автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Нестационарный массоперенос в строительных материалах и конструкциях при решении проблемы повышения защитных качеств ограждающих конструкций зданий с влажным и мокрым режимом

Г6 од

, О CCÜ jijwЛ

ГОССТРОЙ к>

Научко-псслэдовэгэлъснпЛ лнстягуг сггюлгельной фазикл - к И 'Л со -

На правах еукопяси

Кандидат технических наук ЛУКЬЯНОВ ВНК1А.\С!Н ЩДХШЧ

УДК.536.2:691* 69.022

Н^СТАКЮгМИйЛ ÍUCOTIEFEHOC В СТРОИТНЯЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ II КОНСТРУКЦИЯХ ПУЛ Р213Ш ПРОБЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЗАШТНИХ КАЧЕСТВ ОГРАЕДАЩК КОНСТРУЛЖ 32AKÍ1 С ВГЛ2Ш И МОКРЫМ РЕЗШ.! . •

Специальность 05.23.01 - .Стэоятельлкэ конспекта,

здания и оооиуаоюя

А в г о se Je в а г

двссввгацяа на cozcKasize учено! степени яокгоца гзхкаческах каук

МоС КЛ 2

- 1993

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте строительной физики Госстроя Р5 и Московском государственном университете путей сообщения.

Официалша оппоненты: - доктор гехкяеских наук,

прсфоосор хгшти Ю.И.

- доктор технических наук, профессор. чл.-корр, РААЛ1-ТАБУНЩИКОВ Ю.А.

- доктор технических наук, профессор СЕШШВ В.П.

Ведущее предприятие - ЕШосстрой Мосстройкоматета

Защита состоится " Ъ " октября 1993 г. л М чао. на заседании специализированного совета Д 114.05.08 при МГУ ПС.по адресу: 10Г475, Москва, А-55, Ул. Образцова,15, ауд. ШУ .

С диссертацией можно ознакомиться а библиотеке университета.

Автореферат разослан "_авщста 1993 г.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, проота направлять по адресу специализированного Совета.

Ученый секретарь

специализированного Ссзета

ОЫЦШ Ш'АКТЕРИС'ПЖ РАБОТУ

Актуальность работы. Программа улучшения жилкцных условий населения России предопределяет резкое увеличение жклицного строительства и строительства объектов соцкультбыта и необходимость снижения затрат на проведение ремонгно-восстановительных работ промышленных объектов. Значительное место среди них занимают объекты пищевой, текстильной, целлюлозно-бумажноЯ промышленности и др., характеризующиеся технологическими процессами с большими вла-говыделения!«!. Одним из направления снижения затрат является применение ограядащих конструкций с улучшенными зьдитными качествами в том числе и повызенной долговечностью в зданиях с влажным н мокрым режимом.

Технологические процессы, сопровоздайциеся высокими уровнями тепло- и влаговыделений, явлпптся, как правило, причиной неб -лагоприятных условий эксплуатации ограждащкх конструкция, в особенности стен и покрытия зданий.

Преждевременное разрушение стеновых конструкций, которое, в основном обусловливает существенное увеличение эксплуатационных расходов (по данным ЦНИЩюмзданиЯ на Байкальском ЦЗ и Сегеяском ЦБК через 3-5 лет эксшуагации эти расходы достигли их первоначальной стоимости), предопределено высоким влагосодерханием материалов этих конструкций. Проведение мероприятий, направленных на снижение вяагосодержания наружных стен, например, организация ве- ( нтилируемых воздушных каналов в них, существенно влияет на увеличение долговечности. Поэтому распределение влагосодержания материалов в ограждения может принять статус одного из его контролируемых параметров.

Таким образом, прогнозирование влажностного состояния конструкций, как параметра состояния конструкции, может и должно стать

тем элементом, который будет упреждать бесконтрольное проектирование производственных зданий с влажным и мокрым режимом.

Достаточный описанием необходимой данных, используемых при адекватном математическом моделировании в решении проблемы повышения долговечности огравдащих конструкций, является пространственно-временное распределение телло-влагофизических характеристик материалов и климатологических данных, установленное с необходимой точностью и обеспеченность«}, и наличие данных по экономическому аспекту этой проблемы. Однако при математическом моделировании больших систем, к которым относится и рассматриваемая проблема, в силу необходимости приходится использовать своего рода "удовлетворительное описание", в котором некоторые из указанных данных представлены приближенно с достаточно высокой погрешностью, а 'данные

«

по экономическому аспекту могут вообце отсутствовать'. Поэтому разработка математической модели повышения долговечности ограждающих конструкций при удовлетворительном описании, позвол^ей прогнозировать их тепло-влажностный режим в различных условиях эксплуатации зданий, является той необходимостью, которая будет способствовать проектированию эффективных конструктивных решений зданий как с позиций удовлетворения санитарно-гигиеническим требова-' ниям, так и с экономических позиций.

Основной целью работе является разработка адекватной математической модели массопереноса в огравдащих конструкциях здашй на основе гидродинамической теории фильтрации и мотодов оптимизации параметров модифицируемых конструкций для позышения защитных . качеств в том числе и долговечности этих конструкций зданий с• влажным и мокрым режимом.

В соответствии с поставленной целью необходимо было резкть следующие задачи:

I. Провести анализ существующих методов описания взаиыодейст- '

- о -

вия влаги с пористыми средами и кз его основе разработать мате:га-тическуп модель влагопереноса в строительных материалах с учетом специфики их пористой структуры.

2. Разработать математическую модель теплс-шссопереноса в ограждающих конструкциях зданий и создать на ее основе алгоритм и методы расчета температурно-влажносгных полел конструкции.

3. Разработать методы определения коэффициентов влагопереноса .строительных материалов и модельных тел при наличии градиентов вла-госодержания, температуры, водорастворимых компонентов, а также установить зависимость этих коэффициентов от влагоссдержания, температуры и концентрации растворимых компонентов и их градиентов.

4. Выполнить теоретические и экспериментальные исследования по определению влажностных полей наружных стен с учетом влияния стыковых соединений при различных уровнях их воздухопроницаемости.

5. Разработать математическую модель оптимизации параметров ограждающей конструкции с повыпенноя долговечностью зданий с влажным и мокрым режимами.

6. Выполнить расчет и анализ температурных и влажностных полей наружных стен с вентилируемыми воздушными прослойками или каналами зданий с мокрым режимом.

7. Разработать инженерные методы теплофизического расчета вентилируемых стен производственных зданий с влажным и мокрым режимами в том числе и с использованием тепла вентиляционных выбросов

на основе результатов расчета их влажностных полей.

8. Разработать рекомендации по проектирования оградцаюцих конструкций с повышенной долговечностью с учетом районирования и особенностей технологии производства.

9. Разработать методические основы для оценки экономической эффективности мероприятий по повышению долговечности ограздапцих конструкций зданий и установлению экономически целесообразного сред-

него значения влагосодержгния нерудного слоя этих конструкций.

Теоретические исследования, приведенные в диссертации, выполнены непосредственно автором, экспериментальные - при участии и под руководством автора совместно с сотрудниками и аспирантами МаиТ (1972 - 1979 гг.), НИИС5 (1965 - 1971 и 1930 - 1990 гг.), исследования порового пространства выполнены на Геологическом факультете МГУ им. М.В.Ломоносова.

Основная часть исследований выполнена по программам научно-технических, проблем Госстроя СССР (0.55,01, 0.Ц.031 ).

Научная новизна заключается в репении актуальной проблемы повышения защитных качеств ограждаацих конструкций зданий с влажным и мокрым режимом помещений с использованием конструктивных мероприятий, разработке инженерно-технических меуодов теплофизичес-кого расчета и конструирования вентилируемых стен; в разработке математической модели нестационарного тепло-массопореноса в огра-вдащих конструкциях зданий на основе гвдродинаыической .еории фильтрации в пористых средах; в установлении критериальной формы представления указанной математической модели в тон числе и для слоистых конструкций; в разработке абсолютно устойчивой разностной краевой задачи с разрывными коэффициентами, решение которой сводится к решению соответствующей дифференциальной краевой задачи; в разработке новых методов определения коэффициентов влагопе-реноса строительных материалов; в выявлении зависимостей коэффи- .

циентов влагопзреноса материалов от их водотасыценности; в устра-

»

новлении аналитической зависимости .указанных коэффициентов от градиента влагосодержания материалов; в выявлении функции плотности распределения эквивалентного гидравлического радиуса, характеризующей лоровое пространстве строительных материалов; в разработке ячеистой модели порового пространства материалов, с помощью которой рассчитаны коэффициенты влагопереноса легких и ячеис-

тых бетонов; в разработке математической модели оптимизации параметров модернизируемых вентилируемых ограждающих конструкция с повышенным уровнем защитных качеств зданий; в 'разработке предложений по нормировании сопротивления паропроницанию ограждающих конструкций с высоким уровнем их долговечности; в создании конструкции наружной вентилируемой стены с высовим уровнем долговечности; в разработке методической основы для оценки экономической эффективности мероприятий по повышении долговечности ограждающих конструкций здания.

Практическая ценность работы. Результаты работы послужили основой разработки "Руководства по расчету влакностного режима огра-вдащих конструкций здания", "Рекомендаций по расчету и конструированию вентилируемых стен промышленных здания с влажным и мокрым режимами", использованы при разработке новоЯ редакции главы СНиП "Строительная теплотехника".

Результаты исследований использованы при проектировании зданий картонных фабрик в гг. Набережные Челны, Кипннев, при разработке проектов наружных стен на основе утепленных виброкирпичных панелей жилых зданий и др.

Методы теллофизического расчета ограздаодих конструкциям! определения влагофизическнх характеристик материалов, разработанные в диссертации,использованы научными и проектными институтами (ПИ-2, УКРГЛЛРОБУМ),КйЕйБ :: др.) при проектировании типовых конструкция.

Основные результаты работы по тепе диссертации опубликованы в двух монографиях, 5-ти авторских свидетельствах и 39 научных статьях. ¡Материалы диссертации доложены на конференциях по долговечности строительных конструкций в гг. Севастополе (1963), Киеве (1985), Ленинграде (1988), диссертация апробирована на семинаре ".Механика г:ем;;ез;::;:;ет;:;х материалов" КС! .Механики при .МГУ им. М.3.Ломоносова (1992).

Нз защиту выносится:

- математическая модель влагопереноса в строительных материалах, основанная на гидродинамической теории фильтрации с учетом влияния нелине Кносгей, особенностей поровой структуры материалов и условий эксплуатации ограждаюцих конструкция зданий;

• - методы определения коэффициентов влагопереноса строительных материалов;

- математическая модель нестационарного теплокассопереноса в огравдакцих конструкциях зданий при совместном переносе тепла и влаги в жидкой и парообразной фазах с учетом фазовых превращений вода пар, вода ^глед и возможного трецинообразования в стыковых соединениях, "представленная в критериальной форме, реализованная с использованием интегро-интерполяционного метода и подтвержденная результатами экспериментального и теоретического исследований влажностного состояния огравдахщих конструкций;

- .математическая модель оптимизации параметров наружи'-х стен с повышенными защитными качествами зданий с влажным и мокрым режимами;

' - инженерные методы теплофизического расчета ограждающих конструкций зданий с влажным и мокрым режимами.

СОДЕШНИЕ РАБОТЫ В первой главе дан краткий обзор состояния и развития теории шесопереноса в пористых средах, к которым относится и большинст- • во строительных материалов, а также обзор конструктивных решений вентилируемых стен, внедрение которых в' строительство производственных зданий является одним из эффективных 1утей по повышению защитных качеств ограждающих конструкций зданий.

. Отмечая аналогию между строительными материалами, поровое пространство которых частично заполнено жидкость» и частично во-

здухом, почвами, верхний слой которых большую часть времени находится также в ненасыщенном состоянии, и нефтеносными породами, по-ровое пространство которых частично заполнено нефтью, а частично водой, целесообразно выделить свойственные указанным структурам равновесие и движение влаги. Начиная с родоначальника теории движения жидкости в пористых средах Бэкингема Е., большой вклад в развитие массопереноса внесли де Гроот С., Мазур П., Дерягин Б.В., Русанов А.И. и др. с позиций физики и физической химии поверхностных явлений, в гидрофизике почв Лебедев A.S., Долгов С.П., Роде A.A., Глобус A.M., Роуз Д.А., ЧаРлдс Э., Спозито Г. и др., в подземной гидродинамике Лейбензон Л.С., Требин Г.0., Эфрос Д.A., ila-скет М., Леверетт U.C., ВеЦдеггер А.Е., Гарднер У.Р. и др., в строительной теплофизике Власов O.E., Лыков A.B., Богословский В. Н. Развитие теоретически и экспериментальных исследований по влагопереносу в ограждающих конструкциях здания нашло отражение в работах Фокина K,v5., Упкова Q.B., Оранчука А.У., Александровского C.B., Брилинга P.E. и др. Однако необходимо отметить,-что вопросы массопереноса в огразздащих конструкциях не наели своего решения.

Анализ теоретических и экспериментальных исследования нестационарного массопереноса, выполненных в гидрофизике почв и подземной гидродинамике, показан, что они выполнены всесторонне и на высоком научном уровне.- Использование результатов исследований для строительных материалов и ограждающих конструкций приводит к определенному прогрессу в строительной теплофизике по затронутого вопросу. Однако специфика строительных материалов, эксплуатируемых ограждающих конструкций, имекцкх более низкую водонасыцен-ность по сравнению с почве-грунгами, требует специального рассмотрения.

- 10 -

Следует отметить, что в существующем многообразии подходов к описанию массопереноса в пористых средах можно вьщелить два существенно различных класса, один из которых обусловлен использованием понятия потенциала (термодинамического, химического и. др.), а второй основан на гидродинамической теории фильтрации, не исключающей наличие всевозмскных нелинеГшостей. При этом икещиеся экспериментальные данные как по характеристикам влагоиереноса, так и по результатам рассматриваемых результатов эксперимента, являются опорной информацией в целевой функции оптимизационной задачи по идентификации устанавливаемых функций водонасиценности и других определяющих параметров. Указанные идеи физико-математического моделирования, широко применяемого в исследованиях по мас-сопереносу, использованы в компьютерном эксперименте по оптимизации параметров вентилируемой ограждащей конструкции с повшек-ними защитными качествами.

В результате выполненного анализа предложена схема 'рис. I) з соответствии с которой массоперенос в ограждающей конструкции рассматривается как составная часть системы КЛШАТ-ОГРАКДШЦАЯ Ю'КСТРУШЩ-ШКРОКЛШАТ ПОШРНИЯ. Целесообразность проведения оптимизации параметров ограждащей конструкции с повышенными защитными свойствами по этапам,- представленным на рис. I, обусловлена необходимость» варьирования физическим обеспечением по всем необходимым характеристикам самой математической модели оптимизации. . . .

I

При .проведении исследований, представленных в диссертации, минимизация затрат.была адзкватно заменена опорной функцией распределения влагосодержания, соответствующей достаточному уровню долговечности огравдаюцей конструкции здания с мокрым режимом, помещения.

Взаимоспязь между этапам; подготовки обеспечения математической модели оптимизации ограгщакдах конструкций зданий необходимыми ладными в система КОКСТРУКЦУ-!.-^-РОЖМАТ ПОМЭДШМ

Данные по экономическому аспекту

.Мероприятия по защите конструкции от переувлажнения

А

Число и распределение поверхностей

/3

Минимизация целевой функции

Т

Опорная.функция

_¡Ц

а

Математическая модель оптимизации ограждавшей конструкции (ОК)

Компьютерный эксперимент по экономической оценко

_а

1

13

Математическая модель тепловлагопере-носа в ОК

3

Параметры ОК и теплофизи-ческне параметры

А

Параметры микроклимата помещения

Й

Способы задания климатологических дачных

(А

Методы оценки тепло- Эксперимен-

влагофизических ха- тальные дан-

рактеристик ТВХ ные о функци-

(а ях ТВХ ^

Конец

/й

Гкс.1

- 12 -

Во второй главе рассмотрены основы гидродинамической теории фильтрации, которая была использована при разработке физической модели массопереноса в пористых средах, часть поровсго пространства которых заполнена жидкостью, а часть - влажным воздухом. •

Состояние равновесной увлажненной пористой среды, как макроскопической системы, определяется независимыми параметрами: плотностью сухого материала (матрицы) Д ; температурой , давлением в газовой и твердой фазах Р0 ; интегральной пористостью материала м ; влагосодержани ем материала и (вод она «¿ценностью яа ); концентрацией водорастворимых компонентов с, При атом используются также уравнения состояния: паровоздушной смеси (уравнение состояния идеального газа); объемной нидкости в виде функции Леверетта ^¿(г^) , которая определяет взаимосвязь капиллярного давления рк и влагосодержания и (во-донасыценности и? ), "поверхностной глдкости", которое определяет взаимосвязь относительной влажности у норового оздуха с влагосодержанием и материала.

Для описания теплового состояния среды применяется теплоемкость среды с (и)

При исследовании неравновесных процессов тепло- и иассопз-реноса в строительных материалах необходимо оперировать характеристиками переноса, к которым относятся: теплопроводность материала ;

проницаемость материала .¡о жидкости (тт) при достаточно,

I

большом градиенте давления; проницаемость материала, по газу (кг) ;

вязкость поровой кидкости с*) , зависящей от темпе-

ратуры и концентрации С^* .

Проницаемость материала зависит но только от интегральной, но и от дифференциальной пористости ■¡¡¿(х) - функции, характе- *•

ризущей плотность вероятности распределения кривизны поросого пространства по эквивалентному гидравлическому радиусу (эгр) х (принимается, что ^(ч.) не изменяется при увлажнении и сушке материала).

При написании феноменологических уравнений гидродинамики имеем дело с макроэлементами пористой среды, объем каждого из которых в значительной степени превышает объем любого микроэлемента, .входящего в состав макроэлемента. Предполагается, что каждый макроэлемент пористой среды состоит из микроэлементов, распределение которых определяется непрерывной функцией плотности вероятности

распределения эгр. Принимая пористую среду как континуальную, можно считать все переменные параметры среды функциям точки (макроэлементов), но не микроэлементов, а нуль - окрестность каждой точки охватывает все возможные значения г)

Наиболее распространенной моделью пористой среды является модель пересекапдихся между собой капиллярных трубок. Сущность ее заключается в том, что кавдый микроэлемент (капиллярная'труб- . ка) с радиусом кривизны X непременно связан хотя бы еще с одним таким же микроэлементом в рассматриваемом макроэлементе, характеризуемом |?(г) . В работе эта модель называется стандартной.

Течение жидкости в пористой среде по гидродинамической теории является струйным, а движение каздой струйки с малой скоростью может быть описано стационарным уравнением Навье-Стокса

7 - v Т =0 (I)

где ,

J {2)

- градиент фильтрационного потенциала. .

В результате двойного интегрирования уравнения (I) при соо-

тветствуюцих граничных условиях получим уравнение Дарси, связыва-

—*■

щее фильтрационную скорость о градиентом давления v Р

? . о)

Проницаемосгь. ютериала по жидкости полностью настенного гш-д'костью, может быть найдена не только экспериментально с помощью уравнения (3), но и расчетным цутем с использованием логарифмически нормальной функции плотности распределения ^(х) через моменты X 4-го и 2-го порядков

i - ^ ■

о со 1 . . '

где <y(l) - функция, учитывающая влияние градиента давления faPl (напорного градиента I) на проницабмость. y(l) равно t при больших напорных градиентах, и проницаемость принимает наибольшее значение . При уменьшении во-донасыценносги V материала его проницаемость к^С^) снижается, что отмечено в соотношении, определенном С.Ф.Аверьяновым

Соотношение (5) выполняется для большинства почв и грунтов, что следует из анализа экспериментальных данных, полученных различными авторами.

" Водонасыденносгь материалов в эксплуатируемых ограждающих конструкциях килых зданий ЬХ i 0,4 , зданий с мокрым режимом ьу < 0,5 + 0,7 и только в слоях малой толщины ( £ < 0,001 м) утеплителя (минеральной" ваты, арболита и др.) многослойных конструкций в зимнее время их водонасыценность может достигать значе -ния • .и* ■ 0,8 + 0,9. Закон j^pcw (3) выполняется и для ненасыце-нных водой материалов, причем в области водонасыценности

и<0,7 * 0,8 градиент фильтрационного потенциала 1у может бить заменен градиентом капиллярного давления ? р* ,т.к. в этой области фильтрационный потенциал практически будет рааен давлению, а 1&Р1 = 7рк . Используя функцию ('и/) , опреде-

ляемую как безразмерное относительное капиллярное да влете

, (65

•при линеаризации поверхностного натяжения в допустимых интервалах I и с*

= , (7) .

а также учитывая, что проницаемость является функцией кг

и , и определяя 1-0 . закон .Дарси для нена-

ецценноя пористой среды запиаем следующим образом

I' '

с<ы 1 ' ' 1 с ' (За)

Яаккы образом, закон Дарси (За), описывающий фильтрацию жидкости через ненасыщенную пористую среду, и уравнение массопере-носа в строительных материалах, разработанное А.В.Лыковым эквивалентны, причем коэффициенты влагопроводности СГ.|УР»|), термовлагопроводности ('У с*, I) и солеалагопровод-ности Кс £ , |^рк|) , зависящие от градиента капиллярного давления /, могут быть вычислены по следующим формулам:

K.C-.t.l.NB-i^^^284^^ «о»

функция Леверетта (и проницаемость материала tj.cC'W, fvpK I) , могут быть либо экспериментально определены, либо рассчитаны с помощью плотности распределения эгр f-(x) .

Из соотношения коэффициентов К£ Д с= (i'лJi-С*}]/|д• •£) J следует, что их зависимости от водонасыценности и градиента капиллярного давления идентичны. Как показывает анализ функции Леверетта к проницаемости $хс (w, ¡vрн1) , коэффициенты термовлагопроводности Kt(w)t) с*(|урк|) и солевлагопроводности ^ > lvP*l) Аолжны иметь колоколообраэную зависимость от водонасыценности w в интервале , что подтверждено экспериментально A.M.Глобусом.

В области малых водонасыщенностей при ьт s 0,4 поток жидкой, фазы, определяемый по гидродинамической теории, блт ок к нулю. В'действительности^ поток жидкой фазы является конечной величиной и сравним с потоком парообразной фазы. Поэтому метод определения характеристик влагопереноса в указанной области U7V0,4, скорректирован.

' Используя понятие паропроницаемости по Фокину К.Ф., определена взаимосвязь между коэффициентом паропроницаемости Ju„(o.) с рдной стороны и коэффициентами диффузии водяного пара 2)п(и.) и влагопроводности H(l. flvu I) в изотермических условиях с другой. Поскольку K[u.}(vf-IJ зависит от градиента влагосодержа-ния, a 2)„(и) .не зависит, то и коэффициент паропроницаемо'с-ги должен зависеть от

^^тт^ <w

Мм! Ро E'dy/du

- 17 -

Таким образом, методика испытания материалов на паропрони-цаемость была применена для определения коэффициентов диффузии водяного пара и влагопроводности К(и,17и1) при со-

вместном переносе влаги в парообразной и жидкой фазах.

В третьей главе рассмотрена математическая модель тепло-влагопереноса в ограждающих конструкциях зданий как краевая задача определения температурно-влажностных полей ограждающих конструкций зданий при различных режимах их эксплуатации с учетом переноса рлаги в жидкой и парообразной фазах и фазовых превращений вода ;*лед, описание которых осуществляется с использованием равновесного фазового состояния жидкой и твердой фаз воды в строительных материалах по Ясину Ю.Д.:

и4= и-(12) для ¿<¿^<0

Одной из составляющих модели является система дифференциальных уравнений нестационарного тепло-массопереноса, представленных в критериальной форме:

(13а)

где ^ , , («с^,^ Ко1, Ре . , Рс^ , Рл, критериальные числа соответственно Оурье, охлаждения пористых тел, Коссовича при испарении и замерзании воды, Пэкле массообменного, Зурье массо-обменного, Поснова и фазовых превращений. При определении указа-

иных критериальных чисел учтено влияние слоистости конструкции и ее анизотропии.'

Система одномерных уравнений тепло- и массопереноса в огра-едакцих конструкциях включает пять параметрических переменных:

ЬтЛг, й^и/л,

восемь обобщенных величин (критериальных чисел) и шесть функциональных множителей, учитывающих влияние изменения температуры Ь и влагосодер-гания й на тепло-ачагофизическио характеристики в процессе счета.

Граничные условия, являщиеся второй составляющей рассматриваемой краевой задачи, записаны следующим образом:

I", ; си)

, (15)

ГА6 . (16)

- критерий Био с учетом фильтрации воздуха;

(17)

- массообменный критерий Био с учетом фильтрации воздуха.

Величины ^ и ^ являются плотностями потоков тепла и влаги в поверхностных слоях ограждения. В правых же частях атих уравнений записаны плотности потоков соответствующей субстанции в воздухе.

Для того, чтобы система уравнений (13)-(17) была замкнутой необходимо написать условия сопряжения для слоистых конструкций: ^-о^'уг« ' ' ' (18>

К равенствам (18)-(19) необходимо добавить соотношения, означающие равенство нормальных составляющих потоков тепла и влаги с учетом фазовых превращений до А.В.Лыкову.

Равенство (19) означает,- что отношение влагосодержаний материалов-на границе их раздела равно величине, которая-является функцией Vj(Üa) любого из рассматриваемых материалов, может быть определено экспериментально и задано в табличной форме.

Начальные условия, входящие в состав краевой задачи, характеризуют состояние ограждающей конструкции по температуре и вла-госодержанию в начальный момент времени.

Для ограждающих конструкций с вентилируе;.!ыми прослойками или каналами к системе уравнений(13^, (13з)добавляется система уравнений, описывающая тепло-влагоперенос в воэдуаной среде прослойки или каналах.

В операторной форме дифференциальная краевая задача (13)--(19), определенная на области D , представлена следующим образом-

L гг - f (20)

этой задаче должны удовлетворять ресение w на D и дополнительные условия на границе Г области D и при f «=-0 (начальные условия иге ). Компонентами иг являются переменные t ли. , а также плотности потоков количества теплоты у и влаги J на границе.

Используя интегро-интерпэляционный метод, центральные разности для выражения производных как в пространстве, так и по времени, в результате интегрирования в элементарном объеме получили систему абсолютно устойчивых сеточных уравнений, записанную в операторной форме

¿цьг'**:? (21)

таблица значений ъткоторой на сетке D¿¡ является все более подробной в точной таблицей при й -+0 , дискомого решения ъУ дифференциальной краевой задачи С131—С 19) в опе-

раторной форме (20). При этом точность аппроксимации решением

1л/"' искомого решения 1л/ имеет порядок )

на неравномерной сетке . Расширение области Од до об-

ласти О/; , включающей в себя границу Г^ области Од . позволяет доказать существование и единственность решении и?"'*1 на .области 0» при сходимости иг ' к и" с точностью

В основу алгоритма решения разностной краевой задачи (21), аппроксимирующей дифференциальную краевую задачу С13)—(19) тепло-массопереноса, положен метод прогонки с использованием разностной схемы расщепления. Полученная система сеточных уравнений с "замороженными" .коэффициентами по-прежнему сохраняет' нелинейности дифференциальной краевой задачи (13)-(19) и.переменность коэффициентов тепло-влагопереноса характеристик материалов конструкции. Кроме того определены ограничения, накладываемые на шаг разбиения сеточной области К вдоль координаты, в направлении которой перемещается фильтрационный поток воздуха через стыки панелей (обычно вдоль координаты X ),

2] ; (22).

1 1

(23)

Ограничения на выбор шагов А (22) и ДГ' (23) для рав-

»

номерной сетки верны и при. выборе указанных шагов на неравномерной сетке. ...

Четвертая глава содержит результаты экспериментальных исследований по определению физических свойств и характеристик строительных материалов, указанных в гл. 2.

- 21 -

Плотность распределения эквивалентного гидравлического радиуса (эгр) или атотность зероятности эгр р(х) , характеризующая поровую структуру строительных материалов, была определена с помощью прямых методов, один из которых связан с растровой электронной микроскопией. Получены снимки плифоа керемзитсбето-на • 1100 кг/м3 и газосиликата = 590 кг/м3 и найдены

гистограммы распределения эгр. Кроме того, были использованы ре-' .зультаты прямого измерения расстояний между противоположным', стенками пор и капилляров с помочью оптического микроскопа, Миними-31фуя сумму квадратов расхождений между плотностью вероятности.

и экспериментальными значениях! гистограмм, поучили р(т-) как суу_'.г/ логарифмически нормальных законов раслреде-ления с критерием согласия д по Пирсону, соответствующем вероятности большей, чем 0,98 , для газосиликата и керамзитобе-тона в следующем ввде

Для керамзитобетона р0 = 1100 кг/м3, т = 0,37 , а . 0,26, Ла = 0,39, Д3 ш 0,35, «=-14,3 =-6,22),

Сп Яег - -12,2, ( =-5,29), епЙв^ -10,6 (

- 0,65,' 2,=. 1,06, 2>3 = 0,67.

Для газосиликата . ре ■ 590 кг/м3, т •= 0,71, Л1 = 0,43, Л2 -0,32,' Д, =0,25, 13,6 ( ^йс1=-5,9), <?ио

-11,5 ( е3/?ог.-5), епЯоГ -9,4 ( =-4,08), Э, = I,

0,39, « 0,6, где , , 5)3 - дисперсия соответ-

ствующих кривых логарифмически нормального распределения.

Для вычисления макровеличин (алагосодержания материала, скорости течения, плотности и потока субстанции и др.), которыми оперируют в феноменологических теориях, таких, как гидродинамиче-

екая теория фильтрации, строительная теплофизика и др., используются моменты п -го порадка С п изменяется от I до 4) безразмерной плотности распределения ^("0 , представленной формулой

(24)

где ф(х) - интеграл вероятностей, функция Лапласа.

Сорбционная способность строительных материалов, играющая большую роль в процессах осушения (увлажнения) ограждающих конструкций, была обобщена и систематизирована на примере экспериментальных данных пяти классов'различных материалов. При этом не затрагивались вопросы физической и физико-химической природы взаимодействия адсорбата с адсорбентом. Используя принцип неопределенности изотеры сорбции и десорбции вследствие последующей гидратации цементов, карбонизации бетонов, петли гистерезиса изотерм рорбции-десорбции и большой статистической дисперсии в экспериментальных данных любого из классов материалов, целесообразно представить изотермы в форме кривых двух типов, представленных на рис. 2.

Разработаны методы определения изотерм сорбции и десорбции, использование которых позволяет снизить время испытаний на сорбцию (до 5 суток) по сравнению со временем испытаний в стандартном методе, равном 4-6 месяцам, фи этом относительная систематическая ошибка в экспресс-методе'не превышает. 0,4. Эти методы могут быть использованы также для определения коэффициентов пари-проницаемости материалов, значения которых в процессах сушки (десорбции) и увлажнения (сорбции), как правило, различны.

Проницаемость строительных материалов, как и всех пористых сред, определяется не только интегральной пористостью, но и фун-

Обобщенная изотерма а) сорб:::::: :: б) zccov" с трохтсл ышх мя ?ер;-.п "оз

■ С, 4

0.6 С.с 1.0 , 0,-i 0,6 0,8 I.C Относительная алат-иость воздуха I - 1-ая область: 2 - 2-ал область

Рас. 2

цией плотности распределения эгр , что следует из

лы (25). Следует обратить внимание на то, что (25) верна для' вдеальноЯ пористой среды, состоящей из набора капиллярных пере-секащихся трубок, описываемого f(y) . Если результаты расчета по (25) совпадают с результатами эксперимента, то можно считать, что стандартная модель является приемлемой для рассматриваемых материалов. Однако и для газосиликага . f c = 590 кг/ч3 m в 0,71, и для керамзитобетона = 1100 кг/м3 т = 0,37 их проницаемости,- рассчитанные с помощью (25), на 3 порядка больше

соответствующих значений проницаемости по газу, определенных экспериментально. Проницаемость газосиликата, рассчитанная с использованием (25), больше его проницаемости по жидкости, определенной экспериментально, на 4 порядка, соответственно для керамэито-бетона на 7 порядков. Такое расхождение результатов эксперимента и расчета явно не в пользу стандартной модели, поэтому идеальная модель набора капилляркьэс трубок не годится для описания массо-перенсса в строительных материалах. Кроме того, экспериментальные данные по осределению функции Леверетта, коэффициентов диффузии водяного пара в строительных материалах также противоречат соответствующим величинам, вычисленным с использованием стандартной модели пористой .среды.

Для увеличения точности расчетных значений проницаемости материалов была использована ячеистая модель пористой среды, суть которой заключается в том, что крупные поры, распределение эгр которых по (24) представлено составляющей fз(x) > с единены между' собой капиллярами, эгр которых представлено составляющей , а их моды на 1-2 порядка меньше моды

^ (г) . Предполагая, что .законы фильтрации верны также и в.

5 7

пористых средах с диаметром пор и капилляров 10 - Юм, определил^ что "местное сопротивление", обусловленное резким изменением эгр при переходе движущейся фазы из капилляра в пору и не учитываемое в стандартной модели, на 2-3 порядка больше сопротивления трения, которое ь стандартной модели является единственным источником сопротивления течению фазы.

Расчетные значение проницаемости, определенные с помощью " ячеистой модели, незначительно отличаются от экспериментальных значений проницаемости по газу, расхождения для газосиликата т • 36%, а для керамзитобетона - 10$.

Корректировка расчетных значений проницаемости указанных

материалов яри движении жвдкости в них осуществлялась с введением учета нелинейности закона Дарси в области малых градиентов давлений, При таком учете отношение расчетных и экспериментальных значений проницаемости по жидкости составило для газосиликата 0,9 , а для керамзитобетона 2,1. Полученные результаты подтверждают необходимость замены стандартной модели ячеистой моделью при рассмотрении масоопереноса в огравдакхцих конструкциях зданий.

Коэффициенты влагопереноса: влагопроводности, термовлагопро-водности, солевлаголроводности (осмоса), вычисленные с использованием ячеистой модели, имеют удовлетворительное согласие с результатами экспериментальных'исследований этих коэффициентов, определенных по формулам (8)-(10). При этом коэффициенты влагопереноса газосиликата » 590 кг/м3 и керамзитобетона = 1100 кг/м3 достигают наибольшего значения при водонасыценности ъ? = 0,6» 0,8 , а их значения при = (водонасщенность ьти соот-

ветствует сорбционной области влагосодержания материалов) на 2-4 порядка меньше соответствующих наибольших значений. Коэффици- • енты влагопроводности при гсг = ьти определены экспериментально по методике, обычно используемой для определения коэффициента па-ропроницаемости с помощью формулы (II), т.е. в условиях, приближающихся к условиям эксплуатации ограждающих конструкций.

В табл. I приведены результаты испытаний материалов на паро-проницаемость, характеризующие коэффициенты изотермического влагопереноса: диффузии водяного пара 2>„ , паропроницаемости у*„ и влагопроводности К , при ъУъЩ . Для сравнения приведены результаты 2)„ , рассчитанные с использованием стандартной модели.

Выполненные теоретические'и экспериментальные исследования, влажностного состояния неизотермических колонок при учете влия- •

Таблица I

Коэффициенты диффузии 2)„ водяного пара, паропроницаемости , влагопроводности К в зоне сорбционной влажности при V *

Название Плотность/ „/. з / Коэффициенты влагопереноса

материала ¡и у м у / 2)р.Ю3,м2/ч ^апД02,кг/м.ч.Па К ДО6,

тость, м георет. окспер. -0,4 Ср =0,93 м2/ч

Газоэоло-бетон 400 0,78 45 12,5 9,4 34 4,2

Газосиликат ¿90 0,73 38 17,5 13,1 26 0,93

Ке рамой-тооетон 1100 0,37 17 2,7 2,0 2,6 0,055

Обыкновенный глиняный кирпич 1600 -<39 24 7,5 5,6 7,8 1,6

Минеральная вата 125 0,93 57 80 60 63 0,25

Пенополиуретан ¿5 ^0,97 59 2,0 1,5 1,1 0

яния градиента капиллярного давления (или градиентов влагосодер-жания и температуры) на коэффициенты влагопереноса показали что составляющие потока влаги и скорость сушки при малых значениях градиентов значительно меньше соответствующих величин при больших значениях градиентов. Таким образом, при расчете влажно-стного состояния конструкций зданий в различных условиях их эксплуатации целесообразно учитывать влияние•градиента капиллярного давления на характеристики влагопереноса.

В пятой главе представлены результаты лабораторных исследований влажностного состояния фрагментов ограждающих конструкций, испытание которых было проведено в климатической камере. Для сравнения приведены также результаты расчетов влажностного состояния этих фрагментов в тех же условиях испытаний с использованием математической модели влагопереноса, рассмотренной во 2-й главе. Такой анализ выполнен на примере испытаний в климатической камере фрагментов стены из гипсобетона марок ГК (гипсо-известковое вяэфщее со шлаком и керамзитом в качестве заполнителя) 1150 кг/м3 и Ш (гипсо-цементо-пуццолановое вяжуцее с керамзитом в качестве заполнителя) _рл = 1200 кг/м3, при этом условия испытаний соответствовали зимнему сезону климатических условий Архангельской области с микроклиматом жилого помещения. Такой же анализ выполнен по результатам исследований влажностного состояния двухслойных панелей из пенополиуретана (ППУ-Сиспур) с наружной металлической обшивкой и внутренним пароизоляционным слоем с соп-ротислением паропроницанию Я*. - 1,3 м^.ч.Па/мг при =-40°С (зимний период климатических условий Красноярского края), ¿в » «1б°С, ■ 70$. Критерий согласия результатов расчета по Пирсону с экспериментальными данными по влажности соответствует вероятности р > 0,95. .

Выводом такого аналитического сравнения является то, что указанная математическая модель может быть использована в исследованиях влажностного состояния ограждающих конструкций, в том числе и при проведении анализа влияния различных факторов' на влагоперенос во фрагментах конструкций из различных материалов или их конструктивных композиций.

На основе исследований влияния критериальных чисел на влаж-ностное состояние фрагментов ограждающих конструкций сделан вывод о том, что влажностное состояние невентилируемой ограждающей

конструкции | С? | будет являться функцией определяющих параметров [й): , В1тв , Рп, Еи). ^ждый из которых в различной степени связан с распределением влагосодершшия. При этом следует отметить, что / (относительное сопротивление теплопередаче конструкции) определяет влияние температурного поля; Ей«,,, - влияние климата застройки, при этом учитывается также влияние защитного фасадного слоя; - влияние микроклимата помещения, с учетом влияния пароизолпции, наносимой на внутреннюю поверхность; £ц - влияние сочетания влагофизических характеристик влаголереноса: коэффициентов диффузии водяного пара

2>„ с одной стороны, влагопроводности К и термовла го про водности К4 с другой; Рп - влияние сочетания коэффициентов К и с учетом градиентов влагосодержания и температуры. Компьютерный эксперимент по исследованию влпжностного состояния однослойных наружных стен зданий с нормальным режимом показал, что увеличение толщины конструкции более, чем толщина, соответствующая [^¿^ , при котором прекращается вцдадение конденсата на ее внутренней поверхности при средней температуре наиболее холодной пятидневки Ь* , не приводит к увеличению долговечности ограждающей конструкции, в районах застройки с ¿(,*<-30°С. Для повышения их долговечности в этих районах требуется нанесение пароизоляционных слоев с сопротивлением паропроницанию Я* » р

- 0,1т0,2 м .ч.Ла/мг, соответствующих нанесению на поверхность стены со стороны помещения моющихся обоев или покраски ее масляной краской и др. •

Исследования влажностного состояния наружных стен на примере виброкирпичной панели и фрагментов панельных стен с теплопроводными включениями (стыковыми соединениями) при регулируемом расходе воздуха через соединения, по.сазали возможность применения математической модели тепло-массопереноса и в расчетах влаж-

ностного состояния конструкции с неоднородностлми и позволили

установить уровень требуемого сопротивле!!ия воодухопроницанига о ТР

п5кс стыкового соединения при эксфильтрации воздуха, который не снижает в значительной степени долговечность ограждающей конструкции

^ * Рс (26)

где разности давлений воздуха по обе стороны наружной

стены, Па.

В шестой главе рассмотрены способы повышения защитных свойств ограждающих конструкций производственных зданий, к которым относятся и долговечность, и теплозащитные качества. Ясно, что с понижением влагосодержания материалов при прочих рапных условиях, морозостойкость и теплозащитные качества ограждающих конструкций повышаются. Очевидно, что при достижении порогового значения влагосодержания морозостойкость материалов практически не будет оказывать влияния на долговечность огравдапцих конструкций. Таким образом, повышение долговечности ограгздаюцих конструкций зданий вполне осуществимо при использовании конструктивных мероприятий, направленных на понижение влагосодержания материалов в тех зонах рассматриваемой конструкции, в которых имеют место наибольшие морозные разрушения.

Из-за невозможости решения на данном этапе экономической задачи оптимизации затрат при использовании системного подхода к проблеме повышения долговечности ограждающих конструкций, приведенного на рис. I, она заменяется технической задачей оптимизации параметров модернизируемой конструкции с учетом мероприятий по повышению долговечности этой конструкции, направленных на снижение влагосодержания наиболее уязвимых ее слоев. Рассмотрены как способы защиты конструкции, связанные с уменьшением количе-' ства влаги, которая попадает в нее снаружи и нз помещения, так

и способы осушения конструкций.

Известно, что влачшостное состояние ограждающих конструкций можно определить с достаточной степенью точности при описании воздействия наружного воздуха с помощью среднемесячных значений его температуры и влажности в соответствующей климатической зоне. По Александровскому С.Б. долговечность конструкции при морозных воздействиях зависит от темпсратурно-влажностного состояния зоны конструкции с отрицательной температурой и количества циклов замораживания-оттаивания в этой соне. Используя распределение вла-госодержания материалов и , "¿¡)в указанной зоне, соответствующее практически максимальной долговечности и являыцейся опорной физической информацией, введем целевую функцию^/(б

которую необходимо минимизировать в компьютерном эксперименте, применяя метод овражного спуска, известный в теории численных методов решения обратных задач.

Параметрами оптимизации ограждающих конструкций, мо-

дифицируемых за счет нанесения покрытий с наружной и внутренней поверхностей здания, являются критериальные числа: , учиты-

вающее влияние наружного фактурного слоя, в1г«й , учитывающее влияние защитного пароизоляционного слоя со стороны помещения, и относительная толщина 3" , связанная с относительным, сопротивлением теплопередаче «,/«.гр-

Ограждающие конструкции здания, в которых предполагается выполнение мероприятий по увеличению потока алаги, удаляемой из конструкции, должны содержать внутри себя вентилируемые воздушные прослойки или вентилируемые каналы. Техническая сторона этой проблемы связана с определением оптимального расположения воздушной прослойки с учетом сохранения прочности ограждающей конструкции.

Идентификации параметров вентилируемой конструкции ^н, ^сД ^осл > • целесообразно сначала отработать с помощью минимизации целевой функции ^ ,а затем при оптимизации обеих функций ^ и ^ 1 отдавая предпочтение ^ .

Количество оптимизируемых параметров вентилируемой ограждающей конструкции значительно возрастает при переходе к вентилируемым каналам, которые имеют преимущество в связи с их большей технологичностью. При этом метод оптимизации не изменяется.

Представлены рэзультаты исследования влажностного состояния вентилируемых ограждающих конструкций в виде распределения влаго-содержания в наружных стенах с помощью линий равной влажности, а также по толщине наружной стены в наиболее характерных ее сочетаниях для той модификации, для которой достигается наибольшее значение долговечности. Показано увеличение долговечности трехслойной железобетонной стены здания с мокрым режимом в 4 раза, а ее теплозащитных качеств на 15$ за счет организации ее вентилирования наружным воздухом в зоне стыкования наружной бетонной плиты и минераловатного утеплителя. Расчеты выполнены с использованием комплексного восвенного метода, разработанного С.В.Александровским.

В этой главе приведены также инженерные методы теплофизиче-ского расчета и конструирования наружных стен с повышенными защитными качествами производственных зданий.

'В зданиях с влажным и мокрым режимами в случае экономической целесообразности допускается замена вентилируемых стен невентили-руемыш с нанесением дополнительного пароизоляционного слоя с

сопротивлением на их поверхность со стороны помещения

Теплотехнический расчет вентилируемых стен в том числе и однослойных с каналами не предусмотрен нормами СНиП П-3-79**. Результаты оптимизации параметров однослойных вентилируемых стен использованы при разработке инженерного метода теплофизического расчета однослойных стен с вентилируемыми каналами зданий с влажным и мокрым режимом, долговечность которых определяется, в основном, только строением материала., а морозные воздействия на эти стены будут не существенными.

lia основе результатов решения оптимизационной задачи, приведенных в приложении 8,разработана конструкция вентилируемой стены с идентифицированными геометрическими триметрами, характеризующими расположение каналов в стоне. Вентилируемое стеновое ограждение изготавливается либо из панелей, либо в монолите, с вертикальными вентиляционными каналами, которые разделяют ограждение на наружную и внутреннюю части. При этом толщина наружной части составляет от 1/4 до 1/3 толщины ограждения, а промежутки мезеду каналами равны величине, составляющей 1,0-1,5 толщины наружной части. В вентилируемые каналы указанного ограждения необходимо подавать наружный воздух,, нагреваемый системой, по которой циркулирует жидкий теплоноситель, поступающий в теплообменники, вмонтированное в каждый из каналов с воздушным зазором. Входные-от- • верстия каналов соединяют каналы с наружным воздухом и располагаются на отметке, соответствующей высоте зоны (в помещении) с повышенной влажностью воздуха.

Под действием естественной тяги наружный воздух через входное отверстие поступает во входную зону каналов и по мере продвижения нагревается до расчетной температуры 5°С. Нагретый воздух поглощает мигрирующую ачагу из внутренней части ограждения. При этом часть влаги проходит через промежутки между каналами в наружную часть. Однако, при соотношении параметров ограждения, указан-

ных выше, даже для мокрого режима ото количество влаги незначительно и поэтому не оказывает существенного влияния на расчетное значение долговечности наружных слоев. Расчеты показали, что ми-' нимальная температура теплоносителя, равная 60°С, при внутреннем диаметре теплообменника 30 мм предопределяет разумную длину входной зоны, равной I м к достаточной для нагревания наружного воздуха в каналах до 50г;. В качестве теплоносителя может быть использована "низкопотенциальная" вода, являющаяся отходами производства .

Разработана методическая основа для оценки экономической эффективности мероприятий по повышению защитных качеств ограждающих конструкций зданий. Как известно, полные затраты на возводе-' нив и эксплуатацию здания состоят из трех составляющих: капитальных затрат на строительство здания (СТ); эксплуатационных затрат, связанных с расходами энергии (ЭР); эксплуатационных затрат, связанных с амортизацией, ремонтно-восстановительными работами и др. (РВ).

Все составляющие зависят от влагосодержания материалов ограждающих конструкций, причет СТ увеличивается при проведении мероприятий, направленных на защиту от переувлажнения и уменьшение влажности конструкции, а ЭР и РЗ при этом уменьшаются. Таким образом, в принципе можно построить функцию экономических затрат в зависимости от влагосодержания материалов, при минимизации которой уда.ется идентифицировать влагосодержание материалов как параметр ограждающей конструкции, рассматриваемой в качестве одного из элементов экономической системы.' Такой системой может быть и здание в целом, и предлагаемая к рассмотрению система КЛИМАТ-ОГРАЗДАГЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ - МИКРОКЛИМАТ ПСКЕЦЕШЯ. ■. •

' Долговечность огравдащих конструкций определяет затраты на ремонтно-зосстансвительные работы (РВ), поэтому идентифицирован-

ное значение влагосодержания материалов конструкции и се максимальная долговечность коррелируют между собой в значительной степени, что и обусловливает возможность использования оптимизационной задачи по повышению долговечности в качестве аналога решения соответствующей экономической задачи.

Использование вентилируемых наружных стен в строительстве производственных зданий картонных фабрик в гг. Кишиневе, 1!абереж-ные Челны и Рубежанске дает экономический эффект в 579000 руб. (по ценам 1969 г.) за счет снижения затрат на РВ.

Применение наружных комбинированных панелей, при разработке которых были использованы результаты расчетов влажностного состояния по математической модели шшгопсрсноса, приведенной в гл. 3, в строительстве сборно-монолитных жилых домов системы "Тверь" в

Тверской, Нижегородской, Курской и др. областях дает экономичес-р

кий эффект 6,7 руб/м , причем в 1990 г. в Тверской области было

о

введено в действие 30 тыс. м , что соответствует 200 тыс.руб. экономической эффективности (цены 1990 г.). Эффект достигнут за счет повышения защитных качеств многослойных наружных стен, обусловленного применением высокоэффективного утеплителя (газосиликата ■ 400 кг/м3) при их оптимальном влажностном состоянии.

ВЫВОДЫ

I, В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная проблема повышения защитных качеств ограждающих конструкций зданий с влажным и мокрым режимом помещений; разработаны инженерно-технические методы теплофизическо-го расчета и констру!грования вентилируемых стен как слоистых, так и однослойных конструкций. Применение вентилируемых стен в строительстве зданий с влажным и мокрым режимом повышает теплозащитные качества соответствующих невентилируемых стен на 15-20ъ, а

их долговечность более, чем в три раза, только за счет снижения влагосодержания материалов, входящих в состав этих стен.

2. Разработана математическая модель нестационарного тепло-массопереноса в ограждающих конструкциях зданий, основанная на решении краевой задачи, которая состоит из системы дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих совместный перенос влаги в жцдкой и парообразной фазах с учетом влияния засоления материалов и возможного трещинообразования особенно стыковых соединениях, иондуктивный и конвективный перенос тепла с учетом влияния фазовых превращений вода ^ пар и вода^лод, перенос водорастворимых компонентов (минеральных солей), из граничных условий, отражающих климатические условия (переменное воздействие температуры и влажности воздуха, влияние ветра, дождевого увлажнения) и условия микроклимата помещения, из начальных условий, характеризующих начальное состояние ограждающей конструкции по температуре, влагосодержанию и содержанию растворимых компонентов материалов конструкции в момент ввода в эксплуатацию. Кра-' евая задача представлена в критериальной форме, что позволило уменьшить количество переменных, констант и параметрических фунг кций, определяющих коэффициенты тепло-массопереноса и другие шаго-физические характеристики, с 35 до 26 в общей постановке задачи, т.е. при учете влияния всех факторов на тепло-массоперенос. Сравнение результатов расчета влажностного состояния материалов полностью влагойзолированных, а также открытых с торцов, колонок, различных фрагментов ограждающих конструкций, условия испытаний которых соответствовали условиям эксплуатации в некоторых строительно-климатических зонах, с результатами аналогичных экспериментальных исследований, данные о алагосодержании материалов в которых получены как методом взятия проб с последующим высушиванием, так и с помацью электрометрических датчиков влажности, по-

казало применимость математической модели тепло-массопереноса в ограждающих конструкциях зданий.

3. Для расчета температурно-влажностных полей исследуемых ограждающих конструкций зданий разработана разностная краевая задача, аппроксимирующая дифференциальную краевую задачу тепло-массопереноса в огравдакхцих конструкциях с точностью 0 ^с использованием интогро-интерполяционного метода, при отом решение системы неявных сеточных уравнений абсолютно устойчиво, а сходимость решения разностной краевой задачи к точному решению дифференциальной краевой задачи имеет порядок 0 (/>тлх а Т ),

Внесение поверхностей рассматриваемых элементов ограждающей конструкции в расчетную область позволило преобразовать разностную краевую задачу с граничными условиями третьего рода в разностную краевую задачу первого рода. Используя указанное расширение расчетной области, доказаны существование и единственность решения рассматриваемой разностной краевой задачи с разрывными коэффициентами и его сходимость к решению соответствующей дифференциальной краевой задачи тепло-влагопереноса в слоистых ограждающих конструкциях. Выведены неравенства, на основе которых разработаны условия, ограничивающие максимальные значения сеточных временного и пространственных шагов при учете фильтрации воздуха через' ограждающую конструкцию или ее отдельные элементы, например, стыковые соединения мезду панелями.

4. Разработан метод определения коэффициентов влагопереноса: коэффициентов влагопроводности, термовдагопроводности и солевла-гопроводности (осмоса), на основе использования результатов достижений гидродинамической теории фильтрации через пористые среды. Теоретически доказано, что зависимость коэффициентов термовлаго-проводности и солевлагопроводности о^ влагосодержаннл имеет ко-локолообразную форму. Результаты экспериментальных исследований

показали справедливость теоретических выводов об указанной форме зависимости коэффициентов влагопереноса. Экспериментальные исследования зависимости коэффициентов влагопереноса от составляющих градиента капиллярного давления показали удовлетворительное согласно с теоретическими результатами зависимости указанных коэффициентов влагопереноса от градиента давления, которые являются следствием применения гидродинамической теории фильтрации к течению жидкости через пористые среды. Получена функциональная зависимость коэффициентов проницаемости как насыщенных жидкостью материалов, так и ненасщонных от градиента давления, причем эта ' зависимость, представленная в виде интеграла вероятностей, является составляющей, которая определяет коэффициенты влагопереноса, используемые в качестве влагофизических характеристик при больших водонасьценностях в математической модели тепло-массопереноса в ограждающих конструкциях зданий.

5. Показано, что поровое пространство материалов, относящихся к легким и ячеистым бетонам, может быть представлено суммой трех . логарифмически нормальных функций аютности распределения эгр, причем эта теоретическая функция плотности распределения

имеет критерий согласия по Пирсону с эксперимента-

льными данными для газ осилит та ])„= 590 кг/м3 и керамзитобето-йа р0 = 1100 кг/мэ, соответствующий' вероятности большей, чем 0,98. Проницаемость указанных материалов, рассчитанная по стандартным методикам с найденной функцией , на несколько ' порядков превышает проницаемость соответствующих материалов по газу и к ид кости, определенных экспериментально. Этот факт подтверждает несостоятельность стандартной модели пористой среды для указанных строительных материалов, в соответствии.с которой материалы состоят из твердой матрицы и набора капиллярных трубок, • характеризующегося функцией плотности распределения £ (1) , каж-

дая из трубок в котором связана хотя бы еще с одной, себе подобной. Указанная стандартная модель не объясняет также расхождения на несколько порядков значений проницаемости по газу и жидкости, найденных экспериментально для одного и того же материала.

6. Предложена ячеистая модель пористой среды ячеистых и легких бетонов, в соответствии с которой материалы ссдержлт в себе твердую матрицу и поры, соединенные между собой капиллярами цилиндрической формы, один из главных радиусов кривизны которых на один-три порядка меньше радиусоп кривизны пор, Трехыодальная функция плотности распределения ) разделена на две части, одна из которых определяет распределение пор по згр, а другая [^(г) - распределение капилляров по эгр. Применение модели ячеистой структуры пористой среды позволило не только объяснить расхождение экспериментальных и расчетных значений проницаемости по газу, но и рассчитать эту величину для газосиликата

ро « 590 кг/м3 и керамзнтобетона = 1100 кг/и3, причем отношение их расчетных и экспериментальных значений находится в интервале 0,5+2. Модернизация расчетной модели для определения проницаемости по жидкости осуществляется с помещью учета нелинейности закона Да реи. при малых градиентах давления, обусловленной специфичностью вязкости воды как неньютоновской жидкости, в'слоях, прилегающих к твердой матрице пористой среды, при этом в качестве поправки к проницаемости по жидкости используется функция ех^(х) - интеграл вероятностей. Расховдение значений проницаемости по жидкости, наеденных экспериментально и расчетным путем таково, что их наибольшее отношение немногим больше 2.

7. Разработан метод определения коэффициентов диффузии водяного пара в поровом■пространстве и влагопроводности материалов при их малой водонасыщенности, т.е. в условиях, приближающихся к условиям эксплуатации ограждающих конструкций зданий. При этом ис-

пользованы принципы определения коэффициента ларопроницаемости материалов. Установлено, что коэффициент паропроницаемости является сложной функцией как плагосодер?;ания материалов, так и его градиента, что также следует из гидродинамической теории фильтрации. Поэтому необходимо указывать но только значение коэффициента паропроницаемости, но и условия, при которых нагдено это значение. Значения коэффициентов диффузии водяного пара, определенные экспериментально, значительно меньше соответствующих значений, определенных по стандартной методике расчетным путем, за исключением таких материалов, как минеральная вата, сыпучие материалы. Объяснение указанных расхождений дано с позиций ячеистой структуры пористых' сред, к которым относятся, например, ячеистые и . легкие бетоны. По усовершенствованной методике определены коэффициенты паропроницаемости большинства строительных материалов, которые могут быть положены в основу при уточнении расчетных значений коэффициентов паропроницаемости, приведенных в СНиП П-3-79®5 и нуждающихся в корректировке.

8. Доказана возможность использования математической модели тепло-массопереноса для расчета двухмерных аналогов наружных стен в узлах стыкования панелей с учетом повышенной фильтрации воздуха через указанные узлы на основе сравнения результатов расчета в соответствии с моделью температурно-клажностного состояния фрагментов рассматриваемых стеновых панелей, стыковые соединения между которыми имеют регулируешй уровень фильтрующегося воздуха как холодного, так и теплого, с результатами аналогичных лабораторных испытаний. Выполненные расчеты влажностного состояния однослойных и многослойных стен зданий, эксплуатируемых в различных строительно-климатических зонах, в том числе и в районах Крайнего Севера, позволили разработать рекомендации по защите

стен от их переувлажнения. В соответствии с расчетами влажностно-го состояния наружных стен, которые выполнены по модели, уравнения которой.представлены в .критериальной форме, установлено; что влгжностное состояние, представленное в виде распределения влаго-содержания { й] , является функцией некоторых критериальных чисел: Поснова Ро , массообменного Био для наружной поверхности 8б„1н > внутренней поверхности вц„в, критерия фазовых превращений Еч , и сопротивления теплопередаче /Я^ конструкции,

г (Ко/я/'1, Ытг,) В1тЛ) Рп1 £и), причем указанные критериальные числа следует принять определяющими параметрами.

9. На основе системного подхода к решению проблемы разработана математическая модель оптимизации параметров модернизируемых однослойных и многослойных вентилируемых огравдащих конструкций при внедрении различных мероприятий по повьшению долговечности ограждающих конструкций зданий с влажным и мокры;.! режимом помещений. Разработанные целевые функции, в основу которых положено распределение плагосодержания, соответствующее наибольшей долговечности расс,\!атриваемой ограждающей конструкции, дают возможность идентифицировать необходимые параметры самой конструкции, вентилируемых каналов и при необходимости теплофизичоских параметров воздуха, подаваемого в вентилируемые каналы. Прогнозирование долговечности вентилируемой ограждающей конструкции, выполненное по теории, разработанной С.В.Александровским, показало, что за счет создания вентилируемой прослойки в железобетонной стене с минераловатным утеплителем здания с мокрым режимом, эксплуатируемом в климатических условиях г. Нижнего Новгорода,ее долговечность возрастает в 4 раза. Параметры оптимизации вентилируемых однослойных наружных стен зданий с мокрым режимом с помощью каналов, на вход которых подается подготовленный воздух, были идентифицированы, и при этих параметрах определено влажное-

тнов состояние конструкции, долговечность которой практически равна долговечности соответствующей невентилируемой наружной стены здания с нормальным влажностным режимом.

10. На основе результатов расчета влажностного состояния неве-нтилируемых наружных огрпждащих конструкций разработаны предложения по нормированию сопротивления паропроницанию »тих конструкций, обеспечивающих влажностное состояние, соответствующее конструкциям с необходимым уровнем их долговечности. Предстаачены инженерные методы теплофиэического расчета и конструирования наружных вентилируемых многослойных и однослойных стен. Разработана конструкция наружной вентилируемой однослойной стены при подаче наружного воздуха на вход вентилируемых каналов, нагревание которого производится с использованием анергии низкопотенциальных выбросов, для зданий с мокрым режимом помещения.

Предложена методическая основа для оценки экономической эффективности мероприятий по повышению долговечности ограждающих конструкций зданий и выбора экономически целесообразного среднего значения влагосодержания наружного слоя этих конструкций.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Руководство по расчету влажностного режима ограждающих конструкций зданий. - М.: Стройиздат, 1984. - 166 с. (в соавторстве).

2. Рекомендации по расчету и конструированию вентилируемых стен промышленных зданий с влажным и мокрым режимами.- Ы.: Стройиздат, 1988. - 43 с. (в соавторстве).

3. A.c. № I38I255 (СССР). Панель ограждения. -Бюлл. изобр., 1988, № 10 (в соавторстве).

4. A.c. № 1448006 (СССР). Устройство для осушения кирпичных и мелкоблочных стен эксплуатируемых зданий. - Бюлл. изобр., 1988, • № 48 (в соавторстве).'

5. A.c. К' I49ID83 (СССР). Наружное стеновое огравдение из бетона. - Еюлл.изобр., 1989.25 (в соавторстве).

6. A.c. f.1 I5I6893 (СССР). Способ определения характеристик пористых материалов. - Бюлл.изобр.,1989., № 39.

7. A.C. К' 1643996(СССР).Способ определения коэффициентов влагопе-реноса пористых материалов.-Бюлл.изобр.,1991,№15 (в соавторстве).

8. Измерение и расчет влажности угла ограждающей конструкции в изотермических условиях//11риманение достижений современной физики в строительстве.-М.¡Стройиздпт,1967,с.178-185 (в соавторстве).

9. Применение сеточных АВМ для оценки теплотехнических качеств ограждающих конструкций//Применение достижений современной физики в строительстве.-М.:Стройиздат,1967,с.143-154 (в соавторстве).

10. Исследования влажносгного режима ограждаюцих конструкций на АВМ с операционными усилителямя//Решение задач строительной физики на ЭВМ: Сб.научн.тр.-М. :Ш11СО,1968,с.20-49 (в соавторстве).

11. Решение нелинейного уравнения вла го про водности на АС - сеточной АШ УСМ-1 // Решение задач строительной физики на ЭШ: Сб.научн.тр. -Ы.: НИИСФ, 1968, с. 66-77 (в соавторстве).

12. Исследование влажностного состояния огравдающих конструкций путем совместного применения закладных датчиков и вычислительных машин//Приборы и устройства для автоматизации предприятий строительной индустрии.-Харьков, 1&э8, № 4,с.25-34 (в соавторстве).

13. Необходимое сопротивление стыков панелей стен воздухопроница-нию.-Промышленное стр-во, 1969,№ 6, с. 30-32-(в соавторстве).

14. Расчет увлажнения наружных ограждений косыми дождями // Совершенствование крупнопанельного домостроения: Сб. докладов -Красноярск,1969, с .212-219 (в соавторстве).

15. Увлажнение наружных ограждений дождеврЯ плагой//Успехи строительной физики: Сб.научн.тр.-М. :НШСФ,1969,в.4, с.60 - 69 (в соавторстве).

16. Влияние замерзания маги на вложностпый режим ограждающих конструкций зданий // Успехи строительной физики: Сб.научн.тр.-М.: НИИ05, 1969, в.4, с. 74-86.

17. Исследование влияния фильтрации воздуха на влажностный режим зоны стыкования панелей // Успехи строительной физики: Сб. науч. тр. - М.:№Ш5,1909,в4,с.94-100 (в соавторство).

18. Влажностное состояние невентилируемых покрытий с фибролитовым утеплителем// Решение задач строительной физики на цифровых и аналоговых машинах: Сб.нпуч.тр.-'Д. :ШКСФ, 1970,с.53-59 (в соавторстве).

19. Влажностное состояние фрагмента пенобетонной панели // Ресе-' ние задач строительно:') физики на цифровых и аналоговых машинах:

Сб. науч.тр. - М.:1ШС5, 1970,с. 60-66 (в соавторстве). ' 20. Влияние засоления строительна материалов на их сорбциоцчые свойства.-Строительные материалы,1971,№ I,с.33-34 (в соавторства).

21. Кинетика влажностного состояния фрагментов ограждающих конструкций // Сб.ЦНЙИС.-М.,1972.,в.4, с.20-23 (а соавторстве).

22. Кинетика влажностного состояния железобетонных колонн каркас-, них зданий// Сб.ЦШИС.-М.,1973, в.6,с.34-38 (в соавторстве).

23. Тепло-массоперенос в капиллярно-пористых телах // Физико-химическая механика сцепления: Сб.научн.тр. - М. :МШТ, 1973, в. 445, о. 110-120.

24. Определение влажности коллоидной пленки, образующейся на поверхности катания рельса // Вопросы физики, вычислительной математики на к/д транспорте: Сб.науч.тр.-М. :ЫИИТ, 1974,в. 465, с. 96-103 (в соавторства).

<5. Устройство для автоматического контроля увлажнения поверхности рельсового пути // Вопросы физики, вычислительной математики на й/д транспорте: Сб.науч.тр.-М.:МКИТ, 1975, в.477, с. 87--9Г(в соавторстве).

25. Влияние тема, вццеляящегося при качении колеса по рельсу

на фазовый переход вода лед//Вопросы физики, вычислительной математики на ж/д транспорте: Сб.науч.тр.-М.:МИИТ, 1975, в.477, с. 92-112 (в соавторство). '

27. Парогидроизоляционная защита ограждающих конструкций зданий синтетическими материалами. - Транспортное строительство, 1977, № 10, с. 23-24 (в соавторстве).

28. Методика расчета дополнительной пароизоляции наружных ограждающих конструкций // Вопросы проектирования и строительства транспортных служебных зданий на ж/д транспорте: Сб.науч.тр. -М.:ВЗИИТ, 1980, с. 82-88 (в соавторстве).

29. Парогидроизоляция наружных стен бань и прачечных. - Нилищное и коммунальное строительство,1981,№ 3,с.42-43 (в соавторстве).

30. Снижение потерь тепла чероз наружные стены за счет оптимизации их влажностного режима // Исследования по вопросам экономии энергии при строительстве и эксплуатации зданий: Сб.науч.тр.-М.: НИИСФ, 1982, с. 140-145.

31. Метод расчета влажностного состояния наружных стен с вентилируемой прослойкой для производственных зданий // Исследования теплозащиты зданий: Сб.науч.тр. -Ы.:Ш1!С4, 1983,с.84-93.

32. Цэименение ячеистого бетона в наружных стенах зданий с мокрым режимом // Долговечность конструкций из автоклавных бетонов: Тезисы докладов У республиканской конференции, часть П, - Таллин, 1984. ,с. 183-185.

33. Осушающее воздействие вентилируемых каналов в наружных стенах промышленных зданий с мокрым режимом эксплуатации // Исследования теплоизоляции зданий: Сб.науч.тр. - М. :НИИСФ, 1985,

с. 115-120 (в соавторстве).

34. Определение коэффициента влагопроводности материалов методами фильтрации жидкости // Исследования теплоизоляции зданий: Сб. научн.тр. -М^НИИСЬ, 1985, с. 120-124 (в соавторстве).

35. Тепловлагоперенос в конструкциях с ячеистыми заполнителями.-та, 1986, № б, деп. ВШИТИ, раг.№ I44-B86 (в соавторстве).

36. Эффективные конструкции стен для цехов с высокой влажностью воздуха.-Промышленное стр-во,1986,№ б,с.22-24 (в соавторстве).

37. Вентилируемые стены прожженных зданий с повышенной влажностью воздуха. - Промышленное стр-во и инженерные сооружения, 1986, № 2, с. 18 (в соавторстве).

38. Программа BPLUWT расчета нестационарных температурных и влажности их полей ограждающих конструкций зданий.-М. :М04АП, HI3500, 19Ш.

39. Влияние влагосодержания и его градиента на величину коэффициента влагоггроводности строительных материалов//Теплоизоляция эданий:Сб.науч.тр.-М.:}МИСО,1986,с.168-174 (в соавторстве).

40. Влажностное состояние ограждающих конструкций зданий с сухим или нормальным режимом // Теплоизоляция зданий: Сб.науч.тр.-П.:НИИСФ, 1986, с. 157-167 Св соавторстве).

41. Расчет нестационарных температурных и влажностных полей многослойных ограждающих конструкций с использованием итерационного метода // Тепловой режим и теплозащита зданий: Сб.науч.тр. -Ы.:ШИСй, 1988, с. 93-106.

42. Сорбционный метод определения коэффициента массоотдачи. -Измерительная техника, 1990, № 2 (в соавторстве).

43. Вентилируемые наружные стены из ячеистого бетона // Исследование ячеистых бетонов и конструкций: Сб. науч.тр. - Ы.:НИИ2Б, Госстрой СССР, 1990, с. 25-30 (в соавторстве).

44. Коэффициенты изотермического влагопзреноса и их зависимость от условий проведения испытани ¡{//Теплозащита зданий: Сб. науч. тр. -М.:ИШ&, 1990.,с. 51-61."

45.- Повышение долговечности и теплозащитных свойств двухслойных-

виброкирпичных панелой // Теплозащита зданий: Сб.науч.тр.-М.: НИИСФ, 1990, с. 116-132 (в соавторстве).

Условные обозначения £ ■ , 2 - соответственно ^ -ая текущая пространственная координата и высота,и; , <ГН , 8"А - толщина соответственно конструкции, ее наружной части, воздушной прослойки, длина воздушной прослойки,м; К - простран'стьешшй шаг сеточного разбиения; X , Ч0 , /?0; - эквивалентный гидравлический радиус соответственно как аргумент функции распределения, характерный размер порового пространства в стандартной модели материала и наиболее вероятный размер пор в функции распределения ,м; 2" , л? - соотве-

тственно текущее время и временной шаг сеточного разбиения; ц -ускорение свободного падения, ы/с^; Ь - температура,°С; I , tlt, » ^всз - безразмерная температура, соответственно, локальная| наружного воздуха, воздуха в помещении, воздуха в воздушной прослойке; и , и.г , и, , Л - вла го с оде ржание соответственно полное, в жидкой фозе, в твордой фазе (лед), максимальное сорбцион-ное, кг/м3; и - безразмерное влагосодержание; , ,

плотность соответственно сухого материала, жидкости, 'водяного пара и воздуха, кг/м3; т - интегральная пористость; ЪТ , Ыс - соответственно водонасьщенность материала и пороговая во-донасыщенность; Р0 , рк, р„ , Е - давление соответственно в газовой фазе, капиллярное и парциальное ненасыщенного и насыщенного водяного пара, Па; Тн - напряжение сдвига жидкости,Па; В - безразмерное давление насыщенного водяного пара; ^ , <£в , относительная влажность воздуха соответственно локальная, в помещении и вентилируемом канале; (о*/) - функция Деверетта; -концентрация I -го компонента соли, г/м3; С'* - безразмерная концентрация £ -го компонента соли; с(с<) /Дк/(кг.К)/,

^(к^Вт/(м.Ю/ - соответственно удельная теплоемкость и теплопроводность влажного материала; , j , V - плотности потокоа соответственно количества теплоты и влаги в массовых и объемных единицах; - плотность пото'.са влаги с учетом пористости материалов, м/с; , ^ , А

не, ^^^ ~ проницаемость материалов соответственно по жидкости в общем виде, при полном насыщении жидкостью, при частичном заполнении и по газу, м2.10"12;. [¡Ь.с] , сг, б*0 [гЪ.м]- соответстве-

нно вязкость и поверхностное натяжение жидкости с параметрами í , С* и воды при нулевой температуре ( £ « 0°С); б - угол смачивания; , &с<г - коэффициенты, учитывающие влияние соответственно температуры и концентрации раствора на поверхностное натяжение жидкости; ~ градиент фильтрационного потенциала (напорный градиент), Дж/м^; К , К^ , Кс , , коэффициенты соответственно влагопроводности, термовлагопроводности, солеала-гопроводностй, диффузии водяного пара, паропроницаемости материа-да, м /с; о^ , ос46, ос<1р- кооффии^ент теплообмена поверхности

соответственно с воздухом, воздухом в помещении и с учетом филь-?

трации,

Вт/(м .К); ссм ,

л<ча » ~ коэффициент массообмена

поверхности соответственно с воздухом, воздухом в помещении и с учетом фильтрации, кг/(м .Па); -¿Н1 - температура начала замерзания; <ХЭ , , а3 , б3 - эмпирические коэффициенты, используемые для описания фазового состава воды; ^ - коэффициент, равный 0 при ^ и I ггри "6 $-6кз и используемый для учета фазовых превращений вода ^ лед; €сз , , €я , €э ,

» - коэффициенты, учитывающие влияние нестационарности влагосодержания и и температуры Ь на соответствующие критериальные числа; ' /?0 - сопротивление термопередаче конструк-. ции* м2.К/Вт; - требуемое сопротивление теплопередаче с

р

учетом эксфильтрации воздуха через стыковые соединения, м .К/Вт;

Руп , Я* - сопротивление паропроницанию соответственно конс-

о

трукции и дополнительного слоя пароизоляции, м .Па.ч/кг; СГ ,

^ » I С3 - эмпирические коэффициенты, используеше в формуле (28),

ЛУКЬЯНОВ Вениамин Иванович

НЕСТАЦИОНАРНА МАСШЕРЕНОС В СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ И КОНСТРУЩШ ПРИ РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ЗАЩТНЫХ КАЧЕСТВ 0ГРАЗДАВД1Х КОНСТРУКЦИЯ ЗДАНИЯ С ВЛАЖНЫМ И МОКРЫМ РЕЗКИМ ОМ

Специальность 06.23.01 - Строительные конструкции, здания

и сооружения

Сдано в набор 3f.0S.93, Подписано к печати 3y.CS.3i,

Формат бумаги 60x90 1/16 Объем 3,0 п.л.

Заказ Л00, Тираж У00 экз.

Типография МИИТа, Москва, ул. Образцова, 15

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ. V

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. МДСС02ЕРЕН0С й ТЩОШИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

ОГРАЖДДЩНХ КШСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ С ВЛАЖНЫЙ ' И ЙСКИШ ШШОМ.

1.1. Методы описания массодереноса в дористщс средам.

1.2. Опыт проектирования и эксплуатации стеновых огдавдащшс конструкций дроизводствешшг зданий е влажным. и мокрнм режимом

1.3. Дели и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ОСНОВЫ ЩЕЩЭДШЩЧШСОЙ ТЕОРИИ

ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ НЕНАСЫЩЕННЫЕ ПОРИСТЫЕ СРЕДУ

2.1. Физические свойства и характеристики пористых сред

2.2. /равнения Навье-Стовса а Дарси для ненасыщенных пористых сред

2.3. Влагодеренос в ненасыщеникх пористых средах (ограждающЕЕ консгрукцияг ' зданий)

2.4. Влагой ера нос в огваддаквдс конструкции е малым значением ш: водонасшценностн

Краткие выводы.

ГЛАВА 3. ЩШ0^(Щ1ЕРЕН0С В ОтЗДАЩИХ

КОНСТРУКЦИЯХ ЗДАШЙ.

3.1. Уравнения баланса тепла и массы

3.2. Краевая задача определения температуры» влажное твш: и солевш долей многослойных. ограждающих конструкций

3.3. Условия подобия дри исследования тедло-мяссодереноса в огравдющщ коде тру кграях зданий

3.4. Конеч но -р а зыос гея я система сеточных уравнений тепло-массодереноса

3.5. Алгоритм решения разностной краевой задачи тецломасоопервноса.

Краткие вывода

ГЛАВА 4. В1АТОИЗИЧШШЕ ХАРАКЖИСТЙКИ.

ПОИССТЫХ СРЕД.

4.1. функция плотноееи распределения радиуса кривизны порового пространства -4L.

4.2. Сорбцнсшмя способхость етронтельншс материалов

4.3. Коэффициенты влагопереноса сзрронтвяшзс материалов

4.4. Ко

§|ихдоввд диффузии аодяного паря, пародрокидемос ги е влдгадроводноети ,,. . езяоигвльнщс материалов.

4.5. Шдожос влаги ЛО m8pg-аэолиранаЕЕСЙи отнятой нвизогецшческазс колонка^.

4.6. Анализ результатов расчета сосгаалякщюс доюка лвдги z ооогвегсгжунщщс коэффициентов влягодеренооа

KpflEKEe выводы

ГЛАВА 5. ТЕШЮ-ВШНОСТНОЕ СОСТОЯНИЕ ОГРАЗЩЩИХ КОНСТРУКЦИЙ t цроизводстшнйых зданий.

5.1. Лабораторные исследования влажно-стного состояния ограждающие конструкций производственных зданий

5.2. Влияние некоторых критериальных чисел на влажноетное состояние ограждающих конструкций

5.3. Влияние неоднородыостей на влагностное состояние наружных стен

Краткие выводы.

ГЛАВА 6. СПОСОБЫ ПОШШШШ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ^ 0ГРА2ЩАКЩХ КОНСТРУКЦИЙ ПР0ИЗ

ВОдаТВЕШШ ЗДАНИЙ.

6.1. Математическая модель оптимизации параметров ограждающих конструкций с повышенной долговечностью

6.2. Повышение долговечности многослойны* стен х 6.3. Повышение долговечности однослойных стен.

6.4. Инженерные методы теплофизи-чеокого расчета и конструирования невентшпщуемнз: огравдающах конструкций зданий.

6.5. Метод тедлофизичеокого расчета и конструирования венишщуемы*-. многослойных

6.6. Метод теплофизикеского расчета и конструирования вентилируемше однослойных стен.

Краткие вывода.

ЗДЮГОШШ.

Программа улучшения жилищных условий населения СССР предопределяет резкое увеличение жилищного строительства и строительства объектов соцкультбыта и необходимость снижения общих затрат на строительство, эксплуатационные расходы и проведение ремонтао-восстановительных работ промышленных объектов» среди которых значительное место занимают объекты пищевой» текстильной, целлюлозно-бушжной промышленности и др., характеризующиеся технологическими процессами с большими влаго-вьщелениями. Одним из направлений указанного снижения затрат является применение ограждаюцих конструкций с улучшенными эксплуатационными качествами и повышенной долговечностью в зданиях с влажным и мокрым режимом. Решение этой проблемы и является одной из целей диссертации.

Технологические процессы» сопровождающиеся высокими уровнями тепло- и влаговыделений являются, как правило, причиной неблагоприятных условий эксплуатации ограждающих конструкций, в особенности стен и покрытий зданий. В ряде случаев уже в первые годы эксплуатации теплоизоляционные свойства таких конструкций ухудшаются. Вследствие высокого влагосодержания материала конструкций при существующих климатических воздействиях с внешней стороны здания и воздействиях агрессивной производственной среды происходит их быстрое разрушение.

Преждевременное разрушение стеновых конструкций, которое вызывает существенное увеличение эксплуатационных расходов (по данным ЦНИИПромзданий на Байкальском ЦЗ и Сегежском ЦБК через 3-5 лет эксплуатации эти расходы достигли их первоначальной стоимости), обусловлено высоким влагосодержанием наружных слоев конструкций.

Производственные помещения с мокрым и влажным режимами составляют около 30$ от общего объема промышленных зданий, и на ремонт таких зданий только в целлюлозно-бумажной промышленности по данным ЦНИНПромзданий ежегодно расходуется около 300 млн.руб. (по ценам 1989 г.), большая часть которых приходится на огравдаицие конструкции. Решение вопросов, связанных с повышением долговечности стеновых ограждений* работающих в условиях высокой влажности имеет большое практическое значение.

Проведение мероприятий, направленных на снижение влагосодержания соответствующих слоев наружных стен, например, организация вентилируемых воздушных каналов в них, приводит к увеличению долговечности этих стен. Достаточность указанных мероприятий определяется в работе на основе анализа влажностных полей модифицируемых ограждающих конструкций.

В диссертационной работе тщательно проведен анализ существующих методов моделирования влагопереноса в пористых средах в том числе и в ограждамцих конструкциях зданий, на основе которого была показана целесообразность выбора капиллярного давления, давления воздуха и парциального давления водяного пара в качестве потенциалов, градиенты которых являются движущими силами соответствующих видов влаги в ограждающих конструкциях зданий.

Разработана постановка краевой задачи, состоящей из системы дифференциальных уравнений тепло- и влагопереноса в вентилируемых огравдащих конструкциях, начальных условий, характеризующих начальное состояние конструкций^ граничных условий, соответствующих условиям эксплуатации конструкций. Полученная система дифференциальных уравнений, описывающая совместный молекулярно-молярный тепло-влагоперенос в пористых средах при наличии фазовых переходов вода пар, вода^глед для любой области температур, начальные и граничные условия представлены в критериальной форме и являются основой математической модели теппо-вла г оперено са в ограждащих конструкциях зданий*

Разностная краевая задача, аппроксимирующая дифференциальную краевую задачу тепло-влагодереноса, представлена в модифицированной форме, соответствующей задаче Кожи с граничными условиями первого рода, и решена методом "прогонки". Для решения задачи долговечности ограждающих конструкций здания в большой системе КЛИМАТ - 01ТМДШЩЕ КОНСТРУКЦИИ здания МИКРОКЛИМАТ ПОМЕЩЕНИЯ необходимы данные о климатических условиях на все время эксплуатации здания, о пространственно -временных полях некоторых характеристик напряженно-деформати-вного состояния конструкции, тепло-влагофизических характеристик материалов, составляющих эту конструкцию, при этом необходимым этапом на пути решения этой задачи является получение указанных характеристик в виде функций, описывающих связь движущих сил переноса тепла и влаги, проводимостей прежде всего с их влагосодержанием, а затем и с плотностью, температурой, концентрациями солей и т.д.

Таким образом, здесь целесообразно выделить два основных момента. Первый состоит в том, что это функциональные связи, а не точечные величины или константы. Второй момент заключается в том, что главным, если не единственным, предназначением вышеуказанных функций является их использование в математических моделях, включащих более или менее детальное формализованное описание тепло-влагофизических процессов с учетом метеорологических воздействий. Здесь представляется возможность указать, что отбор средств и методов определения характеристик желательно осуществлять на базе системного подхода к подобной задаче.

Происходящее превращение математических моделей и математического моделирования в инструмент управления, в средство производства, заставляет нас рассматривать способы формирования информационного обеспечения этих моделей с хозяйственной точки зрения, включающей требование минимизации затрат, Теп-ло-влагофизические и прочностные характеристики являются частью этого обеспечения. Оценка различных способов определения указанных характеристик под углом зрения "хозяйственника" составляет интересную и важную экономическую задачу в области изучения эффективности научных исследований. Такая постановка задачи реализована Боумом / 110 / при исследовании взаимосвязи точности прогноза и качеством почвенно-гидрофизической информации, обусловленной затратами на ее получение в Голландской программе (ЗК&ЛМ , представляадей собой трехмерную модель эвапотранспирации и движения воды через водонасыщенные слои в зону аэрации из близких к поверхности грунтовых вод. Результаты работы / НО / показывают, какое значение имеет правильный выбор способа формирования информационного обеспечения математических моделей сложных систем.

К рассмотрению экономических аспектов постановки задачи повышения долговечности ограждающих конструкций в указанном выше смысле мы еще вернемся в приложении в • Здесь же изложим системный подход к решению основной задачи диссертации, который не оставит без внимания и экономические вопросы.

Математическое моделирование больших систем характеризуется настолько сложным взаимодействием самой модели с ее физическим обеспечением и тегаго-влагофизическими характеристиками в виде параметрических функций, и набором климатологических параметров и экономических характеристик, определявших стоимость работ, которые обусловливают повышение долговечности ограждающих конструкций, что трудно установить роль каждого из компонентов в случае неадекватности результатов моделирования. В приложении к большим системам главным критерием адекватности модели является соответствие между компьютерным и натурным экспериментом, а последний может продолжаться несколько десятков лет.

Следует отметить такую специфичность строительных материалов в ограждаюцих конструкциях как пространственно-временную изменчивость их тедло-влагофизических характеристик. Поэтому необходимо уделить внимание исследованиям такой изменчивости, которая ставит под сомнение достаточную эффективность применения математического моделирования к прикладным задачам. Из-за большой трудоемкости экспериментального определения тепло -влагофизических характеристик материалов в виде параметрических функций и по ряду других причин вопрос о допустимости той или иной схематизации указанных параметрических функций не имеет общего однозначного ответа и должен рассматриваться конкретно и с учетом того, что неверная оценка требований к точности представления тепло-влагофизических характеристик и климатологических данных повлечет за собой либо неполноценность результатов моделирования, либо перерасход материальных ресурсов.

Абсолютно достаточным описанием необходимых данных, используемых при адекватном математическом моделировании является пространственно-временное распределение тедло-влагофизических характеристик (ТВХ) материалов и климатологических данных, установленное с необходимой точностью и обеспеченностью, и наличие данных по экономическому аспекту проблемы долговечности ограждающих конструкций« Однако в диссертации используется своего рода "удовлетворительное описание", в котором некоторые из указанных необходимых данных описаны приближенно, а данные по экономическому аспекту могут вообще отсутствовать»

Таким образом, планирование и осуществление физического обеспечения математической модели по оптимизации параметров ограащапцей конструкции (ОК) с повышенной долговечностью зданий с влажным и мокрым режимом помещений в системе КЛИМАТ -ОГРАВДАЩЯ КОНСТРУКЦИЯ - МИКРОКЛИМАТ ПОМЕЩЕНИЯ , а также проведение самой оптимизации целесообразно проводить по следующим этапам схемы, представленной на рис. I :

1) синтез базовой математической модели по оптимизации ОК, анализ соответствия планируемого объема необходимых данных математической модели и поставленной задачи;

2) проведение компьютерного эксперимента по экономической оценке ОК при проведении различных мероприятий по защите конструкции от переувлажнения;

3) определение числа параметров, оказывающих влияние на экономический аспект проблемы повышения долговечности ОК, количества повторений при отдельных значениях этих параметров и момента завершения цикла экономической оценки;

4) выбор способа защиты от переувлажнения ОК;

5) подготовка данных по экономическому аспекту рассматриваемых способов защиты;

6) определение опорной функции, являнцейся распределением влагосодержания материалов ОК и соответствующей минимуму за

Взаимосвязь между этапами подготовки обеспечения математической модели оптимизации ограждающих конструкций зданий необходимыми данными в системе КЛШАТ-01РАЖДШЦАЯ КОНСТРУКЦИЯ-МИКРОКЛИМАТ ПОМЕЩЕНИЯ

Рис.1 трат при создании и эксплуатации здания;

7) синтез математической модели тепяо-влагопереноса в ОК при оптимизации ее параметров;

8) определение геометрических параметров ОК, оказывающих влияние на ее влажностное состояние^ и теплофизических параметров, связанных с выбранным способом защиты от переувлажнения

9) подготовка данных по микроклимату помещения;

10) выбор способов задания клиштологических данных;

11) определение экспериментальных данных по ТВХ;

12) синтез ТВХ в воде параметрических функций влагосодер-жания и др. параметров;

13) вычисление целевой функции, в соответствии с которой осуществляется идентификация параметров ОК, выполнение минимизации этой функции;

14) осуществление окончания работы по оптимизации параметров ОК.

Циклическая связь между различными этапами схемы (см. рис.1) отражает необходимость повторения операций счета при проведении вычислительной работы для осуществления рассматриваемой оптимизации параметров, а также указывает на взаимос -вязь физических и экономических факторов при формировании необходимых данных рассматриваемого объекта.

В работе циклы 1-5 и 7-13 разрываются и рассматриваются самостоятельными из-за недостатка данных по экономическому аспекту проблемы. Идентификация параметров ОК ведется с учетом экономических факторов, которые при таком подходе могут быть сформулированы на уровне этапа 6.

Осуществление изложенного системного подхода (поэтапной подготовки, отмеченной на рис. I) требует значительного усовершенствования в области подготовки того обеспечения тепло-влагофизических характеристик и климатических данных математической модели, о которых поЭДет речь в диссертации, а также определения данных по экономическому аспекту затронутой проблемы, что является предметом рассмотрения отдельной самостоятельной работы.

ЗАКЛЮЧЕШЕ

1. В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная проблема повышения защитных качеств огравданцих конструкций зданий с влажным и мокрым режимом помещений; разработаны инженерно-технические методы тепло-физического расчета и конструирования вентилируемых стен как слоистых, так и однослойных конструкций. Применение вентилируемых стен в строительстве зданий с влажным и мокрым режимом повышает теплозащитные качества соответствующих невентили-руемых стен на 15-20$, а их долговечность более, чем в три раза, только за счет снижения влагосодержания материалов, входящих в состав этих стен.

2. Разработана математическая модель нестационарного теп-ло~массопереноса в ограждающих конструкциях зданий, основанная на решении краевой задачи, которая состоит иэ системы дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих совместный перенос влаги в жидкой и парообразной фазах с учетом влияния засоления материалов и возможного трещинообразования особенно в стыковых соединениях, кондуктивный и конвективный перенос тепла с учетом влияния фазовых превращений вода з± пар и вода лед, перенос водорастворимых компонентов (минеральных солей), из граничных условий, отражающих климатические условия (переменное воздействие температуры и влажности воздуха, влияние ветра, дождевого увлажнения) и условия микроклимата помещения, из начальных условий, характеризующих начальное состояние ограждающей конструкции по температуре, влагосодержанию и содержанию растворимых компонентов материалов конструкции в момент ввода здания в эксплуатацию. Краевая задача представлена в критериальной форме, что позволило уменьшить количество переменных, констант и параметрических функций, определявших коэффициенты тепло-массопереноса и другие влагофизические характеристики , с 35 до 26 в общей постановке задачи, т.е. при учете влияния всех факторов на тепло-массопе-ренос. Сравнение результатов расчета влажностного состояния материалов открытых и влагоизолированных колонок, а также различных фрагментов ограждающих конструкций, условия испытаний которых соответствовали условиям эксплуатации в некоторых строй-тел ьно-климатических зонах, с результатами аналогичных экспериментальных исследований, данные о влагосодержании материалов в которых получены как методом взятия проб с последующим высушиванием, так и с помощью электрометрических датчиков влажности, показало применимость математической модели тепло-мас-сопереноса в ограждающих конструкциях зданий.

3. Для расчета температурно-влажностных полей исследуемых ограждающих конструкций зданий разработана разностная краевая задача, аппроксимирующая дифференциальную краевую задачу тепло -мае с оперено са в ограждающих конструкциях с точностью с использованием интегро-интерполяцио-нного метода, при этом решение системы неявных сеточных уравнений абсолютно устойчиво, а сходимость решения разностной краевой задачи к точному решению дифференциальной краевой задачи имеет порядок 0 (д? г + Й ).

Несение поверхностей рассматриваемых элементов ограждающей конструкции в расчетную область позволило преобразовать разностную краевую задачу с граничными условиями третьего рода в разностную краевую задачу первого рода. Используя указанное расширение расчетной области, доказаны существование, единственность решения рассматриваемой разностной краевой задачи с разрывными коэффициентами и его сходимость к решению соответствующей дифференциальной краевой задачи тепло-влагопе-реноса в слоистых ограждающих конструкциях. Выведены неравенства, на основе которых разработаны условия, ограничивающие максимальные значения сеточных временного и пространственных шагов при учете фильтрации воздуха через ограждаюцую конструкцию или ее отдельные элементы, например, стыковые соединения между панелями.

4. Разработан метод определения коэффициентов влагопереноса: коэффициентов влагопроводности, термовлагоцрэводности и солевлагопроводности (осмоса), на основе использования результатов достижений гидродинамической теории фильтрации через пористые среды. Теоретически доказано, что зависимость коэффициентов термовлагопроводности и солевлагопроводности от влагосо-держания имеет колоколообразную форму. Результаты экспериментальных исследований показали справедливость теоретических выводов об указанной форме зависимости коэффициентов влагопереноса. Экспериментальные исследования зависимости коэффициентов влагопереноса от составляющих градиента капиллярного давления показали удовлетворительное согласие с теоретическими результатами зависимости указанных коэффициентов влагопереноса от градиента давления, которые являются следствием применения гидродинамической теории фильтрации к течению жидкости через пористые среды. Получена функциональная зависимость коэффициентов проницаемости как насыценных жидкостью материалов, так и ненасыщенных от градиента давления, причем эта зависимость, представленная в виде интеграла вероятностей, является составляющей, которая определяет коэффициенты влагопереноса, используемые в качестве влагофизических характеристик при больших водонасьяценностях в математической модели тепло-массопереноса в ограждающих конструкциях зданий.

5. Показано, что поровое пространство материалов, относящихся к легким ячеистым бетонам, может быть представлено трех-модальной логарифмически нормальной функцией плотности распределения ^(К) эгр, причем эта теоретическая функция плотности распределения имеет критерий согласия уСг по Пирсону с экспериментальными данными для газосиликата = 590 кг/м3 и керамзитобетона = П00 кг/мэ, равный 0,99. Проницаемость указанных материалов, рассчитанная по стандартным методикам с нацденной функцией ^(а) , на несколько порядков превышает проницаемость соответствующих материалов по газу и жидкости, определенных экспериментально. Этот факт подтверждает несостоятельность стандартной модели пористой среды для указанных строительных материалов, в соответствии с которой материалы состоят из твердой матрицы и набора капиллярных трубок, характеризутоцегося функцией плотности распределения , каждая из трубок в котором связана хотя бы с одной, себе подобной. Указанная стандартная модель не объясняет также расхождения на несколько порадков значений проницаемости по газу и жидкости, наеденных экспериментально для одного и того же материала .

6. Предложена ячеистая модель пористой среды ячеистых и легких бетонов, в соответствии с которой материалы содержат в себе твердую матрицу и поры, соединенные между собой капиллярами цилиндрической формы, один из главных радиусов кривизны которых на один-три порядка меньше радиусов кривизны пор. Трех-модальная функция плотности распределения разделена на две части, одна из которых ^з(Л) определяет распределение пор по эгр, а другая И) + ^ (й)] - распределение капилляров по эгр. Применение модели ячеистой структуры пористой среды позволило не только объяснить расхождение экспериментальных и расчетных значений проницаемости по газу, но и рассчитать эту величину для газосиликата = 590 кг/м3 и керам-зитобетона = 1100 кг/м3 с погрешностью не более (£ Ц )%. Модернизация расчетной модели для определения проницаемости по жвдкости осуществляется с помощью учета нелинейности закона Дарси при малых градиентах давления, обусловленной специфичностью вязкости воды, как неньютоновской жидкости, в слоях, при-легакщих к твердой матрице пористой среды, при этом в качестве поправки к проницаемости по жидкости используется функция - интеграл вероятностей. Расхождение значений проницаемости по жидкости, наДценных экспериментально и расчетным путем таково, что их наибольшее отношение немногим больше 2.

7. Разработан метод определения коэффициентов диффузии водяного пара в поровом пространстве и влагопроводности материалов при их малой водонасыценности, т.е. в условиях, приближающихся к условиям эксплуатации ограждающих конструкций зданий. При этом использованы принципы определения коэффициента паропроницаемости материалов. Установлено, что коэффициент па-ропроницаемости является сложной функцией как влагосодержания материалов, так и его градиента, что также следует из гвдроди-намической теории фильтрации. Поэтоьцу необходимо указывать не только значение коэффициента паропроницаемости, но и условия, при которых найдено это значение. Значения коэффициентов диффузии водяного пара, определенные экспериментально, значительно меньше соответствующих значений, определенных по стандартной методике расчетным путем, за исключением таких материалов, как минеральная вата, сыпучие материалы. Объяснение указанных расхождений дано с позиций ячеистой структуры пористых сред, к которым относятся, например, ячеистые и легкие бетоны. По усовершенствованной методике определены коэффициенты паропроницае-мости большинства строительных материалов, которые могут быть положены в основу при уточнении расчетных значений коэффициентов паропроницаемости, приведенных в СНиП П-3-79кхи нуждающихся в корректировке,

8. Доказана возможность использования математической модели тепло-маесопереноса для расчета двухмерных аналогов наружных стен в узлах стыкования панелей с учетом повышенной фильтрации воздуха через указанные узлы на основе сравнения результатов расчета в соответствии с моделью температурно-влажностного состояния фрагментов рассматриваемых стеновых панелей, стыковые соединения между которыми имеют регулируемый уровень фильтрующегося воздуха как холодного, так и теплого, с результатами аналогичных лабораторных испытаний. Выполненные расчеты влажнос-тного состояния однослойных и многослойных стен зданий, эксплуатируемых в различных строительно-климатических зонах, в том числе ив районах Крайнего Севера, позволили разработать рекомендации по защите стен от их переувлажнения. В соответствии с расчетами влажностного состояния наружных стен, которые выполнены по модели, уравнения которой представлены в критериальной форме, установлено, что влажностное состояние, представленное в ввде распределения влагосодержания , является функцией некоторых критериальных чисел: Поснова Рл , массооб-менного Био для наружной поверхности (Bi^)" , внутренней поверхности , критерия фазовых превращений , и сопротивления теплопередаче R0 конструкции ВС } Bit, Pnf£ttJ> причем указанные критериальные числа следует принять определяющими параметрами. чьЪ

9. На основе системного подхода к решению проблемы разработана математическая модель оптимизации параметров модернизируемых однослойных и многослойных вентилируемых ограждающих конструкций при внедрении различных мероприятий по повышению долговечности ограждающих конструкций зданий с влажным и мокрым режимом помещений. Разработанные целевые функции, в основу которых положено распределение влагосодержания, соответствующее наибольшей долговечности рассматриваемой ограждающей конструкции, дают возможность идентифицировать необходимые параметры самой конструкции, вентилируемых каналов и при необходимости теплофизических параметров воздуха, подаваемого в вентилируемые каналы. Прогнозирование долговечности вентилируемой ограждающей конструкции, выполненное по теории, разработанной С.В.Александровским, показало, что за счет создания вентилируемой прослойки в железобетонной стене с минераловатным утеплителем здания с мокрым режимом, эксплуатируемом в климатических условиях г. Нижнего Новгорода, ее долговечность возрастает в 4 раза.Параметры оптимизации вентилируемых однослойных наружных стен зданий с мокрым режимом с помощью каналов, на вход которых подается подготовленный воздух, были идентифицированы и при этих параметрах определено влажностное состояние конструкции, долговечность которой практически равна долговечности соответствующей не вентилируемой наружной стены здания с нормальным влажностным режимом.

10. На основе результатов расчета влажностного состояния невентилируемых наружных ограждающих конструкций разработаны предложения по нормированию сопротивления паролрониг^нию этих конструкций, обеспечивающих влажностное состояние, соответствующее конструкциям с необходимым уровнем их долговечности.

Представлены инженерные методы теплофизического расчета и конструирования наружных вентилируемых многослойных и однослойных стен. Разработана конструкция наружной вентилируемой однослойной стены при подаче наружного воздуха на вход вентилируемых каналов, нагревание которого производится с использованием энергии ниэкопотенциальных выбросов, для зданий с мокрым режимом помещения. Предложены методические основы для оценки экономической эффективности мероприятий по повышению долговечности ограждающих конструкций зданий и выбора экономически целесообразного среднего значения влагосодержания наружного слоя этих конструкций.

1. A.c. №1381255 (СССР). Панель ограждения / Л.М.Шмидт,

2. B.И.Лукьянов, В.П.Колесников. -Бюлл. изобр.,1988, № 10.

3. A.c. № I49I983 (СССР). Наружное стеновое ограждение из бетона / В.И.Лукьянов, В.С.Волков, В.П.Илюхин, Е.С.Фискинд. Бюлл. изобр.,1989, № 23.

4. A.c. № I5I6893 (СССР). Способ определения характеристик пористых материалов / В.И.Лукьянов. Бюлл. изобр.,1989, № 39.

5. A.c. № 1643996 (СССР) Способ определения коэффициентов влагопереноса пористых материалов. Екшл. изобр.,1991, № 15.

6. Аверьянов С.Ф. Зависимость водопроницаемости почво-грунтов от содержания в них воздуха. ДАН СССР,1949, Т.69,2, С. 141 144.

7. Агрофизические методы исследования почв. Под ред.

8. C.И.Долгова. М.: Наука, 1966.

9. Александров Ю.Н. Совершенствование конструкций стен промышленных зданий. М.:Стройиздат» 1977.

10. Александровский C.B. Расчет бетонных и железобетонных конструкций на изменения температуры и влажности с учетом ползучести. М.:Стройиздат, 1973. - 432 с.

11. Александровский C.B. Метод прогнозирования долговечности наружных ограждающих конструкций. Тр. У республиканской конференции / Таллинн,1984, в.2. Долговечность конструкций из автоклавных бетонов.

12. Андронов A.A., Витт A.A., Хайкин С.Э. Теория колебаний. М.: Физматгиз, 1959. - 914 с.

13. Баренблатт Г.И., Ентов В.М., Рикик В.М. Теория нестационарной фильтрации жидкости и газа. М.: Недра, 1972. -268 с.

14. Богомолова А.Ф., Орлова H.A. Количественная характеристика структуры порового пространства. ШТФ,1961, № 4,1. С. 77 81 .

15. Богословский В.Н., Тертичник Е.И, Шкала относительного потенциала влажности и ее использование для оценки влажност-ного режима ограждений. Научн.тр. / МИСИ, 1970, № 68.

16. Богословский В.Н, Строительная теплофизика. М.: Высшая школа, 1982, - 415 с.

17. Болт Г., Фриссел М. Термодинамика воды в почве, В кн. Термодинамика почвенной влаги, - Л,: Гидрометеоиздат, 1966,1. С. 274 301.

18. Бондаренко Н.Ф. Физика движения подземных вод. Л,: Г\щрометеоиздат, 1973. - 215 с.

19. Бэбкок К. Термодинамика воды в почве. В кн.: Термодинамика почвенной влаги, - Л.: Гидрометеоиздат, 1966,1. С. 302 323.

20. Вайнер М.И. Статистические критерии подобия при фильтрации жидкости в однородной пористой среде, Изв. АН СССР, Механика и машиностроение,1963, № 5, С. 144 - 148,

21. Вайнер М.И. 0 некоторых характерных чертах структуры однородных пористых сред. Изв. АН СССР. Механика, 1965,5.

22. Вентцель Е.М. Теория вероятностей. М.: Физматгиз, 1962, - 564 с.

23. Власов O.E. Основы строительной теплотехники. М.: ВИАРККА, 1938.

24. Гагарин В.Г. Совершенствование методик определения влажностных характеристик строительных материалов и метода расчета влажностного режима огразвдащих конструкций. Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук., М.,1985.

25. Георгиевский В.Б, Решение обратных задач массоперено-са в подземной гидромеханике унифицированными алгоритмами.- Автореф. дисс. на соиск. уч. степени д-ра техн. наук. М., 1975.

26. Глобус A.M. Экспериментальная гидрофизика почв. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. - 355 с.

27. Глобус A.M. Неизотермический внутрипочвенный влагооб-мен. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени д-ра техн. наук.-Л.: 1977, - 48 с.

28. Глобус A.M. Физика неизотермического внутрипочвенного влагообмена. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 279 с.

29. Годунов С.К., Рябенький B.C. Разностные схемы. М.: Наука, 1973. - 400 с.

30. ГОСТ 24816-81. Материалы строительные. Метод определения сорбционной влажности. М.: ГОССТРОЙ СССР, 1981.29.а. ГОСТ 25898-83. Материалы строительные. Метод определения сопротивления паропроницанию М.: ГОССТРОЙ СССР, 1983.

31. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1970. - 407 с.

32. Гроот С. де, Мазур П. Неравновесная термодинамика. М. Мир, 1964. - 456 с.

33. Дерягин Б.В., ^ураев Н.В. К вопросу о понятии "расклинивающее давление" и его роли в равновесии и течении тонких пленок. Коллоидный ж.,1976, Т.38, Вып.З, С.438-448.

34. Дерягин Б.В. ,^граев Н.В. К вопросу о силах взаимодействия через тонкие прослойки неионных растворов, Коллоидный ж., 1981., Т.43., Вып. 4, С. 639 - 645.

35. Дерягин Б.В., *fypaeB Н.В. ,Муллер В.М. Поверхностные силы. М,: Наука, 1987, - 400 с.

36. Демин Н.В., Кисляков Ю.П., Морозова В.Т. О зависимости проницаемости пористой среды от градиента давления. Нефтяное хозяйство, 1966. № 12.

37. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ.-М.: Статистика и финансы, 349 с,

38. Евсеев A.M. О самодиффузии в жидкости. 1ФХ,1964, Т.38, Выл. I, с. 220 - 223.

39. Жернов И.Е. Динамика подземных вод. Киев: Вища Школа, 1982. - 324 с.

40. Иванов Н.С. Тепло- и массоперенос в мерзлых горных породах. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени д-ра техн. наук. M.s 1965.

41. Ццелъчик И.Е, Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М. - Л.: ГЭИ, I960.

42. Лукьянов В.И.,Слюсарь О.В. Влажностное состояние ограждающих конструкций зданий с сухим или нормальным режимом. -Научн.тр. /НИИСФ, 1966. Теплоизоляция зданий, С. 157 167.

43. Лукьянов В.И., Малкин Б.А. Влияние влагосодержания и его градиента на величину коэффициента влагопроводности строительных материалов. Шучн.тр./ НИИСФ,1986. Теплоизоляция зданий, С. 168 - 174.

44. Лыков A.B. Явления переноса в капиллярно-пористых телах .- М.: Гостехиздат, 1954.

45. Лыков A.B. Основы строительной теплофизики. Минск: Изд-во АН БССР, X96I. - 519 с.

46. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М.: Наука, i960. - 534 с.

47. Маскет М. Течение неоднородных жидкостей в пористой среде. М.-Л.: Гостоптехиздат, 1949.

48. Мачинский В.Д. Теплотехнические основы строительства.- М.: Стройиздат, 1949. 327 с.57 а. Метеорологический ежемесячник. Обнинск: ВНИИГИИ МЦЦ. Вып. 21, ч. П, № I-I2.

49. Методика определения влажностных характеристик строительных материалов. Киев, 1970.

50. Микроанализ и растровая электронная микроскопия. -М.: Металлургия, 1985, 392 с.

51. Нерпин C.B. ,Чудновский А.Ф. Энерго- и массообмен в системе растение-почва-воздух. Л.: Гидрометеоиздат, 1975 -352 с.

52. Никитина Л.М. Термодинамические параметры и коэффициенты массопереноса во влажных материалах. М.: Энергия, 1968, - 499 с.

53. Николаевский В.Н., Конвективная диффузия в пористых средах. Прикладная математика и механика.,1969, Т.23, Вып.6. С. 1042 1050.

54. Николаевский В.Н. О подобии в среднем микроструктур поровых пространств, Изв. АН СССР, ОТН, мех. и маш.,1960, № 4, С. 41 - 47.

55. Объедков В.А. Исследование стен обогатительных фабрик калийных комбинатов. В кн.: Износ и защита строительных конструкций промышленных зданий с агрессивной средой производства. - М.: Стройиздат, 1966, Вып.З.

56. Плонский В. Результаты исследований паропроницаемос-ти некоторых строительных материалов различными методами.

57. В кн.: Строительная теплофизика. М.-Л.: Энергия, 1966, С. 220 - 225.

58. Пригожин И. Введение в термодинамику необратимых процессов. М.: Ил, i960.

59. Программа BPLWWT расчета нестационарных температурных и влажностных полей ограждающих конструкций зданий. -М.: МОФАП, HI3500, 1986.

60. Цузыревский Н.П. Фундаменты. М.: Госстройиздат,1934.

61. Рабочев Н.С.,Рекс Л.М. и др. Применение модели термо-влагопереноса в почвогрунтах для расчета сумшрного водопотре-бления сельскохозяйственных культур. Почвоведение,1981,1. I. С. 50 - 59.

62. Развитие исследований по теории фильтрации в СССР.- М.: Наука, 1969. 545 с.

63. Ребиндер П.А. Физико-химические основы пищевых производств, 1952.

64. Рейнер М, Реология. М.:Наука, 1965. - 223 с.

65. Рекомендации по расчету и конструированию вентилируемых стен промышленных зданий с влажным и мокрым режимами (НИИСФ). М.; Стройиздат, 1988. - 43 с.

66. Рельтов В.Ф. Влияние физико-химических факторов на водопроницаемость и деформируемость связных грунтов / Труды совещания по механике грунта, основаниям и фундаментам. -М.: Госстройиздат, 1956.

67. Роде A.A. Основы учения о почвенной влаге, Л.: Гид-рометеоиздат, 1965. - 663 с.

68. Ройфе B.C. Способ определения незамерзшей воды и льда в капиллярно-пористых материалах при теплофизических испытаниях ограждающих конструкций. ШИ, Т.40, № 5. - С.889-893.

69. Руководство по расчету влажностного режима ограждающих конструкций зданий. М.: Стройиздат, 1984.

70. Русанов А.И. Фазовые равновесия и поверхностные явления Л.:Химия, 1967. - 387 с.

71. Савельев Б.А. Методы изучения мерзлых пород и льдов.- М.: Недра, 1985. 223 с.

72. Саульев В.К. Интегрирование уравнений параболического типа методом сеток. М.: Высшая школа,I960. - 324 с.

73. Сафмэн П. Теория дисперсии в пористой среде. В кн.: Механика, Т.2, с. 3 - 33.

74. Силаенков B.C. Долговечность изделий из ячеистых бетонов. М.: Стройиздат, 1986. - 176 с.

75. Споэито Г. Термодинамика почвенных растворов. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 240 с.

76. Справочник химика, М.: Наука, 1965. Т.З.

77. Судницын А.И. Закономерности перемещения почвенной влаги. М.: Наука, 1964. - 134 с.

78. Судницын А.И. Движение почвенной влаги и водопотреб-ление растений. М.: Изд-во МГУ, 1979. - 252 с.

79. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1972. - 735 с.

80. Требин Г.Ф. Фильтрация жидкостей и газов в пористых средах. М.: Гостоптехиздат, 1959.

81. Уилкинсон У.Л. Неньютоновские жидкости. М.:Мир, 1964. - 216 с.

82. Ушков Ф.В. Метод расчета увлажнения ограждающих частей зданий. М.: Иэд-во Министерства ком.хоз.,1955.

83. Ушков Ф.В. Теплотехнические свойства крупнопанельных стен. М.: Госстройиздат, 1959,

84. Филип Д.Р. Теория инфильтрации. В кн., Изотермическое передвижение влаги в зоне аэрации. - М.-Л.:Гидрометеоиздат, 1972. - С. 6. - 71.

85. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждаюцих частей зданий. М.: Стройиздат, 1973. - 2£Г7 с.

86. Франчук А.У. Вопросы теории и расчета влажности ограждающих частей зданий. М.:Стройиздат, 1957. - 188 с.

87. Франчук А.У Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов. М.:НИИСФ,1969. - 142 с.

88. Хальд А. Математическая статистика с техническими приложениями. М.: И.Л.,1956.

89. Чайлдс Э., Физические основы гидрологии почв. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - 427 с.

90. Численные методы в газовой динамике/под. ред. Павлова Б.М. и др. М.: МГУ, 1965. - 304 с.100. *фраев Н.В., Горохов М.М. Исследование влагопроводности ненасыщенных модельных почвенных систем. Дочвоведение, 1970. - № 6. С. 54 - 60.

91. Ше^цеггер А.Е. Физика течения жидкостей через пористые среды. М.; Гостоптехиздат, 1960.

92. Шолохов В. Г. Некоторые особенности сушки ячеистобетон-ных плит через внутренние каналы / Доклады Всесоюзного научно-технического совещания по новой технике и прогрессивной технологии в процессе сушки. Минск, 1969. - Вып.З.

93. Эдлефлен Н., Андерсон А. Термодинамика почвенной влаги В кн.; Термодинамика почвенной влаги. - Л.: Гидрометеоиздат, 1966. - С. 5 - 274.

94. Эфрос Д.А. Исследования фильтрации неоднородных систем. Л.: Гостоптехиздат, 1963. - 351 с.

95. Boele D. et il. Tbaaxy «ad system of ««fteuH« dt-liBdutt«» of soil wistue 6bara$t«xl«tlofl «m «utimted hydrewliccOMductiYitiee.« SS, Z978» 126, Ж 4» p» X9Z-199»

96. ПО, В«ш J., de Ш P. et «1* {fee of oil fitfny data la a aod«l for eiaelatiagrtgieaal «oil Mieter« ncIms.* ^ S88AJ, 1980, 44, p» 808-8X4.

97. XXOa. Boma ffetmg «oil swrvwj; lafoa«ati«a to ebarae-torlh* the BoU-wator itatt.-Ш, Z9SS, >7» * I* p*1. X-7.

98. XXX» Bm«l«$ 1., Ihn B«, filler В* В» Rapid e«|la§t&-«a of waaatvratod eoadaetlTity faaetioa.B88AJ, 1978,4а» в i.

99. Brftaler X», Bag«« 8« Solute disperalea la imaatura-tod М«м|ни«ш| «oil at flolda «eeloi Applicationaaau, 1979» 43, в з» p. 467-472.

100. ИЗ. iMirtitfw B. Studie« «a tbo «отпек! of soil «eleлture.-U.S. Dep. Agrlc. Bureau of Soils Bull., 1907, If 38.

101. Campbell G.S. A simple method for determining unsaturated conductivity from moisture retention datd.-SS, 1974» v. 117, U 4, p. 3II-3I4.

102. Caxy J*W. Water flux In moist soils thermal versus suction gradient«-£S, 1965» v. 100, S 3«

103. Enfield C.G., Esieh J.J, Application of thermocouplepgychrometers to soil water transport.-WBR, I97If 7» H 5.

104. Hamblin A.P. Filter paper method for routine measurement of field water potential.-JH, 1981, v. 53, p. 358- 360.

105. Miller R«D* , Bresler E. A quick method for estimation of soil water diffusivity function,-SSSAJ, 1977, v. 41, H 5,p. 1020-1022.

106. Moore R«E. Vater conduction from shallov vater tables•-Hilgardia, 1959» v. 12, p. 585-466.1^2. Mnalem Y. A modified dependent-domain theory of hysteresis. ,SS, 1984, v, 157, »5»

107. Hyers D»B. Eatrtx formulation of co-lcriging.-Math. Ecology, 1982, v. 14, IT 3» P. 249-257.

108. Rose Z>«A« Water movement in porous materials* P. 2. The separation of components of water movements.-British. J* Appl« Hays., 1963, v, 14, E 8.162« Rose D:iA« Vater movement in dxy soils. P. 2. Analysisof hysteresis.-JSS, 1971» 22, p. 490-507.

109. Sposito G», Jury W® Xnspectional analysis in the theory of water flow through unsaturated soil.- SSSAJ, 1985« 49,4, p. 791-798.

110. Stockton J,G«, Warrick A.W, Spatial variability of unsaturated hydraulic condactivity. -SS3AP, 1971» 35» H 6, p» 847-848.

111. Strangeways I.C. Interfacing soil moisture gypsum blocks with a modern data-logging system using a simple low-cost dc method— SS, 1983, v. 136, H 5« P. 322-333.

112. Xhosy J.Xi., Vachaud G. Automatic measurement of soil-water pressure using a capacitance manomrter.-JH, 1980, v. 46, V 2,

113. Topp G.C., ZebchUk W.D. The detemination of soil water ¿•sorption curves for soil cores.«CJSS, 1979» v. 59» £ I, p* 19-21«175« Towner G.D. Theory of tine reap once of tensloaeters,-JSS, I960, v, 51, H 4, p. 607-621.

114. Vail B.H., Miller A* J. Optimisation of parameter In a model of soil water drainage.-WHR, 1985, v. 19» B 6, p. 1565-1572«

115. Warrick A.W. , Mullen G.J., Hlelsen D.R. Scalling flid-measured soil hydraulic propertlers using a similar media oonr-cept.-WRR, 1977, 13» ff 2, p. 555-561.

116. Williams J., Shaykevich O.P. An evaluation of polyethylene glycol P.E.G. 6000 and F.B.G. 20000 In the osmotic controlof soil water matrie potential. -CJSS, 1969» 49, H 5, p. 397-401.

117. Whistler F.D. Calculating the unsaturated hydraulic conx* ductlvity and dlffusivity .-SSSAJ, 1976, v. 40, If I, p. I50-I5I.A

118. Науч но -ис с ле дСш а т е ль с кий институт строительной физики- Н И И С Ф 1. На правах рукописи

119. Кандидат технических наук ЛУКЬЯНОВ ВЕНИАМИН ИВАНОВИЧ1. УДК 536.2:691+69,022

120. СТАЦИОНАШЫЙ МАССОПЕНЕНОС В СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ И КОНСТРУКЦИЯХ ПРИ РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМЫ Г:0ВЫШЕНШ ЗАЩИТНЫХ КАЧЕСТВ 0ГРАВДАЮ11Щ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ С ВЛАЖНЫМ И МОКШМ РЕШ10М

121. Специальность 05.23.01 Строительные конструкции,здания и сооружения1. Диссертацияна соискание ученой степени доктора технических наук1. Москва 19931. СОДЕРЖАНИЕ1. ТОМ 21. Ctjj.