Оценка теплозащитных свойств наружных стен с учетом конденсации парообразной влаги (стр. 2 )

Однако метод Фокина-Власова оказался непригодным для изучения закономерностей конденсации в интервале эксплуатационных температур, а также  зависимости конденсации от конструктивных параметров наружных стен и их теплофизических свойств. Указанные закономерности до сего дня остаются  не  изученными.

Анализ научных работ и нормативной литературы позволили сформулировать цель и задачи настоящей работы.

Во второй главе описаны методы экспериментального определения теплофизических показателей ограждающих конструкций, используемые приборы и оборудование:

- разработанная и смонтированная с участием автора климатическая ка-мера размером 3600Ч2700Ч2300 мм с «теплым» и «холодным» (до -450С) отсеками. Окно между «теплым» и «холодным» отсеками позволяет размещать фрагменты ограждений размером 1500Ч1350 мм;

- для регистрации тепловых потоков через испытываемый фрагмент, а также температур и относительной влажности воздуха на поверхностях и внутри фрагмента использовались измерительные комплексы ИТП МГ 4.03-10 «Поток» и «Терем-3.2»; для размещения датчиков комплекса (ДТГ-1.0) внутри фрагмента, в ней высверливались отверстия по диаметру датчиков (8 мм) на разную глубину. Отверстия засыпались тонкомолотым кварцевым песком с последующей герметизацией входных отверстий. Отверстия высверливались на удалении 15 см друг от друга для исключения их взаимного влияния.

Измерительные комплексы имели связь с компьютером, что позволяло выводить итоговые таблицы и строить графики.

В третьей главе установлено влияние температуры наружного воздуха на процессы конденсации парообразной влаги в основных типах ограждающих конструкций: однослойной, простой двухслойной (без облицовочного слоя снаружи), двухслойной с тонким слоем наружной штукатурки, двух многослой-ных конструкций с разной величиной сопротивления паропроницанию (Rпо).

В настоящей работе предложено развитие метода Фокина-Власова путем построения зависимостей (Еi-еi) от tН  по расчетным сечениям ограждения в широком диапазоне эксплуатационных температур. В качестве расчетных сечений приняты стыки материальных слоев и условные сечения, когда «толстые» материальные слои разделяются на дополнительные сечения.

Положительная разность (Еi-еi) > 0 указывает на отсутствие конденсации в каком-либо сечении, отрицательное значение (Еi-еi) < 0 – на конденсацию в этом сечении. Пересечение зависимости (Еi-еi) от tН для какого-либо сечения с величиной (Еi-еi)=0 указывает на величину tН, при которой начинается конденсация парообразной влаги в данном сечении.

Для величины tН, при которой начинается конденсация в сечении ближайшем к наружной поверхности ограждения, введено новое понятие –  температура  начала  конденсации  парообразной  влаги –  tНК.

Однослойная конструкция представляет собой кладку из керамического кирпича по ГОСТ 530-2007 толщиной 0,77м (три кирпича). Конструкция условно разделена на пять слоев по 0,154 м каждый, по границам которых и определялись зависимости (Ei - ei) от tН.

При исследованиях температура внутреннего воздуха принималась посто-янной (tВ=+200С), а наружного воздуха изменялась в диапазоне от -100С до -200С. Результаты исследований представлены в табл. 1 и на рис. 1. Из табл. 1 видно, что при -120С в ближайшем к наружной поверхности сечении (4/5) возникает плоскость конденсации, а при дальнейшем понижении  tН конденсация возни-кает и в других сечениях (3/4) и (2/3), то есть образуется плоскость конденсации. Графическое представление результатов позволяет уточнить величину tНК  (-11,50С).

Таблица 1

Зависимость разности (Ei – ei) от tН по сечениям однослойного ограждения

Температура наружного воздуха, 0С	(Еi–еi)  по сечениям ограждения, Па
На внутренней поверхности	1/2	2/3	3/4	4/5	На наружной поверхности
-10,0	683	376	123	26	13	56
-11,0	672	316	110	18	3	52
-12,0	661	290	85	0	-13	46
-13,0	649	277	66	-17	-24	41
-15,0	627	230	21	-51	-50	35
-20,0	572	116	-79	-151	-103	23
Условные сечения	(1)  0,154 м	(2)  0,154 м	(3)  0,154 м	(4)  0,154 м	(5) 0,154 м
Конструкция	Кирпичная кладка 0,77 м

По полученным результатам можно оценить эксплуатационные качества исследованной  конструкции при использовании её в том или ином климатическом  районе.  Так, в  климате  Москвы (средняя  температура  января tН= -10,20С) конденсация парообразной влаги  будет отсутствовать – по всем сечениям (Ei-ei) > 0. 

	В климате Казани, при сред-немесячной температуре ян-варя tН=-13,50С, в двух сече-ниях конструкции (3/4  и  4/5) будет выпадать конденсат. Экспериментальные  ис-следования фрагмента  одно-слойного ограждения из силикатного кирпича  толщи-ной  250  мм  при tН = -30 0С  и tВ= +18 0С  с исполь-зованием измерительного комплекса «Терем-3.2» в климатической камере  подтверждают  эти выводы. Датчики ДТГ-1.0 разме-щались внутри конструкции
Рис. 1.  Зависимость  (Еi - еi)  от  tН  по  сечениям  однослойного ограждения: ------  – плоскость конденсации;  ∕∕∕∕∕∕∕ – зона конденсации

по различным сечениям. Результаты измерения относительной влажности воздуха по сечениям конструкции представлены на рис. 2 (кривая  ц2). Расчетное распределение относительной влажности  воздуха  по  тем  же  сечениям  получено  по  известной  формуле  ц = (е / Е)·100 %  (кривая  ц1). Значения  еi и Еi,  приведенные  на  рис. 2, получены расчетным путем по методу  Фокина-Власова.

На рис. 2 видна хорошая сходимость расчетных и экспериментальных значений  ц.  Расхождения  между  ц1  и  ц2  на  поверхностях можно объяснить

различными условиями испарения  парообразной влаги в открытой ат-мосфере и в  клима-тической  камере.  Таким образом,  в  однослойной  конструкции  при опре-деленной температуре наружного воздуха в сечении, ближайшем к наружной поверхности, образуется плоскость конденсации, а при дальнейшем понижении  tН  –  зона  конденсации.	Рис. 2.  Относительная влажность воздуха по условным  сечениям  однослойной конструкции  стены (расчет  ц1,  эксперимент  ц2)

Простая  двухслойная  конструкция  (без  наружного облицовочного слоя)  состоит  из  силикатного  кирпича  (со=1800 кг/м3,  д=250 мм,  л=0,87 Вт/(м·ос),  м=0,11мг/ (м·ч·Па)),  теплоизоляционного  материала  из минерального волокна Rockwool (со=140 кг/м3, д=100 мм, л=0,041 Вт/(м·ос), м=0,3 мг/(м·ч·Па))  и внутренней штукатурки  д=15мм.

Простая двухслойная конструкция, состоящая из конструкционного и теплоизоляционного  слоев,  является  основной частью многих конструктивных решений наружных стен. Так, если со стороны утеплителя через воздушную прослойку  расположить  облицовочный слой, получим конструкцию вентилируемого фасада, а если нанести тонкий штукатурный слой по сетке, закрепленной на утеплителе, получим, так называемый, «мокрый» фасад. В связи с этим, исследование закономерностей конденсации в простой двухслойной конструкции приобретает особую важность.

Результаты исследований этой конструкции представлены в табл. 2, откуда видно, что конденсация влаги не наступает до tН= -40 0С. Разность (Еi - еi) > 0 по всем сечениям.

Таблица 2

Зависимость разности (Еi-еi) от tН по сечениям простой двухслойной конструкции

Температура наружного воздуха, tН0С	(Еi-еi) по сечениям ограждения, Па
На внутренней поверхности	1/2	2/3	3/4	4/5	5/6	6/7	На наружной поверхности
-5	914	954	1136	1229	1323	1419	531	95
-10	888	931	1130	1231	1335	1441	477	49
-20	835	880	1078	1182	1290	1401	344	18
-30	784	826	1001	1097	1198	1365	194	9
-40	734	771	916	1000	1093	1192	89	6
Конструкция	Штукатурка, 15мм	Силикатный кирпич, 250мм	Rockwool, 100мм

Экспериментальные иссле-дования этой конструкции в климатической камере в диапазоне температур от -100С до -300С подтвердили отсутствие конденсации в слое утеплителя. В слоях 5/6,  6/7  и на наружной поверхности относительная  влажность  воздуха  ц<100%  (рис.  3). Эксперимент  показал, что распределение  ц  по  утепли-телю  практически  не  зависит  от  температуры  в «холодном» отсеке,  в то время как  в  сили-катном  кирпиче  величина ц растет с понижением  темпера-туры в холодном отсеке  от  60 %  при  tН=-11 0С;  80 % при  tН=-20 0С;  до 100%  при tН=-30 0С. Причиной этого является различие в параметрах Еi.

Рис. 3.  Распределение  температуры  и относительной  влажности  воздуха  в  порах  материала ( ц,%)  по  сечению двухслойной  конструкции: -------  – эксперимент;  - - - -  – расчет

При расчете Еi принимается по справочным таблицам (над плоской поверхностью), а в условиях эксперимента величина Еi  «формируется автоматически» в зависимости от размеров капилляров и температуры, то есть, происходит снижение Еi  над вогнутым мениском, что и фиксируют датчики измерительного комплекса «Терем-3.2» в виде 100%-ной влажности.