Лабораторная работа №4. Исследование тепловлажностного режима многослойных строительных ограждающих конструкций с помощью программного комплекса «Диффузия»
4.1. Цель работы и ее практическое значение Выполнить теплофизический расчет многослойной наружной стены и оценить возможность накопления влаги в ней в период эксплуатации зданий. Студент, выполнив данную работу, получит навыки компьютерного моделирования тепловлажностного режима строительных ограждающих конструкций.
4.2. Краткие теоретические сведения Для правильного выбора конструкций наружных стен, покрытий и перекрытий, отвечающих современным санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, а также требованиям энергосбережения, необходимо осуществлять подбор строительных и теплоизоляционных материалов на основе расчета тепловлажностного режима в условиях эксплуатации. К числу важнейших теплофизических характеристик, существенно влияющих на тепловлажностный режим эксплуатации ограждающих конструкций, относятся: - значения коэффициента теплопроводности материала в условиях эксплуатации А и Б, λА и λБ, соответственно, Вт/м·ºС; - значение коэффициента паропроницаемости μ, мг/м·ч·Па; - плотность материала γ, кг/м3; - коэффициент теплоусвоения S, Вт/м2·ºС. Значения перечисленных выше теплофизических приведены в [3]. Процесс передачи тепла через многослойные строительные ограждающие конструкции сопровождается процессом диффузии водяного пара. Диффундирующий через ограждение водяной пар понижает свою упругость. Встречая на своем пути холодные слои ограждения, он конденсируется в том случае, если его упругость будет меньше упругости насыщенного водяного пара. Выпадение конденсата в многослойных ограждающих конструкциях приводит к повышению влажности строительных и теплоизоляционных материалов и, как следствие, к ухудшению их теплозащитных характеристик. Накопление влаги, как за годовой период эксплуатации здания, так и за период с отрицательными температурами, приводит к появлению плесени и грибка на внутренних поверхностях ограждающих конструкций. Большую помощь в выборе проектных решений ограждающих конструкций может оказать программный комплекс «Диффузия», разработанный Вытчиковым Ю.С. и Беляковым И.Г. [8]. Он базируется на использовании метода безразмерных характеристик [7]. Рассмотрим основные положения этого метода. Условие отсутствия конденсации в ограждающей конструкции математически сформулируем в виде неравенства: < Е, (4.1.) где - упругость водяного пара, содержащегося во влажном воздухе, Па; Е – упругость насыщенного водяного пара, Па, определяется выражением: , Па. (4.2.)
Запишем неравенство (4.1.) в безразмерном виде, вводя новые безразмерные переменные: ; ; (4.3.) где - безразмерное термическое сопротивление; - безразмерное сопротивление паропроницанию; - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2·ºС/Вт; n – общее число слоев в строительной конструкции; m – число слоев до рассматриваемого сечения x (m £ n); - значения коэффициентов теплоотдачи со стороны внутренней и наружной поверхностей ограждения, Вт/м2·ºС; - термическое сопротивление отдельного слоя; - полное сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции, м2·ч·Па/мг.
Условие отсутствия выпадения конденсата, записанное в безразмерных координатах, примет следующий вид: > ; > 0, (4.4.) где - значение безразмерного сопротивления паропроницанию для состояния полного насыщения влажного воздуха водяным паром.
, (4.5.)
где ; - упругость внутреннего и наружного воздуха соответственно, Па; - температура внутреннего и наружного воздуха соответственно, ºС.
Коэффициент N в формуле (4.5) учитывает зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры.
На рис. 4.1. представлена зависимость для определенных значений величин , и области решения рассматриваемой задачи. Рис. 4.1. Зависимость Укажем последовательность выполнения расчета влажностного режима ограждающих конструкций с помощью метода безразмерных характеристик: 1. Определяются значения сопротивлений паропроницанию и термических сопротивлений отдельных слоев , входящих в строительную конструкцию; 2. По формуле (4.3) вычисляются значения безразмерных переменных , на границах слоев; 3. Для найденных значений ( ) определяется значения по формуле (4.5); 4. Проверяется выполнение неравенства (4.4.) на границах слоев ограждения: > ; ; (4.6.) 5. Если неравенство (4.6.) выполняется, то накопление влаги в зимний период в ограждении происходить не будет, а расчет на этом заканчивается; 6. Если неравенство (4.6.) не выполняется, то требуется определить положение плоскости возможной конденсации пара. Поэтому функцию исследуем на экстремум, положив: (4.7.) После дифференцирования получим трансцендентное уравнение следующего вида: . (4.8.) Корнем данного трансцендентного уравнения является безразмерная координата, соответствующая положению плоскости возможной конденсации в строительной конструкции. Уравнение (4.8.) решается численным методом с помощью ЭВМ. Величина требуемого сопротивления пароизоляции, определяемая из условия отсутствия конденсации, определяется выражением: > . (4.9.) В большинстве случаев, как показывают расчеты, плоскостью конденсации является наружная поверхность утеплителя. Для определения зоны конденсации необходимо определить координаты точек пересечения зависимости с кривой насыщения . Результаты расчета влажностного режима наружной стены представлены на рис. 4.2.
Рис. 4.2. Результаты расчета влажностного режима наружной стены. 1,2 – границы зоны конденсации водяного пара; 3 – положение плоскости возможной конденсации.
4.3. Подготовка исходных данных для расчета влажностного режима наружной стены 1. Исходными данными для выполнения расчета являются: - район строительства; - конструкция наружной стены, задаваемая по приложению 2; - назначение здания (жилое, общественное или производственное); 2. В соответствии с заданным районом строительства студент должен выписать следующие климатические характеристики: - продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 ºС, zоп, сут. [1, табл.1*, гр.11]; - среднюю температуру относительного периода tоп, ºС [1, табл.1*, гр.12]; - среднюю температуру наиболее холодного месяца tн, ºС [1, табл.3*, гр.2]; - среднюю относительную влажность наружного воздуха в январе φн, % [1, табл.1*, гр.15]; 3. Теплофизические характеристики материалов принимаются в зависимости от условий эксплуатации конструкции, которые определяются влажностным режимом помещения и зоной влажности места строительства. Температуру воздуха в помещении tв принимают для жилых и общественных зданий в пределах от 20 до 22 ºС. Если температура наиболее холодной пятидневки ниже -30 ºС расчетная температура внутреннего воздуха должна быть не менее 21 ºС. По карте Российской Федерации, приведенной в приложении 3, и влажностному режиму помещений по приложению 4 следует определить условия эксплуатации наружной стены А или Б. Далее по приложению 5 определяются основные теплофизические характеристики материалов слоев ограждения, а именно, коэффициенты: - теплопроводности λ, Вт/м·ºС; - паропроницаемости μ, ; 4. Требуемую толщину утеплителя следует определить исходя из выполнения двух условий: - санитарно-гигиенических и комфортных условий; - условия энергосбережения / , (4.10) где - коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/м·ºС; - наибольшее значение требуемого сопротивления теплопередаче, м2·ºС/Вт; - сумма термических сопротивлений конструкционных слоев наружной стены, м2·ºС/Вт; - коэффициент теплотехнической однородности, принимаемой в соответствии с таблицей 4.1.
Таблица 4.1.
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (522)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |