|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 ... 9 10 11 12 13 14 15 ... 42   Рис. 11.6. Шкала потенциала влажности - зависимость (а) между потенциалом влажности и влажностью фильтровальной бумаги при разных температурах, (б) - тоже, в диапазоне О-50° В, включая область отрицательных температур Для выбора численных значений шкалы ере , так дее как и шкалы <р, никаких физических ограничений нет, поэтому необходимо учесть только требование удобства ее практического использования. Удобно принять, чтобы между фе и влажностью фильтровальной бумаги Ыф.6 имелась однозначная зависимость фе ( ф.б)- В пределах сорб-ционной влажности принято, что фе = ф и для построения зависимости фе (Ыф.б) взята изотерма сорбции фильтровальной бумаги при 1,5 1,0
0 0,211111,0 2,0 S,0f Рис. 11.7. Шкала относительного потенциала влажности-зависимость равновесного влагосодержания фильтрованной бумаги от относительного потенциала влажности  Рис. П.8. Связь между равновесными влагосодержаниями пенобетона (С/п.б). фильтровальной бумаги (С/ф.д) и потенциалом влажности (в), относительным потенциалом влажности (фв) при разных температурах {t) эталонной температуре. Максимальной сорбционной влажности фильтровальной бумаги, равной при = 20*0, ф.д == 0,246 кг/кг соответствует фе = ф = 1,0. При сверхсорбционной влажности, от ф. = = 0,246 до состояния полного насыщения фильтровальной бумаги влагой ф.д = 2,53 кг/кг, зависимость фе от ф.е принята по прямой линии; при этом фе изменяется от 1 до 3, а и^, -от 0,246 до 2,53. Принятая зависимость равновесной влажности фильтровальной бумаги от относительного потенциала влажности в виде графика показана на рис. II.7. Относительный потенциал влажности является обобщающим показателем состояния влаги, удобным для оценки влажностного состояния материалов, влажностного воздействия окружающих ограждения сред (см. § П.8) и т. д. Он позволяет распространить зависимость, подобную изотерме сорбции (см. § II.6) на сверхгигроскопическую влажность материалов. В результате сложные зависимости равновесных влажностей материалов от потенциала влажности и температуры, Таблица II.l Равновесные весовые влагосодержания и-10~ (кг/кг) строительных материалов, соответствующие различным значениям относительного потенциала влажности tpg Материал Значения u-10-г кг/кг при <рв равном
Фильтровальная бумага марки Ф-1............. Пенопласт полистирольный . Пенопласт ФРП-1..... Газосиликат........ ........ Пенобетон ........ Газозолосиликат...... Газобетон ........ Фиброли^......... Пенозолобетон ...... Поризованный керамзитобетон Керамзитоперлитобетон . , . Шунгезитобетон...... Керамзитобетон ...... Шлакобетон........ Раствор известковый .... ..... Раствор цементо-известковый 1:1:3 ............ Кирпич красный...... Раствор цементный .1:2 . . Бетон .......... uiS, t) (см. рис. II 8), которые иногда затрудняют применение теории потенциала, значительно упрощаются и принимают, вид и(фв ), как это показано на примере пенобетона (рис. II.8). В табл 11.1 приведены данные экспериментов по определению равновесных влажностей материалов. Равновесные влажности материалов даны в шкале относительного потенциала влажности. Процесс влагообмена в толще материала подчиняется двум зако-(Номерностям: поглощения влаги и влагопроводности. Поглощение вла-  и„ 5, кг/нг 5 2,5 О
100 200 т й 5,0 2.5
J.0 at ю S кг мч °в 2,0 1,0 О
ш-8,5С -irc а-17,5С а'22°С Л'27,5Га-32,5°С o-J7,5T-t50 -50С Рнс. II.9. Результаты опытов по определению влажностных характеристик пенобетона методом неизотермической разрезной колонки: < -пб(в. О; б-г1(в. О; в-С' б(фу ), г-г)с(, (фе ). а-х(в, О .ги связано со свойством влагоемкости материала г| (рис. 11.9), величина которой определяет изменение влагосодержания материала и с изменением его потенциала влажности в; ц зависит от потенциала влажности и температуры и равна частной производной влагосодержания по потенциалу влажности или тангенсу угла наклона касательной к изотерме зависимости влажности йот потенциала 9: т1 = ди/д@. (11.53) На рис. II.9, б приведена зависимость г| = Дэ, /) для пенобетона, построенная графическим дифференцированием кривой и = f{9, t) на рис. II.9, а. Как видно из рисунка, зависимость г| отв и / оказывается довольно сложной. В связи с этим удобно прибегнуть к шкале относительного потенциала влажности и определять относительную влагоемкость материала в виде (11.54) На рис. 11.9, г приведена кривая г|;рв для пенобетона, полученная по данным рис. 11.9, в. Зависимость г1;рв(фв) значительно проще, чем Ti(e, О- Она является обобщающим показателем свойства влагоемкости материала. Влагопроводность определяет интенсивность переноса влаги. По аналогии с теплопроводностью и на основе экспериментальных наблюдений принимают, что поток влаги /, кг/(м* ч), пропорционален градиенту потенциала влажности VO, В/м: i = - хув, (11.55) где x- коэффициент влагопроводности, кг/(м В ч). Экспериментальная зависимость х от в для пенобетона приведена на рис. 11.9, д. Процесс влагопроводности в толще материала описываетсяуравнением поля потенциала влажности. Оно может быть получено из рассмотрения баланса влаги для элементарного слоя материала на основе закона сохранения массы вещества в виде т1(в, Ор x (в, О (11.56) где р - плотность (объемная масса) абсолютно сухого материала, кг/м^. Потенциал влажности зависит от температуры. Перемещение влаги, связанное с переносом тепла, в свою очередь изменяет температурное поле. Процессы тепло- и влагообмена в толще материала взаимосвязаны, поэтому в общем случае для расчета влажностного и теплового режимов требуется рассмотрение системы уравнений теплопроводности и влагопроводности. Такой расчет оказывается весьма сложным. Обычно температурное поле рассчитыва-ют отдельно, при этом влажностный режим учитывают только при выборе тепловых характеристик процесса. При расчете влажностного режима температурное поле учитывается как заданное и при определении влажностных характеристик, и при расчете поля потенциала влажности. Для определения влагообмена на поверхности ог-.раждения с воздухом воз- ,q Зависимость относительной пикает необходимость вы- влажности воздуха от потенциала влаж-раЗИТЬ состояние влажного ности при разных температурах
воздуха при разных температурах в шкале потенциала влажности. Построение такой зависимости для воздуха полностью аналогично построениям для других влажных тел. Графическим перестроением можно получить искомую зависимость с помощью изотерм сорбции фильтровальной бумаги (кривых равновесных влажностей воздуха и фильтровальной бумаги) и шкалы потенциала влажности (см. рис. П.6). На рис. П. 10 приведен график функции oтнocитeльoй влажности Фв и температуры <в воздуха от потенциала влажности в. Граничное условие влагообмена поверхности с воздухом (условие 111 рода) можно записать в виде Р(в1пов-вв) = - (11.57) - потенциал влажности и градиент потен- циала влажности в материале иа поверхности конструкции; вв - потенциал влажности воздуха; Р - коэффициент влагообмена, кг/(м2 ч В). В многослойных конструкциях, по аналогии с теплопередачей (см. вариант Б, § II.2), на стыке между слоями материала должно быть задано условие (IV рода) в виде равенства потенциалов и потоков влаги:  (11.58) - l InoB ~~ 2 пов Рис. 11.11. Распределение общего влагосодержания (-) содержания незамерзшей воды (---) и температуры по длине колонки из газобетона в состоянии неизотермического влажностного равновесия при низких температурах и различных начальных влагосо-держаниях где индексы 1 и 2 соответствуют слоям материала на стыке поверхностей (нов). В записи (11.58) особенно ярко проявляются преимущества рассмотрения процесса влагопередачи относительно потенциала влажности, которые состоят в возможности установить равновесное влажностное состояние материалов на стыке поверхностей во всем диапазоне влажности от нуля до полного насыщения и при любой температуре. Для расчета влагопередачи ограждающих конструкций зданий на основе потенциала влажности, таким образом, необходимо иметь характеристики состояния и переноса влаги для разных строительных материалов и значения коэффициентов влагообмена на поверхностях огражде- ния. Характеристиками состояния влаги в материалах являются: влагосодержание и, потенциал влажности в, относительный потенциал влажности фв, влагоемкость г| и относительная влагоемкость rQ. Для каждого материала достаточно получить из эксперимента только одну кривую его равновесных влагосодержаний с вла-госодержанием фильтровальной бумаги и{иф,). Сведений о и(иф.д) при наличии шкалы потенциала влажности ф.б(в, О относительного потенциала влажности иф.б(ф9) достаточно для получения всех характеристик состояния влаги в материале при произвольных влажности и температуре. Характеристиками переноса влаги являются показатели влагопроводности х строительных материалов, а также коэффициенты влагообмена Р на поверхностях ограждений. Последние являются аналогами коэффициентов конвективного теплообмена и для их определения качественно справедливы установленные в § 1.6 зависимости. Разработан комплексный метод так называемой разрезной неизотермической колонки , с помощью которого из одной серии опытов на одном образце могут быть достаточно быстро и точно определены все необходимые для расчета влажностные характеристики материала (см. рис. П.9). Этот метод состоит в определении и анализе переменного во времени влажностного поля в разрезанной на пластины колонке из исследуемого материала, которое возникает под влиянием перепада температур в термостатах, где между ними помещают колонку. Все положения о потенциале влажности остаются справедливыми и в области отрицательных температур. В мерзлых материках часть влаги превращается в лед, но между фазами воды сохраняется равенство потенциалов влажности. Количество незамерзшей воды в мерзлом влажном материале Мд.д зависит от температуры и вида материала. Во влажном материале определенной отрицательной температуре соответствует приблизительно одинаковое количество незамерзшей  Рис. 11.12. Кривые содержания незамерзшей влаги в газосиликате (-) и красном кирпиче (---) при разных отрицательных температурах (по данным Т. А. Литвиновой) воды [II.9, 11.141. В последнее время Т. А. Литвинова 111.71. экспериментально показала (рис. 11.12), что для строительных материалов н.в несколько увеличивается с возрастанием начальной влажности. Зпо явление объясняется адсорбцией жидкой влаги на поверхности льда, образующегося в порах материала, и другими явлениями. Особенности фазового равновесия и поведения влаги в мерзлом материале хорошо согласуются с состоянием влаги, объясняемым с позиций потенциала влажности [11.11]. В качестве примера на рис. II.II приведены равновесные влагосодержания газобетона р = 800 кг/м^, полученные способом разрезной неизотермической колонки, в'диапазоне температур от -10 до 4-30°С. Сплошные кривые и = /(/) по длине колонки выражают общее влагосодержание. Штриховые линии характеризуют распределение по длине колонЙ! незамерзшей воды. Постановка задачи о нестационарной влагопередаче, основанная на потенциале влажности, обладает рядом достоинств (возможность расчета многослойных конструкций в произвольном диапазоне влажности и температуры при сложных граничных условиях). Однако в практике строительного проектирования и в нормативных методах в настоящее время используются теории диффузии пара в сорбирующей среде и влагопроводности. Для них в справочных пособиях имеются необходимые характеристики материалов и другие данные. Удается в определенной мере обходить известные недостатки этих теорий (ограниченность областей допустимого их применения). Разработаны расчетные приемы, которые дают удовлетворительное совпадение с наблюдениями и удобны в инженерной практике. Ниже дано краткое описание этих теорий. § П.6. ДИФФУЗИЯ водяного ПАРА В СОРБИРУЮЩЕЙ СРЕДЕ Теория диффузии пара в сорбирующей среде рассматривает (11.13) процессы влагопередачи только при гигроскопической влажности строительных материалов. Предполагается, что перемещение влаги происходит посредством диффузии под влиянием градиента упругости водяного пара во влажном воздухе, заполняющем поры материала. За потенциал влажности в этой теории принимают упругость водяных паров, предполагая, что сорбированная материалом влага прочно связана с ним и в жидком состоянии неподвижна. Поток влаги i; г/(м' ч), в произвольном сечении материала принимают равным ( = -(хуе, (11.59) где (X - коэффициент паропроницаемости кг/(м ч . Па) [г/(м мм рт. ст.)]; Ve - градиент упругости водяных паров, Па/м (мм рт. ст./м).  Рис. 11.13. Изотермы сорбции пенобетона (/) и красного кирпича (2) Процесс паропроницания осложнен поглощением (сорбцией) влаги материалом при увеличении упругости водяных паров в порах материала и отдачей (десорбцией) влаги при уменьшении упругости. На рис, П. 13 приведены изотермы сорбции для пенобетона и красного кирпича [11.7]. Предполагается, что изменение влажности материала происходит мгновенно следом за изменением упругости пара в его порах (равенство потенциалой пара и воды) и зависимость между ними полностью определяется соответствующими изотермами сорбции и десорбции. С увеличением упругости водяного пара на величину Ае влажность материала увеличивается на Аи, т. е. Аи = 1е, (11.60) где Аи - изменение влажности в произвольном сечении материала, г/кг; I - удельная пароемкость материала, равная тангенсу угла наклона касательной к изотерме сорбции (или десорбции), построенной относительно упругости водяных паров, г/ (кг Па) [г/(кг мм рт. ст.)]; Ае - изменение парциального давления водяного пара в этом сечении. Па (мм рт. ст.). Уравнения (11.59) и (11.60) полностью аналогичны основным двум закономерностям процесса теплопроводности (11.1) и (11.4), и дифференциальное уравнение диффузии пара в сорбирующей среде имеет вид Удельная пароемкость значительно зависит от изменений температуры и влажности, что затрудняет решение уравнения аналитическими методами. Поэтому для получения численных решений обычно используют расчетные приемы, основанные на применении конечных разностей (численный метод, метод аналогии, расчеты на ЭВМ). Обычно при расчете условно принимают стационарное распределение температуры. Решая уравнение (11.61), определяют значения упругости водяного пара в различных сечениях конструкции на некоторые моменты времени и, пользуясь изотермами сорбции (десорбции), переводят их в соответствующие равновесные влажности. В процессе расчета может оказаться, что к некоторому моменту времени в отдельных сечениях ограждения упругость водяного пара достигает значений, соответствующих максимальным при температуре в этих сечениях. Это определяет начало выпадения конденсата. Расчетом по уравнению (11.61) можно установить количество выпадающего конденсата в предположении, что жидкая влага остается неподвижной. Для расчета перемещения влаги при сверхгигроскопической влажности обычно пользуются уравнениями теории влагопроводности. § П.7. ВЛАГОПРОВОДНОСТЬ В теории влагопроводности [II.8] в качестве потенциала влажности принимают влагосодержание материала. В общем случае в изотермических условиях считают, что поток влаги i, кг/(м* ч), при любом соотношении между парообразным и жидкостным перемещениями пропорционален градиенту влагосодержания V , кг влаги на 1 кг сухого материала, т. е. = -PV , (11.62) где k - коэффициент проводимости влаги в материале, м^ч; р - объемная масса абсолютно сухого материала, кг/м*. В неизотермических условиях во влажном материале предполагают поток влаги if, вызванный градиентом температуры. Это явление называют термовлагопроводностью. Поток влаги г< пропорционален градиенту температуры и равен (11.63) Из уравнений (П.62) и (И.63) следует, что в сечении, где поток г„ равен и противоположен по знаку потоку i коэффициент термовла-гопроводности б определится зависимостью (П.64) Дифференциальное уравнение термовлагопроводности имеет вид ди д dz дх /, ди k + -(kb-]. (П.65)- (1х \ дх J Область применения уравнения (П.65) ограничена однородными однослойными конструкциями и потому уравнение (П.65) сравнительно редко используется для расчета влажностного режима строитель-. ных конструкций. Им пользуются только для расчета перемещения жидкой влаги при сверхгигроскопической влажности. Температурный градиент в конструкциях обычно небольшой, поэтому уравнение влажностного поля при сверхгигроскопической влажности принимают в виде ди д dz ex k -). (11.66) dx / Влияние температуры на интенсивность перемещения влаги учитывают, принимая численные значения коэффициента k в зависимости не только от влажности материала, но и от температуры. Расчеты по этому уравнению обычно проводят [101 так же, как и при решении уравнения (П.61), методами, основанными на применении конечных разностей. § П.8. РАСЧЕТ ВЛАГОПЕРЕДАЧИ ЧЕРЕЗ ОГРАЖДЕНИЕ НА ОСНОВЕ ПОТЕНЦИАЛА ВЛАЖНОСТИ В настоящее время имеется ряд методов расчета влагопередачи через ограждение, основанных на теории диффузии пара и влагопроводности. Однако они имеют недостатки, отмеченные в § П.6 и П.7, которые затрудняют их использование для расчета многослойных 1 ... 9 10 11 12 13 14 15 ... 42 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||