Исследование температурно - влажностного состояния ограждающих конструкций здания

Проверка условия  непревышения допустимой массовой влажности материала

• Допустимое количество влаги, которое может поглотить 1м² теплоизоляционного слоя: DP = 450 г/м² (то же, что в п. 2.4).

Вывод:

• Общее количество конденсата в стене превышает допустимый предел его увлажнения: P_w = 983 г/м² > DP = 450 г/м², то есть условие ограничения накопления влаги не выполняется. Необходимо устройство дополнительного слоя пароизоляции или вентиляции прослойки наружным воздухом.

Проверка условия  недопустимости накопления влаги в  конструкции за годовой период эксплуатации

• Максимальная упругость  водяного пара в плоскости конденсации  в летний период: Е_k,4' = Е₆ =1699 Па, Е_k,4'' = Е₇ = 1672 Па.
• Движение водяного пара при высыхании будет идти в направлении уменьшения парциального давления водяного пара:

Е_k,4' > e_int = 1286 Па,    Е_k,4'' > e_ext,3 = 1212 Па.

• Вывод: высыхание будет происходить в обоих направлениях.
• Влажностный режим конструкции в период испарения показан на рис. 4.3,в.
• Количество влаги, удаляемой в сторону помещения:

.

• Количество влаги, удаляемой по направлению к наружной стороне стены:

.

• Количество влаги, удаляемой из стены за летний период:

.

Выводы:

• Вся накопившаяся влага за летний период будет удалена из конструкции, так как P = 1867 г/м² > P_w = 1734 г/м². Условие недопустимости накопления влаги в конструкции за годовой период эксплуатации выполняется.
• В сторону наружной испаряется почти в 2,5 раза больше влаги, чем в сторону наружной поверхности (P_ext /P _int = 1327/540 = 2,46).

4.5. Нормативный расчёт на паропроницаемость

Проверка условия  недопустимости накопления влаги в  конструкции за годовой период эксплуатации

• Среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха за годовой период: e_ext = 7,7 гПа = 770 Па (из табл. 1.1).
• Парциальное давление насыщенного водяного пара в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации, определяемое по формуле

E = (E_k1×z₁ + E_k2×z₂ + E_k3×z₃+ E_k4×z₄)/12 = (726×2 + 336×3 + 672×2 + 1699×5)/12 = 1025 Па.

• Нормируемое сопротивление паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации:

 м²×ч×Па/мг.

• Сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации R_vp,int больше нормируемого сопротивления :   R_vp,int = 2,76  м²×ч×Па/мг > = 1,28 м²×ч×Па/мг;
• Вывод: требование СНиП [2] по недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации выполнено. Возможность высыхания влаги подтверждают и предыдущие расчёты.

Проверка условия  непревышения допустимой массовой влажности материала

• Проверку не проводим, так  как предыдущие расчёты показали, что она не выполнится. Для ограничения накопления влаги в прослойке предусматриваем вентиляцию её наружным воздухом.

4.6. Определение теплового и влажностного режима вентилируемой воздушной прослойки

• Расчёт проводим для условий  зимнего периода.

Определение скорости движения и температуры воздуха в прослойке

• Чем длиннее (выше) прослойка, тем больше скорость движения воздуха  и его расход, а, следовательно, и  эффективность выноса влаги. С другой стороны, чем длиннее (выше) прослойка, тем больше вероятность недопустимого  влагонакопления в утеплителе и на экране.
• Расстояние между входными и выходными вентиляционными отверстиями (высоту прослойки) принимаем равным Н = 12 м.
• Среднюю температуру воздуха в прослойке t₀ предварительно принимаем как

t₀ = 0,8t_ext = 0,8×(-8,9) = -7,12 °С.

• Скорость движения воздуха в прослойке при расположении приточных и вытяжных отверстий на одной стороне здания:

 м/с.

где x – сумма местных аэродинамических сопротивлений течению воздуха на входе, на поворотах и на выходе из прослойки; в зависимости от конструктивного решения фасадной системы x = 3…7; принимаем x = 6.

• Площадь сечения прослойки условной шириной b = 1 м и принятой (в табл. 4.1) толщиной d = 0,05 м:  F = b×d = 0,05 м².
• Эквивалентный диаметр воздушной прослойки:

.

• Плотность воздуха в прослойке

.

• Количество (расход) воздуха, проходящего через прослойку:

.

• Коэффициент теплоотдачи поверхности воздушной прослойки a₀ предварительно принимаем по п. 9.1.2 СП [3]: a₀ = 10,8 Вт/(м²×°С).
• Сопротивление теплопередаче и коэффициент теплопередачи внутренней части стены:

(м²×°С)/Вт,

K_int = 1/R_0,int = 1/2,85 = 0,351 Вт/(м²×°С).

• Сопротивление теплопередаче и коэффициент теплопередачи наружной части стены:

 (м²×°С)/Вт,

K_ext = 1/R_0,ext = 1/0,14 = 7,198 Вт/(м²×°С).

• Коэффициенты

0,351×20 + 7,198×(-8,9) = -57,03 Вт/м²,

0,351 + 7,198 = 7,549 Вт/(м²×°С).

• Уточняем среднюю температуру воздуха в прослойке:

°С,

где с – удельная теплоёмкость воздуха, с = 1000 Дж/(кг×°С).

• Средняя температура воздуха в прослойке отличается от принятой ранее более чем на 5%, поэтому уточняем расчётные параметры.
• Скорость движения воздуха в прослойке:

 м/с.

• Плотность воздуха в прослойке

.

• Количество (расход) воздуха, проходящего через прослойку:

.

• Уточняем коэффициент теплоотдачи поверхности воздушной прослойки:

  Вт/(м²×°С).

• Сопротивление теплопередаче и коэффициент теплопередачи внутренней части стены:

(м²×°С)/Вт,

K_int = 1/R_0,int = 1/3,06 = 0,327 Вт/(м²×°С).

• Сопротивление теплопередаче и коэффициент теплопередачи наружной части стены:

(м²×°С)/Вт,

K_ext = 1/R_0,ext = 1/0,35 = 2,826 Вт/(м²×°С).

• Коэффициенты

0,327×20 + 2,826×(-8,9) = -18,62  Вт/м²,

0,327 + 2,826 = 3,153 Вт/(м²×°С).

• Уточняем среднюю температуру воздуха в прослойке:

°С

• Уточняем ещё несколько раз среднюю температуру воздуха в прослойке, пока значения на соседних итерациях не будут отличаться более, чем на 5% (табл. 4.6).

Таблица 4.6

Уточнение средней температуры воздух в  вентилируемой прослойке

Расчётные параметры		Итерации (приближения)
		2	3	4	5	6
g0	кг/м3	1,329	1,330	1,330	1,330	1,330
v	м/с	0,49	0,44	0,46	0,45	0,45
W	кг/(м×c)	0,0326	0,0294	0,0305	0,0301	0,0303
a0	Вт/(м2×°С)	3,25	3,18	3,21	3,20	3,20
1/a0	(м2×°С)/Вт	0,308	0,314	0,312	0,313	0,312
R0,int	(м2×°С)/Вт	3,06	3,07	3,06	3,07	3,07
Kint	Вт/(м2×°С)	0,327	0,326	0,326	0,326	0,326
R0,ext	(м2×°С)/Вт	0,35	0,36	0,36	0,36	0,36
Kext	Вт/(м2×°С)	2,826	2,775	2,793	2,786	2,789
A	Вт/м2	-18,62	-18,17	-18,33	-18,27	-18,29
K	Вт/(м2×°С)	3,153	3,101	3,119	3,113	3,115
t0	°С	-7,68	-7,59	-7,62	-7,61	-7,61

 

• Температура воздуха в  прослойке на расстоянии х от входного вентиляционного отверстия (на выходе из прослойки х = Н = 12 м):

 °С.

• Значения температуры воздуха в прослойке через каждый 1 м высоты представлены в табл. 4.7, график изменения температур – на рис. 4.4.
• Температура на внутренней поверхности экрана на расстоянии х от входного вентиляционного отверстия (на выходе из прослойки х = Н = 12 м):

°С.

• Значения температуры на внутренней стороне экрана через каждый 1 м высоты представлены в табл. 4.7, график изменения температур – на рис. 4.4.
• Вывод: по мере продвижения по прослойке воздух нагревается (t_x > t_ext) и нагревает внутреннюю поверхность экрана.

Проверка возможности  конденсации влаги на внутренней стороне экрана

• Коэффициенты паропроницания внутренней части стены (до плоскости возможной конденсации) и наружной части (экрана):

M_int = 1/R_vp,int = 1/ 2,76 = 0,362 мг/(м²×ч×Па),

M_ext = 1/ R_vp,ext = 1/1,25 = 0,800 мг/(м²×ч×Па).

• Коэффициенты

0,362×1286 + 0,800×245 = 661,20  мг/(м²×ч),

0,362 + 0,800 = 1,162 мг/(м²×ч×Па).

• Объём воздуха, проходящего через прослойку:

м³/с.

• Парциальное давление (упругость) водяного пара в прослойке на расстоянии х от входного вентиляционного отверстия:

,   где   .

• На  выходе из прослойки:

,     Па.

• Конденсации влаги на внутренней поверхности экрана не будет, если действительная упругость водяного пара в прослойке e_x будет меньше максимальной упругости водяного пара Е_х, соответствующей температуре экрана t_х.
• Значения e_x и Е_х через каждый 1 м высоты представлены в табл. 4.7, графики изменения e_x и Е_х по высоте прослойки показаны на рис. 4.4.

Таблица 4.7

Распределение температуры и влажности по длине прослойки

х, м	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
tx, °С	-8,90	-8,60	-8,34	-8,10	-7,88	-7,68	-7,50	-7,35	-7,20	-7,07	-6,95	-6,85	-6,75
В	29536	29503	29473	29446	29422	29400	29381	29363	29347	29333	29320	29308	29298
ex, Па	245	245	246	246	247	247	248	249	249	250	250	251	251
tx, °С	-8,9	-8,9	-8,8	-8,8	-8,8	-8,7	-8,7	-8,7	-8,7	-8,7	-8,6	-8,6	-8,6
Ех, Па	286	287	288	289	290	290	291	291	292	292	293	293	293
Ех – ex	42	42	42	43	43	43	43	43	43	43	42	42	42

 

Вывод:

• Конденсации влаги на внутренней поверхности экрана не будет, поскольку для всех сечений e_x < Е_х .
• По мере движения по прослойке упругость водяного пара в воздухе повышается (с 245 до 251 Па) за счёт … .      {дополнить, за счёт чего}.

4.7. Определение затухания и запаздывания колебаний температуры на внутренней поверхности стены

Определение затухания температурных колебаний

• Вычисляем коэффициенты теплоусвоения наружной поверхности слоёв:

для первых трёх слоёв коэффициенты остаются теми же, что и в п. 2.7:

Y₁ = 9,56 Вт/(м²×°С);    Y₂ = s₂ = 10,12 Вт/(м²×°С),   Y₃ = s₃ = 0,71 Вт/(м²×°С);

для воздушной прослойки (D₄ = 0 < 1):

Вт/(м²×°С),   

для экрана (D₅ = 0,07 < 1):

Вт/(м²×°С).   

• Коэффициент теплоусвоения наружной поверхности ограждения при направлении тепловой волны снаружи внутрь равен коэффициенту теплоусвоения последнего слоя: Y_ext = Y₅ = 2,44 Вт/(м²×°С).
• Определяем затухание колебаний в отдельных слоях:

для первых трёх слоёв затухание остаётся тем  же, что и в п. 2.7:

v₁ = 1,08;     v₂ = 8,85;    v₃ = 24,29;

;

.

• Величина затухания при переходе волны от наружного воздуха к наружной поверхности ограждения:

,

где a_ext = 17,4 Вт/(м²×°С) – то же, что в п. 2.7.

• Полная величина затухания расчётной амплитуды колебаний температуры наружного воздуха в исследуемой ограждающей конструкции:

v = v₁×v₂×v₃×v₄×v₅×v_ext = 1,08×8,80×24,32×1,10×0,94×1,14 = 272,05.

Выводы:

• На внутренней поверхности стены амплитуда колебаний температуры будет в 272 раза меньше, чем у наружного воздуха. Теплоустойчивость конструкции высокая.
• На наружной поверхности стены амплитуда колебаний температуры будет в 1,14 раза меньше, чем у наружного воздуха.
• Наибольшее затухание температурных колебаний происходит в слое утеплителя. Объясняется это тем, что за ним расположен несущий слой (кирпичная кладка), имеющая большой коэффициент теплоусвоения (s₂ = 10,12).
• На втором месте по затуханию слой с наибольшей тепловой инерцией (кирпичная кладка).
• В экране и воздушной прослойке затухание невелико, что объясняется малыми коэффициентами теплоусвоения расположенных друг за другом слоёв (Y₃ = 0,71, Y₄ = 0,65).