ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОКЛИМАТА В ПОМЕЩЕНИЯХ С ПОВЫШЕННОЙ ВЛАЖНОСТЬЮ, С УЧЕТОМ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Особенности формирования микроклимата в помещениях с повышенной влажностью, с учетом теплотехнических характеристик ограждающих конструкций

Калинина Алина Игоревна

старший преподаватель кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела, Воронежский государственный технический университет, alina27.03@mail.ru

Макаров Артем Русланови

старший преподаватель кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела, Воронежский государственный технический университет, am6729382@rambler.ru

Аралов Егор Сергеевич

аспирант кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела, Воронежский государственный технический университет, vgtu.aralov@yandex.ru

Постановка задачи: Используемый в ограждающих покрытиях материал в результате эксплуатации теряет свои основные характеристики под воздействием окружающей среды. Стоит задача - проверить обеспечение тепловой защиты в здании и определить потерю плотности пенополистерола с истечением времени его использования. Рассмотреть величину фактического сопротивления теплопередаче для разной толщины теплоизоляционного слоя кровли.

Результаты: Результаты исследований показали, что в исследуемом помещений величина фактического сопротивления теплопередаче не удовлетворяет нормируемому значению, следовательно, требуется увеличить теплоизоляционный слой кровли, а также влажность воздуха у поверхности кровли превышает нормативные значения 90% (>67%), что является не допустимым для нашего здания. После обследования утеплителя для плит определили, что проектная плотность не соответствует фактической, в связи с истечением времени эксплуатации.

Выводы: Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций (для перекрытий R0 - 3,01 м2 °С/Вт) не обеспечивают благоприятные параметры микроклимата в бассейне, следовательно, для решения этой проблемы, нужно повысить теплоизоляционный слой кровли примерно на 0,05 м. Ключевые слова: микроклимат, теплотехнический расчет, воздухообмен, ограждение, утеплитель, кровля.

Введение. Теплотехнические качества ограждающих конструкций влияют на важные характеристики микроклиматических показателей помещений. При нарушении технических параметров строительного материала следует ожидать, что расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию зданий за отопительный сезон увеличится, обеспечение нормативной температуры, и влажности воздуха в помещении не будет выполняться, срок эксплуатации ограждающих конструкций уменьшится.

Исходными данными для проведения теплотехнического расчета ограждающих конструкций для зданий и сооружений с повышенной влажностью, являются параметры наружного воздуха, принимаемые по [1] и параметры внутреннего воздуха.

Для Воронежской области, в соответствии с [1] параметры наружного воздуха сведены в таблицу 1

Таблица 1

Средняя температура наружного воздуха за отопительный период, ^р.о,°С, -3,1

Средняя продолжительность отопительного периода z, сут 196

Минимальная из средних скоростей ветра по румбам за июль, м/с 3,3

Зона влажности территории сухая

Расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки, °С -26

Температура, относительная влажность и температура точки росы внутреннего воздуха помещений плавательных бассейнов, предусматриваемые действующими нормами [2, 3], представлены в таблице 2

Таблица 2

сч о см

со

О!

Температура воздуха внутри здания tв, °С Относительная влажность внутри здания Ф в, % Температура точки росы td, °С

27 67 20

о ш т

X

<

т О X X

1. Обеспечение тепловой защиты. Согласно [4]

приведенное сопротивление теплопередаче наружных ^

ограждений 0 м2 °С/Вт, должно приниматься не ниже нормируемых значений Rred, которые устанавливаются по таблице 3 в зависимости от градусо-суток отопительного периода Dd, °Ссут:

Dв = (1в - 1ср,о) z, (1)

где - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С,

1ср.о, - средняя температура наружного воздуха отопительного периода, °С,

z - продолжительность отопительного периода, сут.

Определяем количество градусо-суток отопительного периода по формуле (1) Dd =(27+3,1) 196=5899,6°Ссут Исследования проводились на объекте г. Воронеж в Северном районе. В процессе исследований определяли особенности формирования микроклимата в здании с учётом теплотехнических характеристик ограждающих конструкций [4,12,13].

Температурно-влажностный режим в бассейне исследовали три раза в сутки (в 7, 14 и 21 ч).

Температуру измеряли аспирационным психрометром Ассмана. На основании показаний сухого и влаж-ностного термометров рассчитывали величину относительной и абсолютной влажности, дефицита насыщения и точки росы. Для расчётов использовали психометрические таблицы [5,7,14].

Одновременно учитывали наружные метеорологические факторы (температура, влажность, скорость ветра, барометрическое давление).

Два раза в сезон в течение трёх смежных дней измеряли температуру внутренних поверхностей стен и перекрытий помещений. Температуру стен измеряли на высоте 1,5 м от пола в точках, равноудаленных от угла помещений, пола и потолка. Температуру перекрытий (потолка) замеряли в трёх зонах по диагонали помещения дважды в сутки, используя электро термометр ПЭТ-2 [8].

Таблица 3

Нормируемые значения сопротивления теплопередаче

Здания и помещения Градусо-сутки отопительного периода Dd, °С-сут Нормируемые значения сопротивления теплопередаче покрытий Rred, м2-°С/Вт,

Общественные, административные и бытовые и другие здания и помещения с влажным или мокрым режимом 2000 2,4

4000 3,2

6000 4,0

8000 4,8

10000 5,6

12000 6,4

где т — масса пенополистирола, кг; V — объем образца, м3; W — влажность образца, %.

При обследовании были получены следующие результаты:

- для 1-го образца

W1 =(600-400)/(400)*100=50%, р1= 0,6/0,016(1+0,01*50)=25 кг/м3

- для 2-го образца

W 2=(900-400)/(400)*100=125%, р2= 0,9/0,016(1+0,01*125)=25 кг/м3

- для 3-го образца

W3 =(1100-400)/(400)*100=175%, р3= 1,1/0,016(1+0,01*175)=25 кг/м3 Таким образом, массовая влажность всех 3-х образцов пенополистирола колеблется от 50 до 175 %, а плотность составляет р=25 кг/м3.

Проектная плотность утеплителя для плит ПСБ-15 не соответствует фактической плотности [6]. По результатам замера фактической плотности материал должен быть отнесен к марке ПСБ-25.

В расчет теплозащиты существующего кровельного покрытия принимаем материалы с теплотехническими показателями из таблицы 4 [5].

Определим условное сопротивление теплопередаче без швеллера для условий эксплуатации Б, определенных в зависимости от влажностного режима помещений и зон влажности по [4,11].

Таблица 4

Расчетные теплотехнические показатели материалов су-

По таблице 3 методом интерполяции определяем нормируемое сопротивление теплопередаче для покрытия Rred = 3,97 м2°С/Вт.

2. Определение плотности пенополистирола [5].

Влажная проба материала непосредственно после извлечения из конструкции взвешивалась, а затем высушивалась до постоянного веса и снова взвешивалась.

Для составления расчета было исследовано 3 пробы. 1-я проба взята в верхней части ската кровли; 2-я проба - в средней части; 3-я проба - в нижней части.

Массовую влажность образца W, %, вычисляли по формуле

т.

(2)

Материал Характеристики материалов в сухом состоя- Расчет- Расчетные коэффициенты

нии ное

Плот- Удель- Коэф- мас- тепло- паро-

ность ная фици- совое провод- прони-

10, тепло- ент отно- ности цаемо-

кг/м3 ем- тепло- ше- сти Ц,

кость с0, кДж/(кг- провод-ности ^0, Вт/ ние влаги в ма- Вт/(м-° С) мг/(м-ч-Па)

°С) (м-°С) тери-але w, %

Ж/б плита, 2500 0,84 1,69 3 2,04 0,03

б=0,03м

Воздушная

прослойка б=0,005м

Пароизоляция

Пенополисти- 25 1,34 0,039 12 0,041 0,035

рол ПСБ-25 б=0,110м ГОСТ

15588-86

Рубероид б=0,005м 600 1,68 0,17 0 0,17 -

Стальной про-

филированный

настил

х х О го А С.

X

го т

о

где т — масса образца до высушивания, г; т1— масса образца после высушивания, г. Плотность пенополистирола р, кг/м3, вычисляли по формуле

Р =

^(1 + 0,0 ЦТ)

(3)

Величину фактического сопротивления теплопередаче Rо, м2-°С/Вт, определяют в соответствии с принятой конструкцией ограждения по формуле [5]

Ro = Rв + Rк + Rн , (4)

где Rв=1/aв - сопротивление теплопередаче внутренней поверхности, м2-°С/Вт;

ю О

м

см

0 см

со

01

о ш т

X

3

<

т О X X

ав=8,7- коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/м2 оС;

Rн=1/ан - сопротивление теплопередаче наружной поверхности, м2°С/Вт;

ан = 23 - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2-°С);

Rк - термическое сопротивление ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями, м2°С/Вт.

Величину Rк определяют как сумму термических сопротивлений отдельных слоев:

Rк = R1 + R2 +...+ Rn + Rв.п. , (5)

где R1; R2;...Rn - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м2°С/Вт;

Rв.п. - термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки, принимаемое по [3].

Термическое сопротивление каждого слоя однородной ограждающей конструкции R1; R2;. определяют по формуле

£

^п, м2-°С/Вт

(6)

Материал Плотность у, кг/м3 Влажность материала, %

массовая объемная

Пенополистирол 25 5 12

ния профилированного настила [7,10]. Площадь при-точно-вытяжных отверстий должна быть не менее площади сечения вентилируемой прослойки. Предлагаемый состав кровельного покрытия представлен в таблице 6.

Таблица 6

Расчетные теплотехнические показатели материалов

R = Х , где 5 - толщина слоя, м;

X - коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м-°С).

Фактическое сопротивление теплопередаче определяем по формуле (4):

Rо=1/8,7 + 0,03/2,04 + 0,13 + 0,110/0,041 + 0,005/0,17 + 1/23 = 3,01 м2°С/Вт

3,01 м2 °С/Вт < Rred = 3,96 м2 °С/Вт Величина фактического сопротивления теплопередаче не удовлетворяет нормируемому значению, определенному по таблице 3. Требуется увеличение теплоизоляционного слоя кровли.

Проведенные исследования показали, что влажность воздуха у поверхности кровли превышает нормативные значения 90% (>67%). Результаты измерений влажности по формуле (2) сопоставляем с нормативными требованиями [4,9,15] или данными, приведенными в таблице 5.

Таблица 5

Материал Характеристики ма- Расчет- Расчетные

териалов в сухом ное коэффициенты

состоянии массо-

Плот Удель- Коэф- вое от- тепло- паропро-

ност ная фици- ноше- провод- ницае-

ь у0, тепло- ент ние ности мости Ц,

кг/м3 ем- тепло- влаги в X, мг/(м-ч-П

кость с0, кДж/ про-водно- материале Вт/(м-° С) а)

(кг-°С) сти Х0, Вт/ (м-°С) w, %

Ж/б плита, 2500 0,84 1,69 3 2,04 0,03

б=0,03м

Парогдроизо-

ляция (1 слой

мастики + 1

слои рулонного

материала типа Техноэ-

ласт, Барьер)

Пенополисти- 25 1,34 0,039 12 0,041 0,035

рол ПСБ-25 б=0,110+0,05м

ГОСТ 15588-86

Мембранный

материал

Воздушная

прослойка 5=0,07 м

Стальной про-

филированный

настил

Превышение массовой влажности над нормируемыми значениями в конструкции кровли требует дополнительных мероприятий по вентиляции рассматриваемого ограждения, а так же для обеспечения его нормируемой теплозащиты.

В качестве одного из эффективных вариантов по организации осушающего эффекта кровли предлагается вентилируемая воздушная прослойка в конструкции покрытия. Для этого рекомендуется между теплоизоляционным и наружным покровным слоем устроить вентилируемую воздушную прослойку.

Покрытия с вентилируемой воздушной прослойкой, в соответствии с указаниями [8,11,12], следует проектировать для районов с расчетной скоростью ветра в июле не менее 2 м/с. Принимаем толщину вентилируемой воздушной прослойки 0,07 м с учетом поперечного сече-

Увеличиваем толщину слоя пенополистирола на 0,05 м. По формуле (5) определяем фактическое сопротивление теплопередаче:

Rо= 3,01 +0,05/0,041= 4,23 м2°С/Вт

4,23 м2 °С/Вт ^^ = 3,96 м2 °С/Вт

Условие обеспечения теплозащиты предлагаемым ограждением выполняется с запасом в 6,38 %.

Выводы. Для того, что бы обеспечить нормативные параметры микроклимата внутренней среды зданий с повышенной влажностью, следует придерживаться требованиям:

- требуемой толщины и стабильного показателя эффективности ограждающей конструкции;

- бесперебойного поддержания мощности систем отопления, вентиляции или кондиционирования.

Основа методики теплотехнического расчета формируется на том, что приемлемая

толщина и рентабельность конструкции находится, исходя из:

- климатических показателей района строительства;

- нормативных санитарно-гигиенических условий эксплуатации зданий и

помещений;

- условий энергосбережения и энергоэффективности зданий;

- экономической целесообразности и сроков окупаемости затрат на

строительство зданий.

Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций (для перекрытий R0 - 3,01 м2 °С/Вт) не обеспечивают благоприятные параметры микроклимата в бассейне, следовательно, для решения этой проблемы, нужно повысить теплоизоляционный слой кровли примерно на 0,05 м.

По данным исследования провели анализ и обнаружили, что влажность воздуха у поверхности кровли превышает нормативные значения 90% (>67%). Предложенная вентилируемая воздушная прослойка в конструкции покрытия может организовать осушающий эффект кровли.

Результаты исследования позволяют безошибочно регулировать работу теплотехнических характеристик ограждающих конструкций, формирующих микроклимат помещений здания, избегая главной проблемы - влажности.

Литература

1. СНиП 23-01-99* Строительная климатология. -М.: Госстрой России, 2003.

2. Справочное пособие к СНиП 2.08.02-89. Проектирование бассейнов

3. СанПиН 2.1.2.1188-03 Плавательные бассейны. Гигиенические требования к устройству, эксплуатации и качеству воды.- М.-Минздрав России. 2003

4. СНиП 23-02-2003- Тепловая защита зданий. -М.: Госстрой России, 2004.

5. СНиП II-3-79** Строительная теплотехника-М.: Минстрой России,1995.

6. ГОСТ 15588-86 (СТ СЭВ 5068-85). Плиты пенопо-листирольные. Технические условия

7. СНиП II-26-76. кровли.- М.: Госстроя СССР, 1978.

8. Сп к СНиП II-3-79** «Строительная теплотехника». Расчет и проектирование ограждающих конструкций зданий.- М.: Стройиздат 1990

9. http://www.mir-klimata.info/archive/special_project/irietodika_raschetaj/

10. Aristov L.V. Sport and sports facilities / L.V. Aristov // M: Publishing house "SportAkadem" 2013

11. http://www.mir-klimata.info/archive/special_project/metodika_rascheta_i/

12. Packer YD Improving the microclimate of residential and public buildings / Y.D. Packer // State Publishing House of Literature on Construction and Architecture Ukrainian SSR 1964.

13. Belousov V.V. Heating and ventilation. / V.V. Belousov // Part 1: Heating. M. Stroyizdat 2011.

14. Калинина А.И. Техническое обследование строительных конструкций зданий и сооружений/А.И. Калинина, А.С. Скрыженико, А.Р.Бохан, В.В. Покатаева // Градостроительство. Инфраструктура. Коммуникации.-

2018.-№ 3 (12). С. 25-32.

15. Калинина А.И. Формирование микроклимата в бассейнах с учетом характеристик ограждающих кон-струкций/А.И. Калинина //Инновации и Инвестиции.-

2019.-№ 3. С. 213-217.

Features of the formation of the microclimate in rooms with increased humidity, taking into account the thermal characteristics of the enclosing structures

Kalinina A.I., Makarov A.R., Aralov E.S.

Voronezh State Technical Universityl

JEL classification: L61, L74, R53

Statement of the problem:The material used in the enclosing coatings loses its main characteristics under the influence of the environment as a result of operation. The task is to check the provision of thermal protection in the building and determine the loss of density of expanded polystyrene with the expiration of its use time. Consider the value of the actual heat transfer resistance for different thickness of the thermal insulation layer of the roof.

Results: The results of the research showed that in the studied premises the value of the actual heat transfer resistance does not meet the normalized value, therefore, it is necessary to increase the thermal insulation layer of the roof, and the air humidity at the roof surface exceeds the standard values of 90% (>67%), which is not acceptable for our building. After the inspection of the insulation for the plates, it was determined that the design density does not correspond to the actual one, due to the expiration of the operating time thickness of the thermal insulation layer of the roof.

Conclusions: Thermal engineering characteristics of enclosing structures (for floors R0-3,01 m2 °C/T) do not provide favorable parameters of the microclimate in the pool, therefore, to solve this problem, it is necessary to increase the thermal insulation layer of the roof by about 0.05 m.

Keywords: microclimate, heat engineering calculation, air exchange, fencing, insulation, roof.

References

1. SNiP 23-01-99 * Construction climatology. - M.: Gosstroy of Russia, 2003.

2. Reference guide to SNiP 2.08.02-89. Pool design

3. SanPiN 2.1.2.1188-03 Swimming pools. Hygienic requirements for the device, operation and water quality.- M.-Ministry of Health of Russia. 2003

4. SNiP 23-02-2003-Thermal protection of buildings. - Moscow: Gosstroy of Russia, 2004.

5. SNiP II-3-79**. Construction heat engineering-Moscow: Minstroy of Russia,1995.

6. GOST 15588-86 (ST COMECON 5068-85). Styrofoam plates. Technical specifications

7. SNiP II-26-76. roofs. - Moscow: Gosstroya SSSR, 1978.

8. SP to SNiP II-3-79** "Construction heat engineering". Calculation and design of enclosing structures of buildings. - M.: Stroyizdat 1990

9. http://www.mir-klimata.info/archive/special_project/metodika_rascheta_i/

10. Aristov L. V. Sport and sports facilities / L. V. Aristov / / M: Publishing house "SportAkadem" 2013

11. http://www.mir-klimata.info/archive/special_project/metodika_rascheta_i/

12. Packer YD Improving the microclimate of residential and public buildings / Y.D. Packer // State Publishing House of Literature on Construction and Architecture Ukrainian SSR 1964.

13. Belousov V. V. Heating and ventilation. / V. V. Belousov / / Part 1: Heating. M. Stroyizdat 2011.

14. Kalinina A. I. Technical survey of building structures of buildings and structures/A. I. Kalinina, A. S. Skryzheniko, A. R. Bohan, V. V. Pokataeva / / Urban planning. Infrastructure. Communications.- 2018.-№ 3 (12). P. 25-32.

15. Kalinina A. I. Formation of microclimate in swimming pools taking into account the characteristics of enclosing structures/A. I. Kalinina //Innovation and Investment.- 2019. - No. 3. pp. 213-217.

X X

о

го А с.

X

го m

о

ю

2 О M