Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

УДК 692.23: 699.86

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Енергозберігаючі фасадні конструкції

Спеціальність 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди

Фурсов Юрій Васильович

Харків - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор

Фомін Станіслав Леонідович,

Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, професор кафедри залізобетонних і кам'яних конструкцій.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Савицький Микола Васильович,

Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, проректор з наукової роботи, завідуючий кафедрою залізобетонних і кам'яних конструкцій; кандидат технічних наук, доцент

Більченко Анатолій Васильович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, доцент кафедри мостів, конструкцій і будівельної механіки.

Захист відбудеться “ 14 ” травня 2009 р. о 13-00 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.04 Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури за адресою: вул. Сумська, 40, м. Харків, 61002.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури за адресою: вул. Сумська, 40, м. Харків, 61002.

Автореферат розісланий « 9 » квітня 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доцент Костюк Т. О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Генеральним напрямом в області будівництва

України є енерго-ресурсозбереження, одним з шляхів реалізації якого є утеплення фасадних конструкцій із застосуванням теплоізоляційних матеріалів. Близько 68% тепловтрат будівель відбувається через огороджувальні конструкції. З них до 67% через стіни, горища і підлоги і 33% через вікна і двері. Підвищення теплозахисних якостей стінних огороджувальних конструкцій полягає в збільшенні їх опору теплопередачі до нормативних значень, що діють в даний час.

У практиці улаштування додаткового теплозахисту стін існує два основні способи його розташування: із зовнішньої або з внутрішньої сторони стіни. Обидва способи вимагають проведення спеціальних теплотехнічних розрахунків, що гарантують відсутність появи вогкості стін, яка приводить до втрати ефективності теплозахисту і несприятливого температурно-вологісного режиму з санітарно-гігієнічної точки зору.

Внутрішній теплозахист поверхні стіни існуючих будівель часто є єдино можливим, коли він може бути встановлений не у всіх, а лише у деяких приміщеннях будівлі; коли при цьому не міняється зовнішність будівель з складними фасадами, що представляють художню або історичну цінність. Проведення робіт по улаштуванню теплозахисту може проводитись у будь-який час року; при цьому, на відміну від систем зовнішнього утеплення, не потрібні засоби підмащування. Досягається істотне зниження вартості реконструкції і термінів її виконання в порівнянні із способом зовнішнього утеплення. Враховуючи реальну небезпеку допущення конденсації водяної пари в стіні при невірному способі обладнання внутрішнього захисту, вказівка Державного комітету України по енергозбереженню про необхідність проведення спеціальних теплофізичних розрахунків і технічних рішень повинна обов'язково дотримуватися.

Застосування внутрішнього утеплення безпосередньо пов'язане з проблемою реконструкції і термоновації існуючого житлового фонду, зокрема житлових будинків 1950-1960-х років. В даний час при енергетичній кризі, що загострилась, в Україні мешканцям цих будинків потрібна екстрена допомога в доступному утепленні приміщень. Це завдання може бути вирішено шляхом розробки і впровадження ефективних енергозберігаючих фасадних конструкцій на основі внутрішнього утеплення.

Недостатня вивченість поведінки цих конструкцій вимагає удосконалення теоретичної і експериментальної наукової бази, що гарантує необхідний рівень безпеки термоновації даним способом. Вибрана тема дисертаційної роботи сприяє вирішенню актуальної для України проблеми енерго - ресурсозбереження - генеральному напряму технічної політики в області будівництва.

Зв'язок з науковими програмами. Робота виконувалась відповідно до координаційного плану науково-дослідних робіт за держбюджетною темою “Вогнестійкість статично невизначених залізобетонних конструкцій будівель та споруд” (№ держреєстрації 0106 U 000165) і плану МОН України за темою

«Розробка наукових основ підвищення ресурсу фасадних систем при новому будівництві і реконструкції» (№ держреєстрації 0209U 005641).

Метою дослідження є створення теоретичних основ проектування енергозберігаючих фасадних конструкцій житлових будівель із застосуванням внутрішнього способу утеплення.

Задачі дослідження:

1.Провести аналіз температурно-вологісного стану огороджувальних конструкцій за наслідками натурних обстежень стану найбільш поширених житлових будівель у м. Харкові.

2.Розробити уточнену методику розрахунку температурно-вологісного режиму огороджувальних конструкцій, зокрема із застосуванням внутрішнього утеплення, що дозволяє виявити і усунути зони конденсації, запроектувати раціональні енергозберігаючі конструктивні рішення.

3.На основі розробленої методики запропонувати нові конструктивні способи внутрішнього утеплення огороджувальних конструкцій і виявити раціональні існуючі варіанти утеплення з урахуванням нових утеплювачів і захисних мембран.

4.Розробити методику проведення натурних експериментів запропонованих конструктивних рішень утеплення на основі використання сучасного устаткування і розроблених вимірювальних пристроїв.

5.Провести натурні експерименти розроблених конструктивних рішень на реальних об'єктах житлових будівель.

6. Розробити пропозиції по вдосконаленню фасадних конструкцій і упровадити їх в проектування і будівництво.

Об'єкт дослідження - теплова ізоляція будівель.

Предмет дослідження - енергозберігаючі фасадні конструкції житлових будівель із застосуванням способу внутрішнього утеплення.

Методи дослідження - аналітичні і чисельні методи вирішення завдань будівельної фізики - теплопровідності, паропроникливості, методи натурного експерименту.

Наукова новизна роботи:

- на основі результатів натурних обстежень стану найбільш поширених житлових будівель виявлено шляхи збільшення їх експлуатаційної надійності;

- розроблено уточнену методику розрахунку температурно-вологісного режиму огороджувальних конструкцій, зокрема із застосуванням внутрішнього утеплення;

- розроблені нові конструктивні рішення внутрішнього утеплення огороджувальних конструкцій і виявлені раціональні існуючі варіанти утеплення з урахуванням нових утеплювачів і захисних мембран в результаті проведеного чисельного моделювання по розробленій методиці розрахунку;

- розроблено методику проведення натурних експериментів на основі використання сучасного устаткування і розробленого нового пристрою для визначення конденсації у середині стін;

- отримано дані натурних експериментів по апробації розроблених рішень внутрішнього утеплення на реальних об'єктах житлових будівель;

- розроблено способи відновлення теплоізоляції експлуатованих огоро-джувальних конструкцій при виникненні промерзання і появі вогкості в житлових будівлях. Показана доцільність застосування конструктивних рішень

внутрішнього утеплення на прикладах збільшення експлуатаційної надійності огороджувальних конструкцій квартир в житлових будинках м. Харкова.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що розроблена методика і конструктивні рішення дозволяють підвищити ресурс фасадних систем при новому будівництві і реконструкції.

Впровадження роботи. Результати роботи впроваджені при утепленні зовнішньої керамзитобетонної торцевої панелі кв. 90 будинку № 16 по вул. Квартальній, сел. Пісочин - 2, зовнішніх огороджувальних панелей і плит перекриття з важкого бетону над підвалом в квартирі житлового будинку по вул. Пермській у м. Харкові і торцевих стін житлового будинку №10 по вул. Набережний в'їзд, сел. Пісочин-2.

Особистий внесок претендента визначається в роботах, опублікованих в співавторстві:

-[1] у розробленій методиці розрахунку розподілу температури і парціального тиску водяної пари запропоновані емпіричні залежності для визначення пружності насиченої пари, складений алгоритм розрахунку для ПК;

-[2] показана необхідність розробки конструктивних рішень внутрішнього утеплення, на основі розробленої методики розрахунку виявлені раціональні варіанти;

-[3] розглянуті питання відновлення теплоізоляції експлуатованих огороджувальних конструкцій при виникненні промерзання і появи вогкості в житлових будівлях; показана доцільність застосування конструктивних рішень внутрішнього утеплення;

- [5] розроблені і випробувані датчики для виявлення конденсації усередині стін утепленої конструкції; розроблено і здійснено утеплення торцевих стін квартири у сел. Пісочин; проведені натурні дослідження на протязі 3 остатніх років і їх комп'ютерна обробка.

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідалися на наукових конференціях ХДТУБА 2004 - 2009 рр.

Публікації. Основний зміст роботи опублікований у 5 наукових роботах у виданнях, затверджених ВАК України.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, 4 розділів, що включають експериментальну і теоретичну частини, висновків, списку використаних джерел з 141 найменувань. Вона містить 181 сторінки, зокрема 169 сторінки машинописного тексту, 52 рисунка, 9 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі дослідження, показана наукова новизна, практичне значення роботи, дані зведення про апробацію і публікацію результатів дослідження.

У першому розділі проведено аналітичний огляд конструктивних рішень фасадних конструкцій, методів утеплення, аналіз вітчизняних і зарубіжних нормативних документів, стани огороджувальних конструкцій в Україні, методів їх розрахунку. Проаналізовані принципи підходу до оцінки теплового захисту, які викладені у Євронормах.

Енергетична криза 1972 р. в Західній Європі створила передумови для розвитку технологій багатошарових фасадних теплоізоляційних систем ETICS (External Thermal Insulation Composite Systems - зовнішні теплові системи композиту ізоляції), що забезпечують до 25% економії тепла. Це призвело, зокрема, до появи нового науково-експериментального напряму в будівництві, пов'язаного з поняттям "Будівля з ефективним використанням енергії". Проведений короткий історичний огляд подій на ринку EТIFS, рівня теплового захисту будівель в Росії і в Україні.

В Україні випущені державні будівельні норми ДБН В.2.6-31:2006 «Теплова ізоляція будівель», у яких мінімальні значення опору теплопередачі для кожного виду огороджувальних конструкцій значно підвищені. Зокрема для огороджувальних конструкцій житлових і громадських будівель мінімальне допустиме значення опору теплопередачі Rq min для зовнішніх стін зросло до 2,8 для 1-ї зони і до 2,0 (м2 К)/Вт - для 4-ї кліматичної зони України.

Методами оцінки теплопровідності і паропровідності огороджувальних конструкцій займається будівельна фізика, великий внесок в розвиток якої зробили Фокін К.Ф., Мачинський В.Д., Власов о.Є., Ільїнський в.М., Ушков ф.В., Шкловер а.М., Васильєв б.Ф., Шорін с.Н. та ін. Якісні зміни в будівельну фізику внесли дослідження Ликова а.В., Богословського в.Н.

В даний час розвиток методів будівельної фізики продовжили: Александровський с.В., Єремкін А. І., Саніцький м.А., Познян о.Р., Марущак у.Д., Вітчиков ю.С., Гагарін в.Г., Гуревіч м.А., Дмітрович а.Д., Евсєєв л.Д.,

Коздоба л.А., Кривобок Є.Н., Круковський п.Г., Об'єдков в.А., Могилат О.Н., Майнерт З., Мацевітий Ю. М., Погрібний д.П., Е.Шильд. Х.-Ф., Табунщиков ю.А., Хромец д.Ю., Уланченко I.I., Фаренюк г.Г., Федосов с.В., Щекін р.В. та ін.

Дослідження огороджувальних конструкцій у Харкові проводили:

Більченко А.В., Дундіч є.І., Константінов в.Ф., Лейбфрейд а.Ю., Редько О. Ф., Реусова в.А., Маляренко В.А., Хренов в.А., Чайка Ю. І., Шафранський с.М., Шевченко в.П., та ін.

Методи оцінки ефективності енергозберігаючих технологій розроблені Савицьким М.В., Юрченко Є.Л., Швецом Н.А., Самаріним О.Д., Сахаровим Г.П.

В результаті виконаного аналізу визначені і сформульовані задачі даних досліджень.

Другий розділ присвячений розробці уточненої методики розрахунку розподілу температури і парціального тиску водяної пари по перерізу будівельних конструкцій, виходячи з фундаментальних рівнянь теплопровідності і граничних умов ДБН В.2.6-31:2006. Особливістю методики розрахунку є застосування основної форми представлення багатошарової тепло - вологісної системи в координатах “t - x” і “P - x” і трьох допоміжних форм представлення: в координатах “t - Rt” і “P - Rt”; в координатах “t - Re” і “P - Re” і в координатах “P - t ”(рис.1).

Розрахунок розподілу температури в огороджувальних конструкціях, що складаються з декількох шарів матеріалів зі своїми коефіцієнтами теплопровідності, при одномірному стаціонарному тепловому потоці проводиться з вирішення системи рівнянь (1), (4), (6), (8), (10), (11) з граничними умовами IV роду на контакті (3), (5), (7), (9) і граничними умовами III роду (2), (12) на внутрішній і зовнішній межах конструкції. Граничні умови III роду визначаються по ДБН: ?в = 8,7 Вт/(м2.С), ?н = 23 Вт/(м2.С), для житлових будинків tв = 20С, для 1 кліматичної зони tн = - 22С.

Математичне формулювання задачі (рис.1а):

, (1)

, (2)

, (3)

, (4)

, (5)

. . . . . . . . . . . . . .

, (6)

, (7)

, (8)

, (9)

, (10)

. . . . . . . . . . . . . .

Рис. 1. Форми представлення багатошарової системи у координатах:

а) “t - x” і “P - x”; б) “t - Rt” і “P - Rt”; в)“t - Re” і “P - Re”; г)“P - t ”

, (11)

. (12)

При постійних коефіцієнтах теплопровідності в кожному шарі вирішення системи рівнянь (1)…(12) приводить до лінійного розподілу температури в кожному з шарів. При х = 0 формула (2) має вигляд

.

Позначивши , , маємо

. (13)

Формула (13) виражає собою рівність теплових потоків в кожному з шарів. Або в загальному вигляді

. (14)

Величини Rв, R1,…Rn, Rн називаються опорами теплопередачі, м2С / Вт.

На рис.1а представлена суміщена координатна система «t - x» і «P - x», в якій температура t вимірюється в С, тиск водяної пари P в Па і довжина x в м. Як видно з цієї діаграми, графік розподілу температури по перерізу стіни представляє ламану лінію.

Температура i- го шару огорожі визначається за формулою

, (15)

де Ro - опір теплопередачі огороджувальної конструкції, м2С / Вт.

. (16)

У другій формі представлення багатошарової системи в координатах “t - Rt” і “P - Rt” графік розподілу температури по перерізу стіни у вигляді ламаної лінії в координатах «t - x» переходить в пряму без зломів на межах шарів. На графіку (рис.1б) це виглядає як пряма, що з'єднує точку з температурою в на початку координат з точкою н в кінці.

Розрахунок розподілу парціального тиску e для багатошарових огороджувальних конструкцій проводиться з вирішення системи рівнянь аналогічних (1)...(12 ) з граничними умовами IV роду на контакті шарів і I роду на внутрішній і зовнішній межах конструкції

е1 = е2, , x = 1 . (17)

Для житлових будівель розрахункове значення вологості повітря в приміщеннях приймається в = 55 %. Парціальний тиск водяної пари зовнішнього повітря визначається по СНиП 2.01.01-82 „Строительная климатология” для періоду найбільш холодного місяця року, Па. Пружність водяної пари повітря е, Па залежно від відносної вологості визначають за формулою

, (18)

E - максимальна пружність водяної пари визначається по запропонованих наступних емпіричних формулах для діапазону температур від -20С до +20С :

E = 596,94+ 52,4 t + 1,5322 t2 (19)

при достовірності R2 =0,9973,

E = 596,94+ 45,93372 t + 1,532226 t2 +0.02457 t3 (20)

при достовірності R2 =0,9999.

Враховуючи лінійний характер розподілу пружності водяної пари по товщині кожного шару при постійних коефіцієнтах паропроникності мi, рішення може бути записане у вигляді простих формул шляхом введення поняття «опору паропроникненню».

Пружність i- го шару огорожі визначається за формулою

, (21)

де Rе -опір паропроникненню огороджувальних конструкцій (м2годПа)/мг.

(22)

де n- загальна кількість шарів конструкції,

мi - коефіцієнт паропроникністі матеріалу i- го шару, мг/ (мгодПа).

Визначення наявності конденсації в огорожі проводиться на основі отриманих рішень теплопровідності і паропровідності. В основній формі представлення багатошарової тепло - вологісної системи в координатах “t - x” і “P- x” приведені графіки розподілу температури t, парціального тиску водяної пари е і максимальній пружності водяної пари Е в перерізі огорожі. Якщо лінії Е і е перетинаються, як показано на рис.1а, то це свідчить про можливість конденсації водяної пари в зоні, обмеженої точками перетину. Як видно з рисунку графіки розподілу температури t і парціального тиску водяної пари е є ламаними лініями, графік розподілу максимальної пружності водяної пари Е складається з ламаних кривих, оскільки температурна функція має зломи на межах шарів.

Фокіним К.Ф. показана необхідність корегування результатів визначення зони конденсації і розроблений графічний спосіб, який припускає використання третьої форми представлення багатошарової тепло- вологісної системи в координатах “t - Re” і “P - Re” (рис.1 в). Як видно з рисунку, графік розподілу температури t є ламаною лінією, у зв'язку з чим графік розподілу максимальної пружності водяної пари Е складається з ламаних кривих, а ламана лінія парціального тиску водяної пари е в координатах «Р - х» переходить в пряму, що з'єднує ев з ен. Для побудови лінії дійсної зміни пружності водяної пари в огорожі з точок на поверхнях огорожі ев і ен проводяться дотичні до лінії максимальної пружності водяної пари Е. Між точками дотику знаходитиметься дійсна зона конденсації, тобто та частина огорожі, в якій конденсуватиметься водяна пара.

Кількість вологи конденсату в огорожі визначається по різниці кількостей водяної пари, що притікає до зони конденсації і йде від неї.

Для розрахунку розроблений графічний метод не є зручним. Гуревичем М.А. запропоновано аналітичний спосіб рішення задачі, що використовує четверту форму представлення багатошарової системи в координатах “P - t ” (рис.1 г). Графік розподілу максимальної пружності водяної пари Е в цих координатах є дійсною функцією температури, наприклад, (19), а графік парціального тиску водяної пари е є ламаною лінією. Для лінеаризації графіка парціального тиску водяної пари е запропонований спосіб визначення умовних температур, що визначають координати приведених значень ев і ен в цій системі, через яких проводяться дотичні до кривої Е(t).

Для визначення дійсної зони конденсації в багатошарових огорожах запропонований аналітичний спосіб, що використовує третю форму представлення багатошарової тепло - вологосної системи в координатах “t - Re” і “P - Re” (рис.1 в). Для окремого i-го шару, в якому визначена можлива конденсація, можна визначити аналітичну функцію Е(Re) в явному вигляді, використовуючи, наприклад, апроксимацію поліномом другого ступеня (19) і враховуючи лінійний розподіл температури в цьому шарі:

Ei = Аi+ BiRe+ GiRe2 . (20)

Значення коефіцієнтів Аi, Bi і Gi визначаються з отриманого раніше рішення для i-го шару. Аналітичну форму (20) необхідно визначати тільки для одного або двох шарів, в яких відбувся перетин графіків е і Е, наприклад для i-1 і i-го шарів (рис.1 в). Координати точки дотику М(Re0,Е0) прямої, що проходить через точку на внутрішній поверхні стіни ев в i-1 шарі, визначаються по формулі

. (21)

Далі по знайденому значенню Re,0 з рівності відносних безрозмірних величин опору паропроникненню в точці дотику М і відносних безрозмірних координат для i-1 шару



отримаємо координату початку зони конденсації

. (22)

Аналогічно отримаємо координату кінця зони конденсації в i-му шарі.

На основі розробленого алгоритму розрахунку для найбільш широко поширеної багатошарової системи утеплення по уточненій методиці створена комп'ютерна програма, що дозволяє швидко проводити аналіз різних ситуацій для вибору ефективних рішень фасадів.

Розроблено метод розрахунку температурно-вологісного режиму в огороджувальних двомірних і тримірних системах на основі теорії подоби, що дозволяє використовувати існуючі комп'ютерні програми для плоских і тримірних задач теплопровідності при визначенні полів пружності водяної пари за допомогою критерію

, (23)

де ап = Ка а, е = Кtt, =K, x =Kxx, а = / с ; ап = /.

Довільно вибираючи два множники аналогового перетворення з рівняння (26), обчислюємо третій і формулюємо задачу теплопровідності, що відповідає задачі паропровідності. Поле пружності водяної пари одержуємо шляхом множення отриманих температур на множник перетворення Кt..

Визначення конденсації в товщі конструкції проводиться шляхом накладення полів парціальних тисків е на поля максимальної пружності Е і аналізу умов виникнення зон конденсації в плоскій задачі за допомогою Булевих функцій.

На основі розробленої методики розрахунку запропоновані нові конструктивні рішення внутрішнього утеплення огороджувальних конструкцій.

1. Спосіб внутрішнього утеплення огороджувальних конструкцій з мінімізацією втрати корисної площі приміщень полягає в тому, що утеплювач установлюється із внутрішньої сторони поверхні огородження, захищається паробар'єром з тепловідбивною поверхнею, зверненої у бік приміщення, повітряним прошарком і захисним листом матеріалу, наприклад, гіпсокартоном (Заявка на винахід а 2009 00539 ).

2. Спосіб утеплення зовнішнього огородження шляхом установки утеплювача із внутрішньої сторони, що відрізняється тим, що утеплювач підбирається зі зниженою паропроникністю з умови відсутності конденсації водяної пари усередині огородження й захищається шаром листового матеріалу або штукатурки (Деклараційний патент на винахід UA 44080 A, 6 E04B 1/76).

Виявлено раціональні існуючі варіанти внутрішнього утеплення.

1. Спосіб пристрою паробар'єру з розрахунковим опором паропроникності перед утеплювачем, установленим із внутрішньої сторони стіни.

2. Спосіб застосування цегельної кладки з підвищеною паропроникністю. 3. Спосіб пристрою між утеплювачем і стіною повітряного прошарку із забором повітря із приміщення у підлоги й випуску в це ж приміщення у стелі.

4. Спосіб застосування штукатурки зі зниженою паропроникністю.

5. Спосіб застосування спеціальних шпалер з низькою паропроникністю і низкою теплопровідністю.

6. Спосіб двостороннього підвищення опору променистому теплообміну й паропроникненню.

Впровадження способу внутрішнього утеплення огороджувальних конструкцій з мінімізацією втрати корисної площі приміщень показано у розділі 3.

У третьому розділі наведені результати натурних експериментальних досліджень запропонованої конструкції внутрішнього утеплення торцевих зовнішніх стін квартири №12 панельного житлового будинку №10 серії «МО-БИЛЬ» по вул. Набережний в'їзд , сел. Пісочин-2 Харківської обл. (рис. 5 ).

В осінньо-зимовий період 2004-2005 рр. спостерігалося порушення температурно-вологісного режиму експлуатації у квартирі № 12. На момент обстеження (лютий 2005 р.) внутрішня поверхня зовнішніх торцевих стін була сирою. Встановлено, що температурно-вологісний режим будівельних огороджувальних конструкцій квартири не відповідає нормативному і несприятливий із санітарно-гігієнічної точки зору.

Для проведення натурних експериментів застосовані вимірювальні прилади нового покоління, що дозволили істотно розширити можливості експериментальних натурних досліджень: термогігрометр серії CENTER-315, вимірник температури серії CENTER-307/308, мультиметр цифровий АРРА-71, анемометр - адаптер АТТ-1000, міні-метеостанція KW - 301, електронний вимірник щільності теплових потоків ИТП-МГ4.03 «ПОТОК».

Виявлено необхідність створення датчика визначення конденсації у товщі багатошарових огороджувальних конструкцій. Запропоновано нову конструкцію датчика для визначення конденсації, у якості сорбуючого матеріалу якого прийнято електропровідний папір (Заявка на винахід а 2009 00121). Досліджено процеси сорбції і виконано тарування датчика.

Проведено натурні експериментальні дослідження, що включають виміри температури на внутрішній поверхні утеплених торцевих стін квартири в різні моменти часу, визначення температури на поверхні контакту керамзитобетонної стіни і утеплювача, температури повітря в кімнатах, визначення зміни відносної вологості повітря на поверхні контакту і наявності конденсації на цій поверхні (рис.6). Установка датчиків температури і вологості зроблена 18.07.2006 р., інструментальні виміри проводилися: 27.07.2006 р.; 15.11.2006 ; 2.02.2007 р.; 24.02.07 р.; 2.03.2007 р.; 9.01.2008 р.; 31.01.2008 р.; 25.02.2009 р.

Діапазон зміни температури поверхні стін на всьому протязі вимірів склав в кімнаті №1 від 17 до 20С; в кімнаті №2 від 21 до 30С; температури внутрішнього повітря tв від 21 до 23,9С; зовнішнього tн = від -11,5 до 5,5С; відносної вологості ?в?= 24%. На рис.7 показані ізотерми на поверхні стіни в кімнаті №1 15.11.2006 р.

Діапазон зміни температури стіни під ізоляцією для кімнати №1 на всьому протязі вимірів склав від +26С (27.07.2006 р.) до - 17С (9.01.2008 р.) (рис.8).

Замір вологості стіни під теплоізоляцією проводився по датчиках визначення конденсації за допомогою мультіметра цифрового АРРА-71, по якому замірявся електричний опір датчика і за допомогою тарувальних графіків визначалася відносна вологість повітря (рис. 9).

Діапазон зміни відносної вологості стіни під ізоляцією для кімнати №1 на всьому протязі вимірів склав від 38% (27.07.2006 р.) до 88% (9.01.2008 р.). Конденсація за трирічний період дослідження не спостерігалась.

Тривале спостереження за станом температурно-вологісного режиму утеплених фасадних конструкцій показало надійність розробленого рішення.

Проведені дослідження показують доцільність застосування розроблених способів внутрішнього утеплення.

У четвертому розділі представлені приклади впровадження розроблених методик і ефективних конструктивних рішень утеплення.

Спосіб улаштування паробар'єру з розрахунковим опором паропроникненню перед утеплювачем, встановленим із внутрішньої сторони стіни, впроваджений при розробці утеплення огороджувальних конструкцій у кв. 90 будинку

№ 16 по вул. Квартальній в сел. міського типу Пісочин-2 Харківської області.

Спосіб улаштування внутрішнього утеплення у двовимірних огороджувальних системах впроваджений при утепленні огороджувальних зовнішніх і цокольних панелей, виготовлених з керамзитобетону, а також плити перекриття з важкого бетону в десятиповерховому житловому будинку по вул. Пермській в м. Харкові. Обстежена квартира розташована на першому поверсі. Під квартирою є підвал із внутрішніми і зовнішніми залізобетонними стінами.

Температурне поле в перерізі конструкцій визначалося шляхом рішення двовимірної нестаціонарної задачі теплопровідності, описуваної диференціальним рівнянням

, (24)

для плоскої двовимірної розрахункової моделі системи огороджувальних конструкцій кухні квартири, що складається із частини цокольної стіни висотою 1000 мм, шириною 350 мм із керамзитобетону, частини керамзитобетонної огороджувальної стіни кухні висотою 1000 мм, шириною 350 мм і частини залізобетонної плити перекриття над підвалом довжиною 1000 мм товщиною 160 мм.

Прийнято наступні теплофізичні характеристики матеріалів. Керамзитобетон: = 1000 кг/м3, l=0,41 Вт / (мС); с = 0,84 кДж/(кгС). Важкий бетон: = 2500 кг/м3, l=1,92 Вт /( мС); с =0,84 кДж/(кгС).

Граничні умови: tн = -25,5 С, температура повітря в підвалі tн = 5С, у кухні tв = 18С, aн = 23,0 Вт/(м2 С) і aн = 17,0 Вт/(м2 С) для перекриттів над підвалом.

Розрахунок вологісного режиму проводився на основі рішення нестаціонарного двовимірного рівняння дифузії водяної пари

. (25)

Прийнято наступні характеристики дифузії матеріалів. Керамзитобетон:

= 1000 кг/м3, = 0,14 мг/(мгодПа), = 237 мг/(кгПа); важкий бетон: = 2500 кг/м3, = 0,03 мг/(мгодПа), = 26 мг/(кгПа); пінополістирол: = 40 кг/м3, = 0,05 мг/(мгодПа), = 26 мг/(кгПа).

Розрахунок полів пружності водяної пари проведений за розробленою методикою, заснованій на математичній аналогії між диференційним рівнянням теплопровідності (24) і диференційним рівнянням дифузії водяної пари (25), відповідно до якої еквівалентні температури поверхонь стін і плити перекриття визначаються за формулою

tм =Кt е . (26)

При Кt = 1 tм = е, тобто температура в С чисельно дорівнює величині парціального тиску в Па. Еквівалентна температура внутрішніх поверхонь стін і плити житлового приміщення tв = 1135,20С = 1408,2 К.

Еквівалентна температура внутрішніх поверхонь стін і плити підвалу

tв = 654С = 927 К. Поле конденсації водяної пари показує, що при утепленні з середини керамзитобетонної панелі шаром пінополістиролу без пароізоляції практично вся стіна воложиться.

Розрахунки показують, що для гарантії відсутності конденсації потрібне улаштування пароізоляції на внутрішній поверхні стіни поверх утеплювача величиною не менш Rе = 10 (м2 годПа)/мг.

Прийняте в результаті математичного моделювання конструктивне рішення утеплення показане на рис.11.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Розроблено уточнену методику розрахунку розподілу температури і парціального тиску водяної пари по перерізу будівельних конструкцій, виходячи з фундаментальних рівнянь теплопровідності й граничних умов ДБН В.2.6-31:2006.

2. Запропоновано емпіричні формули для аналітичного визначення максимальної пружності (тиск насиченої водяної пари) залежно від температури для діапазону температур від -20З до +20С з вірогідністю R2=0,9973 і R2=0,9999 для визначення зони можливої і дійсної конденсації водяної пари в товщі фасадної конструкції.

3. Запропоновано аналітичний спосіб визначення дійсної зони конденсації в багатошарових огородженнях.

4. На основі розробленого алгоритму розрахунку найбільш широко розповсюдженої багатошарової системи утеплення за уточненою методикою створена комп'ютерна програма, що дозволяє швидко проводити аналіз різних ситуацій для вибору ефективних рішень фасадів.

5. Розроблено метод розрахунку температурно-вологісного режиму в огороджувальних двомірних і тримірних системах на основі теорії подоби.

6. На основі розробленої методики розрахунку запропоновані нові способи внутрішнього утеплення огороджувальних конструкцій і виявлені ефективні існуючі конструктивні рішення.

7. Розроблено план-програму натурних експериментальних досліджень запропонованої конструкції внутрішнього утеплення торцевих зовнішніх стін квартири №12 панельного житлового будинку №10 серії «МОБИЛЬ» по вул. Набережний в'їзд, сел. Пісочин-2 Харківської обл.

8. Для проведення натурних експериментів застосовані вимірювальні прилади нового покоління, що дозволили істотно розширити можливості експериментальних натурних досліджень. Запропоновано нову конструкцію датчика для визначення конденсації водяної пари у товщі огорожі.

9. Розроблене конструктивне рішення внутрішнього утеплення впроваджено при реконструкції торцевих стін експериментальної квартири.

10. Проведено натурні експериментальні дослідження, що включають виміри температури на внутрішній поверхні утеплених торцевих стін квартири в різні моменти часу, визначення температури на поверхні контакту керамзитобетонної стіни і утеплювача, температури повітря в кімнатах, визначення зміни відносної вологості повітря на поверхні контакту і наявності конденсації на цій поверхні.

Конденсація за трирічний період дослідження не спостерігалась.

Тривале дослідження стану температурно-вологісного режиму утеплених фасадних конструкцій показало надійність розробленого рішення.

11. Розроблені пропозиції по вдосконалюванню фасадних конструкцій впроваджені в проектування і будівництво.

Основне положення дисертації опубліковані в наступних роботах.

1. Фомин С. Л. Расчет температурно-влажностного режима фасадных конструкций / С. Л. Фомин, Ю. В. Фурсов // Науковий вісник будівництва. Вип.32. Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2005. - С. 61- 68.

2. Фомин С. Л. Особенности конструирования дополнительной теплозащиты фасадных конструкцій / С. Л. Фомин, Ю. В. Фурсов // Науковий вісник будівництва. Вип. 41. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2007. - С.290-294.

3. Фомин С. Л. Восстановление теплоизоляции сущесвующих фасадных конструкцій / С. Л. Фомин, Ю. В. Фурсов // Науковий вісник будівництва. Вип. 42. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2007. - С.59-68.

4. Фурсов Ю. В. Эффективные тепловые фасадне системы / Ю. В. Фурсов // Науковий вісник будівництва. Вип. 49. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2008. - С.249-254.

5. Фомин С. Л. Экспериментальное исследование температурно-влажностного режима ограждающих конструкций с внутренней теплозащитой в натурных условиях / С. Л. Фомин, Ю. В. Фурсов // Науковий вісник будівництва. Вип. 51. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2009. - С.212-222.

АНОТАЦІЯ

Фурсов Юрій Васильович. Енергозберігаючі фасадні конструкції. - Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.01 - будівельні конструкції, будівлі та споруди. Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури. - Харків, 2009 р.

Дисертаційна робота спрямована на створення теоретичних основ проектування енергозберігаючих фасадних конструкцій житлових будинків із застосуванням внутрішнього способу утеплення.

Розроблено уточнену методику розрахунку розподілу температури і парціального тиску водяної пари по перерізу будівельних конструкцій, запропонований аналітичний спосіб визначення конденсації на поверхні і у товщі огороджень. Створено комп'ютерну програму, що дозволяє швидко проводити аналіз різних ситуацій для вибору ефективних рішень фасадів. Розроблено методику розрахунку температурно-вологісного режиму в огороджувальних двовимірних і тривимірних системах.

На основі розробленої методики розрахунку запропоновані нові способи внутрішнього утеплення огороджувальних конструкцій і виявлені ефективні існуючі конструктивні рішення.

Розроблено план-програму натурних експериментальних досліджень запропонованої конструкції внутрішнього утеплення торцевих зовнішніх стін квартири панельного житлового будинку у м. Харкові. Застосовано вимірювальні прилади нового покоління і запропоновану нову конструкцію датчика для визначення конденсації. Проведено натурні експериментальні дослідження, що включають виміри температури на внутрішній поверхні утеплених торцевих стін квартири в різні моменти часу, визначення температури на поверхні контакту керамзитобетонної стіни і утеплювача, температури повітря в кімнатах, визначення зміни відносної вологості повітря на поверхні контакту і наявності конденсації на цій поверхні. Конденсація за трирічний період дослідження не спостерігалась.

Тривале дослідження стану температурно-вологісного режиму утеплених фасадних конструкцій показало надійність розробленого рішення.

Ключові слова: енергозберігаючі фасади, температурно-вологісний режим, конденсація, внутрішнє утеплення, раціональне проектування, натурний експеримент.

АННОТАЦИЯ

Фурсов Юрий Васильевич. Энергосберегающие фасадные конструкции.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.01 - строительные конструкции, здания и сооружения. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2009 г.

Диссертационная работа направлена на создание теоретических основ проектирования энергосберегающих фасадных конструкций жилых зданий с применением внутреннего способа утепления.

Разработана уточненная методика расчета распределения температуры и парциального давления водяного пара по сечению строительных конструкций, предложен аналитический способ определения конденсации на поверхности и в толще ограждений. Создана компьютерная программа, позволяющая быстро проводить анализ различных ситуаций для выбора эффективных решений фасадов. Разработан метод расчета температурно-влажностного режима в ограждающих двумерных и трехмерных системах.

На основе разработанной методики расчета предложены новые способы внутреннего утепления ограждающих конструкций и выявлены эффективные существующие конструктивные решения.

Проведены натурные экспериментальные исследования предложенной конструкции внутреннего утепления торцевых наружных стен квартиры панельного жилого дома в г. Харькове. Применены измерительные приборы нового поколения и предложенная новая конструкция датчика для определения конденсации. Исследования включали измерение температуры на внутренней поверхности утепленных торцевых стен квартиры в различные моменты времени, температуры на поверхности контакта керамзитобетонной стены и утеплителя, температуры воздуха в комнатах, относительной влажности воздуха на поверхности контакта и наличия конденсации на этой поверхности. Конденсация за трехлетний период исследования не наблюдалась.

Длительное исследование состояния температурно-влажностного режима утепленных фасадных конструкций показало надежность разработанного решения.

Ключевые слова: энергосберегающие фасады, температурно-влажностный режим, конденсация, внутреннее утепление, рациональное проектирование, натурный эксперимент.

ABSTRACT

теплопровідність будівельна конструкція

Fursov Yuri Vasilevich. Energy efficiency facade constructions.- Manuscript.

Dissertation on the competition of graduate degree of candidate of engineerings sciences on speciality 05.23.01 are build design, buildings and constructions, Kharkov State Technical University of Construction and Architecture, Kharkov, 2009.

Dissertation work is directed on creation of theoretical bases of planning of Energy efficiency facade constructions of dwellings buildings on the basis of application of internal method of warming.

The specified method of calculation of distributing of temperature and pressure of aquatic steam is developed on the section of build constructions, the analytical method of determination of condensation is offered on-the-spot and in the layer of protections. The computer program, allowing quickly to conduct the analysis of different situations for the choice of effective decisions of facades, is created. The method of calculation of the temperature-humidity mode is developed in the non-load-bearing two-dimensional and three-dimensional systems.

On the basis of the developed method of calculation the new methods of the internal warming of non-load-bearing constructions are offered and effective existent structural decisions are exposed.

The plan-program of model experimental researches of the offered construction of the internal warming of butt-end outward sthenes of apartment of panel dwelling-house is developed in Kharkov. The measurings devices of new generation and offered new construction of sensor are applied for determination of condensation. Model experimental researches, including measurings of temperature on the internal surface of heat-insulated butt-end sthenes of apartment in different moments of time, are conducted, determination of temperature on the surfaces of contact of leca-concrete wall and warming, temperatures of air in rooms, determination of change relative humidity of air on-the-spot contact and presence of condensation on this surface. Condensation for three-year period of research was not observed.

The protracted research of the state of the temperature- humidity mode of heat-insulated facade constructions rotined reliability of the developed decision.

Keywords: Energy efficiency facades, temperature-humidity mode, condensation, internal warming, rational planning, model experiment.

Размещено на Allbest.ru