ДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ Текст научной статьи по специальности «Физика»

ХАРЛАМОВ И.В., ЧЕРКАШИН Г.В.

кам балок уложены профилированные листы. Снизу к профлисту посредством тяг подвеса крепится каркас подвесного потолка. Каркас снизу обшит листом влагостойкого гипсокар-тона толщиной 12,5 мм. Образованное внутреннее пространство перекрытия заполнено пенобетоном плотностью 300 кг/м2. Сверху профилированного листа выполнен выравнивающий слой из пенобетона.

Рисунок 6 - Конструкция перекрытия

Расчеты каркаса представленного решения показали значительное снижение расхода стали по сравнению с классическими каркасными системами. Расход составляет около 20 кг металла на 1 кв. м общей площа-

ди дома, что в 2,7 раз меньше применяемых ранее.

Однако столь существенная экономия металла является не единственным преимуществом данной системы.

Наружные стены, выполненные из легких материалов, являются самонесущими. Их конфигурация, размеры дверных и оконных проемов не ограничиваются необходимостью обеспечить их высокую прочность для восприятия нагрузок. Это дает большую свободу фантазии при проектировании фасадов и разработки и архитектурно-художественного образа.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дмитриев Л.Г, Касилов А.В. «Вантовые покрытия». Расчет и конструирование. Киев, 1974. 272с.

2. Беленя Е.И «Металлические конструкции». - 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1998. - 760 с.:ил.

3. Ружинский С. И др. // Все о пенобетоне. - 2-е изд. , улучшенное и дополн. - Спб, ООО «Строй-бетон», 2006 - 630с.

УДК 699.86.004.18

ДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ

Е.В. Хатина

Исследована зависимость термического сопротивления слоя теплоизоляции одинаковой толщины при различной мощности источника и различной скорости обдува. Полученные результаты подтверждают эффект динамической теплоизоляци. Ключевые слова: динамическая теплоизоляция, термическое сопротивление.

Все утепляющие материалы хороши сами по себе там, где нет массопереноса или где средне зимняя наружная температура не переходит через ноль градуса Цельсия.

Поскольку в Алтайском крае средне зимняя температура минус 18°С, то точка росы всегда попадает на слой утеплителя или на границу между утеплителем и несущей стеной.

Поэтому, с одной стороны, утеплитель разрушается из-за образующегося слоя льда на элементах утепляющего материала и сил морозного пучения, с другой стороны, наличие влажного слоя на границе между утеплителем и несущей стеной, а также в толще утеплителя не позволяет за летний период высушить эту зону в существующих конструк-

циях утепляющих слоёв, что с годами ведёт к возрастанию скорости разрушения утеплителей и стены (их деструкции).

Опыт эксплуатации наружных стеновых панелей в панельных зданиях подтверждает этот факт.

Поэтому возникает необходимость разработки конструкций и технологии устройства утепляющего слоя, лишенного этих недостатков.

Один из путей решения: для эффективного утепления существующего жилищного фонда необходим материал, обладающий высокой паропроницаемостью, долговечностью и ремонтопригодностью.

Таким материалом может являться засыпной утеплитель из гранул вспененного

пенополистирола, обеспечивающий эффект динамической теплоизоляции[3] и имеющий возможность самостоятельно вентилироваться круглый год.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ

Для исследования эффекта динамической теплоизоляции были решены следующие задачи:

1. Определение излучения средней теплоотдачи нагревателя при свободном движении воздуха[1,2].

Цель: изучение механизма процесса теплообмена при свободной конвекции; определение коэффициента теплоотдачи опытным методом; исследование закономерности изменения коэффициента теплоотдачи утеплителя в свободном потоке воздуха от температурного напора; использование метода исключения лучистой составляющей теплового потока; определение зависимости коэффициента теплоотдачи от продольной координаты и скорости движения воздуха.

Полная плотносттеплового потока находится из соотношения

Токр = гжр + 273 , К

(4)

О Вт

ч = Р ■ ~

р м

(1)

где О - мощность нагревателя, Вт; р - пло-

2

щадь поверхности нагревателя, м .

Средняя температура поверхности нагревателя определяется по данным измерений

гп = Агп + г ж, °С

(2)

г =6

М

где Агс —- - среднее значение избы-

г=1 6

точной температуры между температурой на поверхности нагревателя и температурой воздуха в воздушном зазоре, оС; Агг - значение избыточной температуры в отдельных точках между температурой на поверхности нагревателя и температурой воздуха в воздушном зазоре, оС; гж - температура воздуха

в воздушном зазоре, оС.

Определяется средняя абсолютная температура поверхности нагревателя

Тс = гс + 273 , К (3)

где гс - средняя температура поверхности

нагревателя, оС.

Определятся средняя абсолютная температура окружающих тел (на границе излучения)

где гокр - средняя температура окружающих

тел (на границе излучения), оС.

Плотность теплового потока, обусловленную тепловым излучением поверхности нагревателя, находится расчетным путем с помощью зависимости

Чи = с

пр

Т Т Вт

И с \ 4 / °кр \ 4\

- ^зт) ), —г

100

100

(5)

м

где Тс - абсолютная температура поверхности нагревателя, К; Токр - абсолютная температура окружающих тел (на границе излучения), К; спр - приведенная излучательная

способность, Вт/(м2 К4).

Конвективная составляющая плотности теплового потока выражается разностью полной плотности теплового потока и плотно-

Вт

сти потока излучения чк = ч - чи, ——

м

где ч - плотность теплового потока, Вт/м ; Чи - плотность теплового потока, обусловленная тепловым излучением, Вт/м .

Средний коэффициент конвективной теплоотдачи от поверхности нагревателя к воздуху рассчитывается по уравнению

Чк Вт

а =

Аг„

°С • м2

(6)

где чк - конвективная составляющая плотности теплового потока, Вт/м2; Агс - среднее

значение избыточной температуры между температурой на поверхности нагревателя и температурой воздуха в воздушном зазоре, оС.

Полученные результаты обработки данных представляются в виде графика зависимости коэффициента теплоотдачи от температурного напора а = /(Аг), а также в безразмерном виде в форме зависимостей Ш = / (Ог • Рг), Ж = / (Яе).

Для получения данных зависимостей методом интерполяции находятся следующие коэффициенты: Л, V, Рг, взятые по значению температуры воздуха в воздушном зазоре. Для каждого сечения по высоте установки (х = 0,18 (0,56; 0,94) м.) определяются:

- среднее значение избыточной температуры в сечении г=2 Аг

Агс =1^, °С (7)

г=1 2

где Дtj - значение избыточной температуры

слева - справа от нагревателя между температурой на поверхности нагревателя и температурой воздуха в воздушном зазоре, оС.

- средний коэффициент конвективной теплоотдачи от поверхности нагревателя к воздуху в сечении

дк Вт

а =

Дг оС ■ м2

(8)

где дк - конвективная составляющая плотности теплового потока, Вт/м2; Atc - среднее

значение избыточной температуры в сече-нии,оС.

- число Нуссельта

Ш = ——, Лж

где ах - средний коэффициент конвективной

теплоотдачи от поверхности нагревателя к воздуху в сечении, Вт/(оС м2); х - координата

термопары, м; Лж - теплопроводность воздуха, взятая по температуре воздуха в воздушном зазоре, Вт/(оС м).

- коэффициент Прандтля - Грасгофа

Рг-Сг = Я-в-Д' ■рг,

V

где я - ускорение свободного падения, м/с2; в = - коэффициент объемного расши-

t окр

рения, 1/оС; tокр - средняя температура окружающих тел (на границе излучения), оС; Дt -среднее значение избыточной температуры в сечении между температурой на поверхности нагревателя и температурой воздуха в воздушном зазоре, оС; х - координата термопары, м; V - кинематический коэффициент вязкости, м2/с; Рг - критерий Прандтля, взятый по температуре воздуха в воздушном зазоре.

- число Рейнольдса

(0„ ■ X

Яе =

vж

2. Определение границы излучения Цель: определить долю каждой составляющей теплового потока на свойства утеплителя [1,2].

Граница излучения определяется в следующей последовательности:

Определяется коэффициент теплопроводности материала утеплителя

Л =

О-5

Вт

(П -12) ■ ¥ оС-м

(9)

где О - мощность нагревателя, Вт; 5 - толщина утеплителя, м; Й - температура на поверхности нагревателя, оС; 12 - температура

на поверхности утеплителя, оС; ¥ - площадь

2

поверхности нагревателя, м .

Вычисляется сопротивление теплопередаче

„ 5 оС ■ м2

Я = — , --(10)

Л Вт

где 5 - толщина утеплителя, м; Л - коэффициент теплопроводности, Вт/(оС м).

Рассчитывается приведенный коэффициент теплоотдачи 1 Вт

апр = Я ■ тс—г (11)

Я С ■ м

где Я - сопротивление теплопередаче, (оС м2)/Вт.

Вычисляется плотность теплового потока

О Вт Ч = т:, ~т

¥

(12)

м

где О - мощность нагревателя, Вт; ¥ - пло-

2

щадь поверхности нагревателя, м .

Определяется значение избыточной температуры между температурой на поверхности нагревателя и температурой воздуха в воздушном зазоре

Дt = t -1 , оС

с с гиг '

(13)

где tc - температура на поверхности нагревателя, оС; tж - температура воздуха в воздушном зазоре, оС.

Рассчитывается конвективная составляющая теплового потока Вт

Чк =апр Дс, — (14)

м

где апр - приведенный коэффициент теплоотдачи, Вт/(оС м2); Дtc - значение избыточной температуры между температурой на поверхности нагревателя и температурой воздуха в воздушном зазоре, оС.

11 41 12 13

.251.25 ,37,5 , 37,5 , 75 . 75 , 37,5 ,37,5 ,25 [25

552

Рисунок 1 - Граница излучения для пенопо-листирола крупной фракции (опыт №10, Р=33Вт/м2, У=1м/с)

Рисунок 2 - Граница излучения для пенопо-листирола мелкой фракции (опыт №23, Р=33Вт/м2, У=1 м/с)

Рассчитывается плотность теплового потока, обусловленная тепловым излучением

Вт

чи = ч - чк, —

(15)

м

где ч - плотность теплового потока, Вт/м ;

чк - конвективная составляющая теплового потока, Вт/м2.

Определяется абсолютная температура на границе излучения (окружающих тел)

Т°кр = 100 • 4

(!±л4 - ^ , К (16)

100' Спр

где Тс = гс + 273 - абсолютная температура нагревателя, К; гс - температура на нагревателе, оС; чи - плотность теплового потока, обусловленная тепловым излучением, Вт/м2; спр - приведенная излучательная способность, Вт/(м2 К4).

Вычисляется температура на границе излучения

г°кр = Т°кр - 273 , °С

(17)

где Т°кр - абсолютная температура на границе излучения (окружающих тел), К.

Определяется расстояние от нагревателя до границы излучения по графику распределения температур по высоте и по сечению (в мм.).

3. Изложение результатов исследований На основании методик, изложенных выше, строятся графики зависимости коэффициента теплоотдачи от числа Прандтля -Грасгофа, числа Рейнольдса и температурного напора, а также графики, показывающие границу излучения для каждого материала.

5(121 4:

Рисунок 3 - Граница излучения для минеральной ваты (опыт №3б, Р=33 Вт/м2, У=1 м/с)

ВЫВОДЫ

1. Термическое сопротивление слоя теплоизоляции одинаковой толщины при одинаковой мощности источника зависит от увеличения скорости обдува следующим образом: с увеличением скорости обдува термическое сопротивление уменьшается. Терми-

60

50

40

30

1 45 32

33

34

5 45 3

50

0

30

24

1 43 22

23

24

5 44 2

60

50

40

30

7

20

0

41

5 42 1

32

ческое сопротивление при любой скорости обдува в зависимости от материала утепления уменьшается в следующей последовательности:

-Пенополистирол мелкой фракции;

- Минеральная вата;

- Пенополистирол крупной фракции.

2. Термическое сопротивление слоя теплоизоляции одинаковой толщины при одинаковой скорости обдува зависит от увеличения мощности источника следующим образом: с увеличением мощности источника термическое сопротивление увеличивается. Термическое сопротивление при любой мощности источника в зависимости от материала утепления уменьшается в следующей последовательности:

-Пенополистирол мелкой фракции;

- Минеральная вата;

- Пенополистирол крупной фракции.

3. Доля излучения в пенополистироле крупной фракции находится в диапазоне 33 -48%, конвекции - 51 - 66%;

Доля излучения в пенополистироле мелкой фракции находится в диапазоне 9 - 17%, конвекции - 82 - 90%;

Доля излучения в минеральной вате находится в диапазоне 24 - 33%, конвекции -75 - 66%.

Во всех материалах утепления доля теплопроводности составляет менее 1%.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Богословский В.Н. Строительная теплофизика: Учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 1982. -415 с.

2. Воскресенский К.Д. Сборник расчётов и задач по теплопередаче. — М.: Госэергоиздат, 1959. - 355 с.

3. Строительство и архитектура. Сер 10. Инженерно-теоретические основы строительства. Экспресс-информация. 1986, вып. 4, 20 с.

УДК 624.131.23

ОБСЛЕДОВАНИЕ АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ «БИЙСК -КАРАБИНКА - ГРАНИЦА РЕСПУБЛИКИ АЛТАЙ» С ЦЕЛЬЮ ВЫЯВЛЕНИЯ ПРИЧИН РАЗРУШЕНИЯ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

Б.М. Черепанов, Т.С. Бодосова

В работе представлены результаты детального обследования проблемных участков автомобильной дороги регионального значения «Бийск - Карабинка - граница Республики Алтай». Разработаны рекомендации по ликвидации повреждений земляного полотна и дорожной одежды.

Ключевые слова: автомобильные дороги, морозное пучение грунтов, износ дорожных одежд, увлажнение земляного полотна, физико-механические свойства грунта.

ВВЕДЕНИЕ

В процессе эксплуатации, с момента постройки, дорожные одежды автомобильных дорог получают значительные повреждения. Устранение последствий повреждений методом ежегодного ямочного ремонта, проводимого на дороге в весенне-летний периоды, не устраняет дальнейшего разрушения, а лишь позволяет обеспечивать проезд автомобильного транспорта. Многочисленные существующие мероприятия не всегда являются эффективными и экономически выгодными для конкретной дороги из-за инженерно-

геологических и климатологических особенностей региона.

ОБЪЕКТЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Зима 2009-2010 годов оказалась очень суровой для Алтайского края. Весна затяжной. По мере оттаивания нижних слоев дорожных сооружений, возникали большие разрушения, вызвавшие аварийную ситуацию на дорогах. Для исследования выбрана одна из наиболее деформированных весной 2010 года на территории Алтайского края - автомобильная дорога «Бийск - Карабинка - граница Республики Алтай» (рисунок 1).