ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ КОНДЕНСАТА НА КОНСТРУКЦИЯХ КУПОЛА И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЕГО УСТРАНЕНИЮ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

Научная статья УДК 692.447

doi:10.51608/26867818_2021_6_30

ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ КОНДЕНСАТА НА КОНСТРУКЦИЯХ КУПОЛА И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЕГО УСТРАНЕНИЮ

Кучеренко Виктор Александрович1, Римшин Владимир Иванович2

1 2 Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, Москва, Россия

1 kucher-00@list.ru

2 v.rimshin@niisf.ru

Аннотация. Выяснение причин возникновения конденсата на поверхности и предотвращение его появления является важной проблемой и требует комплексного подхода. Как правило, это возникает в результате ошибок проектирования и неправильной эксплуатации. В данной статье определены причины возникновения конденсата, а также возможные рекомендации по его избавлению, на примере купола атриума административного здания.

Ключевые слова: строительство, обследование, купол, конденсат, вентиляция, рекомендации

Для цитирования: Кучеренко В.А., Римшин В.И. Причины образования конденсата на конструкциях купола и рекомендации по его устранению // Эксперт: теория и практика. 2021. № 6 (15). С. 30-36. doi:10.51608/26867818_2021_6_30.

Купола являются распорными системами, и в своем составе имеют три конструктивно составляющих элемента: нижнюю опору, оболочку и верхнее опорное кольцо. При их обследовании могут быть использованы источники, написанные российскими учеными [2-22].

Результаты визуального обследования купола атриума, выполненного по проекту

Конструкция купола атриума выполнена из стальных профилей и соответствует системе Шуко (Schueco), Германия. В проекте прописаны артикулы старых Шуковских стоек и ригелей, данные конструкции в настоящий момент сняты с производства. Так же в проекте прописаны артикулы стоечной крышки (112720) и прижима (112710), которые так же соответствуют системе Шуко (Schueco), Германия (Рис. 1, 2).

Рис. 1. Исследуемый купол в плане*

* Размеры даны в горизонтальной проекции.

При обследовании выявлены отклонения от современных норм и узлов проектирования данных систем:

© Кучеренко В.А., Римшин В.И., 2021 30 © INO "Institution of Forensic Construction and Technological Expertise", 2021

- не правильное использование прижимных наружных ригельных крышек, которые на вертикальных плоскостях и плоскостях с уклоном должны быть со скатом -примыкая к стеклу в верхней зоне не под прямым углом, что наблюдается в данный

- стыковка ригелей со стойками не отвечают современным требованиям и разработанным узлам данных систем - при устройстве наружных ригельных прижимов устраиваются наружные водоотводящие каналы между ригельной и стоечной крышкой (в настоящее время водоотводящие каналы устраиваются во всех современных системах, например, каталог Татпроф раздел 03 «основные сечения»);

- не видны сливы дренажных каналов, вода, попавшая внутрь алюминиевого каркаса по каналам ригеля, перетекает в каналы стойки и выходит на отлив через пластиковый капельник (слив), данные каналы обычно выполняются в открытом виде для возможности проведения их очистки.

Так же при обследовании выявлены следующие дефекты и нарушения:

- по периметру примыкания остекления к прижимным планкам уложен герме-тик для увеличения водостойкости конструкции.

Так же при обследовании выявлено высыхание герметизирующей ленты и резины

При обследовании для предотвращения повреждения ленты и как следствие образования протечек, демонтаж прижимных планок не производился.

Результаты обследования воздушной массы атриума.

Основной задачей анализа в части систем общеобменной вентиляции является выявление причин возникновения конденсата с внутренней поверхности остекления купола атриума. Для определения расчетных условий на выпадение конденсата в рамках настоящего исследования воссоздается расчетная модель всего объема атриума в зависимости от высоты. Данная модель создается на основе данных замеров параметров влаго-содержания и энтальпии влажного воздуха в сечениях атриума начиная с пола 2-го этажа и заканчивая верхней точкой под куполом.

момент;

под стоечными и ригельными прижимами.

Таблица 1. Результаты замеров параметров воздуха и расчет влагосодержания

Точка замера Высотная отметка, м Температура контрольного прибора Тсух, °С Температура сухого термометра, °С Энтальпия воздуха, кДж/кг Температура влажного термометра, °С Относительная влажность, % Влагосодержание, г/кг

1 (2эт) +4,200 23,2 22,1 38,1 13,9 38,5 6,2

2 (4эт) +11,900 24,0 22,7 38,1 13,9 37,6 6,1

3 (4эт) +11,900 23,9 22,5 38,0 13,9 39,8 6,2

4 (5эт) +15,400 25,1 23,5 39,9 14,7 37,0 6,5

5 (5эт) +15,400 24,6 23,3 39,3 14,0 37,8 6,2

6 (6эт) +18,900 26,8 25,7 42,2 15,4 34,0 6,7

7 (6эт) +18,900 26,5 24,4 41,0 14,9 36,2 6,6

8 (7эт) +22,400 28,4 26,7 43,8 15,9 32,7 7,0

9 (7эт) +22,400 27,5 25,6 43,3 15,9 34,4 6,9

10 (8эт) +25,900 29,2 28,5 45,7 16,9 31,5 7,5

11 (гр. купола) +29,400 30,4 31,3 55,2 19,2 32,2 8,5

12 (над балконом) +33,000 34,6 35,2 74,0 19,6 39,0 13,0

13 (верх купола) +34,600 35,0 34,8 57,9 20,9 29,0 10,6

В сочетании с данными по параметрам воздухообмена с учетом работы существующих систем вентиляции данные модели полученной при измерениях фактических параметров позволяют сделать выводы о поступлениях вредностей, составе газовоздушной смеси при стационарном режиме восстановления здания (в не рабочее время). Полученные результаты включаются в расчетную схему с учетом теоретических (расчетных) данных о поступлениях дополнительной влаги и явных теплопоступ-лениях в рабочем режиме здания. Данные, полученные для каждого из сечений атриума по высоте в разных точках с учетом времени проведения замеров, позволяют сделать выводы о составляющей солнечной радиации в общем тепловлажностном балансе зоны атриума.

Полученные данные о поступлении вредностей и эффективности работы системы вентиляции позволяют сделать предположения о наиболее неблагоприятных расчетных параметрах с точки зрения возможности образования конденсата на внутренней поверхности купола. На основании

указанных данных приводятся результаты обследования и формируются выводы и предложения.

Для определения стационарного режима работы после регенерации здания на протяжении 14 часов авторами были проведены замеры (см. табл. 1) в критических точках атриума при параметрах наружного воздуха в зоне воздухозабора+23°С и 34% относительной влажности.

Расчет влагосодержания наружного воздуха во время проведения замеров при значении барометрического давления Рб = 99,5 кПа.

Значение парциального давления насыщенного водяного пара при t= +23°С (на момент проведения измерений) Рн = 2,8104 кПа.

Вычисляем значение парциального давления водяного пара:

Рп = Рн * ф = 2,8104 * 0,34 = = 0,9555 кПа, где ф - относительная влажность на момент измерения = 34%

Значение влагосодержания: dвв = = Рп/(Рб-Рп) * 622 = 6,02 г/кг

Объем помещения атриума составляет = 3300 м3.

Данные из проекта вентиляции атриума: L(К11) = 5600 м3/ч - объем подаваемого воздуха; Т = 16°С- температура подаваемого воздуха; Температурный градиент -0,4°С.

Энтальпия наружного воздуха составляет:

I = 1,006 * t + (2501 + 1,805 # t ) * * dвв / 1000 = 38,44 кДж/кг Объем вредностей: Влага под куполом: ^к - dвв) * L(К11) / 3600 * Р(в) * 3,6 = (10,6 - 6,02) * 5600 / 3600 * 1,2 * 3,6 = 30,8 кг/ч, где Dк - влагосодержание в точке измерения (под куполом) - 10,6 г/кг; Р(в) = 1,2 - плотность воздуха. Явные теплопоступления: L(К11) / 3600 * Р(в) * dI = 5600 / 3600 * 1,2 * 19,46 = 36,3кВт, где dI - разность энтальпии под куполом и наружного воздуха dI = 57,9 - 38,44 = 19,46 кДж/кг Условие образования конденсата на внутренней поверхности окон.

Согласно проведенным расчетам и анализа полученных данных, при параметрах воздуха на момент проведения обследования, возможно образование конденсата на внутренней поверхности окон, если бы в момент проведения измерений - температура поверхности остекления или рам снизилась до 20,9°С и ниже (данные снижения воздуха возможны при холодном ливне или других явлениях природы).

Основные выводы

1) Теоретический расчет времени регенерации состава газовоздушной смеси не соответствует параметрам фактических замеров, что говорит о малоэффективности существующей принципиальной схемы воз-духораспределения с перетоком воздуха на промежуточные этажи. Параметры газовоздушной смеси под куполом и, в особенно-

сти, в зоне над шахтой лифтов (балкон) говорят о наличии диффузных процессов, но недостаточных для полного восстановления параметров тепловлажностного режима.

Данная принципиальная схема противоречит требованиям СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» [1] п. 7.3.16. Удаление воздуха из помещений системами вентиляции следует предусматривать из зон, в которых воздух наиболее загрязнен или имеет наиболее высокую температуру или энтальпию.

2) Основная причина конденсации - высокое влагосодержание в составе газовоздушной смеси под куполом. Полученные данные свидетельствуют о большом математическом ожидании в поле возможных параметров наружного воздуха, при котором возможно выпадение влаги. Высокое скопление влаги обусловлено причинами изложенными в пункте 1 настоящих выводов.

3) При наблюдениях за куполом во время дождя мест протечек не выявлено, но необходимо отметить, что при визуальном осмотре конструкции купола снаружи выявлено, что конструкция не отвечает современным требованиям и нормам.

Рекомендации

На основании проведенного обследования воздушной массы атриума и выполненных расчетов основополагающей причиной образования конденсата является неудачно выбранная на стадии проектирования принципиальная схема подачи и удаления воздуха в зоне атриума. Согласно современным правилам и рекомендациям наиболее подходящей схемой воздухорас-пределения для подобных зон является схема с удалением воздуха из верхней зоны, частичная подача сухого воздуха с обдувом стеклянных поверхностей для их подогрева зимой и создания ненасыщенного водяными парами слоя летом и в межсезонье. С учетом того, что система вентиляции

уже реализована, внесение изменений в существующую систему без капитального ремонта здания не представляются возможным, поэтому рекомендуется выполнить один из ниже предлагаемых вариантов.

Вариант 1. Предлагается устройство дополнительной вытяжной системы вентиляции с размещением на улице скрытно для людей со стороны помещения с забором воздуха из верхней зоны купола, работающей в автоматическом режиме в зависимости от климатических параметров наружного воздуха. Решение так же предполагает дополнительные пусконаладочные работы по существующим системам.

Вариант 2. Предлагается обеспечить требуемые параметры воздуха для исключения случаев образования конденсата, путем размещения дополнительной автономной системы осушения над шахтами лифтов (визуально скрытую из зон атриума) для снижения влагосодержания воздуха верхней зоны, что позволит исключить возможность выпадения конденсата. Согласно расчетам, требуемая мощность системы осушения составляет 39,4 кВт (по холодопроизво-дительности). Процесс с данными расчета приведен на Ю-диаграмме.

Вариант 2а. Устройство клапана естественной вентиляции в зоне над балконом значительным образом уменьшит требуемую холодильную мощность для необходимого осушения воздуха в зоне под куполом, требуемая мощность охлаждения составит 25 кВт при устройстве аэрационного клапана сечение не менее 0,4 м2.

Вариант 3. Альтернативным решением может стать система прогрева поверхностей ограждений купола атриума при помощи греющих кабелей для повышения температур поверхности выше температуры конденсации.

На основании проведенного визуального обследования конструкций купола авторами рекомендуется:

Произвести ремонт купола с заменой ригельных крышек, прижимных планок, а

Таблица 2. Расчет влагосодержания наружного воздуха во время проведения замеров при значении барометрического давления Рб = 99,5 кПа

Номер точки 1 2

Процесс Охл.

Температура t/С 35 18

Отн. влажность <р,% 29,7 59,26

Влагосодержание d, г/кг 10,6 7,74

Энтальпия J, кДж/кг 52,52 37,78

Плотность p, кг/м3 1,146 1,212

Тем. влажн. терм. tur, °С 21,25 13,26

Расход L, м3/ч 5000 5000

Мощность Q, кВт -39,39

Влаговыделения W, кг/ч -16,39

также герметизирующем ленты и резины согласно современным нормам и узлам для данной системы, по специально разработанному проекту.

Список источников

1. СП 60.13330.2020 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха». URL: https://www.faufcc.ru/upload/sp/orders/60_921_ 20201230.pdf

2. Способ возведения монолитных стен в несъёмной опалубке / Анпилов С.М., Анпилов М.С., Барцева Н.Г., Гайнуллин М.М., Ерышев В.А., Мурашкин В.Г., Мурашкин Г.В., Римшин В.И., Сорочайкин А.Н., Худякова Т.А. Патент на изобретение RU 2563858 C1, 20.09.2015. Заявка № 2014121030/03 от 23.05.2014.

3. Римшин, В.И. Развитие теории деградации бетонного композита / В.И. Римшин [и др.] // Строительные материалы. 2019. № 6. С. 12-17.

4. Бондаренко, В.М. Примеры расчета железобетонных и каменных конструкций учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности "Промышленное и гражданское строительство" направления подготовки дипломированных специалистов "Строительство" / В.М. Бондаренко, В.И. Римшин. - М., 2007. (2-е изд., доп.)

5. Kuzina E., Cherkas A., Rimshin V. Technical aspects of using composite materials for strengthening constructions // IOP Conference Series Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 365 (3). 032053 DOI: 10.1088/1757-899X/365/3/032053

6. Ларионов, Е.А. Энергетический метод оценки устойчивости сжатых железобетонных

элементов / Е.А. Ларионов, В.И. Римшин, Н.Т. Ва-силькова // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2012. №2. С. 77-81.

7. Рощина, С.И. Расчёт деформаций изгибаемых армированных деревянных элементов с учётом ползучести / С.И. Рощина, В.И. Римшин // Известия Юго-Западного государственного университета. 2011. №1(34). С. 121-124.

8. Римшин, В.И. Теоретические основы расчета сцепления стеклобазальтопластиковой арматуры с бетоном / В.И. Римшин, Ю.О. Кустикова // Известия Орловского государственного технического университета. Серия: Строительство и транспорт. 2009. № 2-22. С. 29-33.

9. Мосаков, Б.С. Основы технологической механики тяжелых бетонов / Б.С. Мосаков, В.Л. Курбатов, В.И. Римшин - Минеральные Воды, 2017.

10. Римшин, В.И. Инженерный метод расчета усиления железобетонных плит покрытия композитной арматурой / В.И. Римшин, А.И. Галубка, А.В. Синютин // Научно-технический вестник Поволжья. 2014. №3. С. 218-220.

11. Varlamov A.A., Rimshin V.I., Tverskoi S.Y. The general theory of degradation // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 463. Iss. 2. 022028. DOI: 10.1088/1757-899X/463/2/022028

12. Varlamov, A.A., Rimshin, V.I., Tverskoi, S.Y. The modulus of elasticity in the theory of degradation. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. 463(2). DOI: 10.1088/1757-899X/463/2/022029

13. Telichenko V., Rimshin V., Eremeev V., Kur-batov V. Mathematical modeling of groundwaters pressure distribution in the underground structures by cylindrical form zone. В сборнике: MATEC Web of Conferences 2018. С. 02025.

14. Karpenko N.I., Eryshev V.A., Rimshin V.I. The limiting values of moments and deformations ratio in strength calculations using specified material diagrams // IOP Conference Series: Materials

Science and Engineering. 2018. Vol. 463. Iss. 3. 032024.

15. Римшин, В.И. Ресурс силового сопротивления железобетонных конструкций инженерных сооружений / В.И. Римшин, Л.И. Шубин, А.В. Савко // Academia. Архитектура и строительство. 2009. №5. С. 483-491.

16. Telichenko V.I., Rimshin V.I., Karelskii A.V., Labudin B.V., Kurbatov V.L. Strengthening technology of timber trusses by patch plates with toothed-plate connectors. Journal of Industrial Pollution Control. 2017. Т. 33. № 1. С. 1034-1041.

17. Rimshin V.I., Labudin B.V., Melekhov V.I., Or-lov A., Kurbatov V.L. Improvement of strength and stiffness of components of main struts with foundation in wooden frame buildings ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. Т. 13. № 11. С. 3851-3856.

18. Kuzina E., Rimshin V., Kurbatov V. The reliability of building structures against power and environmental degradation effect В сборнике: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering electronic edition. 2018. С. 042009.

19. Kuzina E., Rimshin V Deformation monitoring of road transport structures and facilities using engineering and geodetic techniques // Advances in Intelligent Systems and Computing (см. вкнигах). 2017. Т. 692. С. 410-416. DOI: 10.1007/978-3-319-70987-1_43

20. Варламов, А.А. Модели поведения бетона. общая теория деградации / А.А. Варламов, В.И. Римшин. - М., 2019. 436 с. DOI: 10.12737/monography_5c8a716e3c4460.52838016

21. Varlamov A.A. Security and destruction of technical systems / Varlamov A.A., Rimshin V.I., Tverskoi S.Y. // IFAC-PapersOnLine. 2018. Т. 51. №30. С. 808-811. DOI: 10.1016/j.ifacol.2018.11.190

22. Varlamov A., Rimshin V., Tverskoi S. A method for assessing the stress-strain state of reinforced concrete structures В сборнике: E3S Web of Conferences 2019. С. 02046. DOI: 10.1051/e3sconf/20199102046

Информация об авторах

В.А. Кучеренко - студент, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет;

В.И. Римшин - член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, ORCID 0000-0003-0209-7726, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет.

Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Статья поступила в редакцию 23.09.2021; одобрена после рецензирования 02.11.2021; принята к публикации 08.11.2021.

Original article

CAUSES OF CONDENSATE FORMATION ON DOME STRUCTURES AND RECOMMENDATIONS FOR ITS REMOVAL

Viktor A. Kucherenko, Vladimir I. Rimshin2

1 2 National Research Moscow State University of Civil Engineering, Moscow, Russia

1 kucher-00@list.ru

2 v.rimshin@niisf.ru

Annotation. Finding out the causes of condensation formation on the surface and preventing its appearance is an important problem and requires an integrated approach. This usually results from design errors and further misuse. This article identifies the causes of condensation as well as possible recommendations for its disposal, using the dome of the administrative building atrium as an example.

Keywords: construction, survey, dome, condensate, ventilation, recommendations

For citation: Kucherenko V.A., Rimshin V.I. Causes of condensation formation on dome structures and recommendations for its elimination // Expert: theory and practice. 2021. No. 6 (15). Pp. 30-36. (In Russ.). doi:10.51608/26867818_2021_6_30.

Information about the authors

V.A. Kucherenko - student, National Research Moscow State University of Civil Engineering; V.I. Rimshin - Corresponding Member of RAASN, Doctor of Technical Sciences, ORCID 0000-0003-02097726, National Research Moscow State University of Civil Engineering.

Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.

The article was submitted 23.09.2021; approved after reviewing 02.11.2021; accepted for publication 08.11.2021.

© Kucherenko V.A., Rimshin V.l., 2021 36 © INO "Institution of Forensic Construction and Technological Expertise", 2021