|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 ... 10 11 12 13 14 15 16 ... 42 конструкций при сверхсорбционной влажности в области положительной и отрицательной TCMjiepaTypbi при сложных граничных условиях. Использование потенциала влажности позволяет производить расчет блажностного режима ограждений во всех этих случаях как в стационарных, так и в нестационарных условиях влагопередачи. Стационарная влагопередача. Сложность расчета влагопередачи состоит в нелинейности основных уравнений. Так, в условиях стационарной влагопередачи расчет затруднен существенной зависимостью влагопроводности материала х от потенциала влажности. В силу этого при проведении расчета удобно воспользоваться способом последовательного приближения. Сечение ограждения делится на элементарные слои б;. В многослойных ограждениях границы элементарных слоев должны совпадать с границами материальных слоев в ограждении. Задаются приближенным, например линейным, распределением потенциала влажности по сечению ограждения. В пределах каждого слоя значение влагопроводности принимается постоянным, соответствующим потенциалу влажности слоя 6г- Исходя из принятых значений х^ определяются общее сопротивление влагопередаче ограждения Rb,o=Ii- (11.67) (сопротивления влагообмена на поверхностях ограждения обычно пренебрежимо малы) и соответствующая ему величина потока влаги (вя-вн) в, о После этого расчет ведут змейкой от слоя к слою, начиная с первого слоя, граничащего с внутренней поверхностью. Приняв xi этого слоя по потенциалу влажности внутренней поверхности ограждения (в общем случае по О и / поверхности, когда х является функцией 6 и t), вычисляют значение 6 2 на противоположной границе слоя, на границе со вторым слоем в2 = в1- --. (П.69) Полученное значение 02 на границе между первым и вторым блоками является исходным для определения Х2 в пределах второго слоя. Расчет продолжают до последнего элементарного слоя k на границе с наружной поверхностью ограждения. Полученное для наружной поверхности значение 0; может отличаться от заданного в расчете значения 0ц. В этом случае в предварительно принятую величину потока влаги i вводится поправка и расчет повторяется до тех пор, пока вычисленное значение 0 не будет достаточно близко к 0i,. Необходимой точности расчета этим способом удается достичь с одной-двух попыток. Пример II. 1. Построить стационарное поле влагосодержания материалов в ограждающей конструкции из красного кирпича толщиной 0,25 м, утеплен- ной изнутри слоем пенобетона толщиной 0,2 м. Район строительства - Моек- ва; = -9,4° С. Потенциал влажности наружного климата в зимний период в„ = 9,1° В. Условия- в помещении: = 20° С, Фв = 45%, вв = 20,5° В. Характеристики материалов р„ = 1700 кг/мз, р а ~ 680 кг/мз, Х„ = = 0,812 Вт/(м-°С); = 0,255 Вт/(м-°С). * Решение. Рассчитываем стационарное температурное поле (см. гл. III) i в ограждении, разбив его на элементарные слои, делением слоя кирпича и пенобетона пополам. Общее термическое сопротивление ограждения R = Rb + .6 + RuH -f /? = 0,115 -f 0,2/0,255 + + 0,25/0,812 -j- 0,04 = 1,25 м^ С/Вт. Распределение температуры цо сечецию ограждения, °С; 0,115 (20 -j- 9 4) 20- (0 5 + 0./055)(20-9,4) =0,1 1,25 20- (О' 5+ 0.2/0.255) (20-f 9,4) t=o.2 1,25 (0,115 + 0,2/0,255 Н-0,125/0,812) (20-j-9,4) t =20 - -= - 4,8: =0.325 1,25 (0,115 Н- 0,2/0,255 Н- 0,25/0,812) (20-j-9,4) т„ = 20 - -= - 8,4. 1,25 Наносим температурное поле на разрез ограждающей конструкции (рис. II. 14, а). Расчет поля потенциала влажности. Оставляем принятую разбивку пенобетона и кирпича на слои. Определяем коэффициенты влагопроводности и температуры на границах блоков. Задаемся по данным расчета ориентировочной величиной потока влаги i = 0,0002 кг/(м*-ч). Слой 1. Со стороны помещения на поверхности слоя 16= 20,5° В; 17,3° С; по рис. 11.14, г х = 1,9-10- в =в - I = 20,5 -0,0002 . 0,1/1,9 . 10-5 = 19,4 °В. Слой 2. По в = 19,4° В и f=8,0°C определяем Tt=l,2-10-* 0= 19,4 - 0,0002 . 0,1/1,2 10 = 17,7 °В. Слой 3. По в = 17,7° В и < = -1,2° С; х = 0,б5 1Сг . .о.= 17,7-0,0002 . 0,125/0,65 10-5= 17,7 - 3,8=13,9 °В. Слой 4. По в = 13,9° В и / = -4,8° С; х = 0,5 10 х=о 45 13,9 - 0,0002 0,125/0,5 iO = 13,9- 5 = 8,9°С. Распределение в по сечению ограждения показано иа рис. 11.14,(2. По условиям задачи потенциал влажности снаружи в„ = 9,1° В, что близко к полученному. При необходимости уточнения значения в^д 45 и приближения его к заданному 9д расчет следует повторить, увеличив (в данном случае) несколько принимаемое значение потока влаги i. По известным температурному полю и полю потенциала влажности (рнс. П. 14, а), применяя рнс. II.6 и II.7, находим значения фд в отдельных сечениях ограждения (рис. II. 14, а). По полученным величинам ф^ с помощью зависимостей графика на рис. 11.14, в определяем влагосодержание материалов в каждом сечении ограждения (рис. 1.14, б). и, нг/кг  0,2 0,1 О
X.1l),KZJM-4-B г о 12,5 15 П,5 20 22.5 0,01 0,15 - 0,1 -0,05 О Рис. II. 14. К примеру 1{. 1 расчета стационарной влагопередачи через {конструкцию: а - построение распределения температуры t, потенциала влажности в и отиосительиого потенциала влажности ф е . g построен ние распределения влагосодержавня материалов; в - кривые зависимости равиовесвой влажности певобетоиа (п.б.) и красного кирпича (к.к.) от влажности фильтровальной бумаги и относительного потенциала влажности: г - принятая зависимость влагопроводности от потенциала влажности для пенобетона (I) и кирпича (2) Нестационарная влагопередача. Для наружных ограждений зданий характерными являются два режима нестационарной влагопередачи. Один - переходный влажностный процесс от одного стационарного состояния к другому при изменении потенциала влажности на Одной поверхности. Он типичен при переходе от теплого к холодному периоду года и наоборот. Это связано со стабильностью потенциала наружного климата [И.З] вн (м. §11.9) в теплый и холодный периоды и их большой продолжительностью (см. рис. 11.17). Второй - также переходный процесс вхождения ограждения с высойой н-ачальной влажностью в равновесное влажностное состояние с окружающими внутренней и наружной средами в условиях регулярной эксплуатации здания. Переходный влажностный процесс при изменении потенциала влажности на одной поверхности. Потенциал влажности на внутренней поверхности ограждения считаем неизменным и равным среднегодовому значению для условий в помещении ©g. Потенциал влажности на наружной поверхности изменяется от среднего значения потенциала наружного климата 0н,л для теплого периода года до среднего зна- чения в„,з для холодного периода. Таким образом, расчет сводим к рассмотрению переходного процесса от одного стационарного состояния к другому под влиянием изменения условий на одной из поверхностей. Воспользуемся решением для аналогичной задачи теплопередачи, которая рассмотрена в § IV. 2 и приведена на рис. IV.8. Особенность влагопередачи по сравнению с теплопередачей состоит в существенной изменчивости свойств влагопроводности и влагоемкости материалов с изменением потенциала влажности. Поэтому, применяя указанное выше решение, воспользуемся приемом разбивки рассматриваемой области процесса на пространственно-временные блоки. Пространство сечения ограждения разбиваем на элементарные блоки Ал: а развитие процесса во времени - на расчетные интервалы времени Aг^. В пределах каждого пространственно-временного интервала свойства влагопроводности и влагоемкости материала считаем неизменными и соотетствующими начальным значениям (для этого интервала и блока) потенциала влажности вj и температуры 1ц. Расчет на каждом временном интервале Az производим в несколько этапов. На первом этапе все сечение ограждения приводим к однородному по значению xi,i/(tip)u первого (к наружной поверхности) элементарного блока в первый расчетный интервал времени. Для этого вычисляем приведенные толщины Ал:,-,1 всех остальных элементарных блоков из условия равенства критериев Фурье при одинаковом расчетном интервале времени: F0,. , = F0, , ; -Ы^ , ( 70 откуда приведенные толщины слоев равны А^.., = 1/ Ах,. (11.71) В уравнениях (11.70), (11.71) и далее подстрочные индексы у Fo, x, (tip) и Ал: нужно читать, например, так: Fo,] - критерий Фурье для i-ro элементарного блока, приведенный к Fo для первого блока в первый расчетный интервал времени; - влагопроводность слоя i, соответствующая потенциалу влажности этого блока 0f,i в начале первого расчетного интервала времени. Приведенную толщину ограждения для первого интервала времени определяем как сумму толщин всех элементарных блоков /i = Ал:, + 2 Ал: ,. (11.72) Значение FOj для всего ограждения, соответствующее первому расчетному интервалу времени, равно FOx= , (11.73) Далее no графику (см. рис. IV.8 no шкале 6) определяем распределение относительного избыточного потенциала влажности в пределах nepSbro элементарного слоя спустя Azj (Foj). На втором этапе расчета ограждение приводим к однородному относительно Fo2,i по X2,i/(tip)2,i второго слоя, и т. д. для третьего, i-ro и, наконец, последнего элементарных слоев. Таким образом получим распределение потенциала влажноаги во всем сечении ограждения в конце первого Azi интервала времени. Затем также в несколько этапов (по числу элементарных слоев) проводим расчет для второго интервала времени Az. Показатели хг,г и(т1р)2,г при этом принимаем с учетом полученных значений в),г в слоях в конце первого интервала времени. Расчет продолжаем таким образом для третьего, четвертого, /-го интервалов времени и т. д. до стабилизации процесса. Поле влажности строится по полю Qix, z) и известным зависимостям и(@, t) для материалов ограждения. В инженерной практике расчет влажностного режима часто может быть приближенным. В этом случае отпадает необходимость в разбивке на большое число слоев и интервалов времени и расчет значительно упрощается. При прикидочном расчете вообще отпадает необходимость в разбивке и учете изменчивости характеристик материалов и тогда он оказывается таким же простым, как и для температурного поля (см. § IV.2), с той лишь разницей, что необходимо правильно выбрать осредненные (по сечению ограждения и во времени) значения влагопроводности н влагоемкости материала. Аналогичным образом можно провести расчет влажностного режима многослойного ограждения. Разбивку на элементарные слои в этом случае лучше проводить так, чтобы в пределах каждого материального слоя располагалось кратное число элементарных слоев. В осталь* ном расчет будет соответствовать описанному. Переходный влажностный процесс при двусторонней сушке. Ограждения устанавливают при монтаже здания обычно с высокой начальной влажностью Ыо, во. Потенциалы влажности на поверхностях после начала эксплуатации здания соответствуют среднегодовым значениям 9в и 9 . В результате возникает необходимость рассчитать переходный процесс высушивания ограждения под влиянием заданных, постоянных во времени условий на его обеих поверхностях. В данном случае можно применить метод суперпозиции (наложения частных решений) и использовать решение, принятое в предыдущем разделе. Для этого расчет производят в такой последовательности. Рассматривают две частные задачи. В первой частной задаче принимают потенциал влажности на наружной поверхности ограждения неизменным и равным начальному 0= во и рассчитывают перемен- ное поле потенциала влажности под влиянием изменения условий только на внутренней поверхности 9 д. Во второй частной задаче, наоборот, считают, что условия неизменны на внутренней поверхности 9в = = 9 и изменение поля потенциала влажности происходит только под влиянием изменившихся условий на наружной поверхности 9 . Методика решения первой и второй частной задач соответствует рассмотренной В предыдущем разделе. Определенные -двумя частными решениями поля складывают и получают искомое поле потенциала влажности в сечении ограждения. При расчете высушивания ограждения в начале эксплуатации здания достаточно определить изменение его средней по сечению влажности во времени. Для этого можно воспользоваться приближенным аналитическим решением [П1.7] в виде e = 5i: = 4-exp(-f Fo), (П.74) где 9 - относительное избыточное значение среднего по сечению потенциала влажности 9г материала в ограждении; Fo - критерий Фурье, определенный для осредненного по сечению ограждения и во времени значения , м*/ч; 9о, 9 ,- средние по сечению потенциа- лы влажности материала в ограждении соответственно в начальный момент времени при Fo = 0 и в установившемся равновесном состоянии в конце процесса, когда Fo -> схэ. В последнем случае 7,0- S,0 5,0 ¥ 3,0 2,0 1,0 о 0,15 0,185 0,2 0,210,22 0,25 U,I кг 1кг Рис. 11.15. Теплофизические свойства газобетона к приме-,ру расчета II. 2 При малых интервалах времени, для которых Fo/<; 0,1, решение (11.74) мож-но упростить (11.76) Форма записи решения в виде (11.76) удобна для постадийного расчета, прн котором можно учесть изменение осредненного значения отношения мере изменения потенциала материала 9г во времени. влажности Пример 11.2. В качестве примера рассчитаем режим высыхания (вхождения в равновесное состояние с окружающими средами) конструкции покрытия из газобетона объемной массой р = 700 кг/м и толщиной / = 24 см. Приведем выборочно необходимые сведения для расчета: средние в течение года ус- ---- = 70%; ловня в помещении = 22° С; Фв режим помещения влажный. Географический район - Москва, год ~ 4,8°G, нормальная влажностная зона строительства фд = 2,0. Данные о зависимости х/г)р„ от влагосодержания газобетона приведены на рнс. 11.15. Начальная влажность газобетона в плите равна g = 0,22 кг/кг. Решение. Вариант А. Вначале проводим расчет, принимая осредненное значение теплофизических характеристик во всем диапазоне высушивания ограждения. Условия со стороны помещения для = 22° С и ф„ = 70% по рис. 11.10 вв = 43,0° В. Внешние условия при = 2,0 по табл. II. 1 ф = 1>38 кг/кг, с учетом t = 4,8° С по рис. II.6 вд = 31° В. В равновесном состоянии будет равно в, = (вв + вн)/2 = (43 + 31)/2 = 37 °В и температура ограждения , = (в + н)/2 = (22+ 4,8)/2= 13,4°С. При = 37° В и 13,4° С по рис. II.6 ф g = 0,80 кг/кг и по табл. II. 1 U Ир q - 0,15 кг/кг. Следовательно, возможное изменение средней влажности покрытия от 0,22 до 0,15 кг/кг. По рис. 11.15 для этого диапазона влажностей среднее значение (х/т)Ро) = 2,4-10 м^/ч. Начальный потенциал влажности при i;, = 13,4° С и uq = 0,22 кг/кг по табл. II. 1 и рис. II.6 равен 9q = 108° В. Определяем изменение в во времени по формуле (11.74). спустя 30 сут = 720 ч Fo = 2,4 . 10-° 720 0,242 = 3,0 10-2; ехр(--- 3,0 10-2 = 0,753, = в (9в - в ) + воо = 0,753 (108-37) + 37 = 90.48°В и т. д. спустя 60, 90, 120 сут до равновесного влажностного состояния, которое наступит приблизительно при Fo = 1,5 (отклонение около 1%), в данном случае через Ро/2 1,5(0,24)2 = ГТ~Т , , Je = 288 Ч' или 1200 сут. (/П9о) 2,4 . 10 Данные полного расчета сводим в табл. II.2, вариант А. Таблица II.2 Данные расчета к примеру П.2
Б-199 Вариант Б. Проведем постадяйныи расчет с учетом изменения теплофи-зических .характеристик материала в процессе высыхания ограждения. При этом теплофизические характеристики материала для каждого нового расчетного интервала будем принимать по средней влажности газобетона в конце предыдущего расчетного интервала. Расчетные интервалы времени Дг = 30 сут = 720 ч. Первый расчетный интервал. Определяем по рис. П. 15 I о 1Л-Я тгол 1,3 10-е . 720 для в = 0,22 (x/iPo) = 1,3-10- и Fo = 42 Определяем 6 по формуле (11.76), так как Fo < 0,1. Имеем = 1,62 10- = 0,856; e=e(e - в„) + в^ = 0,856(108 - 37) Ч-37 = 97.8°В. По рис. 11.6 для в = 97,8, = 13,4 определяем g, которому по рис. 11.7 соответствует фд = 1,8. Далее по табл. П. 1 и г.б. Аг, 0,21кг/кг. По это- му значению и^ g определяем теплофизические характеристики газобетона для второго расчетного интервала и т. д. производим расчет для последующих интервалов, данные которого заносим в табл. 11.2, вариант Б.  дксплуатщион ныи период § П.9. УЧЕТ ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА ПРИ РАСЧЕТЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ЧЕРЕЗ ОГРАЖДЕНИЯ Влажностное состояние ограждения может быть условно разделено на эксплуатационное, соответствующее основному периоду продолжительной и регулярной эксплуатации Зданий, и начальное, соответствующее первым годам после заселения Здания (рис. 11.16). Эксплуатационное влажностное состояние ограждения наступает, когда влагосодержание материалов приближается к некоторому стабильному состоянию, равновесному относительно воздействующих на ограждение внутренней и наружной сред. Влагосодержание в этот период циклически изменяется в течение года, возрастая к концу зимы и снижаясь к концу лета В середине зимы (декабрь - январь) значения влажности близки к средним за год. Теплотехнический расчет ограждений и подсчет теп-лопотерь помещениями производится для этого периода, поэтому выбор теплофизических характеристик материалов конструкций должен проводиться, исходя изданных о среднегодовой влажности материалов в ограждении. Наиболее полно влажностное состояние может быть описано с помощью потенциала влажности 9 и относительного потенциала ф.-.. Пользуясь 9 и фе, можно оценить влажностное состояние внутренней среды помещения, материалов в конструкции ограждения и ком- Рис. 11.16. Схема изменения средней влажности материалов в ограждении с начала эксплуатации здания плексное влажностное воздействие на ограждение наружной среды. Материал, подвергаясь тепловлажностному воздействию окружающей среды, приобретает некоторую равновесную этой среде влажность; она соответствует определенным значениям 9, и фд . Следовательно, влажностное воздействие среды любой сложности может быть определено по равновесной влажности, которую приобретает в этих условиях материал, и измерено с помощью 9 и <рв В условиях стационарной влагопередачи ограждение имеет некоторое равновесное совместному действию внутренней и наружной сред влажностное состояние. В однослойном ограждении, если принять коэффициент влагопроводности материала неизменным и коэффициенты влагообмена на поверхностях одинаковыми, то среднее значение потенциала влажности толщи ограждения 9 т равно в, = (вв+е„)/2, (11.77) где 0в и 0 - потенциалы влажности соответственно внутренней и наружной сред. Для расчета средних за годовой период условий достаточно рассмотрение стационарной влагопередачи Эксплуатационная влажность материалов ограждений, необходимая для расчета, равна среднегодовому значению в условиях установившихся периодических изменений воздействий окружающих сред. Зависимость (11.77) можно использовать для определения наиболее сложной характеристики - cpeднeroдoвofo значения потенциала 0 наружной среды 0н = 20,-0з. (II 78) Комплексное тепловлажностное воздействие наружного климата на ограждение, которое названо и Определено как потенциал влажности наружного климата 0 , определяется следующими параметрами климата: температурой и влажностью воздуха ф„, интенсивностью и продолжительностью осадков i, направлением и скоростью ветра Vy, интенсивностью и продолжительностью солнечной радиации q. В настоящее время делаются попытки [II.3] найти зависимость 0н =/(н. Фи. н. v Я)- (ЬТЭ) БО 40 20 О
к L М ж I i Ш Л ¥ Ш Ш Месяцы Рис. 11.17 Годовой ход потенциала влажности а-ружного климата в^, полученный расчетом по данным метеорологических наблюдений Ленинград  awWlfto 50 в, В На рис. П. 17 приведены результаты подобных расчетов для Москвы, Ленинграда, Ташкента. Но такие методы расчета еще недостаточно опробированы, поэтому необходимые для расчета ограждений среднегодовые значения вн в настоящее время наиболее надежно могут быть определены с помощью зависимости (11.77) по данным наблюдений за 9т- Величину 0в в (11.77) для помещений общего значения достаточно точно можно принять равной среднему за год значению потенциала влажности внутреннего воздуха (см. рис. 11.10). Для многих географических пунктов имеются данные натурных наблюдений за влажностью однослойных кирпичных и шлакобетонных стен зданий, эксплуатируемых длительное время. Потенциал 0т в (11.77) можно определить по этим данным с помощью зависимости ы(0, t), зная среднегодовые значения температуры и влажности материала толщи ограждения. Воспользуемся предложенным В. М. Ильинским. [4] делением территории Советского Союэга на характерные влажностно-климатические зоны. Карта трех основных влажностных зон приведена в нормах. Для каждой зоны характерен один общий для всей зоны уровень влажностного воздейстия. Он может быть определен для всей территории зоны по отдельному географическому пункту, расположенному в этой зоне. Примем в качестве таких опорных пунктов Ленинград, Москву и Иркутск. Для этих городов в работе Б. Ф. Васильева [3] приведены среднегодовые влажности кирпичных-стен для зданий, длительное время находившихся в эксплуатации. На рис. 11.18 показана зависимость (0,0 Д'я красного кирпича, с помощью которой, зная среднегодовые значения влажности и температуры кирпичных стен зданий, можно найти 0т. В табл. П-З приведены данные, по которым были рассчитаны 0в, 0 и 0 . К зонам с одинаковым увлажнением ограждений относятся районы с резко отличными температурными условиями. В связи с этим потенциал влажности 0 заметно изменяется внутри зоны. Учитывая это обстоятельство, для оценки уровня воздействия на ограждения климата отдельных влажностнцх зон удобно воспользоваться шкалой относительного потенциала влажности. Если измерить уровень влажностного воздействия в шкале фе для отдельного географического пункта, расположенного в определенной влажностной зоне, то это значение фе.в можно распространить на всю зону. В табл. II.3 приведены Рис. 11.18. Зависимость (в, t) для красного кирпича с нанесенными на нее значениями многолетних, среднегодовых влажностей кирпичных стен 1 ... 10 11 12 13 14 15 16 ... 42 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||