CC BY
58
строительная теплофизика и энергосбережение
Особенности эксплуатации конструкции вентфасадов в крупных мегаполисах
Н.П. Умнякова
Атмосферный воздух представляет смесь газов, которые в процентном отношении распределяются следующим образом: кислород — 23%, азот — 75,6%, инертные газы (аргон, неон, гелий, ксенон, криптон) — 1,3%, углекислый газ — 0,05% и остальное приходится на загрязняющие вещества в виде газов и взвешенных частиц. Воздушные потоки атмосферного воздуха находятся в сложном и непрерывном движении, усложняются наличием местных особенностей данного населенного пункта, особенно в условиях городской застройки. Разрастанию города и его инфраструктуры сопутствуют увеличение содержания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Поступление различных химических веществ от промышленных объектов и отработанных газов, главным образом, от автомобильного транспорта изменяют атмосферный воздух, резко ухудшая его состав. Концентрация загрязняющих веществ часто приближается к биологически опасному пределу не только для людей, животных, растений, но и строительных конструкций, вызывая их интенсивное разрушение. При этом в атмосферном воздухе присутствуют различные загрязняющие вещества (табл.1).
Как видно из таблицы, выбросы аэрозолей и различных газов, происходящие в настоящее время, значительно ухудшают атмосферу городов. К сожалению, нет оснований предполагать, что в ближайшее время количество выбросов уменьшится, и атмосферный воздух в городах станет чище, несмотря на то, что проводятся работы по его очистке от загрязняющих веществ.
По данным экологического мониторинга атмосферного воздуха в Москве в 2009 г. превышение
допустимого норматива отмечалось по формальдегиду на территориях вблизи автотрасс, где среднегодовая концентрация составляла 3,4 ПДКсс. Средние концентрации оксида углерода составили 0,2 ПДКсс (0,6 мг/м3), диоксида азота 0,9 ПДКсс (0,035 мг/м3), оксида азота — 0,6ПДКсс (0,038 мг/м3). На территориях, находящихся под влиянием выбросов промышленных предприятий, объектов теплоэнергетики и автотранспорта, уровень загрязнений был выше в среднем на 7% по сравнению с жилыми территориями. Вблизи автотрасс сохранялся повышенный уровень загрязнения атмосферы, при этом индекс загрязнения атмосферы был выше на 30% по сравнению с жилыми территориями и на 10% по сравнению со смешанными территориями. Средние концентрации загрязняющих веществ на различных территориях в период с 2007 по 2009 год представлены в табл. 2 [1 ].
В 2009 году на территориях, прилегающих к автомагистралям, в целом, концентрации загрязняющих веществ в 1,2— 1,6 раза выше, чем на природных территориях. При этом по большинству показателей средние концентрации соответствовали гигиеническим нормативам. На территориях находящихся под смешанным воздействием различных антропогенных источников (автотранспорт, промышленные предприятия, и объекты теплоэнергетики), и в центральной части города среднегодовые концентрации основных загрязняющих веществ не превысили установленных нормативов, и по сравнению с территориями, прилегающими непосредственно к автотрассам, снижаются в 1,1—1,4. Однако следует отметить, что при неблагоприятных метеоро-
Город Загрязняющие вещества
Владивосток Взвешенные вещества, Б02, СО, N02, N0, Н2Б, сульфаты растворимые, тяжелые металлы, бенз(а)пирен, формальдегид
Красноярск Взвешенные вещества, Б02, СО, N02, N0, Н2Б, NHз, С12, НС1, сульфаты растворимые, формальдегид, тяжелые металлы, бенз(а)пирен, бензол, ксилол, толуол, этилбензол
Москва Взвешенные вещества, Б02, С0, N02, N0, Н2Б, NHз, НС1, формальдегид, фенол, тяжелые металлы, бенз(а)пирен, бензол, ксилол, толуол
Ростов-на- Дону Взвешенные вещества, Б02, С0, N02, N0, Н2Б, NHз, НР, сульфаты растворимые, формальдегид, фенол, тяжелые металлы, бенз(а)пирен, фториды, сажа
Таблица 1. Вредные вещества в атмосфере воздуха в городах.
строительная теплофизика и энергосбережение
Пара- метр В целом по городу Вблизи автотрасс Центр города Жилые территории
2007 2008 2009 2007 2008 2009 2007 2008 2009 2007 2008 2009
СО 0,7 0,57 0,60 1,0 0,71 0,83 0,8 0,59 0,60 0,6 0,51 0,51
Ы02 0,042 0,036 0,035 0,051 0,044 0,038 0,044 0,035 0,035 0,039 0,031 0,03
N0 0,046 0,038 0,038 0,057 0,053 0,050 0,054 0,035 0,037 0,041 0,026 0,027
БОг 0,006 0,003 0,004 0,007 0,004 0,005 0,006 0,004 0,004 0,007 0,002 0,003
РМю 0,035 0,037 0,033 0,048 0,046 - 0,035 0,039 0,036 0,032 0,038 0,031
Оз 0,032 0,032 0,03 0,039 0,037 0,029 0,031 0,030 0,029 0,028 0,032 0,03
ИЗА5 6,3 6,2 5,8 7,1 7,0 6,3 6,5 6,3 5,8 6,1 6,0 5,0
Таблица 2. Средние концентрации основных загрязняющих веществ (мг/м3) в 2006—2009 г.
логических условиях, из-за переноса загрязненного воздуха от источников в обычные чистые районы, различия в содержании основных загрязняющих веществ сокращается в 2 раза.
Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) взвешенные частицы, особенно мелкие частицы размером 10 мкм (РМШ) и менее 2,5 мкм (РМ2 5), отнесены к приоритетным загрязняющим атмосферу веществам по уровню влияния на здоровье населения. Предельно допустимая концентрация на взвешенные вещества мелких размеров в России не установлена. ВОЗ рекомендует следующие значения: для среднегодового значения РМ2 5 — 0,01 мг/м3 и 0,020 мг/м3 для РМ]0, для среднесуточных значений 0,025 мг/м3, для РМ2 5 и 0,05 мг/м3 для РМ10. В странах ЕС для среднегодовой концентрации РМ]0 действующий норматив составляет 0,04 мг/м3.
Среднегодовая концентрация РМ]0 в 2009 году в целом по городу составила 0,033 мг/м3, что в 1,65 раза выше, чем рекомендуемый ВОЗ критерий, но не превышает норматива для стран ЕС. Минимальные среднегодовые концентрации отмечались на станции в 11-ом микрорайоне Зеленограда и составили 0,025 мг/м3, а максимальные — на АСКЗА «Косино», которая находится под влиянием МКАД, на уровне 0,046 мг/м3. Концентрация РМ2 5 контролируется на двух автоматических станциях контроля — АСКЗА «Косино» и «Спиридоновка» в центральной части города. Среднегодовая концентрация РМ2 5 на АСКЗА «Спиридоновка» составила 0,013 мг/м3, на АСКЗА «Косино» —
0,018 мг/м3, что превышает критерий, рекомендованный ВОЗ для РМ2 5 в 1,3 раза и 1,8 раза соответственно.
Следует отметить, что в течении года увеличение концентрации РМШ отмечается в весенний период. Так, в апреле среднемесячная концентрация до-
3 3 ~
стигла 61 мг/м , а в мае — 43 мг/м3. Причиной
загрязнения атмосферного воздуха РМ]0 является пыление с подстилающей поверхности, когда еще не установился травяной покров, а также многочисленные факты поджога сухой травы на территории Московской области, непосредственно примыкающей к границе Москвы. Ситуация усугубляется тем, что поджоги сухой травы и листьев совпадают по времени с наступлением неблагоприятных метеорологических условий, способствующих накоплению загрязняющих веществ в атмосфере. Небольшое увеличение среднемесячных концентраций РМ]0 было отмечено в январе, июне и сентябре, а минимальные среднемесячные концентрации были отмечены в октябре и ноябре на уровне 0,023—0,024 мг/м3
Динамика изменения концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе города Москвы за период с 2003 по 2009 года представлена на рис. 1. В 2009 году отмечена стабилизация уровня загрязнения РМ]0.
Интенсивное движение автомобильного транспорта в инфраструктуре города приводит к тому, что в атмосферу происходят выбросы загрязняющих веществ, в частности, тяжелых металлов, которые оседают на поверхности почвы.
316 3 2010
строительная теплофизика и энергосбережение
0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 -9,02056е-17
І
ч
ПЗ
о.
I-
X
Ї
О
lllll
2003 2004 2005 2006
2007 2008 2009 год
Рисунок 1. Динамика изменения средней концентрации РМ10 пыли в атмосферном воздухе Москвы.
Согласно Постановлению Правительства Москвы от 8.11.2005 г. №866-ПП «О функционировании единой системы экологического мониторинга г. Москвы и практическом использовании данных экологического мониторинга» проводятся в широком спектре работы по определению степени загрязнения тяжелыми металлами городских почв вблизи крупных транспортных магистралей. При аналитических исследованиях в пробах почв содержатся тяжелые металлы, бенз(а)перен, нефтепродукты, органические вещества. Загрязнение почв отдельными химическими элементами по данным отбора проб в 2008 г. приведены в табл. 3.
Среднее содержание тяжелых металлов по административным округам и функциональным зонам за 2009 г. приведены в табл.4.
Как видно, из табл.4 на Центральный административный округ приходится наибольшее загрязнение почвы тяжелыми металлами.
Анализ приведенных данным по мониторингу атмосферного воздуха и почв позволяет считать, что в ветровом воздушном потоке городской среды находятся различные загрязняющие вещества. Одни в виде крупных частиц тяжелых металлов оседают на поверхности почвы, другие в виде аэрозолей (пыли) под действием аэродинамических потоков поднимаются вверх и обтекают фасады зданий, в том числе и навесные вентилируемые.
В навесных фасадных конструкциях с вентилируемым зазором имеются отверстия между плитами облицовки. Под действием ветрового потока с наружной поверхности здания с наветренной стороны образуется избыточное давление, а с заветренной
— отрицательное. Под действием разности плотностей наружного воздуха и воздуха в воздушной прослойке, в ней будет происходить перемещение воздуха. При этом в одно отверстие на нижнем уровне воздух будет поступать, а через другое отверстие на верхнем уровне будет выходить наружу.
Химический элемент Содержание, мг/кг
2004 2008
мин макс средн мин макс средн
Кадмий 0,25 101 2,8 0,1 2,5 0,7
Мышьяк 1,0 14,9 4,1 1 10,9 3,0
Ртуть 0,03 2,10 0,39 0,02 5,41 0,24
Свинец 4,5 1556 74,8 2 601 3540)* 34,1
Цинк 13 1890 175 7,8 1569 121
Медь 4,5 419 30,9 2,0 889 36,0
Никель 5,0 79 19,5 21 56 (313*) 14,9
Кобальт 1,5 24,1 9,0 1,4 11,9 4,9
* — единичные «ураганные» концентрации.
Таблица 3. Параметры распределения химических элементов в почвах
Округ Содержание в 2004 г./в 2008 г, мг/кг
Cd As Hg Pb Zn Cu Ni Co
ЦАО 2,1/0,84 4,3/4,3 0,66/0,47 100/62,0 180/155 40,8/50,4 16,6/13,9 7,7/4,2
САО 1,1/0,50 3,5/2,5 0,19/0,16 57,3/27,4 131/98,8 26,2/19,0 18,8/13,4 8,5/5,2
СВАО 1,97/0,76 4,1/2,7 0,35/0,32 111/55,6 234/144 40,8/52,7 18,0/13,3 8,6/5,9
ВАО 1,46/0,59 3,8/2,6 0,34/0,26 74,3/32,1 161/132 30,0/28,3 19,3/13,1 9,8/4,8
ЮВАО 10,2/1,4 5,2/3,0 0,60/0,30 113/34,2 278/158 52,6/37,8 22,8/16,4 10,4/4,4
ЮАО 2,1/0,93 3,5/3,1 0,46/0,22 65,0/42,8 195/160 21,6/74,3 22,6/19,3 9,9/5,4
ЮЗАО 2,0/0,37 3,8/3,2 0,36/0,12 59,9/22,3 137/65,2 29,0/17,2 22,3/15,1 8,2/5,8
ЗАО 2,01/0,56 4,6/3,4 0,28/0,11 65,5/24,5 147/100 25,7/23,1 17,5/14,0 8,2/4,3
СЗАО 1,5/0,33 3,6/2,1 0,31/0,11 36,5/17,5 108/63,6 16,5/15,3 16,1/12,7 9,8/4,4
Таблица 4. Среднее содержание в почвах тяжелых металлов по округам гМосквы.
З 2G1G З17
строительная теплофизика и энергосбережение
Величина перепада давлений для входного отверстия будет
ДРвх -
л, + л2 унУ
0 ^ (у ВХ У Выт ) ■ (1 )
2д 2
Для вытяжного отверстия величина перепада давлений составит:
П + П2 УНУ к + Л (
т к1 + _ (УВХ УВь,
2 2д 2
(2)
где л( и л2 — аэродинамический коэффициент для наветренной и заветренной стороныздания;
Рн,, рв возд пр — плотность воздуха на входе и выходе из вентилируемой воздушной прослойки, кг/м3;
V — скорость ветра, м/с;
Ь — расстояние между входным и выходным отверстиями, м;
К, К( — коэффициент учета изменения скорости давления ветра в зависимости от высоты здания.
Нахождение пыли в атмосфере увеличивается по мере развития инфраструктуры города. Пыль является одной из разновидностей аэрозолей, состоящих из твердых частиц, взвешенных в газовой воздушной среде. Под воздействием ветрового и теплового напора она проникает в вентилируемую воздушную прослойку вентфасада. Движение воздуха в вентилируемой воздушной прослойке вентфасада определяется скоростью ветра. Эта зависимость получена автором [ 2 ], которая приведена в табл. 5.
Как видно из табл. 5. скорость воздушного потока в вентилируемой воздушной прослойке колеблется от 0,1 до 0,8 м/с. Вместе с потоком происходит перемещение взвешенных частиц пыли.
Частицы пыли могут иметь форму капли, шара, цилиндра, пластинки и т.д. Остановимся на шарообразной форме пылинки и это примем в наших расчетах. Рассмотрим движение частиц пыли в вентилируемой воздушной прослойке.
Частица пыли весом тд (т — масса частицы) находится в вентилируемой воздушной прослойке. На нее набегает воздушный поток, который перемещается ее снизу вверх (рис. 2) под действием
Рисунок 2. Движение частиц в вентилируемой воздушной прослойке фасада.
лобовой силы Р. Рассмотрим перемещение пыли по вертикали в воздушной прослойке.
В этих условиях Р > тд и под действием силы Р частица пыли будет перемещаться со скоростью vчп в воздушном вертикальном потоке, скорость которого равна V . Эти условия, когда V > V
1 1 воз.пр. ' воз.пр ч.п.
рассматриваются в работах Сорокина Н.С. и Талиева В.Н. [ 3], и представлены следующим уравнением
С-5
2 СІУ
воз.пр -уч.п) -тд = т----------------------
с/0
(3)
где Увозпр — скорость воздушного потока, м/с; учп — вертикальная скорость частицы пыли, м/с;
з — наибольшая площадь поперечного сечения частицы шарообразной пыли, перпендикулярной направлению скорости воздушного потока, равная
("0/4;
т — масса частицы пыли шарообразной формы, равная рч№^п2)/6 м3;
0 — время;
С — коэффициент лобовой силы, которая определяется по уравнению Стокса.
При движении частиц пыли небольших размеров с малыми скоростями, когда 0 < ке < 1,0 значение коэффициента лобовой силы можно вычислить по зависимости
С = 24/Яе, а Яе = (V — V )^ /х,
' ' воз.пр. Ч.П.' ЭК
Скорость ветра, м/с 0,1 0,35 0,8 1,5 2,5 3,7 5,2 7,0
Скорость воздушного потока в вентилируемой воздушной прослойке, м/с. 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Таблица 5. Скорость движения воздуха в вентилируемой воздушной прослойке в зависимости от скорости ветра.
318 3 2010
строительная теплофизика и энергосбережение
где — эквивалентный диаметр вентилируемой воздушной прослойки, м;
= (25/)/(5 + /), 5 и I — толщина и ширина вентилируемой воздушной прослойки, м; и — кинематическая вязкость воздуха, м2/с.
Тогда уравнение (3) можно представить в виде
■ (4)
После соответствующих преобразований с привлечением программного комплекса «Ма'ТЬСаН» получены уравнения для определения вертикальной скорости движения частицы пыли в вентилируемой воздушной прослойке
< П<п.
я°ж—7“
- 9,7< ї. ’ и.,
пр
*Л<п. и
(5)
Результаты проведенных расчетов по уравнениям (5) приведены в табл. 6.
Как видно из таблицы 6 с увеличением диаметра частиц пыли их скорость движения в вентилируемом фасаде уменьшается. Скорость движения частиц пыли при одинаковых скоростях воздушного потока увеличивается с повышением температуры, то есть в осенне-весенний период, зимний и летний период скорость перемещения пыли в воздушном зазоре будет различна.
Если движение частиц пыли характеризуется большим значением критерия Рейнольдса £е, то увеличивается лобовая сила и для определения коэффициента аэродинамического сопротивления применяется формула Стокса-Клячко.
С = 24 - 4
24
4и033 1
(6)
^0'33 (V - V )°'33
эк ' воз.пр Ч.П.'
V " воз.пр. Диаметр частицы пыли с/ч.п., мкм
м/с 10 20 30 40 50 60 70 80
}2(Увозпр - уч.п.) - тд = при = -20 ° ■»
2 0,1 0,040685 - - - - - - -
0,2 0,140685 0,08137096 - - - - - -
0,3 0,240685 0,18137096 0,122056 - - - - -
0,4 0,340685 0,28137096 0,222056 0,162742 0,103427 - - -
0,5 0,440685 0,38137096 0,322056 0,262742 0,203427 0,144113 0,084798 0,025484
0,6 0,540685 0,48137096 0,422056 0,362742 0,303427 0,244113 0,184798 0,125484
0,7 0,640685 0,58137096 0,522056 0,462742 0,403427 0,344113 0,284798 0,225484
0,8 0,740685 0,68137096 0,622056 0,562742 0,503427 0,444113 0,384798 0,325484
при /„ = 0 °С
0,1 0,048189 - - - - - - -
0,2 0,148189 0,09637824 - - - - - -
0,3 0,248189 0,19637824 0,144567 - - - - -
0,4 0,348189 0,29637824 0,244567 0,192756 0,140946 - - -
0,5 0,448189 0,39637824 0,344567 0,292756 0,240946 0,189135 0,137324 0,085513
0,6 0,548189 0,49637824 0,444567 0,392756 0,340946 0,289135 0,237324 0,185513
0,7 0,648189 0,59637824 0,544567 0,492756 0,440946 0,389135 0,337324 0,285513
0,8 0,748189 0,69637824 0,644567 0,592756 0,540946 0,489135 0,437324 0,385513
при /„ = 20 °С
0,1 0,054313 - - - - - - -
0,2 0,154313 0,1086257 0,062939 - - - - -
0,3 0,254313 0,2086257 0,162939 0,117251 0,071564 - - -
0,4 0,354313 0,3086257 0,262939 0,217251 0,171564 0,125877 0,08019 -
0,5 0,454313 0,4086257 0,362939 0,317251 0,271564 0,225877 0,18019 0,134503
0,6 0,554313 0,5086257 0,462939 0,417251 0,371564 0,325877 0,28019 0,234503
0,7 0,654313 0,6086257 0,562939 0,517251 0,471564 0,425877 0,38019 0,334503
0,8 0,754313 0,7086257 0,662939 0,617251 0,571564 0,525877 0,48019 0,434503
Таблица 6. Скорость движения частицы пыли в зависимости от скорости воздушного потока вентилируемой прослойки вентфасада при Ькк = 0,13 м.
3 2010 319
строительная теплофизика и энергосбережение
Уравнение для определения скорости движения частиц пыли после соответствующих преобразований для интервала 3 < 1^е < 400 определяется уравнением:
12иїр
• (V
воз.пр ч.п.
с0'33
ж
Х(У - V У'67 -р П<Сч-п- д = СУч п-
\ воз.пр гч.п.' гч , У
(7)
6
с 0
Приведенное решение уравнения (7) с привлечением программы «Ма1ИСа^> позволило получить уравнение для определения вертикального движения частицы пыли в вентилируемой воздушной прослойке:
■ (8)
Как видно из анализа полученных уравнений (5) и (8), скорость движения частиц пыли, определяется ее диаметром, эквивалентным размером вентилируемой воздушной прослойки и скоростью воздушного потока.
Наличие частиц пыли в вентилируемой воздушной прослойке в сочетании с колебаниями температуры наружного воздуха и образованием конденсата отрицательно сказывается на долговечности несущих металлических элементов вентфасадов.
Как отмечалось ранее при колебании температуры наружного воздуха аналогичные изменения температуры воздуха происходят в вентилируемой воздушной прослойки. Эти температуры практически мало отличаются друг от друга и их численные значения
будут зависеть от ориентации фасада, высоты здания, величины гравитационного и ветрового напора, площади приточных и вытяжных отверстий, толщин вентилируемых прослоек и ряда других факторов.
Теплофизические характеристики экранных фасадных плит на относе, приведена в табл. 7. Из таблицы видно, они при малой толщине имеют большую плотность, высокий коэффициент теплопроводности [5] и очень низкие значения термического сопротивления теплопередачи.
Из таблицы 7 видно, что величина критерия Б1 значительно меньше единицы и изменяется от 0,037 до 0,14. При таких значениях критерия Б1 интенсивность переноса теплоты через экран из фасадных плит на относе с очень низкими значениями термического сопротивления теплопередачи будет определяться только условием теплообмена у их поверхностей. Следовательно, величину температурного перепада между поверхностями экрана фасадной плиты на относе можно не учитывать. Поэтому можно принять, что при различных колебаниях температуры наружного воздуха значения температуры на поверхностях экрана фасадной плиты, обращенной наружу и в вентилируемую воздушную прослойку, будут равны между собой. По полученному уравнению [5] для определения температуры на внутренней поверхности фасадной плиты, обращенной в вентилируемую воздушную прослойку при колебаниях температуры наружного воздуха мож-
но вычислить по зависимости:
т = Ґ - (Ґ - Ї )есу5* -
воз.пр н \ н н*
(9)
где tн — температура наружного воздуха на момент начала колебаний, оС;
в
с с ОІ г Материал наружной обшивки в вентилируемом фасаде Толщина, мм Плотность , 3 У, кг/м Коэффициент теплопроводности, X, Вт/м2 °С Термическое сопротивление м2 оС/Вт Критерии ВІ (Био)
1. Плитка из натурального гранита 30 2800 3,49 0,00859 0,103
2. Плитка из керамического гранита 10-12 2700 3,2 0,00312-0,00375 0,037-0,045
3. Плитки цементные 7-10 2400 2,0 0,0035-0,005 0,42-0,06
4. Плитка из цемента с мраморной крошкой 8-10 2500 2,5 0,0032-0,004 0,038-0,048
5. Листовое стекло 6-10 2500 0,76 0,0119 0,14
Таблица 7. Теплотехнические характеристики фасадных плит навесных вентилируемых фасадов.
320 3 2010
строительная теплофизика и энергосбережение
' — температура наружного воздуха на момент конца колебаний, °С;
с — удельная теплоемкость материала, Вт/кг оС;
5 — толщина экранной фасадной плиты на относе, м;
R — термическое сопротивление фасадной экранной плиты на относе, м2 оС/Вт;
0 — время, ч.
При колебаниях температуры наружного воздуха в зимний, осенний и весенний периоды года, когда в вентилируемой воздушной прослойке происходит полное насыщение влагой, на поверхностях элементов вентфасада, обращенных в воздушную прослойку, образовывается конденсат и частицы пыли прилипают к увлажненным поверхностям.
В осенний, зимний и весенний период года относительная влажность наружного воздуха колеблется от 60 до 95%. В этих условиях пользуясь уравнением (9) можно в зависимости от колебаний температуры наружного воздуха во времени определить температуру на наружной поверхности экрана фасадной плиты Тн ■
Для конструкции фасадных плит на относе согласно уравнению (9) определим изменения температуры на ее поверхности, обращенной в вентилируемую воздушную прослойку.
Проанализируем влияние колебаний температуры наружного воздуха с амплитудами от —10 оС до —1,0 оС и от —5 оС до 5 оС на характер распределения температуры на поверхности. При этом учтем, что величина относительной влажности воздуха в вентилируемой воздушной прослойке может быть 70%, 80% и 90%. При этих параметрах для ряда конструкций (табл. 7) определим время начала и конца конденсации. Распределение темпера-
туры на внутренней поверхности экранной фасадной плиты на относе из цемента с мраморной крошкой толщиной 10 мм проводится на рис. 3.
Аналогичный характер изменения температуры наблюдается на фасадной плите из керамического гранита толщиной 10 мм (рис.4) и на облицовке плите из цементной плитки толщиной 10 мм (рис. 5).
Как видно из графиков характер изменения температуры мало отличается друг от друга. Параболические температурные кривые через 3—4 часа асимптотически приближаются к прямой верхнего значения температуры —1,0 оС и 5 оС, но с ней не пересекаются.
Для периода колебаний температуры наружного воздуха от —10 оС до —1 оС при относительной влажности 70% точки росы колеблется от —10 оС до —5,2 оС, при ф = 80% Т меняется в диапа-
1 твоз.пр. р
зоне от —10 оС до 3,6 оС, и при ф = 90% — от
1 ' воз.пр.
— 10 оС до —2,3 оС. При этих параметрах температуры и относительной влажности на поверхности плит, обращенных в вентилируемую воздушную прослойку, будет образовываться конденсат в виде инея или частичек льда. При изменении температуры наружного воздуха от —10 оС до —1 оС при Фвозпр = 70% процесс образования конденсата закончится через 0,5 ч. (т р = —5,2 оС); при Фвозп = 80% через 0,65 ч. (т = —3,6 °С) и при ф = 70% через 1,0 ч. (Т = -2,3 оС).
воз.пр. р
На графиках (рис. 3, 4 и 5) также показаны изменения температуры на внутренней поверхности фасадных плит в зависимости от колебаний температуры наружного воздуха от —5 оС до 5 оС. Из графиков видно, что процесс окончания образования конденса-
го о.
>-I-
ш а а) с
а „ •- -1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
-11
и-—* :—-к 4,1?
/ *3,6
/
11 34
/1 2 3 4 5
1
1,1 Л '-и 7
1 , -2, 2
/
І- 1 4,26
1
1 ■
1 - ,02
колебания темп-ры наружного воздуха от -5 °С до +5 °С
колебания темп-ры наружного воздуха от -10 °С до -1 °С
время, час
го
о.
>> ь га
а
0) с і
5 -і -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11
„-И-* І 55 4,9
/
/ 2,8*
1
*п /1 2 3 4 5
/ 4 /
/ -и —1.С 8
\~2\
1 /
І
/_ / >,14
/
1 4 -7 ,59
колебания темп-ры наружного воздуха от -5 °С до +5 °С
колебания темп-ры наружного воздуха от -10 °С до -1 °С
время, час
Рисунок 3. Температура на внутренней поверхности фасадной плитки на откосе из цемента с мраморной крошкой толщиной 10 мм.
Рисунок 4. Температура на внутренней поверхности фасадной плитки на откосе из керамического гранита толщиной 10 мм.
3 2010 321
строительная теплофизика и энергосбережение
6
5
4
3
2
1
О
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
-11
■%1 — К 4, 97
/V 7
/
/ ,5
п 2 3 4 5
1 1
н 5>- '-Г 11 ‘ 1,о;
/ ,1
1 /
/' ■4,і;
/ 1
{- 6 97
1 а
колебания темп-ры наружного воздуха от -5 °С до +5 °С
колебания темп-ры наружного воздуха от-10 °С до-1 °С
время, час
Рисунок 5. Температура на внутренней поверхности фасадной плитки на откосе из цементной плитки толщиной 10 мм.
та наступает при Т = 0 °С и ф = 70%, при
' 1 р твоз.пр. 1
Т = 18 °С и ф = 80%, Т = 3,3 °С и ф = 90%.
р твоз.пр. р твоз.пр.
Выпадение к°нденсата на внутренней п°верхн°сти при Фвоз пр = 70% наступает через 0,5 ч., при ф = 80% — через 0,6 ч. и при ф = 90% — через 0,9 ч. Как видн°, к°лебание температуры наружн°г° в°здуха °т —5 °С д° +5 °С приводит к п°явлению на внутренней повер-хн°сти фасадн°й плиты к°нденсата в виде инея и частиц льда при температуре на п°верхн°сти °т —5 °С д°
0 °С и в виде капельн°-жидк°й влаги °т 0 °С д° 1,8 °С и 3,3 °С.
Таким образом установлено, что при резких колебаниях температуры наружного воздуха на
поверхности фасадных плит на относе, обращенных в вентилируемую воздушную прослойку, происходит образование конденсата. Осаждение частиц пыли будет на смоченных поверхностях вент-фасада. Особенно интенсивно этот процесс будет наблюдаться при резких колебаниях температур наружного воздуха.
Это подтверждается при вскрытии конструкций вентилируемых фасадов. Оседание частиц пыли происходит на тончайшей влажной пленке. На рис. 6. показаны схема «прилипания» частиц пыли к увлажненной поверхности конструкции венфасада, обращенной в прослойку, и на поверхности металлических крепежных элементов подсистемы (рис. 7). Кроме того, частицы пыли оседают на шероховатой поверхности минераловатных плит (рис. 7). На рис. 8 сфотографирована поверхность плиты из минеральной ваты, покрытая осевшей на нее пылью за 14 лет эксплуатации здания.
В связи с этим автором был исследован состав пыли, взятой из вентилируемой воздушной прослойки венфасада, находящегося 14 лет в эксплуатации в условиях г.Москвы.
В результате исследований образцов пыли были построены хроматограммы, позволяющие определить химический состав пыли, а также выделить вещества, содержащиеся в наибольших количествах. Также исследование пыли было проведено с помощью рентгенофлоурисцентного детектора. Анализ хроматограмм и результатов рентгеновских исследований показал, что в составе пыли преобладают фталаты и тяжелые металлы.
Таким образом, проведенные исследования
Рисунок 6. Схема адгезии частиц пыли к увлажненной поверхности фасадной плиты, обращенной в вентилируемый зазор, во влажной среде воздушной прослойки.
пт
Рис. 7. Характер отклонения частиц пыли на поверхности кронштейна в вентилируемой воздушной прослойке.
1 — кронштейн; 2 — частицы пыли на фронтальной поверхности; 3 — частицы пыли на кормовой поверхности.
Рисунок 8. Схема адгезии частиц пыли к поверхности мтераловатной плиты в вентилируемой воздушной прослойке.
1 — влажная поверхность минераловатных плит; 2 — частицы пыли.
строительная теплофизика и энергосбережение
позволили установить состав загрязняющих веществ, находящихся в вентилируемой воздушной прослойке, а также динамику движения частиц пыли в вентилируемых воздушных прослойках и механизм оседания частиц на элементах венфасада, обращенных в вентилируемую воздушную прослойку.
Литература
1 .Материалы к заседанию Экспертного совета по экологическому мониторингу, 3 февраля 2010 года.
2. Умнякова Н.П. Состояние утеплителя в навесных вентилируемых фасадах в условиях эксплуатации г.Москвы. Научно-техническая конференция «Современные фасадные системы: эффективность и долговечность». Сборник докладов. Москва, МГСУ, 21 ноября 2008 г. М.: МГСУ, 2008. — с.261-268.
3. Сорокин Н.С.,Талиев В.Н. Аспирация машин и пневмотранспорт в текстильной промышленности. М., 1978. — 216 с.
4. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. / Под.ред. Ю.А.Табун-щикова и В.Г.Гагарина. — 5-ое изд., пересмотр. — М., АВОК-ПРЕСС, 2006 г. — 256 с.
5. Умнякова Н.П. Особенности образования конденсата на поверхности защитного экрана в вентилируемых фасадах. Вестник МГСУ, №4, 2009 г.
— с.250-257.
Особенности эксплуатации конструкции вентфасадов в крупных мегаполисах
В статье проанализирован состав загрязня-
Рисунок 9. Поверхность плиты из минеральной ваты, обращенная в вентилируемую воздушную прослойку.
Хорошо видна запыленная поверхность утеплителя, простоявшая 14 лет в вентфасаде. Светлая поверхность минеральной ваты — вновь установленный утеплитель.
ющих веществ, находящихся в атмосферном воздухе городов, и состав пыли, осевшей на поверхностях навесного вентфасада со стороны воздушной прослойки, рассматривается динамика движения частиц пыли в вентилируемой воздушной прослойке вентфасада при различных температурах наружного воздуха и механизм оседания частиц пыли на поверхности элементов вентфасада, обращенных в вентилируемую воздушную прослойку.
The features of operation of aerated facade construction in large megacities by N.PUmniakova
This article presents results of contaminator composition analysis that presents in city air and particle composition analysis settled on the surfaces of ventilated facade sideways air cavity. The dynamic of particle motion inside the air cavity at a various external temperatures is considered the same as the mechanism of particle settlement on the ventilated facade surfaces turned into the ventilated air cavity.
Ключевые слова: вентфасад, частица пыли, число Рейнольдса, образование конденсата, колебание температуры, скорость воздушного потока, вентилируемая воздушная прослойка.
Key words: ventilated facade, dust particle, Reynolds number, sweating, temperature fluctuation, airspeed, ventilated air cavity.
