автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Тепло-влажностный режим наружных ограждающих конструкций здания с учетом косых дождей в условиях жаркого и влажного климата Вьетнама

т *

МОСКОСКШ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ имени В.В.КУЙБНШЕВА

На правах рукописи

ЧАН ДАНГ ЧУНГ

ТЕШЮ-ВЛАЖНОСТШЙ РЕЖИМ НАРУЖНЫХ ОГРАДЦАП1Щ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЯ а УЧЕТОМ КОСЫХ ДОЖДЕЙ в УСЛОВИЯХ ЖАРКОГО И ВЛАЖНОГО .¡ШМАТА ВЬЕТНАМА

05.23. ОЗ-Твшгоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освощошм

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации нв соисквниэ ученой степени квндидатэ технических наук

Москва,1Э93

Работа выполнена в Московском инженерно-строительном институте имени В,В.Куйбышева.

Официальные оппоненты:

Научный руководитель: Проф. ,дл.н.Академик РААС

В.Н.Богословский

-Проф.,д.т.н.Савин В.К. -Доц., к.т.«.Китайцев.А.В. Ведущая организация: _ ЦНИИПромзданий Госстроя ]

Защита состоится Ця/ швд/_ 1993 г. в 17 чо

на заседании специализированного Совета Д 053.11.07 в tooков инженерно-строительном институте им.В.В.Куйбшвва по адресу 129337,Москва,Ярославское шосое, д.26, в ауд. й_ .

О диссертаций мояшо ознакомиться в библиотеке института Ироош Вас принять участие в защите и направить Ваш отзив по адресу 129337,Москва,Ярославское шоссе, д.26, МИСИ им. В.В.Куйбышева, Учений совет.

Автореферат разослан VZ лш^ 1993 г.

Учений секретарь Специализированного Совета П.А.Хаваиов

д.1.11. ,проф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работ». Тонлозащитные свойства и долговечность ограждающих конструкций зданий (ОКЗ) существенно зависят от их влажностного состояния. С повышением влагосодержания материалов, входящих в состав ОКЗ, происходит снижешго их теплозащитных свойств и уменьшение долговечности зданий, что является причиной значительного увеличения мощности гоплохолодоснабжешш и расходов на проведение капитальных ремонтов ОКЗ.

Кроме того высокая влажность конструкций является причиной неблагоприятного санитарио-гигиошпеского ооототшя помещений, выражающегося в появления гриб коп, плесени и прочих вродшх биологических процессов на поверхности этих ограждений со стороны помещения.

В климатических условиях Вьетнама, характеризующихся высокими значениями температуры и относительной влажности наружного воздуха, а такта большим количеством осадков ( превышающим 1000 ш в год), большое значоши имеет прогнозииовапио влажностного оостошпш ОКЗ с учетом влияния большого колот о с тп а климати-юсгсих факторов в особенности дождевого увлажнения их нарузпюй -зоворхности.

Работа посвящена экспоршонтольпому и теоретическому исследованиям по изучают проникновения дождевой влаги в ОКЗ и зазрабогке рекомендации по повышению их защитных качеств а усло-зиях.тропического климата Вьетнама.

Цеда диссертационной работы:

Совершенствование.- метода расчета влажностного режима и юштение защитных качеств наружных ограждений зданий, эксплуа-:ируешх а климатических условиях Вьетнама.

Задачи предлагаемой роботд органически следуют из постав-¡онной цели:

~ Провести анализ климатических параметров, характеризующих «лздон.ю осадков на портпкплыме поверхности различных ориента-цп! а условиях Пьотгаг.а;

- Определить тиаго^тзичаскло характеристики наиболее распро-грпнешшх материалов, яснояьзуеглых в строительстве зданий во ьстна:,:з;

- Провести теоретические и экспериментальные исследования влаголераноса на фрагментах наружных стон при учете дождевого увлажнения;

- Провести расчет влажностного состояния наружных стен зданий, эксплуатируемых в климатических условиях Вьетнама с учетом дождевого увлданешш и воздухопроницаемости пси различных штенсшшостях фильтрующегося воздуха;

- Разработать основные рекомендации по повышению защитных свойств наружных стен зданий, направлашшх на поддержание требуемых условий, в помещениях.

Научную новизну работы составляют:

- корректировка математической модели влагопереноса в ОКЗ с учетом дождевого увлажнения;

- методика и результаты исследования влажное того состояли фрагментов под воздействием попеременного дондевашш и 0суша1шя их наружной поверхности;

- результаты прогнозирования влажностного состояния нарук-них стен в климатических условиях Вьетнама и рекомендации по повышению их защитных качеств, основанных на этих результатах.

Практическое значение работы. В результате проведенных исследований разработали обоснованные рекомендации по морам защити наружных стон от их промокания и переувлажнения дождевой влагой. Полученные рекомендации позволяют спроектировать ОКЗ с наименьшей затратой маториалов при надежном обеспечении требуемых санитарно-гигиенических условий, что является некоторым ' вкладом в получении экономического эффекта от внедрения предлагаемой разработки..

Апвобанил работы. Основные результаты работы били доложены и обсуждены на научных семинарах МИСИ, НИИ строительной физики.

Диссертация содержит Введение, 4 главы, Выводы и список литевагуда.

Основные лоложешя, выносимые на защиту:

- корректировка математической модели расчета влажностного режима ОКЗ с учетом влияния косых дождей;

- влияние дождевого увлажнения на влажностноа состояние наишшх стон из керамзитоботона и кирпича;

- результаты теоретического исследования влзжностиого режима нагоигмх ограадоний зданий л климатических условиях Вьетнама и рекомендации по повышению эащитних качеств наружных сгон из карамзигобетона и кирпича.

СОДЕРЖАНИЕ РЛБОШ

В первой глава дан краткий обзор состояния и развития теории масоопореноса в пористых средах, к которым относится и большинство строительных материалов, а также обзор работ по изучению проникновения доздовой влага.

Отмечается аналогия между строительная! материалами, поровое яространство которых частично заполнено водный раствором и частично ВОЗДУХОМ, ПОЧВВШ, ВВЕХНИЙ СЛОЙ КОТОРЫХ большую часть времени находится также в ненасыщенном состоянии, и нефтеносными порода-тли, поровоо пространство которых частично заполнено нефтью, а частично по до П. Начиная о родоначальника теории дппжешш жидкости в пористых средах БэшвггомаЕ., большой вкуад в развитие массопершоса внесли де Гроот С., Дэрнгии В.В., Лебедев А.Ф:, Долгов С.И., Глобус А.М.; Лвйбензон Л.С., Шейдеггер А.Е., Гарднер У.Р. и др. В строительной' теплофизике вопросы мпссопере-носа решались Власовым O.E., Лыковым A.B., Богословским В.Н. Развитие теоретических л экспериментальных исследований по ■ • влагопареносу в ограждающих конструкциях зданий нашло отражение в работах Фокина К.Ф., Ушкова Ф.В., Франчука Л.У., Савина В.К., Лукьянова В.И.-,-Гагарина В.Г., Тэртичника ЕЛ1. и др.

Следует отметить, что л существующая многообразии подходов к описанию массопераноса в пористых средах можно выделить два зущаотвешГО различных класса, один из которых обусловлен использованием понятия потенциала ( термодинамического, химического, ютенциала массопервноса у А.В.Лыкова, потенциала влажности у З.Н.Богословского), а второй основан на гидродинамической теории [ильтрадаи, не исключающей наличие всевозможных нелинейноетей. 1дои физико-математического моделирования, широко применяемого 1 исследованиях по массолереносу и описанного н трудах i, Б. Георгиевского п А.М.Глобуса, целесообразно использовать в [сслодовшшях по проникновению дождевой влаги. При сопоставлении кспергадентального распрзделезпш ( физическая модель) п расчетных

саопшделошй (математическое моделирование) необходимо добила! оя наилучшего соответствия между ниш, что предполагает мшшми-аацию специального критерия, характеризующего степень близости между указанными распределениями.

ЛЗовторой главе приведены дашшо о парамап климата Вьетнама: ореднемеоячнш значения тошюратуры, относите ной влажности наружного воздуха, солнечной радиации, падающей на наружную поверхность стен различных ориентации, среднемесяч-нце значения скорости и направлешш иотра, а также среднемесячные значения количества осадков, выпадающих на горизонтальную поверхность.

Наиболее существенными климатическими факторами, илияющиш lia влажноеihuü режим ОКЗ, являются томпоратура и относительная влажность наружного воздуха, продолжительность дождевцх ишхуль-оов в оезош дождей. Поскольку относительная влажность воздуха во всох районах Вьетнама имеет большое значение ( более 65$), солнечная радиация, падающая на вортикальные стены, повышает поток влаги, удаляемой с поверхности стони в пероривах между дождями, более, чем в 2 раза.

В третьей главе раосмотренц основы теории влагоперонооа о попользованном потэшшалэ влаююоги.

Математичеокая постановка краевой задачи определения влашюсгиого оостоя1шя ограждающих конструкций зданий приведет ■ ниже

V(OD,t).po.0eB/dz * dtfl^.tf.óOr/Oildx ,

О < X < 0 , О < z < Т ; (1)

ь

¿H - - М<6в>нв" «Vini1 . X - О . О < z < Т ; (2) •*в " Рв-'^в^вв- «Vai1 • х = о , о < z < Т ; (3)

о(х ,0) - tixy , о < х < а В •

Дня нахождения влажносгпого состояния однослойных нарушпгх степ были опсодолэш влагофиэичоскле характеристики: плагооико-отЬ 0а ) и влагопроводностЬ ¿С С ва, )• Однако

решение поставленной задачи (1)-(4) возможно без учета влияния увлажнения довдевой влагой. Поэтому пви рассмотвешш проншшове-|шя дождевой влаги во фрагменты наружных стен и учета влияния дождевого увлажнения на влажносг.пов соотояшю наружных стон-п климатических .условиях Вьетнама была попользована гидродинамическая постановка движения влаги в капиллярно-пористых сводах при разграшгеешш потоков в жидкой и парообразной фазах, разработон-нал В. И. Лукьяновым:

- Э(Бп(и)Лрвоз.Мв/ (К803..р0)].в(г.ф)>вх +

Ц'воз ' «в/^воз-РоЬ^.ф)!.!^^)/^. др0/Ох)/вх -

01к(и).ди/дх1/0х , О < X < О , О < г < Т ; (б)

Зн "-Ощн-С ФнЕ(^)-[<р(и).Е(1)]нп> , х - О , ,0 < г < Т ; (6)

Л = с^Д <рв.Е(Ъ. )-С<р. (и).Е<«)1 > , X - Э , 0< г < Т ; (7) &

и(х,0) = I ( х > , 0 < х < О (8)

Кроме того, для многослойных стен на стыке слоев из разных гатериалов использовалось соотношение влагосодерзштй' ¡тих материалов, имеющее смысл ваЕэнства потенциалов соприкаспю-цгсся гла те скалов. Парциальное давление насыщенного водяного пара

Е ( 1 ), входящее в состап переменных (5), являотся только ушшиой температуры t в достаточно узком интервале отшсфер-:ого давления любого из климатических вагонов Вьетнама. В свою череда "Ь определяется л результате решения уравнения тепло-роводгости, не приведенного н постановке краевой задачи (5)-(8). уравнении (5) показано, кап с помощью второго слагаемого правой асти мокло учость влпяше воздухопроницаемости на ллагоперонос няру;к1шх стенах.

Краевая задача (5)-(8) была скорректирована для условий, учитывающих влияние дождевого увлажнения. Вместо соотношения (6) ниже приведено граничное условие для нарушой поверхности, периодически увлажняемой дождевой влагой

що,г)»иш , о < г < гд1 > (Тд)^ г < (Тд), + г^ ; (ба) За -<ЧвсЧк.Е(*11)-1ф(Ч).н(г)1В1) , , гд1 < г < <тд)1 , (бб)

_I

Рпс.1

Последовательность дождовнх импульсов

Иоиользуя иитегро-шц'орполяциошшй метод, центральные разности для выражения производите, в результате интегрирования в элементарном объема и ввадокия поправок для повышения точности аппроксимации получили систем/ абсолютно устойчивых сеточных уравнений, которая ввиду громоздкости в автореферате не приводится. Для реализацш! алгоритма решения краевой задачи с помощью ЭШ составлена программа определения нлаалостных полой ограждающих конструкций, блок схема которой представлена в диссертации.

В соответствии о математической модолыо (5), (6а),(66),(7), (6) определено влажностноа состояние фрагмонта наружной стеш из керамзитобетона, периодически .увлажняемого довдем. Проведено также аналогичное исследование проникповшшя дождосой влаги на экспериментальном отвядя, при этом количество вилтнваошй. волн ' определено нзвошпванием образцов, а раопродоланио влаги найдено с помощью олактроиэтрпчосинх датчике;! пддаюсти. Температуря гоз духа а помещении равнялась 11)°С, твал.чгудо увлажняемой попорх-

шили - 1б°С. Режим лопороченного увлажнения и высушивания фрагментов приводен в тпбл.1. Массы образцов в сухом состоянии: ' m л - 3150 г, iTijj = 3379 г. IIa ело.2 схематически показана схема моделирования на экспериментальном стенде.

'ГаблЛ

Режим norm ременного увлажнения и высушивания фрагмента. Массы образцов перед началом испытаний: пг^ = 3308 г, т. - 33(34 г

Процооо W о ца 14 11) t>ïM га 1 i И ш за iq (V î>lW то g CJ te! о 80 Р) ш И« ■ - ■■ Г" га S >1 а И CD га в) ti И м) ш ИМ га а о i !<3 Ф Ы 03 ;ч и

Номер процосса ■ I 2 3 4 5 6 7 в U

длительность промежутка,сут I 3 2 2 5 6 I I 4

маоса образца в ковде процесса,г m, П>{ 3437 3705 3368 3567 3520 3880 3433 3686 3630 3978 .3420 3623 3549 3819 i . 3483 3727 3741 ЗЬ02

/////////;

1СП

//77777777/ ILLLULUIL

1д<т:< Т

77777777777

СГ

im

мост переменого ТОН 8

RpOMíT

Рис. 2

lîxona установки по исслодопанта прошишолешш дождоной влаги

и

На рис.З показана корреляция мевду результатами, получещммн я проведешюм эксперименте о помощью датчиков и взвеишванием. На рис.4 продставлена корреляция между результатами, полученными экспериментально с помощью датчиков и расчотшш путем при реша-шш обратной задачи. Суть задачи заключается в оптимизации теоретического распределения, наилучшим образом соответстаующего экспериментальному распределен™ влагосодоржания. Влагофизичосшга характеристики переноса: коэффициенты диффузии водяного пара и влагопроводности, являются таким образом идентифицированными при условиях проведения исследований.

Таким образом, подучено удовлетворительное соответствие

результатов расчета влажностного состояния результатам, полученным экспериментально о помощью датчиков влажности.

Глава 4 посвящена расчету влажностного режима наружных стон и рекомендациям по защите этих стен от переувлажнения дождевой влагой. Расчет влажностного состояпия наружных стен из керамзитобетона и кирпича выполнен в соответствии с математической моделью влагопереноса (5),(6а),(66),7,0 с учетом слияния увлажнения дождевой влагой в сезоне дождей, влияния солнечной радиации на температуру наружной поверхности стен Температура и относительная влажность наружного воздуха, входящие в граничные условия (66), приняты переменными в соответствии с климатологическими данными о среднемесячных значениях. Дашшэ о количестве вода, выпадающей на горизонтальную поверхность были преобразованы п последовательность дождевых импульсов, на протяжении которых влажность поверхностного слоя в соответствии с условием (6а) была равна максимальному аодопоглощоншо материала.

Коэффициент диффузии водяного пара и влагопроводности керамзитобетона, кирпича и цементно-песчаного раствора приведены в табл.2.

Расчет выполнен для наружных стен из керамзитобетона <5 = 0,15 м, кирпичной кладки в I кирпич ( SK- 0,22 м) с фактурным слоем ( S<p - 0,02 i.j) и боз фактурного слоя, кирпичной кладки в 1/2 кирпича ( 0,11 м) боз фактурного слоя и с двумя вариантами фактурного слоя ( - ü,U2 м и 5Г<р= 0,03 м).

*

16

§ ю

о о

--------- / / уУ ■* / у у /

» ,

Ж* АГ ✓Ж у «0,9: У «0,8 х -1 -Х- 1,6 с» 0,91

« - первый образец второй образец

10

15

20

х , ВЛ8ЛИ00Т1 по результатам взвешиваний,% Рис.3

Корреляция мовду показаниями датчиков и сазульготами взвешивания

<Т)

Б

* *' уУ

У

/ , ( ......

•-на 144 временной интервале 4~на 312 временном интервале о-на 456 временном интервале

эксперимент. значения Рио.4

Корреляция результатов рпочета и виопоримонга

4

Табл.2

Влагофизичесииэ характеристики Dn ? К(Ш

Материал И'Ю5., ч • с мУ«/) К.106,м2/ч

(>"!1 )Г и/я.

0 0,8 1,6 2,4 3,2 4,0

Керамзигобетон UM= 32$ 12 0 0,12 1,2 5,0 20 40

Кирпич U* = 37% 18 0 1,0 6,0 80 ООО ООО

Цеыентно-песч вшй раствор UM- 20? 4 0 0,0? 1,0 0,5 44 00

Подучены следующие результаты:

- стана из керамзитобегона в = 0,15 м не промокает н созоне дождей в климатических условиях г.Ханоя;

- кирпичная стена в I кирпич с фактурным слоем - 0,02 м но промокает при вышеупомянутых условиях;

- кирпичная стена в 1/2 кирпича с фактурным слоем

0,03 м не промокает при вышеупомянутых условиях;

- остальные из указанных вариантов стен промокают, т.а. дождевая влага появляется на поверхности стены со стороны помещения во время продолжительного дождя в сезоне дождей.

По результатам выполненных расчетов разработаны рекомендации по повышают защитных качеств наруетшх стон, которые приведены а диссертации.

шзода

1. Климатологические данные, приведенные на рис.2.1 и в табл.2.1-2.5, позволяют учесть влияние солнечной радиации и увлажнения ориентированной наружной поверхности стены на ее влакностное состояние в условиях, приближающихся к условиям эксплуатации зданий.

2. Математическая модель влагопереноса с учетом увлажнения дождевой влагой удовлетворительно описываат влажностное состояние наружных стон при воздействии на них косых докдей, причем расхождение подученных результатов расчета и эксперимента но провшаот 20£.

3. Электрометрические датчики влажности показали удовлопю-иэлыша результаты а исследовашшх проникновения дождевой

шги с парушшо сиш, коэффициенты корреляции которых с роз:улх.-iia№i извошивания составляют по даум образцам соответственно Г, = 0,91 и гг = 0,S6, что доказывает возможность их исполь-

>ваиия в аналогичных исследованиях.

4. Глубина прошпшовошш доадовой влаги н нарушаю степи

?и дождях, не пвапшавдшс I сутки, составляет от 3-х до G-ти см, >этому кратковременное дождевой .увлгдаалио но оказывает сущост-ишого влияния но вляжностиоо состояние стон. Дожди продолжите-.ностью более 3-х суток оказывают существенное влшпше, что юбходимо учитиаагь в расчетах влдаюстного решила наружных

'ОН.

5. Б климатических условиях Вьетнама нащжшв стона из карам ;тоботоиц но промокают доке при дождях с поодолаитолыюстыо

G-ти суток.

6. Лащжшо стены из кирпича толщиной в 1/2 и I кирпич шокают, поэтому на наружную поверхность этих стон необходимо носить факгурше слой, например, из цоыентно-песчаного раство-, протом толщшщ фактурного слоя, защищающего стену от промо-Ш1Я, зависит от толщшш стони и составляет для стони в I кирши

U,02 м, в 1/2 кирпича 0,03 м.

Условшо обозначения

t - температура,°С; U - влагосодержашю материала,

SI , UM - влагосодормаше соответственно максишль-э сорбционнов и максимальное водопоглощоние, кг/м^ {%)•, 0 - потенциал влажности (°в); j --плотность потока влаги, Дм .ч); jMCn - плотность потока влаги, испаряющийся с оерхлости стеш, кг/См^.ч); $ , , j>„ - г.лот-

зть соответственно сухого маториала, воздуха и гюроиого раот-оа, кг/м3; Е - парциальное давление насиненного потного пора, • ; f - относш'ольнал влаююсгь воздуха,%; f ~ шшгоом-;ть материала, нхУ(кг.°л); - коо^шишнт влагопроводлости, '(м. 1>.ч); - интенсивность довдя, мм.водяного столбц/сут;

, X - вромл.ч, X - координата,и; Vu - скорость ветра, i ï; oi. - косм,шутит теплообмена, Bt/(m^.°U); (S - контент влагообмона, кг/(м:\°В.ч) ; 0fl f K(U) - г.оаймцкоитц

ооответогвенно диффузии водяного паса и влагопроподносги.м^/ч;

/Г* 1 ~ ^зкооть порового, ооответотвешо раствора и

воздуха, Па.о; Нь > М&о4 - масса киломолл соответственно воды и воздуха, кг/кмоль; & - давление воздуха, Пп;

1<(Ц) - проницаемость материала по воздуху,м'; с*ч - коаЭДн циент влагообмеиа, кг/(м2.ч.Па);

Сокращения: н - наружный, в - внутренний, ВВ - воздух в помете' нли; НВ - наружшй воздух, ВП - внутренняя нопдрхность, НП - нарушая поверхность.