Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.
Томск: ТГАСУ, 2001. — 208 с.
05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение
Научный руководитель доктор технических наук, профессор Н.А. Цветков Актуальность. Энергосбережение, особенно для климатической зоны Сибири и районов Крайнего Севера, является одним из приоритетных направлений в строительной отрасли. Опыт эксплуатации построенных в этих районах зданий свидетельствует о том, что многие виды внешних воздействий на них существенно отличаются от природных влияний, характерных для умеренного климата центральных районов европейской части России. На протяжении последних лет во всех индустриально развитых странах были пересмотрены требования к уровню теплозащиты ограждающих конструкций, которые возрастают с каждой новой редакцией нормативных документов. Последняя редакция СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника» регламентирует увеличение сопротивления теплопередаче наружных ограждений зданий для природно-климатических условий Сибири, более чем в 3 раза. Одним из приемлемых вариантов, обеспечивающих выполнение требований этого постановления применительно к зданиям с кирпичными наружными стенами, является выполнение их несущей оболочки двухслойной с эффективным утеплителем между слоями и коннекторами, обеспечивающими конструктивную связь этих слоев. Поэтому становится актуальным и обусловленным объективной необходимостью решение научной задачи по установлению закономерностей теплопереноса в сложнокомпозиционной наружной стене здания при наличии в промежуточном слое инородных включений для условий штатного функционирования и при пожаре. Такое решение, при обеспечении надежности заделки коннекторов в кладочном растворе, необходимо для проектировщиков с тем, чтобы обеспечить возможность достижения необходимого микроклимата в здании при минимуме затрат на энергопотребление при его эксплуатации и снижении материалоемкости и удешевления работ при строительстве, в частности за счет использования коннекторов. Диссертация выполнялась в рамках программы «Архитектура и строительство» (тема 2.3.12.1 - 1998-1999 г.г., утверждена приказом Минобразования Российской Федерации № 721 от 16.03.1998 г. - «Разработка технологии проволочных коннекторов для наружных стен из штучных материалов и несъемных опалубок»); гранта по фундаментальным исследованиям в области архитектуры и строительных наук (1999-2000 г.г., утвержден приказом Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации № 1514 от 09.06.1998 г. - «Теоретическое обоснование и теплофизические испытания конструкций наружных стен из штучных материалов с использованием коннекторов»), а также госбюджетных и хоздоговорных НИР Томского государственного архитектурно-строительного университета и НИИ строительных материалов при Томском государственном архитектурно-строительном университете. Целью работы является обеспечение нормируемых параметров сопротивления теплопередаче многослойной наружной стены с поперечными несквозными включениями, имеющими аномальные значения теплопроводности. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - разработать математическую модель теплопереноса, численно оценить закономерности влияния коннекторов на формирования температурных полей в многослойной наружной стене; - получить расчетные зависимости для определения термического сопротивления утепляющего слоя конструкции наружной стены из штучных материалов с использованием коннекторов; - экспериментально исследовать теплозащитные свойства многослойной стены с коннекторами; - исследовать теплоперенос в составном цилиндрическом теле с металлическим несущим стержнем коннектора для условий пожара; - исследовать надежность заделки коннекторов в кладочном растворе кирпичной кладки. Методология работы: базируется на использовании современных методов теории и основных положений тепломассообмена. Научная новизна работы: - получены новые расчетные зависимости для определения термического сопротивления утепляющего слоя в кирпичной наружной стене с учетом глубины заделки коннекторов во внутренний и наружный слои кладки и угла ориентации коннекторов относительно плоскости утеплителя; - на основе разработанной математической модели численно решена задача нестационарной теплопроводности в трехслойной наружной стене с цилиндрическим поперечным несквозным включением (коннектором), что позволило установить наличие поперечного сечения коннектора с максимальным значением трансмиссионной теплоты и доказать, что основная часть теплоты в коннектор поступает до этого сечения, а после него теплота от коннектора отводится к материалам наружной стены; - установлено, что в случае использования металлических коннекторов температура его концевой части, находящейся в холодной зоне стены, превышает температуру прилегающих материалов не менее чем на 1,53 °С, что исключает возможность образования конденсата на поверхности коннектора, являющегося причиной возникновения коррозии и ухудшения адгезионного контакта, или обеспечивает отвод конденсата паров воды от поверхности коннектора за счет термоградиентной диффузии; - установлено, что радиус зоны влияния коннектора с диаметром металлического сердечника dcepfl = 0,004 м не превышает 0,04 м. Практическое значение работы: - разработана методика инженерного расчета термического сопротивления утепляющего слоя многослойной конструкции наружной стены с коннекторами с учетом слоев стены с зад елочными концами коннекторов; - разработаны программные модули для численного расчета полей температуры в многослойной наружной стене с коннекторами; - разработана программа расчета термического сопротивления утепляющего слоя многослойной наружной стены с использованием коннекторов, выполненных как из полимерсодержащих материалов, так и металлических, в том числе с защитной противопожарной оболочкой, в сочетании с утеплителем, имеющим различные значения теплопроводности. - установлено, что использование строительной конструкции с коннекторами позволяет экономить по объему 40- 70 % эффективного утеплителя в сравнении с колодцевой кирпичной кладкой, при условии одинакового термического сопротивления обеих конструкций.
05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение
Научный руководитель доктор технических наук, профессор Н.А. Цветков Актуальность. Энергосбережение, особенно для климатической зоны Сибири и районов Крайнего Севера, является одним из приоритетных направлений в строительной отрасли. Опыт эксплуатации построенных в этих районах зданий свидетельствует о том, что многие виды внешних воздействий на них существенно отличаются от природных влияний, характерных для умеренного климата центральных районов европейской части России. На протяжении последних лет во всех индустриально развитых странах были пересмотрены требования к уровню теплозащиты ограждающих конструкций, которые возрастают с каждой новой редакцией нормативных документов. Последняя редакция СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника» регламентирует увеличение сопротивления теплопередаче наружных ограждений зданий для природно-климатических условий Сибири, более чем в 3 раза. Одним из приемлемых вариантов, обеспечивающих выполнение требований этого постановления применительно к зданиям с кирпичными наружными стенами, является выполнение их несущей оболочки двухслойной с эффективным утеплителем между слоями и коннекторами, обеспечивающими конструктивную связь этих слоев. Поэтому становится актуальным и обусловленным объективной необходимостью решение научной задачи по установлению закономерностей теплопереноса в сложнокомпозиционной наружной стене здания при наличии в промежуточном слое инородных включений для условий штатного функционирования и при пожаре. Такое решение, при обеспечении надежности заделки коннекторов в кладочном растворе, необходимо для проектировщиков с тем, чтобы обеспечить возможность достижения необходимого микроклимата в здании при минимуме затрат на энергопотребление при его эксплуатации и снижении материалоемкости и удешевления работ при строительстве, в частности за счет использования коннекторов. Диссертация выполнялась в рамках программы «Архитектура и строительство» (тема 2.3.12.1 - 1998-1999 г.г., утверждена приказом Минобразования Российской Федерации № 721 от 16.03.1998 г. - «Разработка технологии проволочных коннекторов для наружных стен из штучных материалов и несъемных опалубок»); гранта по фундаментальным исследованиям в области архитектуры и строительных наук (1999-2000 г.г., утвержден приказом Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации № 1514 от 09.06.1998 г. - «Теоретическое обоснование и теплофизические испытания конструкций наружных стен из штучных материалов с использованием коннекторов»), а также госбюджетных и хоздоговорных НИР Томского государственного архитектурно-строительного университета и НИИ строительных материалов при Томском государственном архитектурно-строительном университете. Целью работы является обеспечение нормируемых параметров сопротивления теплопередаче многослойной наружной стены с поперечными несквозными включениями, имеющими аномальные значения теплопроводности. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: - разработать математическую модель теплопереноса, численно оценить закономерности влияния коннекторов на формирования температурных полей в многослойной наружной стене; - получить расчетные зависимости для определения термического сопротивления утепляющего слоя конструкции наружной стены из штучных материалов с использованием коннекторов; - экспериментально исследовать теплозащитные свойства многослойной стены с коннекторами; - исследовать теплоперенос в составном цилиндрическом теле с металлическим несущим стержнем коннектора для условий пожара; - исследовать надежность заделки коннекторов в кладочном растворе кирпичной кладки. Методология работы: базируется на использовании современных методов теории и основных положений тепломассообмена. Научная новизна работы: - получены новые расчетные зависимости для определения термического сопротивления утепляющего слоя в кирпичной наружной стене с учетом глубины заделки коннекторов во внутренний и наружный слои кладки и угла ориентации коннекторов относительно плоскости утеплителя; - на основе разработанной математической модели численно решена задача нестационарной теплопроводности в трехслойной наружной стене с цилиндрическим поперечным несквозным включением (коннектором), что позволило установить наличие поперечного сечения коннектора с максимальным значением трансмиссионной теплоты и доказать, что основная часть теплоты в коннектор поступает до этого сечения, а после него теплота от коннектора отводится к материалам наружной стены; - установлено, что в случае использования металлических коннекторов температура его концевой части, находящейся в холодной зоне стены, превышает температуру прилегающих материалов не менее чем на 1,53 °С, что исключает возможность образования конденсата на поверхности коннектора, являющегося причиной возникновения коррозии и ухудшения адгезионного контакта, или обеспечивает отвод конденсата паров воды от поверхности коннектора за счет термоградиентной диффузии; - установлено, что радиус зоны влияния коннектора с диаметром металлического сердечника dcepfl = 0,004 м не превышает 0,04 м. Практическое значение работы: - разработана методика инженерного расчета термического сопротивления утепляющего слоя многослойной конструкции наружной стены с коннекторами с учетом слоев стены с зад елочными концами коннекторов; - разработаны программные модули для численного расчета полей температуры в многослойной наружной стене с коннекторами; - разработана программа расчета термического сопротивления утепляющего слоя многослойной наружной стены с использованием коннекторов, выполненных как из полимерсодержащих материалов, так и металлических, в том числе с защитной противопожарной оболочкой, в сочетании с утеплителем, имеющим различные значения теплопроводности. - установлено, что использование строительной конструкции с коннекторами позволяет экономить по объему 40- 70 % эффективного утеплителя в сравнении с колодцевой кирпичной кладкой, при условии одинакового термического сопротивления обеих конструкций.