наука. Технологии. Инновации: Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 6-ти частях. Новосибирск: Изд-во НГТУ. -2004.-Ч.З.-С. 64-65.

163. Кузин А.Я. / А.Я. Кузин, А.Н. Хуторной, C.B. Хон. Теплоперенос в неоднородной брусчатой наружной стене с фасадным утеплением // Изв. Вузов. Стр во. - 2005, № 11-12. - С. 4 - 10.

164. Методика определения стоимости строительной продукции на территории Российской Федерации МДС 81-35.2004; утв. Постановлением Госстроя России от 5.03.2004 № 15/1.

165. ТЕР 81-02-10. Сб. 10. Деревянные конструкции.: Адм. Томской обл. -Томск, 2002. 38 с.

166. ТССЦ 81-01-2001. Материалы для общестроительных работ, ч. 1.: Адм. Томской обл. Томск, 2003. - 66 с.

167. ЕНиР. Сб. 40. Изготовление строительных конструкций и деталей. Вып. 3. Деревянные конструкции и детали / Госстрой СССР. М.: Стройиз-дат, 1987. - 87 с.