CC BY
36
ВЕСТНИК 3/2011
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УВЛАЖНЕНИЯ ПАРООБРАЗНОЙ ВЛАГОЙ ФРАГМЕНТОВ ОГРАЖДЕНИЙ В КЛИМАТИЧЕСКОЙ КАМЕРЕ
EXPERIMENTAL STUDIES OF WETTING BY VAPOR MOISTURE OF BARRIER FRAGMENTS IN A CLIMATE CHAMBER
И. Ш. Сафин, В. H. Куприянов I. Sh Safin, V.N. Kupriyanov
КГАСУ
Представлены результаты экспериментальных исследований влажностного состояния модельной ограждающей конструкции в климатической камере с холодным и теплым отсеками.
The results of experimental studies of the humid state model enclosing structure in a climate chamber with cold and warm bays.
В комплексе мер по энергосбережению большое значение имеет повышение теплозащиты ограждающих конструкций зданий. В соответствии с введенными в действие новыми нормативами по теплозащите зданий [5,6] значительно возросли теплотехнические требования к ограждающим конструкциям. В связи с этим в современном строительстве широкое распространение получили многослойные ограждающие конструкции с применением пористых теплоизоляционных материалов. Данные материалы обладают повышенными теплозащитными свойствами и позволяют уменьшить толщину и вес ограждающих конструкций. В то же время долговечность и эксплуатационные свойства таких конструкций в значительной степени определяются их влаж-ностным режимом
Нормативные документы [5,6] основное внимание уделяют формированию ограждающей конструкции с позиции энергосбережения, остальные параметры теплозащиты оказываются вторичными (увлажнение ограждений парообразной влагой, воздухопроницаемость и др.) оценка которых идет по принципу соответствия или несоответствия требованиям СНиП. Классический метод расчета влажностного состояния ограждений при действии парообразной влаги Власова-Фокина [6,7] в настоящее время остается основным.
Целью данной статьи является экспериментальное исследование в климатической камере влажностного состояния двух вариантов модельной ограждающей конструкции, утепленной с наружной стороны и не утеплённой.
В качестве модельной ограждающей конструкций принято, двухслойное ограждение, оштукатуренное со стороны теплого отсека. Выбор испытуемой стеновой кон-
3/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
струкции обусловлен широким применением её в практике строительства в выбранном климатическом регионе. Характеристики материалов и слоев приведены в табл. 1.
Таблица 1
Характеристики материалов, принятые для расчетов
№ п/п Материал слоя (от холодной поверхности к теплой) Толщина слоя, м Плотность материала, кг/м3 Расчетный коэффициент теплопроводности (Б), Вт/(м-°С) Расчетный коэффициент паропроницаемости, мг/(м-ч-Па)
1 Плиты ЯОСКЖООЬ ВЕНТИ БАТТС (данные производителя) 0,1 90 0,041 0,3
2 Кладка из силикатного кирпича (ГОСТ 379) на Ц.-П. растворе 0,25 1800 0,87 0,11
3 Штукатурка 0,015 1800 0,93 0,09
Эксперимент выполнен в климатической камере имеющей два отсека: теплый и холодный (рис.1.). Образец модельного ограждения размером 1,5x1,5 м располагается в перегородке между теплым и холодным отсеками. Для расчетов паропроницаемости стен и определения плоскости конденсации в строительных нормах принимается средняя температура холодного периода. В реальных условиях эксплуатации действуют так называемые «волны холода» различной продолжительностью и температурой отличной от расчетных величин. В эти промежутки различными порциями в ограждении накапливается конденсированная влага[5]. Для оценки этих случаев в холодном отделении камеры поддерживалась температура -32±1 0С, температура холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 для города Казани. В теплом отделении камеры поддерживалась температура +20±0,1 °С при относительной влажности 35-50%.
а б
Рис. 1. Схема (а) и общий вид (б) климатической камеры: 1 - холодная камера; 2 - теплая камера; 3 - холодильный агрегат; 4 - нагревательное устройство и увлажнитель; 5 - разделительная перегородка; 6 - испытуемая конструкция или материал; 7, 8 - герметичные двери в холодную и теплую камеры
В ходе эксперимента контролировалось сопротивление теплопередаче по ГОСТ [2]. Для этого были установлены датчики тепловых потоков на поверхности конструк-
ВЕСТНИК МГСУ
3/2011
ции со стороны теплого отсека. Для измерения температуры воздуха в теплой и холодной камерах, температур на поверхностях испытуемых ограждающих конструкций использовался измерительный комплекс ИТП-МГ 4.03.10 - «Поток». Для поддержания заданных температур и влажности воздуха в теплой камере использовался электронный регулятор МПРК-24. Относительная влажность воздуха и температура в толще конструкции определялась регистратором температуры и влажности ТЕРЕМ-3.2. В ходе эксперимента измерялись значения температуры и относительной влажности воздуха в толще ограждающей конструкции.
Для нахождения действительных значений относительной влажности воздуха и температуры внутри кирпичной кладки высверливались отверстия на глубину 50 мм, 100 мм, 150 мм. В них устанавливались датчики относительной влажности и температуры В5-В7 прибора ТЕРЕМ-3.2. Отверстия заполнялись кирпичной крошкой и с поверхности конструкции зачеканивались раствором. Расположение остальных датчиков показано на рис. 3.
а б
Рис. 2. Схема размещения датчиков температуры и влажности (В1-В8): а) кирпичная стена со штукатуркой; б) кирпичная стена со штукатуркой утеплённая минеральной ватой. 1 - минеральная вата толщиной 100 мм; 2 - кладка из силикатного кирпича толщиной 250мм; 3 - штукатурка из цементно-песчаного раствора толщиной 15мм
* » « . 1® 15
Рис. 3. Графики распределения относительной влажности воздуха полученные расчетным^) и экспериментальным^) путем ,температуры (1) по толщине ограждающей конструкции: а) кирпичная стена со штукатуркой; б) кирпичная стена со штукатуркой утеплённая минеральной ватой.
Обработка результатов измерений выполнялась после проведения соответствующих циклов испытаний, вычисляя значения контролируемого параметра, как среднее арифметическое результатов для всех испытаний с точностью до одного знака после запятой.
Результаты эксперимента по измерению температуры и влажности воздуха по сечению ограждения представлены в виде графиков на рис. 3. Числовые величины относительной влажности и температуры приведены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты вычислений, полученные по экспериментальным данным
Показания датчиков Кирпичная стена без утеплителя, рис.3а
Нар. воздух В-8 В-5 В-6 В-7 В-1 В-2 Вн. воздух
Относительная влажность, % 62,6 84,4 100,0 100,0 100,0 99,2 68,4 42,5
Температура, 0С -30,1 -25,4 -20,4 -15,1 -11,5 0,8 1,5 17,8
Показания датчиков Кирпичная стена, утеплённая минватой, рис.3б
Нар. возДух В-3 В-4 В-8 В-5 В-6 В-7 В-1 В-2 Вн. воздух
Относительная влажность, % 81 88,8 36,3 14,8 100,0 100,0 100,0 100,0 76,6 57,3
Температура, °С -31,1 -28,1 -10,3 11,6 13,3 13,7 14,1 16,2 17,7 18,8
Из рис.3 и табл.2 видно, что в основном сечении ограждений конструкции относительная влажность воздуха составляет 100%. В стене с утеплением в слое минвата-кирпич относительная влажность воздуха составляет 14,8%, возрастая к наружной поверхности до 88,8%.
На рис.3 приведена кривая относительной влажности воздуха по сечению ограждения полученная расчетным путём по методу Власова-Фокина через отношение действительной упругости водяного пара по сечению конструкции (е) к максимальной (Е) по известной формуле ф=(е/Е)-100%. Можно видеть, что расчетный метод оценки ф1 (рис.4) по сечению ограждения не совпадает с экспериментальным ф2, хотя граничные температурные условия были одинаковыми. Этот факт требует дополнительного изучения и объяснения.
Относительная влажность воздуха в 100% по сечению ограждающей конструкции, полученная в эксперименте должна приводить к увеличению влажности материалов стены. Для оценки сорбционной влажности материалов по сечению испытанных конструкций ограждений были использованы экспериментальные значения температур и относительной влажности воздуха и справочные данные А.У. Франчука [8] по сорбционной влажности материалов, рис.4, табл.3
Между внутренней штукатуркой и кирпичной кладкой выявлено переувлажнение материалов. Между слоем минеральной ваты и кирпичной кладки наоборот - наблюдается уменьшение влажности материалов. Причиной этого авторы видят в различной величине паропроницаемости отдельных слоев[3,4]: у штукатурки Сш=цш/ош=0,09/0,015=6 мг/м2ч, а у кирпичной кладки Скл= Цкл/®кл =0,11/0,25=0,44мг/м2-ч. То-есть перед слоем кладки будет задерживаться Сш-
ВЕСТНИК 3/2011
Скл=6_0,44=5,56 мг/м2-ч. В сечении кладка - минеральная вата картина обратная, то-есть 0,44 мг прошедшие через кладку легко удаляются минеральной ватой («пропускная способность» слоя минеральной ваты Смв=цмв/ямв =0,3/0,1= 3 мг/м2-ч.)
ей, % со. %
Рис. 4. Графики распределения сорбционной влажности материалов (га, %): а) кирпичная стена со штукатуркой; б) кирпичная стена со штукатуркой утеплённая
минеральной ватой.
Таблица 3
Числовые величины сорбционной влажности материалов (га, %)_
Кирпичная стена без утеплителя, рис.3а
В-8 В-5 В-6 В-7 В-1 В-2
сорбционная влажность,ю,% 1,52 2,15 2,10 2,08 2,06/5,1 3,5
Кирпичная стена, утеплённая минватой, рис.3б
В-4 В-3 В-8 В-5 В-6 В-7 В-1 В-2
сорбционная влажность,ю % 0,031 0,023 0,019/ 0,5 1,9 1,9 1,94 1,98/ 5,2 3,4
Из данных, рис.4 и табл.3 следует, также, что величина сорбционной влажности испытанных конструкций при граничных условиях температур -32°С и +20°С соответствует требованиям табл.12 СНиП [5].
Литература
1. О. Е. Власов Основы строительной теплотехники. М., 1938
2. ГОСТ 26254-84 «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций».
3. В.Н.Куприянов, И.Ш.Сафин, А.Г.Хабибуллина К вопросу о паропроницаемости ограждающих конструкциях . // РААСН ЛСЛВЕМ1Л Строительство и архитектура, М, 2009 г.№5 с.504-507.
4. В.Н.Куприянов, И.Ш.Сафин Паропроницаемость и проектирование ограждающих конструкции. // РААСН ЛСЛБЕМ1Л Строительство и архитектура, М, 2010г. №3 с.385-390.
5. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».
6. СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».
7. К.Ф.Фокин Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. - М.: изд. АВОК-ПРЕСС, 2006.
8. А.У. Франчук Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов. - М.: НИИСФ, 1969. - 143.
References
1. O.E. Vlasov, Fundamentals of Building Heat Engineering. MA, 1938
2. GOST 26254-84 "Buildings. Methods for determining the resistance to heat transfer walling.
3. V.N. Kupriyanov, I.Sh. Safin, A.G. Khabibullina. On the water vapor permeability. Walling. // RAASN ACADEMIA Construction and Architecture, M, 2009, № 5 s.504-507.
4. V.N. Kupriyanov, I.Sh. Safin. Water vapor permeability and design envelope design.// RAASN ACADEMIA Construction and Architecture, M, 2010. № 3 s.385-390.
5. SNiP 23-02-2003 "Thermal protection of buildings."
6. SP 23-101-2004 "Design of thermal protection of buildings."
7. K.F. Fokin Building heat engineering envelope of the building. - Moscow: ed. Avoca Press, 2006.
8. A.U. Franchuk Tables of thermal performance of building materials. - M.: NIISF, 1969. - 143.
Ключевые слова: климатическая камера, ограждающая конструкция, сорбционная влажность, паропроницаемость, датчики.
Key words: climate chamber, enclosing structures, sorption moisture vapor transmission, water vapor permeability, sensors.
420043, Республика Татарстан, г. Казань, ул.Зеленая, д.1 КГАСУ; тел.(843) 526-93-42, факс(843) 238-79-72 (для Куприянова В.Н.)
kuprivan@,ksasu.ru
Сафин Ильдар Шавкатович
420043, Республика Татарстан, г. Казань, ул.Зеленая, д.1, КГАСУ; тел. (843)526-93-42(каф'),факс (843)238-79-72(для СафинаКШ.);
zavlab17@rambler.ru
Рецензент: Абдрахманов Идрис Сабирович, доктор технических наук, заместитель генерального директора по науке ГУП «Татинвестгражданпроект»
