Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.
Волгоград: ВГАСА, 2003. — 179 с.
Специальность 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение
Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор Перехоженцев А.Г. Актуальность проблемы. На эксплуатационные качества наружных ограждающих конструкций зданий существенное влияние оказывает их температурно-влажностный режим. В последнее время в практике строительства для наружных ограждений все больше применяются пористые материалы с повышенными теплоизоляционными свойствами, позволяющие уменьшить (по сравнению с традиционными - например, кирпичными) толщину конструкций. В этом случае концентрация влаги в порах материалов на единицу толщины конструкции принимает большие значения. Поэтому, влажностный режим оказывает более существенное влияние на их теплозащитные качества и долговечность. В связи с этим, очень важно при разработке конструкции наружного ограждения расчетным путем выяснять условия для конденсации влаги и возможности влагонакопления. Существующие методы расчета нестационарного тепло-влагопереноса часто отбраковывают конструкцию, в которой у наружной поверхности происходит чрезмерное влагонасыщение. В месте с тем, в существующей практике расчетов не учитывают влияние ветра на сушку наружного слоя ограждения, а натурные наблюдения показывают, что это влияние существенно. С другой стороны, в практике проектирования и строительства при расчете теплозащиты зданий не учитывается реальная картина распределения эксплуатационной влажности в толще ограждения, которая вызывает непредвиденное увеличение годовых эксплуатационных затрат на перерасход тепла из-за несоответствия фактического сопротивления теплопередаче наружных стен и покрытий зданий расчетной его величине. Учет ветрового режима, в нестационарной модели влагообмена, дал бы возможность делать более точный прогноз влажностного состояния ограждающих конструкций, приближающий расчетное влажностное состояние к натурному. Поскольку процессы тепло и влагообмена взаимосвязаны, то это позволит более точно оценивать нестационарный температурно-влажностный режим ограждения, а следовательно повысить теплозащитные качества, надежность и долговечность ограждающих конструкций зданий. Таким образом, исследования влияния ветрового режима на влагообмен и модификация методов расчета тепло-влажностного режима наружных ограждений с учетом этого влияния, актуальны как с точки зрения теплозащиты, так и долговечности ограждающих конструкций. Работа выполнялась в соответствии с научно-технической программой "Научное исследование высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" и подпрограммой (211) "Архитектура и строительство", а также тематическим планом научно-исследовательской работы Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии. Цель работы - повышение теплозащитных качеств и долговечности наружных ограждающих конструкций зданий посредством учета влияния ветрового режима на влагообмен в расчетах нестационарного температурновлажностного состояния ограждений. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи: уточнение расчетной физико-математической модели совместного нестационарного тепло-влагопереноса в многослойных ограждающих конструкциях зданий с учетом дополнительного влияния ветрового режима на влагообмен; экспериментальные исследования влияния скорости ветра на коэффициенты влагообмена пористых строительных материалов; исследование влияния ветрового режима на расчетное температурновлажностное состояние ограждающих конструкций и сравнение данных расчетов с имеющимися натурными данными; оценка эффективности оптимизации уровня теплозащиты зданий по прогнозируемому температурно-влажностному состоянию ограждающих конструкций с учетом ветра; получение расчетной зависимости коэффициента влагообмена, учитывающей поправку на ветер; - учет поправки на фильтрацию за счет ветрового воздействия в расчетной зависимости коэффициента потенциалопроводности влаги. Основная идея работы состоит в совершенствовании существующих методов расчета температурно-влажностного состояния многослойных ограждающих конструкций с учетом воздействия ветрового режима на влагообмен. Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, физико-математическое моделирование, лабораторные исследования, обработку экспериментальных данных методами математической статистики с применением ПК. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована планированием необходимого объема экспериментов, доказана применением классических положений строительной теплофизики при моделировании изучаемых процессов, подтверждена удовлетворяющей сходимостью полученных результатов расчетов с результатами других авторов и натурными данными. Научная новизна работы состоит в том, что: уточнена расчетная физико-математическая модель нестационарного тепло-влагопереноса в наружном ограждении с учетом поправок на ветер; получены экспериментальные зависимости коэффициентов влагообмена от скорости ветра и выявлено, что коэффициент слабо зависит от вида пористого материала и размера изготовленного из него образца; экспериментально получены эмпирические поправки к расчетным зависимостям коэффициентов влагообмена и коэффициентов потенциалопроводности влагопереноса, учитывающие эффект влияния ветра; установлено, что на коэффициент потенциалопроводности влаги скорость ветра оказывает меньшее влияние, чем на коэффициент влагообмена; проведена оценка температурно-влажностного состояния ограждающих конструкций с учетом ветрового режима. Практическое значение работы: разработаны и внедрены практические рекомендации к расчетам теплоэффективности ограждающих конструкций, с учетом влияния ветра, для повышения уровня теплозащиты здания; усовершенствована методика долговременного прогноза нестационарного тепло-влажностного состояния многослойных наружных ограждений, с учетом влияния ветрового режима на влагообмен. предложен метод оценки эффективности оптимизации уровня теплозащиты зданий по прогнозируемому температурно-влажностному состоянию ограждающих конструкций с учетом влияния ветра.
Специальность 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение
Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор Перехоженцев А.Г. Актуальность проблемы. На эксплуатационные качества наружных ограждающих конструкций зданий существенное влияние оказывает их температурно-влажностный режим. В последнее время в практике строительства для наружных ограждений все больше применяются пористые материалы с повышенными теплоизоляционными свойствами, позволяющие уменьшить (по сравнению с традиционными - например, кирпичными) толщину конструкций. В этом случае концентрация влаги в порах материалов на единицу толщины конструкции принимает большие значения. Поэтому, влажностный режим оказывает более существенное влияние на их теплозащитные качества и долговечность. В связи с этим, очень важно при разработке конструкции наружного ограждения расчетным путем выяснять условия для конденсации влаги и возможности влагонакопления. Существующие методы расчета нестационарного тепло-влагопереноса часто отбраковывают конструкцию, в которой у наружной поверхности происходит чрезмерное влагонасыщение. В месте с тем, в существующей практике расчетов не учитывают влияние ветра на сушку наружного слоя ограждения, а натурные наблюдения показывают, что это влияние существенно. С другой стороны, в практике проектирования и строительства при расчете теплозащиты зданий не учитывается реальная картина распределения эксплуатационной влажности в толще ограждения, которая вызывает непредвиденное увеличение годовых эксплуатационных затрат на перерасход тепла из-за несоответствия фактического сопротивления теплопередаче наружных стен и покрытий зданий расчетной его величине. Учет ветрового режима, в нестационарной модели влагообмена, дал бы возможность делать более точный прогноз влажностного состояния ограждающих конструкций, приближающий расчетное влажностное состояние к натурному. Поскольку процессы тепло и влагообмена взаимосвязаны, то это позволит более точно оценивать нестационарный температурно-влажностный режим ограждения, а следовательно повысить теплозащитные качества, надежность и долговечность ограждающих конструкций зданий. Таким образом, исследования влияния ветрового режима на влагообмен и модификация методов расчета тепло-влажностного режима наружных ограждений с учетом этого влияния, актуальны как с точки зрения теплозащиты, так и долговечности ограждающих конструкций. Работа выполнялась в соответствии с научно-технической программой "Научное исследование высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" и подпрограммой (211) "Архитектура и строительство", а также тематическим планом научно-исследовательской работы Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии. Цель работы - повышение теплозащитных качеств и долговечности наружных ограждающих конструкций зданий посредством учета влияния ветрового режима на влагообмен в расчетах нестационарного температурновлажностного состояния ограждений. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи: уточнение расчетной физико-математической модели совместного нестационарного тепло-влагопереноса в многослойных ограждающих конструкциях зданий с учетом дополнительного влияния ветрового режима на влагообмен; экспериментальные исследования влияния скорости ветра на коэффициенты влагообмена пористых строительных материалов; исследование влияния ветрового режима на расчетное температурновлажностное состояние ограждающих конструкций и сравнение данных расчетов с имеющимися натурными данными; оценка эффективности оптимизации уровня теплозащиты зданий по прогнозируемому температурно-влажностному состоянию ограждающих конструкций с учетом ветра; получение расчетной зависимости коэффициента влагообмена, учитывающей поправку на ветер; - учет поправки на фильтрацию за счет ветрового воздействия в расчетной зависимости коэффициента потенциалопроводности влаги. Основная идея работы состоит в совершенствовании существующих методов расчета температурно-влажностного состояния многослойных ограждающих конструкций с учетом воздействия ветрового режима на влагообмен. Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, физико-математическое моделирование, лабораторные исследования, обработку экспериментальных данных методами математической статистики с применением ПК. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована планированием необходимого объема экспериментов, доказана применением классических положений строительной теплофизики при моделировании изучаемых процессов, подтверждена удовлетворяющей сходимостью полученных результатов расчетов с результатами других авторов и натурными данными. Научная новизна работы состоит в том, что: уточнена расчетная физико-математическая модель нестационарного тепло-влагопереноса в наружном ограждении с учетом поправок на ветер; получены экспериментальные зависимости коэффициентов влагообмена от скорости ветра и выявлено, что коэффициент слабо зависит от вида пористого материала и размера изготовленного из него образца; экспериментально получены эмпирические поправки к расчетным зависимостям коэффициентов влагообмена и коэффициентов потенциалопроводности влагопереноса, учитывающие эффект влияния ветра; установлено, что на коэффициент потенциалопроводности влаги скорость ветра оказывает меньшее влияние, чем на коэффициент влагообмена; проведена оценка температурно-влажностного состояния ограждающих конструкций с учетом ветрового режима. Практическое значение работы: разработаны и внедрены практические рекомендации к расчетам теплоэффективности ограждающих конструкций, с учетом влияния ветра, для повышения уровня теплозащиты здания; усовершенствована методика долговременного прогноза нестационарного тепло-влажностного состояния многослойных наружных ограждений, с учетом влияния ветрового режима на влагообмен. предложен метод оценки эффективности оптимизации уровня теплозащиты зданий по прогнозируемому температурно-влажностному состоянию ограждающих конструкций с учетом влияния ветра.