автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Наружные ограждающие конструкции зданий с повышенной влажностью воздухавнутри помещений

^ на правах рукописи

Козлов Владимир Александрович

НАРУЖНЫЕ ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ С ПОВЫШЕННОЙ ВЛАЖНОСТЬЮ ВОЗДУХА ВНУТРИ ПОМЕЩЕНИЙ

Специальность 05. 23.03 "Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение"

Авторефе р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998

г.

- г -

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте строительной физики (НШСФ) Российской Академии архитектуры строительных наук (РААСН)

Ведущая организация: НИИ Мосстрой

Защита диссертации состоится " 3 " июня 1998 г. в Й ч. н, заседании диссертационного Совета при Научно-исследовательски институте строительной физики РААСН по адресу: 127233, г.'Моск.'. Локомотивный пр-д.,21.

С диссертацией можно ознакомиться в .научно-методическом фонде института.

Автореферат разослан "27 "апреля 1998 г.

Ученый секретарь

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор Савин В.К. кандидат технических наук Ясин Ю.Д.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Прохоров В.И. кандидат технических наук доцент Годин A.M.

специализированного совета

Савин В.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.В настоящее время в народном хозяйстве нашей страны особое внимание уделяется проблеме экономии топливно-энергетических ресурсов.При этом в строительной области задачи энергоресурсосбережения сформулированы достаточно ясно и конкретно - внедрение в практику строительства эффективных наружных ограждающих конструкций зданий , которые обеспечивали бы их высокий уровень теплозащиты и долговечности при минимально возможных энергозатратах в процессе эксплуатации. При этом повышенное внимание в решении поставленной задачи должно уделяться наряду с вновь возводимыми зданиями большому эксплуатационному фонду существующих зданий,на который и приходится основная часть всей потребляемой в строительстве тепловой энергии.Таким образом,основным направлением в решении задачи энергоресурсосбережения в строительстве является на данном этапе сокращение потребления тепловой энергии существующими эксплуатируемыми зданиями.Данная проблема неразрывно связана с повышением долговечности таких зданий путем улучшения теплотехнических (тепло-и влагозащитных) качеств наружных ограждающих конструкций. Особенно острой эта задача является для зданий ..имеющих помещения с повышенной влажностью воздуха ( > 75 %). К числу таких зданий относятся предприятия деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности (цеха обработки и сушки древесины),здания железнодорожного транспорта ( дезпромстанции , санпропускники, цеха по обмывке подвижного состава и т.д.).Распространены такие здания и среди предприятий бытового обслуживания населения (бани,прачечные,оздоровительные центры),а также среди спортивных зданий (плавательные бассейны). К этой же категории зданий следует отнести и некоторые предприятия пищевом промышленности (молочные комбинаты,заводы плавленных сыров,и т.п.), а также отдельные сельскохозяйственные и животноводческие здания и сооружения. В процессе эксплуатации наружные ограждающие конструкции таких зданий интенсивно увлажняются технологической и конденсационной влагой. Накапливаясь в ограждениях,влага снижает их эксплуатационные свойства. Характерными последствиями увлажнения являются . увеличение теплопроводности,высолы, загрязнение поверхности, изменение цвета отделки,преждевременный износ.

С целью исключения .этих недостатков в строительной практике используют различные приемы,позволяющие предотвратить или ослабить неблагоприятное воздействие на ограждающие конструкции эксплуатационной влаги помещения. Известны4нал-ример,планировочный и парогидроизоляционный методы защиты ограждений.Применяются таете различные конструктивные способы защиты,заключающиеся в устройстве в толще ограждений вентилируемых каналов и продухов различной формы поперечного сечения,причем последние могут устраиваться- , как в совмещенных покрытиях, так и в стеновых ограждениях. В последние годы вентилируемые ограждающие конструкции находят все более широкое применение в практике строительства. В настоящее время продолжаются исследования новых типов вентилируемых ограждений и совершенствуется методика их теп-лофизического расчета,основа которого была заложена в работах Власова O.E.,Фокина К.Ф. .Ильинского В.М. .Мачинского В.Д. Известными также являются работы Александровского C.B.»Богословского В.Н., Беляева B.C., Бурцева В.И., Дешко Э.Л., Лукьянова В.И..Максимова В.Б.,Савина В.К. .Сидорова Э.И., Стель-маха С.Ю. .Табунщикова Ю.А. .Хамидова С. А. .Хомутова А.Ф. .Чере-мисова K.M. .Шолохова В.Г. .Щербака H.H.,Штейна И.И.и др.Среди известных зарубежных работ необходимо выделить труды Гертиса К., Дитриха X., Грунау Е.,Фам Нгок Данга,Зайферта К. и др.

Учитывая вышеизложенное и принимая во внимание то обстоятельство,что устройство внутренних вентилируемых воздушных прослоек в ограждающих конструкциях зданий может рассматриваться как один из наиболее прогрессивных и надежных способов защиты от увлажнения наружных ограждений зданий эксплуатационной влагой .возникает необходимость в более глубоком исследовании эффективности и надежности этого способа парогидроизоляции.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.Разработка инженерной методики теплофизи-ческого расчета параметров наружных ограждающих конструкций зданий с внутренней вентилируемой воздушной прослойкой.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.Яш достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

-разработан инженерный метод расчета теплотехнических показателей наружных ограждающих конструкций зданий с внутренней вентилируемой воздушной прослойкой;

-проведены экспериментальные исследования фрагментов стеновых ограждений в климатической камере и получены опытные значения теплотехнических показателей,которые сравнивались с теоретическими,полученными на основе разработанной методики расчета;

-проведены экспериментальные исследования процессов теплообмена во внутренней вентилируемой прослойке на модели стенового ограждения с помощью интерферометра;

-проведены экспериментальные исследования процессов влагообмена во внутренней вентилируемой воздушной прослойке на модели стенового ограждения с использованием полупроводниковой лазерной инфракрасной установки;

-разработана программа теплотехнического расчета наружных ограждающих конструкций с внутренней вентилируемой воздушной прослойкой;

-осуществлен расчет технико-экономической эффективности применения внутренней вентилируемой воздушной прослойки в наружных ограждениях зданий , с повышенной влажностью воздуха внутри помещений.

НАУЧНУЮ НОВИЗНУ РАБОТЫ СОСТАВЛЯЮТ: -предлагаемый инженерный метод теплотехнического расчета параметров наружных ограждающих конструкций зданий с внутренней вентилируемой воздушной прослойкой;

-критериальные зависимости для определения локальных коэффициентов тепло-и влагообмена,полученные на основании , проведенных экспериментальных исследований;

-разработанная программа теплотехнического расчета наружных ограждающих конструкций с внутренней вентилируемой воздушной прослойкой;

-новые технические решения,защищенные двумя авторскими свидетельствами на изобретения по использованию внутренних вентилируемых прослоек в наружных ограждающих конструкциях зданий помимо защиты от увлажнения, в качестве воздуховодов систем вентиляции и/или воздушного отопления здания,а также в помещениях с избыточным давлением внутреннего воздуха по отношению к наружному.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ: -получены экспериментальные данные,свидетельствующие о высоком осушающем воздействии внутренней вентилируемой воз-

душной прослойки на температурно-влажностное состояние ограждающей конструкции,эксплуатируемой в условиях повышенной влажности воздуха внутри помещений ;

-разработана инженерная методика теплофизического расчета наружных ограждающих конструкций зданий с внутренней вентилируемой прослойкой с учетом использования воздуха, поступающего в нее,помимо защиты от увлажнения,как для воздушного отопления, так и для вентиляции помещения,что даст экономический эффект вследствие сокращения затрат на установку отопительных приборов и устройство трубопроводов и воздуховодов,соответственно,для систем отопления и вентиляции зданий;

-разработаны технические решения (на уровне изобретений) , позволяющие использовать внутреннюю вентилируемую воздушную прослойку в наружных огравдениях зданий,имеющих помещения, как с повышенными тепловлаговыделениями.так и с повышенным (избыточным) давлениием воздуха.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.Основные положения диссертации изложены и обсуждены на:

• - на 2-ой конференции молодых ученых и специалистов,Москва, НИИСФД983 г.

- 1-ой научно-практической конференции МИИТа с Московской ж.д. г.Москва,1988 г.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ: -в"Инструкции по эксплуатации жилых зданий в Северной климатической зоне."

-в проекте реконструкции плавательного бассейна в г.Архангельске (проект института Гипрокоммунстрой,архивный номер ОТП-36556-80);

-в проекте бани с бассейном по ул.Фабрициуса в г.Москве (разработан Мосгражданпродторгпроектом ГлавАПУ);

-при парогидроизоляции фрагмента наружной стены солеп-лавильного цеха завода плавленных сыров МПО "Молоко";

-при реконструкции плавательного бассейна базы отдыха "Энергетик"(г.Конаково,Тверской обл.)

ПУБЛИКАЦИИ.Но теме диссертации .опубликовано 8 работ, получены 2 авторских свидетельства на изобретение.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, восьми глав, трех приложений, библиографического

списка и содержит 2Ь5 страниц текста. Ю таблиц. 85 рисунков. №3 наименования использованной литературы , приложения на 28 страницах

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ: -инженерная методика теплофизического расчета наружных ограждающих конструкций с внутренней вентилируемой воздушной прослойкой;

-определенные экспериментальным путем критериальные уравнения теплообмена в вентилируемой воздушной прослойке по ее высоте, а также критериальное уравнение влагообмена в пограничном диффузионном слое (у поверхности увлажненного теплоизоляционного материала);

-экспериментальные данные теплотехнических испытаний фрагментов наружных стеновых ограждений в климатической камере , описывающие характер изменения весовой влажности материала фрагментов за время проведения испытаний;

-новые технические решения по использованию внутренних вентилируемых воздушных прослоек в наружных ограждающих конструкциях зданий , как с повышенной влажностью воздуха внутри помещений,так и с избыточным давлением внутреннего воздуха по отношению к наружному;

-программа теплотехнического расчета наружных ограждающих конструкций с внутренней вентилируемой воздушной прослойкой на ЭВМ;

-рекомендации по устройству внутренних вентилируемых воздушных прослоек в наружных ограждающих конструкциях зданий с повышенной влажностью воздуха внутри помещений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. ВВЕДЕНИЕ. Во введении отражена важность проблемы повышения тепловалдатных качеств и долговечности наружных ограждающих конструкций зданий,эксплуатируемых в условиях повышенной влажности воздуха внутри помещений.

ПЕРВАЯ ГЛАВА.В первом разделе дана оценка известным в настоящее время способам защиты наружных ограждений зданий, имеющих помещения с повышенной влажностью воздуха,от увлажнения эксплуатационной влагой.Отмечено, что применяемые в практике строительства способы защиты наружных ограждающих конструкций зданий не являются эффективными,т.к.не обладают достаточной надежностью и долговечностью. Так,например,спе-

циальные влагозащитные покрытия (окрасочные,оклеечные,мастичные) являющиеся основой парогидроизоляционного способа защиты от увлажнения наружного ограждения,эксплуатируемого в условиях повышенной влажности воздуха внутри помещения,сравнительно быстро(в течение 3-х - 10-ти лет) теряют свои влагозащитные свойства.Трудности в обеспечении надежности(безотказности ,долговечности,ремонтопригодности)парогидроизоля-ции ограждающих конструкций привели к появлению объемно-планировочных решений(центрических планировок)зданий,в которых помещения с мокрым и влажным режимами эксплуатации располагаются в окружении помещений с более благоприятным микроклиматом, что исключает в них наружные стены.Однако,такая планировка здания вызывает серьезные возражения гигиенистов в связи с тем,что помещения с мокрым и влажным режимами эксплуатации оказываются лишенными прямого естественного освещения и проветривания, а отсутствие окон неблагоприятно сказывается на психическом состоянии людей.Кроме того,центрическая планировка во многих случаях не может быть применена по технологическим соображениям и из-за значительного увеличения строительного объема здания. Не дает нужного эффекта и применение в наружных ограждениях (в их толще или у наружной поверхности) вентилируемых каналов или продухов,так как последние в основном предназначены для удаления эксплуатационной влаги помещения ,проникшей в толщу ограждения.Сама же внутренняя поверхность конструкции будет находиться в непосредственном контакте с влажной средой помещения и для исключения выпадения на ней конденсата необходимо выполнить одно непременное условие - поднять температуру внутренней поверхности выше температуры точки росы.Подчеркивается,что наиболее эффективным и перспективным в этом направлении является устройство в наружных ограждающих конструкциях зданий внутренней вентилируемой воздушной прослойки, т.е.прослойки,устраиваемой у внутренней поверхности наружных ограждений (со стороны помещений) с подачей в нее при этом воздуха общеобменной вентиляции здания. Поступающий в прослойку воздух при необходимости осушается и подогревается до определяемой расчетом температуры,и может, помимо парогидроизоляции .одновременно использоваться,как для вентиляции,так и отопления помещения.

Представленный в первой главе анализ состояния вопроса

позволил определить основную цель диссертационной работы и сформулировать поставленные для достижения этой цели задачи исследований .которые перечислены в конце 1-ой главы.

ВТОРАЯ ГЛАВА. В первом разделе второй главы представлено теоретическое обоснование применения внутренних вентилируемых воздушных прослоек в наружных ограждениях зданий с повышенной влажностью воздуха внутри помещений,а во втором разделе-инженерный метод расчета параметров наружных ограждений зданий с внутренней вентилируемой воздушной прослойкой.

В основу метода расчета теплотехнических характеристик и параметров воздуха,поступающего в прослойку положено дифференциальное уравнение теплового баланса элементарного элемента обьема воздуха прослойки,расположенного на расстоянии " у " от входа в прослойку,при этом в отличие от известного метода расчета,предложенного К.М.Черемисовым, данный метод расчета учитывает:

-воздухопроницаемость внутренней (экрана) и наружной (теплоизолирующей) частей ограждающей конструкции;

-влагообменные процессы,происходящие во внутренней вентилируемой воздушной прослойке.

Тогда дифференциальное уравнение теплового баланса для элемента 'Уу",отнесенное к прослойке шириной в 1м (при установившемся стационарном тепловом потоке) будет иметь следующий вид:

сЦ + с1С12 + с1Ц4 + - сК^ (1)

где с]Ц| -тепло, передаваемое воздухом прослойки в помещение ,Вт/м;

(ЗЦ2 -теплопотери через наружную (теплоизолирующую)часть ограждения,Вт/м;

'йСЦ -тепло,переносимое по направлению движения воздуха за счет разности температур на входе и выходе из прослойки, Вт/м;

с1СЦ -теплопоступления в помещение за счет фильтрации воздуха через внутреннюю (экран) часть ограждающей конструкции ,Вт/м;

сЗС[5 -теплопотери через наружную (теплоизолирующую) часть ограждения вследствие фильтрации воздуха ,Вт/м.

Подставляя в уравнение (1) значения величин сКЗ, -будем иметь:

ь - ь -

бпц 6 8пи

—-<1у+ —

-с1у+ с-

рап.

и

: V с

Рвд

РН

05

где ь,

б

оь

И6

н >

он

ик

В.П.

Лй -температуры воздуха помещения,наружной среды и вентилируемой прослойки на расстоянии у от входа, °С ; -удельный расход воздуха в прослойке на произвольном расстоянии "у" от входа в прослойку, отнесенный к ее ширине в4,0 метр , кГ/ч«м; , -сопротивления теплопередаче,соответственно, внутренней (экрана) и наружной (теплоизолирующей) частей ограждающей конструкции, м2 °С/Вг. -сопротивления воздухопроницанию,соответственно, внутренней (экрана) и наружной теплоизолирующей)частей ограждающей конструкции ,м2чПа/кГ;

-давление воздуха,соответственно,наружной среды,помещения и во внутренней вентилируемой прослойке, Па; с -удельная теплоемкость воздуха, Дж/кГ °С.

Я

ОБ

1 /а 6 + |.1?к6. + 1 /ог6.„.6 (3)

Кон - 1 /«8.П.Ц+ ¿йвд + 1 /01« - (4)

гдео£4>огя>о£,яЬрс4л- коэффициенты теплообмена, соответственно, внутренней и наружной поверхностей стены и поверхностей вентилируемой воздушной прослойки, Вт/ мг °С;

Для решения уравнения (2) в нем необходимо разделить переменные,проведя при этом ряд математических преобразований:

+(ь.

К06 КИВ

4П1)

иг-

сКон^,.- рн)

Кон Кин

(5)

Раскрывая скобки и разделив затем обе части полученного уравнения на величину .будем иметь:

н

Р

Ь

- и -

--C КЛ<КоЛ + Ro»V + C 1п.РоЛи (RMh4 + VH) -

СК0ЛЛРвЧ + R„5PH ] ^--<6)

tiny

Введем следующие обозначения:

A ■ «„ЛЛь* RoJ + RoaROKC£Ä+ RHH> - R0,R0HC R„5PH)

(7)

Б = R^RuuiRn-ta+Rn. tj+cp Rn»R„„(Ruut.+R tu)-cR R (R R t+R Pt)

И № ОН О OS H' 1л о» Ой И I Ш H' OB ОН ИИ 8 б № H к

(8)

л - RO5ROHRAC SO (9)

Тогда уравнение (6) будет иметь следующий вид:

A dy (t,ny - Б / А ) = Д dt8ny (10)

А ^ dtBm,

(11)

л Чпу - Б /А

Интегрируя обе части полученного уравнения. (11) соот-

(12)

ветственно, от 0 до "у" и от tQ до t6n , получим:

dt, бпу

Ч, - Б/ А

t - Б / А

впу

- Ln -:--(13)

t0 - Б / А

Ч, " Б/А

(14)

to - Б / А

а А

Откуда : - fy Б - j-y

t.„. - t0 е + - (1-е ) (15)

А

Впу

При у = Ь получим значение температуры воздуха на выходе из прослойки:

й к тз Л .

Л~ Б ' А Ь

ь. - Ь„ е + - (1-е ) (16)

О ак

А

Среднюю по длине прослойки температуру воздуха, ^

можно получить интегрированием выражения (15) от 0 до И ' (где. Ь -высота прослойки,м):

1 [ 1 [ -Ь ' Б -Ь

--[ Ьое (1-е 3«1у-

Ь ] Ь \ , А

.Код ~ о гк А

1 Г> -дУ В - ту

= — I 1о е сЗу + - (1-е ) с!у -

1° - |Ь Б -

--С 1оД (1-е )--(Д - Де- - А Ь)] (17)

А Ь А

где: А , Б и Д- те же величины,что приняты в ранее приведенных уравнениях и определяются, соответственно, по формулам (7) -(9).

При использовании вентилируемой воздушной прослойки в качестве воздуховода системы вентиляции здания необходимо знать температуру воздуха,с которой он должен поступать в прослойку,чтобы не изменить тепловой режим помещения. Это можно установить решением уравнения теплового баланса:

Чпи " Ч

с < Ч* " >

О о

Уравнение (19) можно привести к виду :

" ih

л Л я

- fh Д Д е Б - j-h

е --+ - ) ° goCCt--' е

А R06 А R06 А • -jfh

1 Б h БД Б Д е

--[ - + ---- t8h ] (20)

Roe А А2 А

Откуда получим значение температуры воздуха на входе в

О-,

прослойку t 0 , С :

й, л, .

"ДЬ ~АН о

д;ос А Иов[А Ц -Б(1 - е )] - ГАБЬ - БДе +БД]+ ^ ЬА

й ь Л ь

АСА Иов ё0с е - Д(1 - е )] (21)

где величины А ,Б и Д определяются по формулам (7)-(9) Таким образом получена формула для определения температуры воздуха Ь0 , поступающего в прослойку ,при которой, во-первых , исключается выпадение конденсата на поверхностях прослойки и .во-вторых,обеспечивается требуемый воздушно-тепловой режим помещения.

Используя полученные соотношения и известные методы теплотехнических расчетов,были определены температуры поверхностей элементов вентилируемой ограждающей конструкции. Ниже приведены формулы,позволяющие рассчитать эти параметры по найденному значению Ь0 :

-температура внутренней поверхности внутренней части(экрана) наружного ограждения в произвольном сечении "у".^ , сС Ч - [ V Я^ог, - 1 ) + / Я0й*е ■ (22)

-температура внутренней поверхности воздушной прослойки в произвольном сечении, на расстоянии"у"от входа в прослойку, :

Чч, - [ + Ч* 7 ЕовОСвпв (23)

-температура наружной поверхности воздушной прослойки в произвольном сечении, на расстоянии "у"от входа в прослойку, Ьнеу , 'С :

(Кон^впн - 1) + Ьи] / Ио„о<впн (24)

где - о^ коэффициент теплоотдачи поверхности воздушной прослойки стены, Вт/мг

О^.п. = ал.1.„ + О^кАо. (25)

где:

о^дб.п.-коэффициент теплоотдачи поверхности воздушной прослойки излучением, Вт/ мг °С;

О^к.«.».-коэффициент теплоотдачи поверхности воздушной прослойки за счет конвекции, Вт/мг °С. Коэффициент теплоотдачи поверхности воздушной прослойки излучением определяется известным способом.

Для определения средних значений коэффициентов теплоотдачи конвекцией могут быть использованы формулы,полученные'

из критериальных уравнений М. А. Михеева для вертикальных теплообменивающихся поверхностей .

Для ламинарного режима движения воздуха в прослойке(Не < 2,3х 10 ) о,4 ця

Ми = 1,4 ( Ие а-) Рг ( (26)

Из уравнения (26) можно получить значение

О^к.б.п.*

-3 0,s

tt + 3X10 W <27>

В случае, если движение воздуха в прослойке - турбулентное (Re > 2,3 х 105):

qs оаз

Nu = 0,021 Re Рг (Рг / Рг^ ) (28)

Из уравнения (28) значение коэффициента конвективного теплообмена поверхности внутренней вентилируемой прослойки:

С(. кЛпГ

3>17 С

-3 0.2

(1 + 6,52 х10 ^ ) д3 (29)

впер

где Г{пср.-средняя по длине вентилируемой прослойки температура воздуха, °С; д^«п.ср. -средний температурный перепад между температурой воздуха прослойки и температурой ее поверхностей,"С. Дифференциальное уравнение влажностного баланса воздуха в элементе "с!у" воздушной прослойки, расположенном на расстоянии "у" .отнесенное к ее ширине в 1,0 метр будет аналогично уравнению теплового баланса (2) и имеет следующий вид:

%пу ~ ев ' %у " е"

---6у +-¿у _ йе,п11 (30)

^ПВ ^ ПН

где:ев ,ен ,е6пу -упругости водяных паров,соответственно, помещения, наружной среды и воздуха вентилируемой воздушной прослойки на произвольной высоте "у";

кпв >кпн " сопротивления паропроницанию,соответственно, внутренней экрана) и наружной частей стены,м*чПа/кГ у - удельная влагоемкость воздуха, кГ/(кГ Па). КПВ - 1 + I + 1

Кпн = 1 рш + 1 /р.

где: р, ,рн -коэффициенты влагообмена, соответственно, у внутренней и наружной поверхностей вентилируемой

стены, кГ/ мгПа ч;

ftt.ni,, Дп.н - коэффициенты влагообмена, соответственно, у внутренней и наружной поверхностей вентилируемой воздушной прослойки,кГ/ м*Па ч.

Приведем уравнение (30) к виду,удобному для интегрирования, проведя ряд математических преобразований:

ег + )ду - Ипв !?пИ ^ <^(31)

е!к-,н) + ЯП5ен)] - Япв1?пндвТ} йе^

¿У

de

6 т/

ГСЙп»^- е^) + ( ¡?поевп,,- япвен )]

<МК„6 + Кпн)

• йе.

8пу

(32)

(33)

{? е. + й е„

ПН 6 пь ч

"блу

КпВ +

И-

Интегрируя обе части полученного уравнения .соответствен-

о

но, от 0 до "у" и от е0 до евпу .получим:

К п. + ^ , ЛЬ ПН 1

КпбКпиео Ч

бе,

Ыу

впу

(34)

бпу

Откуда:

КПВ +

ПН

у = - Ьп

кпнев+ Кпвен

Кпв + ^

к е„ -I- И еи пн 6 "в н

+ КП5ен

е„ -

Япв+ ^пи

Решая полученное уравнение относительно величины е( будем иметь:

Ила * Кпн .. г

■ --\ с

ПН 0

(35)

Злу

е. - е впу О

-(1 - е

вРпн

)

Как показали исследования докт. техн. наук профессора К Е Богословского для наружной вентилируемой прослойки справедливым' считается следующее соотношение:

+

_ Рпб + ЕпН р

)?пВСпн&1? СКПН +

е £ 1--у (36)

Применяя это соотношение для внутренней вентилируемой

воздушной прослойки, получим:

Я + й К е. + И еи

ПЧ пь ПН 6 пв н

% = е0( 1--у ) + - х

1,25 ё0 1?лв+ Япн

<Кпн +

X С 1 - (1--у )] (37)

1,251?„н1?ЛьТ} • кпи+ Кп6 СКпне«+ Йп6ен)^пн+ КпЬ) 68п = 6° ( 1 " "---У=

"" 1,251?пн1?те17 Во + Кпн) 1,251?пн!?пв^0

1'25®о^пн|?пв1?вв" Сео(Кпн+ - евВпн- ен нп6]

-- У -

1,25 Я„нНп6П & С ео(Кпн+ * еЛн" енКпВ] У

- ео ~ -

1.25 ^ ад в, (38)

При "у"=Ь получим значение упругости водяного пара воздуха прослойки у ее выхода в помещение:

£ е0(1?пн+ 1?№) - евЯпч- в„НпвЗ Ь

ев„я " е

1,25 КПк Во (39)

Если вентиляция внутренней прослойки осуществляется подогретым наружным воздухом,то е0 - ен . Тогда будем иметь :

( ев " ен) КпнУ

% = е н + --(4°)

1,25 Кпн НПВТ)

СКЛН< еб - ен) ] Ь .

е«„ь= е« - ' (41)

1,25 и^ад го

Как показывает анализ температурных полей,наиболее низкая температура устанавливается на поверхностях наружного ограждения у выхода воздуха из прослойки (или у последнего по ходу движения воздуха вентиляционного отверстия) . Так для наружной стены, наиболее низкая температура

устанавливается на поверхностях стены под перекрытием (потолком) , т.е. при "у"= h . Следовательно, в этом случае для предотвращения выпадения конденсата необходимо обеспечить следующие условия :

еб ^В etnh < ^в"11

где : Е& и EHíh -максимальные упругости водяных паров воздуха помещения и воздушной прослойки, соответствующие температурам внутренних поверхностей экрана и внешней части стены под перекрытием Предельно-допустимая упругость водяного пара е0пр ,Па с которой должен поступать воздух -во внутреннюю вентилируемую воздушную прослойку стены,будет определяться из выражения:

np [ е>™+ W - ee RnH - eHRna] h

Еи-е0Р- - (42)

1.25 RmR„bTi ь np i'25 RnHRn^01? EHBh- (%RnH+ eHRn&)h

Откуда: ej--(43)

1.25 R™ Rnbg0T} - (RnH + R-na ) h Относительная влажность такого воздуха будет : е"р

¿Р0 — - 100% (44)

Е0

где : Е0 -максимальная упругость водяного пара для температуры ,с которой воздух поступает в вентилируемую прослойку, Па.

Решая уравнение (42) относительно"^", можно получить формулу для расчета минимального требуемого удельного расхода воздуха gT0p, кГ /ч»м.п. в прослойке, исключающего выпадение конденсата на ее поверхностях:

ТР С ЧКпн + e«RnB) - <P(RnH+ Rne)]h go--:- (45)

1.25 RnHRnBT} (EH6h- e0np) Если условия для выпадения конденсата возникают,то их следует устранять повышением температуры вентиляционного воздуха на входе в прослойку или снижением его влажности.

Значения коэффициентов массообмена на'наружной и внутренней поверхностях прослойки можно определить,пользуясь зависимостью В. Каста и 0. Кришера между oL и J3 .

Так,для вертикальной ограждающей конструкции: -при ламинарном движении воздуха в прослойке:'

--» (а/0) (46)

(1 + 3 Х10 ^ср)с1°Л -при турбулентном движении воздуха в прослойке:

3'17 С

Р*п =-^-(0/>»)-(а/0) (47)

(1 + 6,52 х 10 ^ )dэ0•2 где с1 -эквивалентный диаметр вентилируемой прослойки,м; И -коэффициент диффузии водяного пара воздуха,мг/с; а -коэффициент температуропроводности, мг/с; Л -коэффициент теплопроводности водяного пара воздуха, Вг/м °С;

ТРЕТЬЯ ГЛАВА. В третьей главе представлены результаты теплотехнических экспериментальных исследований опытных фрагментов наружных стеновых ограждений в климатической камере, целью проведения которых являлось получение опытных данных о температурно-влажностном состоянии ограждающих конструкций с внутренней вентилируемой воздушной прослойкой для проверки теоретических положений проектирования, получения расчетных характеристик и определения эффективности влагозащитных свойств воздушной прослойки. Необходимые исследования были проведены в климатической камере НИИСФа на фрагменте ограждающей конструкции с внутренней вентилируемой прослойкой, выполненном в натуральную величину. Одновременно, для сопоставления испытывался обычный (без прослойки) фрагмент ограждающей конструкции.

В первом разделе главы представлена методика исследований, основу которой составляют "Рекомендации по проведению испытаний в климатической камере".

Во втором разделе главы приведено подробное описание конструкций исследованных фрагментов,которые были изготовлены в натуральную величину на Люберецком ДСК. При этом выбор материала фрагментов ( газобетон с обьемным весом X" -600 кГ/м5, толщина фрагментов 8" =180 мм и ширина Ь =1500 мм)и отказ от фактурных слоев были вызваны желанием получить более рельефное проявление воздействия среды испытаний на влаж-ностное состояние испытываемых конструкций за непродолжи-

тельный ( около 4-х месяцев ) период проведения исследований. Подчеркивается ,что второй (эталонный) фрагмент стены , испытываемый в камере для сопоставления результатов исследований,оставлен без каких-либо конструктивных изменений и представлял собой обычную стеновую газобетонную панель без фактурных слоев сплошного поперечного сечения.

В третьем разделе главы приведены теплотехнические показатели, характеризующие температурно-влажностное состояние фрагментов испытанных ограждений. Отмечено,что в процессе проведения экспериментальных теплотехнических исследований опытных фрагментов, установленных в климатической камере,определялись следующие теплотехнические и аэродинамические показатели показатели:

-температура и относительная влажность воздуха в холодной и теплой зонах камеры;

-температура по сечению и высоте опытных фрагментов; -температура и относительная влажность воздуха,поступающего в прослойку;

-температура и относительная влажность воздуха по высоте вентилируемой прослойки;

-тепловой поток,проходящий через опытные фрагменты; -скорость и расход воздуха в воздушной прослойке; -весовая влажность материала опытных фрагментов, (влажность материала опытных фрагментов устанавливалась в начале исследований, а затем через 30, 60, ' 90 дней и по их окончании путем отбора проб с помощью шлямбура в пяти слоях по выбранному поперечному сечению в 3-х уровнях по высоте фрагментов). •

В четвертом разделе приведены режимы исследований и соответствующие им полученные результаты . Отмечается,что в теплой зоне камеры были созданы условия , соответствующие условиям эксплуатации помещений с повышенной влажностью воздуха ( Ф6 >75%). Для поддержания в ней такого режима были установлены специальные нагревательные приборы и увлажнители воздуха, связанные с системой автоматической термовлагорегу-ляции, что позволило поддерживать в теплой зоне климатической камеры относительно постоянные,с небольшими отклонениями, значения температуры (Ц - 25-27 °С ) и относительной влажности воздуха (% =75-85%) в течение всего периода про-

ведения исследований. При этом в холодной зоне климатической камеры поддерживались параметры воздуха,характерные для наружной среды зимнего периода эксплуатации, а теплотехнические и аэродинамические параметры воздуха, поступающего в про слойку изменялись в процессе исследований следующим образом

-температура воздуха,поступающего в прослойку 10 от 35 до 37 °С;

-относительная влажность воздуха в прослойке от 20 ( на входе) до 25% (на выходе); -обьем подаваемого в прослойку воздуха й0от 90 до 450 м)ч -скорость воздуха на входе в прослойку от 0,3 до 2,5 м/с.

Низкое влагосодержание и относительная влажность возду-ха,поступающего во внутреннюю вентилируемую прослойку обес печивались вследствие низкого влагосодержания наружного воз духа,который поступал в прослойку после его предварительноп подогрева (испытания в климатической камере проводились в зимний период года).

Значения коэффициентов теплообмена поверхностей прослойки определялись по измеренному значению теплового потока q ,Вт/ч, при этом его величина изменялась в процессе исследований в зависимости от скорости подаваемого в прослойку воздуха от 22 Вт/ч (при у6п =0,3 м/с) до 55 Вт/ч (при у8п_-2,1 м/с). С целью уменьшения влияния случайных ошибок,проводилась статистическая обработка результатов измерений.

Анализ полученных опытных значений коэффициентов теплообмена для поверхностей вентилируемой прослойки свидетельствует о их различии для внутренней ("теплой" -обращенной в сторону помещения) и наружной("холодной"-обращенной в сторону ограждения)поверхностей,при этом коэффициенты теплообмена, полученные экспериментально .включают в себя,как конвективную,так и лучистую составляющее теплообмена между поверхностями прослойки. Учитывая это обстоятельство, сопоста вление полученных экспериментальных средних значений коэффи циентов конвективного теплообмена было произведено с соотве ствующими теоретическими показателями,полученными из крите риальных уравнений теплообмена для вертикальных каналов труб [см. ф(27)и (29)]. При этом средний коэффициент лучистог теплообмена между поверхностями прослойки принимался постоя ной величиной,определяемой по известной зависимости и равнс

для данного конкретного случая =3,3 Вг/мг °С.

Сопоставление экспериментальных данных коэффициентов конвективного теплообмена поверхностей вентилируемой прослойки с теоретическими показателями, полученными по формулам (27) и (29) , свидетельствует о их хорошей сходимости (отклонения не превышают 8,5 %).

Сравнение экспериментальных значений весовой влажности газобетона испытанных фрагментов показало,что в течение всего периода исследований во фрагменте стены с внутренней вентилируемой прослойкой наблюдался устойчивый осушающий режим(весовая влажность газобетона уменьшилась до расчетной величины,соответствующей условиям эксплуатации материала в сухом состоянии(условия "А" - по СНиЛ 11-3-79 *). В то же время, весовая влажность газобетона эталонного фрагмен-та(без прослойки) постоянно увеличивалась со средней скоростью увлажнения около 0,1 % в сутки и к концу исследований превышала расчетное значение весовой влажности материала в среднем в 3,5 раза

Таким образом,проведенными исследованиями впервые было экспериментально подтверждено,что внутренняя вентилируемая воздушная прослойка оказывает устойчивое осушающее воздействие на температурно-влажностное состояние всего ограждения в целом, что существенно повышает его теплозащитные качества и долговечность.

. ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА. В четверой главе приведены результаты экспериментальных теплофизических' исследований процессов тепло-и массообмена во внутренней вентилируемой воздушной прослойке. В первом разделе главы приведены результаты интерференционных исследований процессов теплообмена во внутренней вентилируемой воздушной прослойке на модели стенового ограждения с помощью интерферометра Маха-Цендера типа ИЗК-454. Исследования проводились с целью получения экспериментальных критериальных зависимостей необходимых для уточнения вычисления показателей коэффициентов теплообмена поверхностей внутренней вентилируемой прослойки. Интерференционные исследования проводились при различных режимах и параметрах воздуха,принудительно подаваемого в прослойку. Контроль за температурой стенок прослойки осуществлялся с помощью медь-константановых термопар, зачеканенных на по-

верхностях стенок. Изменение температуры,подаваемого в прослойку воздуха осуществлялось с помощью нагревателя из них-ромовой проволоки,вмонтированного в вентилятор, подававший воздух в прослойку. Расход воздуха измерялся и регулировался ротаметром. В процессе проведения экспериментальных исследований измерялась величина температур воздуха на входе и выходе из прослойки, а также значения температур поверхностей "холодной" и "теплой" стенок прослойки.Температура "холод-ной"стенки поддерживалась постоянной с помощью термостата. Фотографирование интерференционной картины и одновременные замеры температур производились только после того, как в модели вентилируемой прослойки стены устанавливался заданный стационарный тепловой режим. Определение температурных полей при расшифровке интерферограмм в полосах конечной ширины определялось по известной методике,а локальные коэффициенты теплообмена по высоте прослойки определялись по формуле:

ОСк.ь л.х- в (48)

где:Л-теплопроводность воздуха, Вт/ м °С;

8р-условная толщина пограничного слоя.м. Исследования процессов теплообмена производились в воздушной прослойке толщиной 50 мм при средних скоростях воздушного потока : 0,065 ; 0,16 ; 0,35 и 0,44 м/с ,при этом 0,42 х 105 < < 2,84 х 103). На основании проведенных исследований получены сжедующе критериальные уравнения, характеризующие процессы теплообмена во внутренней вентилируемой воздушной прослойке при ламинарном и переходном режимах движения воздуха в ней и при числе Рг.= 0,71 :

- для наружной ("холодной") поверхности прослойки

N4^- 0,69 !?е*5 (49)

откуда у6п

с*к.вл.н= ■ч-) (50)

Овл V

- для внутренней ("теплой") поверхности прослойки

Иих- 0,25 Не*" (51)

из которого - vfl оег

0,2 -¿%-(-у-) (52)

öftn. V

Отличия в полученных значениях коэффициентов теплообмена для внутренней и наружной поверхностей прослойки объясняются тем,что непосредственно у входа в прослойку и на расстоянии до 0,7 м по ее высоте происходит "отражение" потока воздуха от "теплой" стенки, что отчетливо просматривается в полосах "бесконечной"ширины. Для участка воздушной прослойки вне указанной зоны при вычислении коэффициентов теплообмена можно пользоваться формулами (27) и (29).

Во втором разделе главы.4 приводятся результаты исследований процессов массообмена во внутренней вентилируемой воздушной прослойке с помощью лазерной полупроводниковой инфракрасной установки. Исследования проводились с целью уточнения принятых в инженерной методике расчета массооб-менных коэффициентов " р "у наружной поверхности внутренней вентилируемой прослойки. Теоретические предпосылки измерения влажности воздуха в прослойке основаны на том,что практически молекула любого газа,в том числе и паров воды,имеет колебательно-вращательную полосу поглощения электромагнитных колебаний в инфракрасном диапазоне волн. По этой причине мощность лазерного луча,прошедшего через поглошдемый газ,зависит от концентрации этого газа. Измеряя падение мощности лазерного луча и зная величину сечения поглощения исследуемого газа и длину трассы лазерного излучения,можно определить среднюю концентрацию любого газа Для водяного пара имеется целый ряд линий поглощения в инфракрасном диапазоне электромагнитных колебаний,настраиваясь на одну из которых с помощью полупроводникового лазера можно проводить измерения концентрации паров влаги в воздухе.

Для проведения исследований по массообмену применялась комплексная лазерная установка,в которой наряду с блоком полупроводникового инфракрасного лазера,предназначавшегося непосредственно для измерения градиента концентрации водяных паров воздуха,был применен блок,состоящий из лазерной газоразрядной трубки типа ЛГ-126,оптической призматической системы и специальных зеркал и оптических линз, предназначавшийся для одновременного измерения скорости движения воздуха в прослойке, которая определялась на основе фиксирования скорости перемещения естественных малоинерционных пылинок, постоянно присутствующих в воздухе. При этом частота

прохождения пылинок через специально оттарированную оптическую решетку фиксировалась анализатором спектра, а скорость движения воздушного потока в прослойке определялась по формуле:

V- Го / 10) (53)

где:

-частота,Гц;

10 / -увеличение оптической системы;

с1р -расстояние между линиями решетки, период оптической решетки,м. Перед проведением эксперимента по масеообмену был проведен тарировочный опыт. Сзтой целью в исследуемый обьект были помещены специальные сосуды(бюксы),в которых с помощью насыщенного раствора солей ^СЬ х 6Н20; ИаВг ; К250/, поддерживалась постоянная относительная влажность (30, 60 и 90Х). По результатам эксперимента был построен тарировочный график зависимости величины сигнала, поступающего на фотоприемник от относительной влажности воздуха.

Исследования проводились на модели стенового ограждения, состоящего из жестко соединенных между собой с воздушным зазором двух асбестоцементных листов,на одном из которых был закреплен теплоизоляционный слой толщиной 100 мм (резольнофенолформальдегидный пенополистирол объемным весом ¡Р=50 кГ/м1),таким образом,что толщина вентилируемой прослойки составила 40 мм. Подача воздуха в прослойку осуществлялась вентилятором. "Свободная" плита была снабжена плоским электронагревателем из нихромовой проволоки. Перед началом исследований теплоизоляционный слой был увлажнен,его весовая влажность составила 21,5 % ,что превысило расчетную по СНиП I1-3-79 * для условий эксплуатации "Б" ( С06=20%). Исследования проводились при 4-х режимах: -отсутствии принудительной вентиляции (естественная вентиляция прослойки);

-при принудительной вентиляции прослойки и средних скоростях воздушного потока в ней: 0,1; 0,3 и 0,5 м/с (при этом 0,52 х 10Э< Яе < 2,58 X 105).

В результате проведенного комплексного эксперимента было получено распределение скоростей, воздушного потока, температур и парциального давления водяного пара воздуха

прослойки по ее толщине на различном расстоянии от поверхности увлажненного теплоизоляционного слоя. При этом коэффициент массообмена у наружной поверхности вентилируемой прослойки определялся из выражения: D (dP/dx)

/«.„.«=• --(54)

Рлса. - Рср.

где: РЛ06 и Рср -парциальные давления водяного пара .соответственно,у наружной поверхности прослойки и в середине устана-вившегося (постоянного) потока.Па; dP/dx -изменение концентрации водяного пара в воздухе прослойки по ее толщине (по направлению от наружной поверхности прослойки),Па/м; D -коэффициент диффузии водяного пара воздуха,мг/с .

По полученным значениям коэффициентов массообмена определялся диффузионный критерий массообмена - число Шервуда (Sh) (аналог диффузионного критерия Нуссельта Nu )по формуле:

_ Дп.А 2%.пАп.и Sh -------(55)

D D

Функциональная критериальная зависимость определялась в виде степенной функции :

Sh - с Re* So" (56)

где Sc =—— - число Шмидта (аналог диффу-

D зионного числа Прандтля Рг )

с,п,ш -безразмерные числа; показатели пит были определены из графиков, построенных в логарифмических координатах, а значение постоянной "с" было определено из уравнения:

Sh

с----(57)

n — m

Re Sc

В результате было получено критериальное уравнение в виде:

- 26 ---05" --0.33

БИ - 0,69 Ие Бс

откуда: у6п ^

Дли" °'48 (-—-) (59)

Полученная критериальная зависимость (58) хорошо согласуется с экспериментальными данными по теплообмену ряда зарубежных и отечественных исследований,в которых средний коэффициент теплообмена пропорционален числу Прандтля в степени 0,33.

Учитывая,что полученное по формуле (59) значение коэффициента массообмена также хорошо согласуется с формулой (50) для коэффициента конвективного теплообмена наружной поверхности внутренней вентилируемой воздушной, прослойки, значение коэффициента массообмена для внутренней поверхности прослойки можно получить из формулы (52).пользуясь при этом зависимостью В.Каста и 0. Кришера мевду(Хк6п,и ]38п . Таким образом, значение коэффициента массообмена для внутрен не8и^г£е нтилируемой воздушной прослойки можно определить из выражения:

Дав- °'2 Кп.^ НО /Л)(а /О )" (60)

где показатель "п" - имеет то же значение,что в формулах (46) и (47).

Полученные в формулах (59) и (60) значения коэффициентов массообмена Д„.Б и Д„.н отнесены к разности концентраций и имеют размерность [м/с] . Для того, чтобы получить коэффициенты массообмена,отнесенные к разности парциальных давлений, необходимо воспользоваться следующим соотношением: _

Дп.-Дл.!?п т (61)

где: 1?п -универсальная газовая постоянная водяного пара, Дж/кГ °К или (н«м/кГ °Ю Т -температура поверхности прослойки,°К. откуда: _ а

- (62) Нп Т

в которой имеет размерность в См/с]. ,а коэф-

_ . - 27 -

фициенту С Д.„.] соответствует размерность в С кГ/Па мгс] или С кГ/н с ].

Полученные экспериментальные значения и формулы для расчета локальных коэффициентов массообмена в диффузионном пограничном слое уточняют,таким образом , инженерный тепло-физический метод расчета и используются в числе других теплотехнических показателей в разработке алгоритма и программы расчета на ЭВМ .приведенной з главе 5.

ПЯТАЯ ГЛАВА. В пятой главе разработана программа теплотехнического расчета наружных ограждающих конструкций зданий с внутренней вентилируемой воздушной прослойкой на ЭВМ. Результаты расчета включают определение,как температуры воздуха, поступающего в вентилируемую воздушную прослойку, так и предельно-допустимого значения упругости водяного пара на входе в прослойку,при которых ,во-первых,исключается выпадение конденсата на поверхностях прослойки,и во-вторых,обеспечивается требуемый воздушно-тепловой режим помещения. Кроме того , разработанный алгоритм программы расчета позволяет определять среднеинтегральные значения температуры и упругости водяного пара воздуха по высоте (вертикальной) или длине(горизонтальной) внутренней вентилируемой воздушной прослойки стены или покрытия ,а также локальные значения температур поверхностей прослойки и упругостей водяного пара воздуха в ней,что позволяет определять возможные зоны конденсации водяного пара на поверхностях прослойки. Программой предусматривается и определение некоторых экономических показа-лей выбранного типа конструкции, которые рассчитываются на основании новой экономической концепции энергоресурсосбережения, подробно освещенной в шестой главе. Экономический расчет предусматривает определение таких показателей ,как сто-мость сбереженной за расчетный период эксплуатации тепловой энергии, срок окупаемости дополнительного слоя(внутреннего экрана) .единовременные, эксплуатационные и приведенные затраты. Программа также позволяет оптимизировать в заданном интервале толщину прослойки,при этом задача одномерного поиска оптимального решения осуществляется методом дихотомии,а в качестве минимизируемой целевой функции , выбрана разность между значением упругости водяного пара воздуха на входе в прослойку и 1/2 ее предельно-допустимого значения,т. к. ,как показали

многочисленные расчеты,для обеспечения устойчивой работы системы вентиляции и/или воздушного отопления помещения,т. е. создания необходимого запаса по температуре, который обеспечивал бы разность между минимальным значением температуры наружной поверхности прослойки у ее выхода и значением температуры точки росы для этой поверхности не менее 4 -х°С.

Таким образом,задача одномерного поиска сводится к минимизации функции вида:

, пр, ^лЛ^оЧ ЕнЫ,-(еЛн+ енКПВ>Ь

F(x)-|80 - 0,5ео |=е0--- (63)

2'50 Rn«RmM -2(Rn„+RnB)h

при этом х =6"8д ,а значения параметра "х" заключены в интервале: ач< х N< b .

Учитывая, что при вычислении целевой функции в двух точках интервала неопределенности,последний можно сузить таким образом,что он будет минимальным,в качестве эффективного метода поиска применен метод дихотомии. При этом,в случае,если: F(x,) > F(x2) , то новый интервал неопределенности будет: Z, -2, + z2

Если же при вычислении значений целевой функции окажется, что F(x,) < F(x2) , то новым интервалом неопределенности станет: Zj "Zj + Zj

Таким образом, задача сводится к тому,чтобы одновременно минимизировать Z, и Z2 при следующих условиях:

Z - z, + z2 + z3 z,> 0, z2> 0, Zj> О Тогда- Z - z, - min

Z - z3 = min = £

где S- 0,0001-0,00001

z, - 6/2 = Z/2 Zj- 6/2 = Z/2 f = 1/2 + £ /2

где f -коэффициент дробления интервала неопределенности Z (при£-«-0 , f—<-1/2 ,а оптимум будет соответствовать решению z, - z3 - 1/2 Z ).

- 29 -

ШЕСТАЯ ГЛАВА. В шестой главе приведен расчет технико-экономической эффективности применения внутренних вентилируемых воздушных прослоек в наружных ограждающих конструкциях зданий с повышенной влажностью воздуха внутри помещений. Расчет выполнен на примере устройства вентилируемой воздушной прослойки у внутренней поверхности наружной кирпичной стены зала плавательного бассейна базы отдыха "Энергетик" в г. Конаково Тверской обл.

Расчет выполнен на основе новой концепции энергоресурсосбережения, разработанной докт. техн. наук, профессором Г. С. Ивановым и заключается в определении стоимости устройства дополнительного слоя (экрана) С( т), стоимости сбереженной при этом тепловой энергии С(Р),срока окупаемости конструк-ции(Т0к).а также в вычислении единовременных C(D), эксплуатационных^!^) и приведенных(РЯ2) затрат сравниваемых вариантов конструкций за расчетный период эксплуатации И=20лет).

В качестве базового варианта (для сопоставления) была использована обычная невентилируемая кирпичная стена, в которой в качестве защиты от увлажнения применяется окле-ечная парогидроизоляция из двух слоев руберойда на битумной мастике. Сравнение двух типов конструкций производилось в совокупности с применяемой системой отопления зала плавательного бассейна,в котором,исходя из эксплуатационных требований, были заданы следующие параметры внутреннего воздуха (средняя температура воздуха t8 =28 "С, относительная влажность = 70 %). В качестве типа системы отопления применительно к конструкции стены с внутренней вентилируемой воздушной прослойки был выбран вариант воздушного отопления. Для невентилируемой конструкции стены рассматривались два варианта отопления - воздушное и радиаторное.

В результате проведенного расчета оказалось,что .количество сбереженной тепловой энергии за расчетный период эксплуатации оказалось наибольшим для вентилируемой конструкции стены при использовании внутренней вентилируемой воздушной прослойки в качестве воздуховода подачи воздуха при воздушном отоплении помещения с частичной рециркуляцией воздушного потока, а наименьшим для невентилируемой конструкции при устройстве радиаторного отопления зала бассейна. В то же время,

срок окупаемости для конструкции с внутренней вентилируемо] воздушной прослойкой оказался почти в 4 раза меньше,чем д. невентилируемого ограждения,а приведенные затраты за расчет ный период эксплуатации при использовании наружной ограждш щей конструкции с внутренней вентилируемой воздушной прослс кой оказываются почти в 1,5 раза меньше, чем при применен! традиционных,широко используемых в строительной практике ш вентилируемых ограждений с обычной парогидроизоляцией.

СЕДЬМАЯ ГЛАВА. В седьмой главе представленьГ'Рекоменда-ции по применению внутренних вентилируемых воздушных прослоек в наружных ограждениях зданий с повышенной влажностьк воздуха внутри помещений".

В первом разделе главы приведены "Общие положения", где раскэтрены вопросы применения и область распространена разработанных "Рекомендаций". Отмечено,что они распространяются на все типы ограждающих конструкций,эксплуатируемых I условиях повышенной влажности воздуха внутри помещений I предназначены для работников проектных организаций и инженерно-технического персонала,занимающегося вопросами технической эксплуатации зданий и сооружений.

Во втором и третьем разделах главы представлены требования по устройству внутренних вентилируемых воздушные прослоек,соответственно,в наружных стенах и конструкция? совмещенных покрытий и алгоритм теплотехнического расчета параметров воздуха, поступающего во внутреннюю вентилируемую прослойку, при которых,во-первых,исключается конденсационное увлажнение огравдаюших конструкций,и,во-вторых,обеспе чивается требуемый воздушно-тепловой режим помещения. Подчер кивается.что в эксплуатируемых зданиях воздух в вентилируемую прослойку необходимо подавать от существующей системы механической вентиляции здания. В случае необходимости параметры поступающего в прослойку воздуха следует откорректирс вать исходя из обеспечения осушающего режима конструкции. Щ этом,при использовании вентилируемой воздушной прослойки I качестве воздуховода системы воздушного отопления с частичной или полной рециркуляцией воздушного потока,необходимс предусмотреть устройства для осушения воздуха,поступающего вентилируемую прослойку. Отмечается , что для этой цели могут применяться воздухоосушительные устройства,работающие \

основе твердых и твердо-жидких сор|5ентов(например,силикаге-левые и хлористокальциевые осушительные фильтры и сменные кассеты).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана инженерная методика теплотехнического расчета параметров наружных ограждающих конструкций зданий с внутренней вентилируемой воздушной прослойкой, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности воздуха внутри помещений.

2. Проведены теплотехнические экспериментальные исследования фрагмента наружного стенового ограждения здания с внутренней вентилируемой воздушной прослойкой в климатической камере,которые подтвердили теоретические предпосылки о высокой степени осушающего воздействия воздуха внутренней вентилируемой прослойки на температурно-влажностное состояние ограждения в целом;

3. Проведены лабораторные интерференционные исследования процессов теплообмена во внутренней вентилируемой воздушной прослойке на модели стенового ограждения с помощью интерферометра ИЗК-454,в результате которых получены критериальные уравнения для расчета коэффициентов теплообмена для наружной и внутренней поверхностей вентилируемой прослойки;

4. Проведены лабораторные теплофизические исследования процессов массообмена во внутренней вентилируемой прослойке модели стенового ограждения с помощью лазерной полупроводниковой инфракрасной установки , которые выявили высокую эффективность лазерных бесконтактных методов измерений;при этом установлено,что использование лазерной полупроводниковой установки позволяет значительно повысить точность измерений, а применение тонкого инфракрасного луча дает возможность измерить градиенты влажности у поверхности вентилируемой прослойки(в пограничном диффузионном слое) с разрешающей способностью 1 мм - получены критериальные зависимости, описывающие процесс массопереноса в пограничном диффузионном слое воздушной прослойки,которые хорошо согласуются с экспериментальными данными по тепломассообмену ряда отечественных и зарубежных исследователей в области строительной теплофизики;

5. Разработана физико-математическая модель процессов тепловлагопереноса в ограждающих конструкциях с внутренней

- 32 -

вентилируемой воздушной прослойкой;

6. На основе разработанной методики теплотехнически расчета наружных ограждающих конструкций зданий с внутре* ней вентилируемой. воздушной прослойкой создан алгоритм разработана программа расчета таких ограждений на ЭВМ;

7. Разработаны новые технические решения по применею внутренних вентилируемых воздушных прослоек в наружных ог раждениях зданий, имеющих помещения,как с повышенной влах ностью внутреннего воздуха,так и с избыточным давление внутреннего воздуха по отношению к наружному ;

8. Расчет технико-экономической эффективности по испо.1 зованию наружных ограждающих конструкций с внутренне вентилируемой воздушной прослойкой показал, что при примек нии последней в качестве воздуховода подачи воздуха пр воздушном отоплении помещения в системах с частичной ш полной рециркуляцией воздушного потока,приведенные затрать за расчетный период эксплуатации снижаются почти в 1,5 раэ по сравнению с использованием обычной невентилируемой коне трукции и уст&йстве при этом широко применяемого радиатор ного отопления.

9. Разработаны Рекомендации по практическому использс ванию внутренних вентилируемых воздушных прослоек наружных ограждающих конструкциях зданий с повышенной влал ностью воздуха внутри помещений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Черемисов КМ., Козлов В. А. Рекомендации по воздушне парогидроизоляции наружных стен. /Инструкция по эксплуатащ' жилых зданий в Северной климатической зоне. М,. Стройиг дат, 1987 г. с. 186-191.

2. Руководство по защите наружных ограждающих конструь ций зданий ж. д. транспорта от увлажнения. /Черемисов К. М. , Козлов В. А. .Суров Ю. А. .Тихонов В. Г. М. .Транспорт, 1987г. 80 с

3. Черемисов К М. , Козлов В. А. Проектирование наружнь стен ж. д. зданий с мокрым режимом эксплуатации. М. ,МИИТ, 19£ г. ,56 с. , илл.

4. Черемисов К. М. .Козлов В. А.,Суров Ю. А. Новый спосс парогидроизоляции наружных ограждающих конструкций/Аннот! рованный перечень научно-технических разработок вуз<

г. Москвы,предлагаемых для внедрения в практику строительства. М. , ШСИ, 1988 г. , С. 32-33.

5. Александровский С. В. , Хомутов А. Ф. , Козлов В А. , Черемисов К. М. Экспериментальные исследования теплотехнических свойств стен с парогидроизоляцией в виде вентилируемой прослойки. /Сборник трудов НИИСФ "Исследования по строительной теплофизике". М. ,1984 г. ,с. 56-62.

6. Черемисов К. М. , Козлов В. А. Воздушная парогидроизоля-ция наружных ограждающих конструкций. /Труды МИИТа и Московской ж. д. М. ,ШИТ, 1983г. , вып. 740, с. 129-130.

7. Черемисов К. М. , Козлов К А. , Суров Ю. А. Надежный способ парогидроизоляции бесчердачных крыш мокрорежимных железнодорожных зданий. Депонированная рукопись. Дел. N5813, ВНИИС.вып. 5,1985 г.

8. Черемисов К. Е .Козлов К А.,Суров Ю. А. Воздушная па-рогидроизоляция ограждающих конструкций животноводческих зданий. Депонированная рукопись. Деп. N7002,ВНИИС.вып.1,1987г.

9. Авторское свидетельство СССР N 1518466 "Способ осушения стен реконструируемых зданий с мокрым режимом эксплу-атации"/Черемисов К М. Козлов В А. , Хомутов А. Ф. , Суров ¡0. А. , В. И. N 40,1989 Г. .с. 149.

10. Авторское свидетельство СССР N 1730383 "Способ осушения стен зданий с влажным и мокрым режимами эксплуатации/Хомутов А. Ф., Козлов К А. Б. И. N 16 ,1992 Г.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Ц -температура воздуха внутри помещения, "С; ^ -температура наружного воздуха, °С ; 10 -температура воздуха,поступающего в вентилируемую прослойку, °С ; -температура воздуха на произвольной высоте "у"; ^ -температура воздуха на выходе из прослойки, "С; Цу -температура внутренней поверхности зкрака, °С; -температура внутренней поверхности воздушной прослойки,°С; 1Н1у -температура наружной поверхности воздушной прослойки, "С;

Рн, Р6 , ^-давление воздуха, соответственно, наружной среды, помещения и во внутренней вентилируемой прослойке,Па; е„ -упругость водяного пара наружного воздуха,Па; е, -упругость водяного пара воздуха помещения,Па; е0 -упругость водяного пара воздуха,поступающего в прослойку, Па;

- 34 -

Е0 -максимальная упругость водяного пара воздуха,

поступающего в прослойку,Па; ебау -упругость водяного пара воздуха на произвольной

высоте "у",Па; еепк -упругость водяного пара на выходе из прослойки,Па; е0"Р -предельно-допустимая упругость водяного пара воздуха, поступающего в вентилируемую прослойку,Па; ¡Ро"'-предельно-допустимая относительная влажность воздуха, поступающего во внутреннюю вентилируемую прослойку, % ;

Чпср • ®влср -среднеинтегральные значения,соответственно,температуры воздуха (°С ) и упругости водяного пара, (Па) внутренней вентилируемой воздушной прослойки; §бл. -толщина прослойки,м; (Зэ -эквивалентный диаметр прослойки,м; Ь -высота прослойки,м;

g0 -удельный (массовый) расход воздуха,кГ/ч-м; I -характерный геометрический размер,м; с -теплоемкость воздуха,Дж/кГ°С; т> -влагоемкость воздуха,кГ/(кГ«Па); у -плотность воздуха,кГ/м5 ; Л -коэффициент теплопроводности,Вт/м °С; т) -коэффициент, кинематической вязкости воздуха,м^/с; I) -коэффициент диффузии, м2/с; О- -коэффициент температуропроводности, м2/ с ;

Коб'Кон "С0ПР°тивления теплопередаче,соответственно,внутренней (экрана) и наружной частей ограждающей конструкции, м* Чс/Вт;

Киб' Кин "С0пР0,гивления воздухопроницанию внутренней (экрана) и наружной частей ограждающей конструкции, м2ч»Па/кГ; о1л$п -коэффициент лучистого теплообмена поверхности внутренней вентилируемой воздушной прослойки,Вт / мг °С; -коэффициент конвективного теплообмена поверхности внутренней вентилируемой воздушной прослойки,Вт/мг Ъ; локальное значение коэффициента конвективного тепло-■ обмена в сечении "х" вентилируемой прослойки,Вт/мг "Ь; в-общий коэффициент теплообмена внутренней ("теплой") поверхности воздушной прослойки,Вт /м4 'Ь; О^впн -общий коэффициент теплообмена наружной("холодной") поверхности воздушной прослойки, Вт /м2 °С;

^Ь'рк -коэффициенты паропройицаемости,соответственно,внутренней (экрана) и наружйой частей ограждающей конструкции, кГ/ м Па ч; "

(5пв,Рпн -сопротивления паропро'ницанию,соответственно,внутренней

(экрана) и наружной частей ограждающей конструкции, м2ч Па/кГ;

, ^«-коэффициенты объемного и концентрационного расширения, 1/°С,1/Па;

-коэффициент массообмена,отнесенный к разности концентраций водяного пара, ..м/с;

Д„ -коэффициент массообмена, отнесенный к разности парциальных давлений водяного, пара, кГ/м*Па ч ;

Ец^-максимально-допустимая упругость водяного пара при температуре наружной поверхности прослойки у ее выхода,Па;

-универсальная газовая постоянная водяного пара,Дж/кГ°К (Н«М/КГ°К);

-разность между температурами поверхности ограждения и помещения,"С;

110 - величина сигнала,поступающего на фотоприемник,В;

ёр - шаг,рптической решетки,м;

% - частота,Гц;

^ - ускорение силы тяжести (ср-9,81 м/с2).

КРИТЕРИИ

- Грасгофа;

- Нуссельта;

- Рейнольдса;

- Прандтля;

-Шервуда (аналог Ыи-массообм.) 1»1

-Шмидта (аналог Рг-массообм.)