Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.
Новосибирск: Институт теплофизики СО РАН, 2007. — 167 с.
Специальность: 05.23.03 Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение
Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор В.И. Терехов Актуальность работы. Энерго - и ресурсосбережение является генеральным направлением современной технической политики Российской Федерации в области строительства. В комплексе мер по энергосбережению большое значение имеет повышение теплозащиты ограждающих конструкций зданий. В соответствии с введенными в действие новыми нормативами по теплозащите зданий значительно возросли теплотехнические требования к ограждающим конструкциям. В связи с этим в современном строительстве широкое распространение получили многослойные ограждающие конструкции с применением пористых теплоизоляционных материалов. Данные материалы обладают повышенными теплозащитными свойствами и позволяют уменьшить толщину и вес ограждающих конструкций. В то же время долговечность и эксплуатационные свойства таких конструкций в значительной степени определяются их влажностным режимом. Поэтому весьма актуальна задача прогнозирования влажностного состояния многослойных ограждающих конструкций еще на стадии проектирования здания. Для этого необходимо выполнять расчеты влажностного режима ограждающих конструкции зданий и сооружений. Используемые в проектировании методы расчета влажностного состояния ограждающих конструкций, как правило, основываются на стационарном подходе и не отражают изменение содержания влаги в процессе эксплуатации здания. Для того чтобы оценить состояние ограждающей конструкции в различные периоды времени необходимо развивать нестационарные методы расчета влажностного режима. Однако, большинство используемых в настоящее время нестационарных методов расчета влажностного режима ограждающих конструкций не учитывают многие сопутствующие физические явления и отличаются сильной формализацией параметров влагопереноса. Для разработки новых методов расчета, более полно учитывающих физические явления сопутствующие влагопереносу в ограждениях необходимо проведение цикла экспериментальных исследований влажностных характеристик и структуры строительных материалов. В тоже время существующие методики экспериментального определения влажностных характеристик строительных материалов трудоемки и недостаточно точны. Таким образом, одновременно с разработкой методов расчета влажностного режима ограждающих конструкций следует развивать методики экспериментального исследования влагопереноса в строительных материалах. За последние годы в условиях политики энергосбережения при общем дефиците и дороговизне энергии активно разрабатываются проекты энергоэффективных зданий, которые предусматривают интенсивное использование пористых теплоизоляционных материалов в ограждающих конструкциях, позволяющих одновременно выполнять несущие и повышенные теплозащитные функции. Одним из материалов, отвечающим вышеназванным требованиям является автоклавный газобетон. В связи с этим в последнее время все чаще встречаются различные конструкции наружных стен с применением данного строительного материала. Автоклавный газобетон относится к конструкционно-теплоизоляционным материалам, теплотехнические характеристики и показатели прочности которого хорошо известны. Однако, влажностные характеристики данного материала недостаточно хорошо изучены, поэтому в практике строительства нередко возникают вопросы при его использовании. Следует отметить, что данная работа выполнялась при поддержке программ Министерства науки и образования «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (проект № 03.01.079, проект № 03.01.034), "Интеграционного проекта СО РАН" (проект № 166), а также совместного российско-белорусского проекта РФФИ-БРФФИ (грант № 02.02.81005, грант № 06-08-81003_Бел-а). Цель работы состояла в исследование совместного тепломассообмена в пористых строительных материалах с целью создания эффективного метода расчета тепловлажностного состояния ограждающих конструкций зданий и обеспечения заданных температурного и влажностного режимов в помещениях. В соответствии с целью работы поставлены следующие задачи: 1 .На базе современной аппаратуры и с использованием новых измерительных методов создать комплекс экспериментальных установок для исследования тепломассообмена в пористых строительных материалах.
2.Выполнить экспериментальное исследование структуры и влажностных характеристик пористого строительного материала на примере автоклавного газобетона. Выявить взаимосвязь между структурой и влажностными характеристиками материала.
3.Провести экспериментальное исследование тепло- и влагопереноса в газобетоне в широком диапазоне изменения граничных тепловлажностных условий и при различных режимах увлажнения.
4. Методами математического моделирования исследовать совместный нестационарный тепло- и влагоперенос в пористых строительных материалах и провести верификацию полученных результатов расчетов на экспериментальных данных для автоклавного газобетона.
5.Выполнить расчеты и провести натурные исследования тепловлажностного состояния различных ограждающих конструкций зданий из газобетона, используя экспериментально полученные влажностные характеристики. На защиту выносятся:
1. Результаты экспериментального исследования структуры и влажностных характеристик автоклавного газобетона.
2. Результаты экспериментального исследования процессов влагопереноса в автоклавном газобетоне в широком диапазоне тепловлажностных условий.
3. Результаты численных расчетов совместного тепло- и влагопереноса в автоклавном газобетоне с использованием нестационарной методики. Научная новизна работы:
1. Разработана новая методика экспериментального определения влажностных характеристик строительных материалов с использованием гамма-просвечивания.
2. При различных тепловлажностных условиях экспериментально определены характеристики влагопереноса в автоклавном газобетоне. Получена зависимость коэффициента диффузии влаги от влажности материала при различных режимах увлажнения.
3. На основании экспериментальных исследований разработан и апробирован нестационарный метод расчета тепловлажностного состояния ограждающих конструкций зданий, учитывающий перенос парообразной и жидкой влаги при различных тепловлажностных условиях. Практическая ценность работы заключается в следующем: - разработанный неразрушающий метод определения влажностных характеристик пористых материалов может быть использован для широкого круга строительных материалов; - полученные экспериментальные и расчетные результаты по влиянию градиентов температуры и влажности на увлажнение газобетона позволяют сформулировать требования к условиям его эксплуатации; - проведены натурные испытания и выполнено расчетное обоснование многослойных ограждающих конструкций зданий из газобетона с оптимальными конструктивными решениями для обеспечения минимального накопления влаги в ограждениях и создания комфортного тепловлажностного режима в помещениях.
Специальность: 05.23.03 Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение
Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор В.И. Терехов Актуальность работы. Энерго - и ресурсосбережение является генеральным направлением современной технической политики Российской Федерации в области строительства. В комплексе мер по энергосбережению большое значение имеет повышение теплозащиты ограждающих конструкций зданий. В соответствии с введенными в действие новыми нормативами по теплозащите зданий значительно возросли теплотехнические требования к ограждающим конструкциям. В связи с этим в современном строительстве широкое распространение получили многослойные ограждающие конструкции с применением пористых теплоизоляционных материалов. Данные материалы обладают повышенными теплозащитными свойствами и позволяют уменьшить толщину и вес ограждающих конструкций. В то же время долговечность и эксплуатационные свойства таких конструкций в значительной степени определяются их влажностным режимом. Поэтому весьма актуальна задача прогнозирования влажностного состояния многослойных ограждающих конструкций еще на стадии проектирования здания. Для этого необходимо выполнять расчеты влажностного режима ограждающих конструкции зданий и сооружений. Используемые в проектировании методы расчета влажностного состояния ограждающих конструкций, как правило, основываются на стационарном подходе и не отражают изменение содержания влаги в процессе эксплуатации здания. Для того чтобы оценить состояние ограждающей конструкции в различные периоды времени необходимо развивать нестационарные методы расчета влажностного режима. Однако, большинство используемых в настоящее время нестационарных методов расчета влажностного режима ограждающих конструкций не учитывают многие сопутствующие физические явления и отличаются сильной формализацией параметров влагопереноса. Для разработки новых методов расчета, более полно учитывающих физические явления сопутствующие влагопереносу в ограждениях необходимо проведение цикла экспериментальных исследований влажностных характеристик и структуры строительных материалов. В тоже время существующие методики экспериментального определения влажностных характеристик строительных материалов трудоемки и недостаточно точны. Таким образом, одновременно с разработкой методов расчета влажностного режима ограждающих конструкций следует развивать методики экспериментального исследования влагопереноса в строительных материалах. За последние годы в условиях политики энергосбережения при общем дефиците и дороговизне энергии активно разрабатываются проекты энергоэффективных зданий, которые предусматривают интенсивное использование пористых теплоизоляционных материалов в ограждающих конструкциях, позволяющих одновременно выполнять несущие и повышенные теплозащитные функции. Одним из материалов, отвечающим вышеназванным требованиям является автоклавный газобетон. В связи с этим в последнее время все чаще встречаются различные конструкции наружных стен с применением данного строительного материала. Автоклавный газобетон относится к конструкционно-теплоизоляционным материалам, теплотехнические характеристики и показатели прочности которого хорошо известны. Однако, влажностные характеристики данного материала недостаточно хорошо изучены, поэтому в практике строительства нередко возникают вопросы при его использовании. Следует отметить, что данная работа выполнялась при поддержке программ Министерства науки и образования «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (проект № 03.01.079, проект № 03.01.034), "Интеграционного проекта СО РАН" (проект № 166), а также совместного российско-белорусского проекта РФФИ-БРФФИ (грант № 02.02.81005, грант № 06-08-81003_Бел-а). Цель работы состояла в исследование совместного тепломассообмена в пористых строительных материалах с целью создания эффективного метода расчета тепловлажностного состояния ограждающих конструкций зданий и обеспечения заданных температурного и влажностного режимов в помещениях. В соответствии с целью работы поставлены следующие задачи: 1 .На базе современной аппаратуры и с использованием новых измерительных методов создать комплекс экспериментальных установок для исследования тепломассообмена в пористых строительных материалах.
2.Выполнить экспериментальное исследование структуры и влажностных характеристик пористого строительного материала на примере автоклавного газобетона. Выявить взаимосвязь между структурой и влажностными характеристиками материала.
3.Провести экспериментальное исследование тепло- и влагопереноса в газобетоне в широком диапазоне изменения граничных тепловлажностных условий и при различных режимах увлажнения.
4. Методами математического моделирования исследовать совместный нестационарный тепло- и влагоперенос в пористых строительных материалах и провести верификацию полученных результатов расчетов на экспериментальных данных для автоклавного газобетона.
5.Выполнить расчеты и провести натурные исследования тепловлажностного состояния различных ограждающих конструкций зданий из газобетона, используя экспериментально полученные влажностные характеристики. На защиту выносятся:
1. Результаты экспериментального исследования структуры и влажностных характеристик автоклавного газобетона.
2. Результаты экспериментального исследования процессов влагопереноса в автоклавном газобетоне в широком диапазоне тепловлажностных условий.
3. Результаты численных расчетов совместного тепло- и влагопереноса в автоклавном газобетоне с использованием нестационарной методики. Научная новизна работы:
1. Разработана новая методика экспериментального определения влажностных характеристик строительных материалов с использованием гамма-просвечивания.
2. При различных тепловлажностных условиях экспериментально определены характеристики влагопереноса в автоклавном газобетоне. Получена зависимость коэффициента диффузии влаги от влажности материала при различных режимах увлажнения.
3. На основании экспериментальных исследований разработан и апробирован нестационарный метод расчета тепловлажностного состояния ограждающих конструкций зданий, учитывающий перенос парообразной и жидкой влаги при различных тепловлажностных условиях. Практическая ценность работы заключается в следующем: - разработанный неразрушающий метод определения влажностных характеристик пористых материалов может быть использован для широкого круга строительных материалов; - полученные экспериментальные и расчетные результаты по влиянию градиентов температуры и влажности на увлажнение газобетона позволяют сформулировать требования к условиям его эксплуатации; - проведены натурные испытания и выполнено расчетное обоснование многослойных ограждающих конструкций зданий из газобетона с оптимальными конструктивными решениями для обеспечения минимального накопления влаги в ограждениях и создания комфортного тепловлажностного режима в помещениях.