автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Влияние комплекса климатических параметров района строительства на температурно-влажностное состояние ограждающих конструкций и их долговечность на примере ряда городов Дальневосточного строительного региона

К 8 , 01 РОССИШЯ АКАДЕМИЯ АРХИТЕКТУРЫ

и СТРОИТЕЛЬНЫХ НАУК

^ ^ Научно-исследовательский институт строительной физики

(ШИСФ)

На правах рукописи УДК 69.059.4+697-1:536.2

Блюм Дмитрий Вячеславович

ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСА КЛИМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАЙОНА СТРОИТЕЛЬСТВА НА ТЕШЕРАГУРШ-ВЛАХН0СТН02 СОСТОЯНИЕ ОГРАЯДАВДЙХ КОНСТРУКЦИЙ И ИХ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ НА ПРИМЕРЕ РЯДА ГОРОДОВ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО СТРОИТЕЛЬНОГО РЕГИОНА

Специальность 05.23.03. Тегглоснабжение,вентиляция, кондиционирование, газоснабжение и освещение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполнена в Научно-одоледовательоком институте строительной 4лзики

Научный руководитель : Научный консультант :

к.т.н. Ясин Юрий Дмитриевич д.т.н. Юрьев Олег Федорович

Официальные оппоненты!

д.т.н. Дешко Эрнеот Леонидович к.т.н. Веколер Леонид Борисович

Ведущая организация: ДальНИИС

Защита состоится "

1994 г. в

часов на за-

седании специализированного совета Д 033.10.01 при Научно- исследовательском институте строительной физики РААСН по адреоу! 127238.: Локомотивный проезд, 21, НИИСФ.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-методическом фонде института.

Автореферат разослан "

1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, член-кор. РЛАСН, д.т.н., профессор

В.К.Савин

- Э -

Общая характеристика работы

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ. Практика эксплуатации,зданий на Дальнем >стоке показывает, что действительное состояние ограждающих конотрук-1Й существенно отличается от расчетного! ограждения не обладают ожи-1емыш, соглаоно нормам, теплозащитными качествами, а их долговеч->оть ниже экономически приемлемого уровня. Вое ето приводит к диском->рту во внутренних помещениях зданий, к неоправданным затратам, ойуо-шленным прездевремешшми ремонтами и перерасходом анергии в процессе ¡сплуатащш зданий, к повышеннш нагрузкам на отопительные оиотомы.

Несоответствие теплозащитных свойств и долговечности огравдашлх >нструкций зданий требуемым нормативным значениям, во многих случаях, ¡ъясняется несовершенством нормативных документов, которые не адек-1Тно учитывают специфику климатических условий района заотройки.

В последнее время в лаборатории Долговечности ограждающих коиот-кщгй НИИСФ были созденн математические модели, позволяющие учитывать аимосвязанность и нелинейность тепло и влагопереноса, криогенные зовые превращения и другие физические процессы, протекающие- в ограж-ющих конструкциях под воздействием комплекса климатических парамет-в района строительства. Однако, они достаточно оложны и не могут ть рекомендованы для широкого использований в практике инженерных счетов.

В результате проведенных исследований был разработан инженерный тод расчета температурно-влекиостного состояния' и оценки теплозьиит-х свойств и долговечности ограждающих кояотрукций, о задашгым уроа-м обеспеченности, о учетом вероятностных воздействий комплекса кли-гических параметров района строительства, который позволил перейти, и выборе наиболее рациональных типов ограждений, от интуитивных едставлений к научно обоснованным решениям.

ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является создание инженерного метода

оценки темлературно-влажностного оостояния и долговечности наружны! ограждающих конструкций,подвергающихся вероятностным воздействиям комплекса климатических параметров, исследование влияния комплекса климатических параметров на тешшратурно-влакноотное состояние и долговечность наружных ограждающих конструкций, вкоплуатируемых в условиях Дальнего Востока и разработка предложений по повышению их надежности. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ ВКЛЮЧАЮТ:

разработки

- теоретической основы инженерного метода оценки темлературно-влажностного оостояния и долговечности наружных ограждающих конструкций, подвергающихся вероятностным воздействиям комплекса климатических параметров (температуры, влажности наружного воздуха, составляющих солнечной радиации и косых доадей);

- инженерного метода оценки температурно-влажностного оостояния наружных ограждающих конструкций, подвергающихся вероятностным воздействиям комплекса климатических параметров!

- инженерного метода прогнозирования теплозащитных овойств и долговечности ограждающих конструкций зданий о учетом вероятноотных воздействий комплекса климатических параметров;

■исследование

- влияния на наружные ограждающие конструкции комплекса вероятностных воздействий климатических параметров,соответствующих условиям строительства на Дальнем Востоке;

выбор

- наиболее вффективных конструктивных решений наружных ограждающих конструкций,експлуатируемых в климатических уоловиях Дальнего Востока.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ:

оозданы

- математическая модель, учитывающая вероятностный характер комплекса

лиматичеокйх воздействий не температурно-влажностное состояние и дод-овечнооть ограждающих конструкций;

физико-математическая модель напряженно-деформируемого состояния гракдекхцкх конструкций, обусловленного циклическим образованием и волюцией криофазы и ее взаимодействием о матрицей материала конструк-ии.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ заключается в разработке: инженерного метода расчета температурно-влажностного состояния и элговечности огравдагацих конструкций зданий, который позволяет для энкретяых условий эксплуатации выбирать наиболее рациональные ограж-•>щие конструкции о заданным уровнем надежности теплозащитных евойотв долговечности: программ для ГОШ:

> позволяющих представить массив многолетних актшгометрических данных виде конечных рядов Фурье, а также получить • вероятностные оценки гой математической модели:

! реализующие алгоритмы расчета температурного состояния н ' долговеч->сти огр&ждятазих конструкций зданий для заданного уровня надежности.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ; математическая модель, представляющая комплекс вероятностных климата-юких воздействий в виде конечных рядов Фурье;

инженерный метод расчета теплозащитных свойств и долговечности огра-[аюиих конструкций, подверженных вероятности«« воздействиям комплекса статических параметров района строительства и периодическому пзмене-.к) напряженного состояния матрицы материала конструкции в результате разования и эволюции криофазы.

ШЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Результаты работы были использованы льнввосточным отделением Всесоюзного государственного научно- исоло-вательского ггроектно-конструкторского института " ВШШЭэнергопром"

йри проектировании огравдаюцих конструкций зданий в городах Хабаровского края.

)

; АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на:

научно-технических конференциях •а) "Эффективные строительные материалы и конструкции о использованием отходов промышленности" (Ровно, 1990 г.);

б) "Изучение действительной работы конструкций о учетом условий и сроков эксплуатации" (Пенза, 1992 г.)s

в) XXXVI научно-технической конференции (Хабаровск, 1991 г.);

- XXIV международной конференции по бетону и железобетону (Дамбай 1992 г.);

- на III съезде Ассоциации инженеров по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике (Моо-ква 1993 г.).

ПУБЛИКАЦИИ.Основное содержание работы опубликовано в 6-ти статьях. ; СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диосертация состоит из введения, четырех глав, выводов и содержит 224 страницы, включая около 150 страниц машинописного текста, 13 таблиц, 18 рисунков, список литературы из 134 наименований, приложений на 48 страницах.

I

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ПЕРВАЯ ГЛАВА. В первом разделе первой главы представлен обзор исследований, поовященшх тешературно-ьлажноотному состоянию, теплозащитным свойствам и долговечности ограждающих конструкций зданий, вкс-плуатцруамых в климатических условиях Дальнего Востока. Опыт проектирования, .строительства и эксплуатации зданий на Дальнем Востоке показывает, что в ряде случаев ограждающие конструкции не обеспечивают необходимые теплозащитные свойства в.зимний период, а их фактический срок службы в 1.5 -2 раза меньше срока службы аналогичных им конст-

укций,эксплуатируемых в более мягких климатических условиях.

Отмечается, что основной причиной такого положения являетоя то, то при проектировании наружных,ограждающих конструкций должным обра-ом не учитывается специфика комплекса климатических параметров района троительства.

Во втором разделе первой главы анализируются методы оценки темпе-втурно-влакностных полей и долговечности огракдпкмшх конструкций, гмвчено, что существующие в настоящее время методы расчета темперо-урно-влагшостшх полей, учитывающие взпимосвязошюсть и нелинейность эпло и влвгопереносв, криогенные фазовые превращения и другие физи-зскио процессы, протекающие в огряэдаюцих конструкциях под воздей-гвием комплекса изменяющихся случайным образом климатических ппрэмет-эв района строительства, достаточно слоят для использования в гграк-же инженерных расчетов.

Анализ методов оценки климатической долговечности показал, что зиболее рационвлышм, с точки зрения применимости в практике инженер-IX расчетов, является метод оценки долговечности, основанный-на вычи-иенга и суммировании непосредственно напряжений, обусловленных обра-зввнием и эволюцией криофазы в порзх влажного строительного нотвриа-з. Этот метод не требует большого количества експериментэлышх данных способен достаточно точно отображать процесс накопления остаточных нтряясений в материале ограждавших конструкций.

В третьем разделе первой главы приведена кроткая характеристика тиматических параметров Дальнего Востока: температуры и 'влажности фукного воздуха, солнечной радиации и косых дождей.

Приведенный в первой главе обзор состояния вопроса позволил поставь цель и определить задачи диссертационной работы.

ВТОРАЯ ГЛАВА. Во второй главе диссертации рассмотрена теоротичес-1Я основа инженерного метода вероятностного расчета темперэтурно-

рлажностного состояния и долговечности ограждающих конструкций, по рергающихся вероятностным воздействиям i жплекса климатических пар метров района строительства.

' ■ Совместный тепло-маосоперенос в ограждающих конструкциях здан являетоя сложным физическим явлением и описывается системой нелинейн] дифференциальных уравнений в чаотных производных, нелинейными грани ними условиями (общий олучай) и соответствующими начальными условиям] Задача существенно упрощается, когда температурное поле в cboi

I „

развитии значительно опережает поле потенциала ыассопереноса. В ет< рлучае нестационарный тегоюперенос практически происходит в услови! неизменного масоосодержания тела и можно рассматривать взаимно неси/ занные уравнения переноса тепла и массы. Такое упрощение moi!ot 6w. принято для большинства строительных материалов, применяемых в нарукш ргравдающих конструкциях. Это позволяет решение сложной задачи прогнс зироваш!Я теипературно-влажноотного состояния и долговечности ограждг ющих конструкций представить, как комбинацию решений нескольких бол« простых задач (рис. 1).

Комплексное воздействие температуры.наружного воздуха и составляк щих солнечной радиации, выраженное в виде суммарного температурног воздействия, предотавлялось следующей математической моделью:

для годового цикла

4 - 4 Н А,

т (т) = Е Т.+ Е Е A sin(пи х + 0 , ) ; (1

у iti 1 iti „-1»1" У yln

для суточного цикла

T(t) = Г (Г) + Е 2 .sin(U,t + 5.,) . (2

у , . d 1 d d t

1*1

,где 5г=Звр/аш; 5э=(5г+ О.О70й)р/(2«ш)! ?4= \р/(2аш);

А ^ -амплитуда колебаний составляющих суммарного температурног

У > а

.воздействия, определяемая как для суточного (d), так и для годоьог (у) цикла по формулам:

Метод расчета с заданным уровнем надежности теплозащитных свойств и долговечности ограждающих конструкций зданий различного назначения.

Квазистационарное | температурно-влажностное состояние ограждающих конструкций, обусловленное периодическими изменениями параметров климата в годовом цикле

Температурно-влажностныэ воздействия параметров климата (температуры и влажности наружного воздуха, прямой, рассеянной и отраженной солнечной радиации, косых дождей) в годовом цикле

Температурное поле, включая определение максимальных и минимальных значений температур, вызываемое периодическими воздействия»«! параметров климата в суточном цикле

Температурные воздействия параметров климата (температуры наружного воздуха, прямой, рассс-я1шой и отражетюй солнечной радиации) в суточном цикле

чпряяетюе состояние матрицы материала ограждятаой конструкции, | обусловленное образованием и эволюцией криофззы I

-Г

Ресурс и долговечность ограждающей конструкции и их вероятностная сценка

| Вороятностная оценка I теплозащитных свойств | ограждащлх конструкций

Рисунок 1. Схема предлагаемого метода расчета теплозащитных свой-и долговечности огракдатих конструкций зданий.

А Л"в; А =Авпр/о,

зв.

0.07ЛЕВ)р/(2«.т); Л,гЛ™р/(2с,т),

"тг "з ■ • -г-V- 1П1/. «4- •• «" 4""цп'

Периодические изменения упругости водяного пара наружной среды, годового и суточного циклов, представлял» аналогичным образом, а ко, в втом случае рассматривалась всего одна составляющая и

ормулах (1) и (2) среднегодовое значение Т,, амплитуды Л и А,

I уп а

енялись соответствующими значениями Г, . Ар и А1!.

нв уп <1

Амплитуды колебаний каждой из составляющих солнечной радоацш в

суточном цикле вычислялись, как розница между максимальным в течении оуток и среднесуточным значением, что тозволило ограничиться одной гармоникой, описывающей суточный цикл с высокой точностью.

Параметры модели (1) и (2) в виде соответствующих статистических оценок получены в результате обработки климатических и актшометричес-ких датшх, предоставлении! ГГО им Воейкова и ВШИГМИ МЦД, по специально разработанным алгоритмам и программам. Кроме того, на основе втих же оценок, проверялось условие эргодичности квазистационарного процесса, описываемого моделью (1) и (2).

Характер выпадения осадков на вертикальные поверхности различной ориентации описывался дельта функциями, время наступления которых, ширина и выоота являются случайными событиями. В расчетах использовались наиболее неблагоприятные сочетания етюс параметров (рис.2).

Рисунок 2. Возможные ситуации выпадения осадков в городе Владивостоке, в октябре, расчитанные с использованием климатической информации содержащейся в справочной литературе.

При определении темлературно-влажностного состояния ограждающих конструкций в годовом цикле, влажность материала ограждения для стационарных условий эксплуатации расчитывалась следующим образом: - для сорбционной г;оны увлажнения, распределение парциального давления водяного пара заменялось соответствующим влагосодержанием по формуле:

(А+В1п(Р(х)/Р (х)]1

и (х) = ехр--—иа*- , (3)

а 1ш[р(х)/р (х)]+о;

4 га»х '

где Р^ (х)-в зависимости от вида' аппроксимирующей функции по формуле:

Р.„(х) = 1.1124(ТВП- х вга<1Т)а-560.1б1(ГВ11- х вгайТ) + 7062?.и (4)

Рм (х) = ахр<25.78--): (5)

я* Тш- х £гас1Т

- в свврхсорбционной зоне увлажнения» при условии равенства потоков влаги I. I, _,„ ..для каждого т-ного слоя по фошулв:

<ил - (»:„ «♦¿к»*)0'" • <*>

где (Ли*) = -Лх—В(Т )— } (7)

а " к)6 " Ах

1.66*1015охр(-5284.4Ф"1)

В(Т )= ---:-В— . (8)

5^(0.025Т-6,204) Координаты границ зоны конденсации определялись из выражений:

х,«(-й/1)°1в! (9)

ха= -(£а-418)°'е)/(21), (10)

-де 1=1.1егайТа: Г=-2Х1$ в=У-1.1Т®+560Твт--7Об27+Х8гас1Т{2.2Тп„-5бО).

В1 I 1311 ВII

Выражения (9) и (10) справедливы при Топ и Тш принадлежащих диа-юзону температур от 250.15 до 283.15 К. При использования Солее шро-:ого диапазона температур точность аппроксимации зависимости Р (Т)

ПАК

олиномом второй степени достаточно низкая (рис.3). В этом случае и удобно находить при помощи итерационного метода Ньютона: х, =х ±х (ах +Ьх +о)/(2ах ^Ь), (11) где а=йга(1'Гя(У-Р (х));

I I 2 о о О О О ГЯАК

=вга<1Т( Рга в к (х) ( 2Теп-5284 .4) -2ТВЦУ); с-Т^У+Р^. (х) (К5284.4«гаЛТ-Т®п): - приближенное значение, подотавляемое в (5) при вычислении Р (х);

о так

4 более точное приближенно.

Количество поглощенной влаги 0 и глубина проникновения дождевой таги 1 оценивалось при помощи выражений:

Ц &Т

0 * 2.9(к«10-> Г)°'5(((и1Шх103)-')О1В- ((иок102)3)а е]: (12)

1 = [0.478(к*10"7Т)°'5((и^кЮ2)0,8- (иохЮ3)0-Б)]/р°'в. (13) Температурное состояние ограждающей конструкции в годовом цикл«?

исывалось уравнением:

Рисунок 3. Аппроксимация зависимости Р 1 полиномом второй

степени- 2! а)- в диапазоне температур 228.15-293.15 К; б)- в диапазоне температур 250.15-283.15 К.

Ту(Т,х) = Гу(Г) + [Твв- уг)1 Шх) / й0. (14)

Температурное поле, вызываемое периодическими воздействиями параметров климата в суточном цикле, описывалось выражением: ®(т,х) = Ш„(т.х) +

+к ехр(-х/я7аг~) £ г - х/ШГ - в + (15)

и а , . а! I , а (X а1

!■! <1

где еа= а^[1/(1-(агааа/яХ2)0-е)]} (16)

{г _ по'.в _ „ чО.е

1 + 2[^3/(аг^т)] + 211Х3/(агл<4)} . (17)

Коэффициент теплопроводности X, входящий в выражение для термического сопротивления и коеффициент температуропроводности а в выражении (22), для каздого слоя огравдавдей конструкции, определяется в зависимости от влагосодоржаяия и фазового состава влаги материала.

Огибающая максимумов и минимумов температуры в толще однородной или приведенной к однородной ограздающей конструкции опиоывалаоь при помощи выражений:

Т(х) = 5„(г,х) + Кл ехр(-ж/я7аГ) I А),81п(|5 г + е,+рл). (18)

У ОС а а I (• № # к о»

■ In -1 __s

T(x) « Tv(r.x) + Ka erpt-x/STäf^JA^j. (19)

Необходимые для вероятностной оценки долговечности я теплозащитных

так min

свойств математические ожидания- - М[Т(х)1: М[Т(х)] и дисперсии -

■ ■я min пак min

D[T(x)J: DtT(x)] для Т(х) и Г(х), представлялись в виде;

пак

М[Т(х)]=

1-

exp(-x/«/at.)'

X

ШТу(г)1 +

[ехр{ -x/S7if")1

—»H

Я-—|H[!P(t) (20)

min Гехр(-х/я7аг~)' И{(Е(х)] » М[Т„(т)1 + 1-------------*

F

X

uUälh

пая

Dtl(x)]]= D[Ty(T)l +

exp(-x/?7ät~)1a «

It

да

vÄ7ät~)1 « f tq-e. ) „

i.fcvT1.

min fexpi-r^it/at Л2 « D[T(x)]]= BtTv(t)] + -K-M D[AJ,

D[Ty(r)]=DtTHD]+Dli^)+(p/aHn)a(DlSB]4D[A.SBJ)+ + (p/2OHn)a{D[15r)+D[nr]+D[AD]+D[AH].

(21) (¿2)

(23)

(24).

Напряженное состояние матрицы материала ограждающих конструкций проделялось о использованием расчетных выражений, описывающих напря-енное состояшге многосвязной двухкомпанентной механической системы, матрица материала - криофаза". Многосвяэиость такой системы учптыва-тоя эффективным коэффициентом объемного температурного расширения:

Для ряда материалов, применяемых в огракдоющих конструкциях о 1 гсотностью материала р=1000 кг/мэи вше, выражение (25) адтроксимиро-злось линейной зависимостью следукщего вида (рис.4,табл.1):

9еф~ b W *W

(26)

Таблица 1.

материал|шунгезитобетон корзмзитсбетсн югрпич ГЛИНЯНЫЙ

b*10s 9.629 7.870 10.376.

Для материалов с меньшей плотностью более точной аппроксимирующей нкцией является полином рторой степени (рис. 4) г

*еф= а ь V *мм' (27)

Например, для ячеистого бетона коэффициенты входящие в выражение

Рисунок 4. Зависимость эффективного ковффициента объемного температурного расширения от объема криофазы, расчитанная по формуле (25) и аппроксимированная линейной зависимостью вида (26) для: 1- шунгезито-бетона} 2- керамзитобетона; 3- кирпича глиняного; и полиномом второй степени вида (27) для ячеистого бетона - 4.

; При эксплуатации здания в натурных условиях набор возможных форм изменения напряженного состояния матрицы материала ограждающих конструкций в суточном цикле ограничивается семью типами, схематически изображенными на рисунке 5а,<5,в,г,д,е,ж. В каждом конкретном случае, изменение напряженного состояния матрицы материала локального объема конструкции, а также величина приращения напряжений в оуточном цикле, определяется физическими свойствами материала конструкции, влагосодер-

N

жшшем и и значениями минимальной Т, и максимальной Т™** температуры

а а

руточного цикла.

Используя термодинамический принцип эквивалентности, можно заменить циклы изменения напряженного состояния матрицы материала конструкции, изображенные на рисунках 5в,г,д,е,ж - одним циклом АВСЬ (рисунок 6а), а циклы изображенные на рисунках 5а,С - оуммой двух циклов АВОБ и аЬос1 (рисунок 6б).

а

*p«u*

■рш

*р*ш

■исунок Ь. Возможные формы изменения напря-:енного соотояния матрицы материала в суточ-ои цикле.

»paus

»peua

исунок 6. Первый (а) и второй (б)' тш цикла изменения апряженного соотояния матрицы материала в течении суток.

Ресурс и долговечность ограждающих конструкций можно раочитать по ормулам: R = <40> F , • (20)

Сц

D(X) = R / Ea<J(x)>Hy, (29)

Вероятностное значение долгове'шости в каждом сечении конструкции

ри заданном уровне надежности определялось выражением:

-zV

D (х) = D(x)(1±•

(30)

[J5(x) ]0-s

де 15(х)- математическое ожидание или среднее значение долговечности, ет. определяемое для материалов с объемным весом материала р=1<ХЮ

г/и и выше.по формуле:

D(:c) = R / Г (К f -А—> ♦ J-V-^E -V —а—

L мм k-i тт1,,(ч) "" k" Ta«-a,t

- ) -с

- - Тнок>(ь0Л4- > + Смм" V +

ММ к«1 Тю1п(х)

К, К, -1 ■ + е?(К,+ -а-)}?(К,+ 3 ' ) : ' (311

• 1 IV , I « м , I

Т" (х) Т* (х)

V- коэффициент вариации или относительная ошибка долговечности!

Т = I (о,-----)8тИ|п +

И мм к.1 (Т",п(х)1а (Т"|п(х)1э

■+4^15 Е ——-I-(32)

ММ к»1 [<Тт1п(х) ]а

0,«= К1КкфТ(,ЬК1+ оэ=к|с4г к,«а0+ (1 + в,)^:

V Ка(2К,о4+ «кф^кф" *мм> + Кав V 0Л5

у = 1.09рк10"э;

т,1,п - множители! равные для циклов изображенных на рио. 5а: ш=1, 1=1, п=0{ на рио-50: и=1, 1=1, п=-1; на рио. 5в,г,д: т=1, 1=п=0; не рио.5е.ж: ш=1=0. п=1.

При использовании в качеотве аппроксимирующей функции полином« второй степени (27), выражения (31) и (32) преобразуются к виду:

Еи) Г«Ы5^(к1+ -А—) 4 Ж1ае-Е.(к1+ -

Ш К»1 Тл1п(х) кв1 Т0--О 1Б

к К

ММ

+ Ь(?(к1+ ) , — ))Ч»(К1+ —-.(33)

Т™ (х) Т™ (х) Т" (х)

V = [_!!_ -------4-)8тЯ1п +

Н мм и«1 [Тт1п(х)]а [Тп'п(х)]э (х))4

+ I о,

ММ к ■ 1

где й = К^Н^К^аК^ Ь) + Рт~

' Лз = ^^(^(аК^ Тнок(ЗаК1+ Ь)) + е)); V -К^Тнока9аК^ ТРЕТЬЯ ГЛАВА. В третьей главе рассмотрен инженерный метод расчета твшерэтурно-влажноотного. оооторния,.теплозащитных свойств и долговоч-нооти ограждающих конструкций. На примере расчета объяснены необходимые упрощения и инженерные приемы.

Для однородной керамзитобвтонной ограждающей конструкции, эксплуатируемой в климатических условиях г.Хабаровска проведены расчеты температурного состояния в годовом и ауточном цикле, влажностного состояния в пределах увлажнения до максимальной сорбционной влажности, а также о учетом сверхсорбционной влаги и увлажнения конструкции косыми дождями. Кроме того, для каадого меояца периода отрицательных температур прослеживалась динамика изменения влагосодеркания наружного слоя ограждения (рис.7) с учетом поступившей в конце октября дождевой влаги.

Рисунок 7. Влагооодержание наружного слоя ограждающей конструкции

(-общее влагооодержание;---жидкая влага): а- в октябре; б- в

ноябре; в- в декабре.

В конце третьей главы было расчитано вероятностное значение долговечности материала конструкции на глубине 0.005 м от наружной поверхности ограадения для уровня надежности S=95$.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА. В первом разделе четвертой главы проведен обзор конструктивных методов и технологических приемов, применяемых для обеспечения требуемых теплозащитных овойотв и долговечности наружных ограждающих конструкций, эксплуатируемых в климатических условиях Дальнего Востока.

Используя разработанный инженерный метод расчета температурно-вла-жностного состояния и долговечности ограждающих конструкций, во втором разделе четвертой главы произведена оценка влияния климатических воздействий (комплексного и каждого из параметров в отдельности) на долговечность материала конструкций, а также рассмотрен вопрос насколько е<Н>ективны некоторые из существующих методов повышения теплозащитных свойств и долговечности ограждений, эксплуатируемых в климатических условиях ряда городов Дальнего Востока.

Исследование влияния плотности наружного отделочного слоя и влажности внутреннего воздуха на долговечность ограждающих конструкций из шунгезитобетона, експлуатируемых в условиях влажного приморского ¡сли-мата с большим количеством осадков,поступающих на вертикальные поверхности здбшШ, показали:

- при повышении плотности заполнять отделочного слоя плиткой - долговечность наружного слоя шунгезитоботонной ограждающей конструкции повивается;

- при повышении влажности внутреннего воздуха с 70% до 90% теплозащитные свойства ограждений остаются в пределах значений, предусмотренных нормами, однако, долговечность наружного слоя резко снижается и необходимо устройство специалышх конструктивных мероприятий, исключавших чрезмерные влагонакопления у наружной поверхности ограждений.

В конце второго раздела четвертой главы произведен анализ &Д)ф*к-тивности, с точки зрения долговечности, различных конструктивных методов, применяемых для защиты конструкций из кирпича, керачзитобетона и

1чеиотого бетона от воздействий косых дождей к солнечной радиации, «роме того, оценено насколько существенный вклад в деструкцию материа-7а наружного слоя ограждений южной ориентации вносят эти воздействия в ■юродах: Владивостоке, Хабаровске, Чите и Якутске.

Рассматривалось четыре варианта конструктивных решений: 1) обычная инструкция, подвергающаяся всем воздействиям параметров климата райо-[а строительства; 2) конструкции ограждения, защищающие наружную по-юрхнооть стены от температурного воздействия солнечной радиации, папаше р, солнцезащитные екраны (ко второму варианту так же относится ¡лучай затененности ограждения соседними зданиями); 3) конструктивные ошения, исключающие поступление дождевой влага на наружную поверхность граждвющих конструкций, например, карниз о вылетом 1-1.5 м; 4) кояст-■укции ограждения запущенные от воздействия дождя с ветром и солнечной адиации, например, экран- на относе.

Расчет суммарных напряжений и долговечности наружного слоя ограж-ений производился по компьютерной программе ТЕМРШ. Результаты расче-а долговечности материала наружного слоя конструкций С , на глубине

х

.001 м от наружной поверхности, для уровня статистической надежности =95$ и Б=50;?, содержатся в таблице 2.

В таблице 2 знак " - " обозначает, что в-наружном слое ограждающих инструкций напряжения, обусловлешше образованием и эволюцией криофа-1 в порах влажного строительного материала, не возникают или они нао-элько малы, что их можно не учитывать.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ В результате проведенных исследований, были получены оледуккцие шболее важные результаты: " .

разработаны

математическая модель, представляющая комплекс вере тностных клима-!Чвоких воздействий в виде конечных рядов Фурье;

- 20 -

__Таблица 2.

ГОРОД в а Р м а т е р и а л

керамзитобетон кирпич глин. ячеистый бетон

долговечность С , лет с 1 надежностью долговечность С , лет с % надежностью долговечность В , лет о а надежностью

Ъ0% ^ОГ Ъ% 95%

Владивосток i 5.20 ^.00 Ю.й 10.5 2.70 2.40

г 6.30 6.00 10.8 10.5 ¿.70 2.40

- - - 16.1 15.8

1. - - - - 16.1 15.8

Хабаровск 9.90 9.00 б Л"" 7.4о 2.90 2.70

ъ. 9.90 9.00 8.11 7.90 2.90 2.70

3 - - - - 12.7

4 - - - - 12.7 П2.3

Чита 1 ¿2.9 ¿2.5 - - 5.90 5.12

22.9 22.5 - - 5.90 5-12

3 - - - - 6.70 Ь.4и

4 - - - - 6.70

Якутск 1 - - - - —гГГб" 17. Г^

- - - - 17.1

) - - - - ^9. Г 18.9

4 - - - - 18.9

- инженерный метод расчета теплозащитных свойств и долговечности ограждающих коиструггций зданий различного назначения с заданным уровне! надежности.

исследовано

- влияние вида наружной облицовки и влажности внутреннего воздуха Н1 долговечность ограздаяаих конструкций, эксплуатируемых в условия: влажного приморского климата;

- влияние климатических воздействий (комплексного и каждого из параметров в отдельности) на темперитурно-вланюстное состояний и долговечность материала конструкций из керамзатобетсна, кирпича и ячеистог< бетона, а также рассмотрено насколько эффективны некоторые из существующих методов повниония теплозащитных свойств и долговечности ограждений, эксплуатируемых в климатических условиях ряда городов Дальней Востока.

Анализ афЕективности методов обеспечения, требуемых теплозащитны) свойств и долговечности наружных огрэадакшх конструкций и условия;

- 21 -

Дальневосточного строительного региона, показал:

- о повышением плотнооти отделочного слоя наружных ограадающих конструкций из шунгезитобетона и керамзитобетона, эксплуатируемых в условиях влажного приморского климата, характеризующегося большим количеством осадков, поступающих на наружную поверхность ограждений в осенний период,'долговечность ограждений возрастает;

- при повышении влажности внутреннего воздуха выше 70% долговечность резко снижается и необходимо использование специальных конструктивных решений, исключающих влагонакопления у наружной поверхности ограждений;

- наиболее рациональным и универсальным, о точки зрения долговечности и теплозащитных свойств, из рассматриваемых материалов для климатических условий Дальнего Востока, является кирпич глиняшй о высокой маркой по морозостойкости (50 и выше);

- для климатических условий Владивостока и Хабаровска необходимы специальные конструктивные решения по защите кераызитобетошшх ограждающих конструкций от воздействия косых дождей и солнечной радиации;

- для климатических условий Владивостока и Хабаровска наиболее целесообразным и ушгввреальныы для всех материалов являетоя конструктивное решение ограждения о экраном на относе у наружной поверхности;

- число переходов через 0°С не является необходимым условием деструкции материала конструкции,' так как в большинства реальных ситуаций напряжения, возникающие в матрице материала конструкций эксплуатируемых при нормальных внутрених условиях, определяется минимальной температурой цикла и образующегося при ней объема криофазы;

- при высоких уровнях влажнооти разница между, вероятностной оценкой долговечности с уровнем надежности ЭЪ% и расчетам по средним значениям может составлять до 23&.

Таким образом, разработанный метод позволяет в практике инженерных

расчетов для заданного уровня надежности прогнозировать температурно-влажностное состояние и долговечность ограждающих конструкций зданий, что позволяет для конкретных климатических условий выбирать наиболее рациональные конструкции.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах;

1. Ясин Ю.Д., Кузнецова H.H., Вартаньян С.Г., Блюм Д.В. Теплотехнические свойства пено- и газобетонов, изготовленных на основе промышленных отходов // Эффективные строительные материалы и конструкции с использованием отходов промышленности.- Ровно, 1990.- С. 13-15.

2. Ясин Ю.Д., Блюм Д.В. Оценка темперэтурно-влажностного состояния и долговечности ограждающих конструкций зданий с учетом влияшм солнечной радиации // Изучение действительной работы конструкций с учетом условий и сроков окоплуатации.- Пенза, 1992.- С.71-73.

3. Блюм Д.В., Сошников А.Н. Повышение долговечности ограждающих конструкций охлаждаемых зданий // Тезисы докладов XXXVII научно-технической конференции.- Хабаровск, 1991.- С. 107-109.

4. Ясин Ю.Д., Блюм Д.В., Вартаньян С.Г., Сошников А.Н. Ограждающие конструкции зданий различного назначения с гарантированными теплозппш-тнымг свойствами и долговечностью // Материалы XXIV Международной конференции по бетону и железобетону.- М.: Стройиздат, 1992.- С. 373-375.

5. Ясин Ю.Д., Блюм Д.В., Сошников А.Н. Учет комплексного воздействия температуры наружного воздуха и составляющие солнечной радиации при вероятностной оценке теплозащитных свойств и долговечности огрйящяющих конструкций // Сборник докладов участников третьего съезда Лсссдаацш инженеров по отоплетто, вентиляции, кондиционипованию воздуха, тогтло-снабжэшто и строительной теплофизике (АВОК).- Москва, 1993.- С. 45-50.

6. Ясин Ю.Д., Клим Д.В. Влияние вида наружной облицовга! и влажности внутреннего воздуха на долговечность огрекдаюипх конструкций, эксплуатируемых в условиях влажного приморского климата // Сборник докладов участников третьего съезда Ассоциации инженеров по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике (АВОК).- Москва, 1993.- С. 64-71.

УСЛОВгЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Kt)- суммарное температурное воздействие, К;

Т-сроднегсдовое значение составляющих суммарного те?шературного .воздействия, К;

А- амплитуда колебаний составляющих суммарного температурного воз-

;ействия, К;

- сдвиг фазы, рад;

- частота колебаний, о"1;

- время, о;

- номер гармоники;

,5,R- среднегодовое значение, соответственно прямой, раооеднной и траженной солнечной радиации, МДка/щ

- коэффициент теплоотдачи, Вт/(цаН);

- коэффициент поглощения солнечной радиации;

- среднегодовое значение упругости водяного пара;

- поток влаги, кг/ма;

- расстояние, м;

и2~ соответственно, общее влагосодержание и количество жидкой влаги, '/кг;

В,С- емпирические коеффициенты;

к - коэффициент влагопроаоднооти материала конструкции, соответ-венно, определешшй о учетом температурной зависимости и при темпе-туре 288.15 К, кг/(о м Па);

коэффициент паропрошщаемости материала конструкции, кг/(о м Па); м и У,Па- координаты точек Р_„ и Р,_ на поверхности ограждения;

uli ш1

количество поглощенной дождевой влаги, г/м ; глубина прогапсновения дождевой влаги, ы; плотность материала конструкции, кг/м3;

с,х)~ функция, описывающая температурное состояние ограааданцей кон-эукции. К;

термическое сопротивление, маК/Вт;

,х)~ сумма всех сопротивлений на пути тепла от сечения х до наружной >лы, мяК/Вт;

ix min

:),Т(х)~ соответственно, огабагадая максимумов или минимумов в толще

юродной или приведенной к однородной ограждающей конструкции, К;

коэффициент температуропроводности ма/о;

коэффициент теплопроводности Вт/(м К);

марка материала по морозостойкости;

>- результирующее приращение напряжений, МПа; ' ,

<7(х)>- сумма приращений напряжений, возникающих в матрице материала

ледуемого сечения ограадающей конструкции, МПа;

О

объем, м ;

коэффициент объемного температурного расширения, К"1;

il- модуль объемного температурного сжатия (раотяжения), МПа; D(x)~ долговечность материала в исследуемом сечении ограждающей конструкции, лет s

" - аа,-параметры уравнения состояния влаги:

2- стандартная нормальная переменная (z=1.96 при S=95#. е=2.85 при S=99St, z=J.29 при S=99.95t, где S- статистическая надежность)»

ИНДЕКСЫ

у- шдуоии ЦИКЛ}

d- суточный цикл;

1- индекс принадлежности: при 1=1-температурв наружного воздуха; npi 1=2,3,4-еквивалентной температуре, вызываемой соответственно прямой, рассеянной и отраженной солнечной радиацией; ri- номер гармоники;

вв,нв- соответственно, внутреннего и наружного воздуха;

вп,нп- соответственно, внутренней и наружной поверхности;

в,г- соответственно, вертикальная и горизонтальная поверхность;

р- упругости водяного пара;

шах ср- максимально сорбционная;

о- начальное значение;

SB.D.R- индекс принадлежности, соответственно, прямой солнечной радио

ции, поступающей на вертикальную поверхность, рассеянной и отраженно

солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность;

сц- за стандартный цикл испытаний на морозостойкость;

ну- за один среднестатический год експлуатации здания в натурных уело

виях;

еф-- вффективный; мм- матрицы материала; кф- криофазы;

z- вероятностное значение с заданным уровнем надежности; С.-0.1 s~ индекс принадлежности к температуре, при которой разница мея: ду напряжениями сжатия в крисфазе и напряжениями растяжения составляв -0.15 МПа;

к- индекс принадлежности к к-сиу даю периода усредненного года, П[: котором в рассматриваемом сечении ограждающей конструкции происходя криогетше фазовне превращения;

gradU, gradPraaji- индекси принадлежности к потоку влаги, визвшшог градиентом, соответственно »зшгой влаги и максимальней упругости водг' кого пара.