Совершенствование методов определения теплофизических свойств для нетрадиционных строительных материалов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 691

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДЛЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1 9

Я.В. Клочков1, Е.В. Непомнящих2

Забайкальский институт железнодорожного транспорта, 672040, г. Чита, ул. Магистральная, 11.

Выявлены недостатки существующих методов и устройств для определения теплопроводности сложных разнородных строительных конструкций. Предложен новый подход к решению задач подобного типа. Рассмотрено применение компьютерного моделирования с использованием системы автоматизированного проектирования (САПР), которая позволяет в короткие сроки определить теплофизические свойства объекта. Ил. 4. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: строительные материалы; определение теплопроводности; компьютерное моделирование.

ENHANCEMENT OF METHODS TO DETERMINE THERMOPHYSICAL PROPERTIES OF NON-TRADITIONAL

BUILDING MATERIALS

Y.V. Klochkov, E.V. Nepomnyashchikh

Trans-Baikal Institute of Railway Transport, 11 Magistralnaya St., Chita, 672040.

The article examines the shortcomings of existing methods and devices for determining the thermal conductivity of complex heterogeneous building structures. It proposes a new approach to solving problems of this type. The authors consider the application of computer simulation with the use of computer aided design (CAD) system, which allows immediate determination of the object's thermophysical properties. 4 figures. 4 sources.

Key words: building materials; determination of thermal conductivity; computer simulation.

В современном строительстве наряду с традиционными способами утепления зданий, такими как вентилируемые фасады, пенопласты и др., широкое применение находят различные несущие конструкции с низким коэффициентом теплопроводности. Всё более популярным становится внедрение пенополистерол-бетонов, газобетонов и керамических пустотелых блоков с пористостью до 45%.

Сложность конструкций и разнообразие входящих компонентов диктуют требования по совершенствованию и созданию новых методов определения их теп-лофизических свойств [4]. Недостатком существующих методов определения теплопроводности является необходимость использования образцов малого размера, что затруднительно на материалах с крупными порами. Определение теплопроводности путём выстраивания фрагмента стены является трудоёмким и длительным процессом, требующим громоздкого специализированного оборудования. Номенклатура выпускаемых промышленностью теплофизических приборов крайне ограничена.

Решая задачи по разработке средств и методов неразрушающего контроля теплопроводности твёрдых теплоизоляционных материалов [2], нами была создана компьютерная модель поризованного керамоблока. Расчёты производились в программе МОДЭН. Прин-

цип моделирования заключался в следующем: объект (керамоблок) разбивался на элементарные подобъек-ты (участки керамики и поры), теплопередача которых друг к другу подчиняется законам физики в зависимости от их характеристик (рис. 1).

Количество тепла рассчитывалось по формуле:

<?=Г(ГС т 2-ТСТ 1) , (1)

где Ам - теплопроводность материала, Вт/(м*°С); 5м - толщина слоя материала, м; ТСТ2 и ТСТ1 - температура стенок поры с горячей и холодной стороны соответственно, °С.

В воздушных порах теплообмен за счёт теплопроводности воздуха и конвективной составляющей [3], возникающей ввиду разности температур соседних стенок в поре, рассчитывался по формуле:

Ч = ~ в;; г(Тст2-Тст 1) , ——

«1 Хв «2

где 5в - толщина поры, м; Ав - теплопроводность воздуха, Вт/(м*°С); а1, а2 - коэффициенты теплоотдачи от стенок поры и от пор к стенке соответственно за счёт свободного движения воздуха, Вт/(м2*°С).

1 Клочков Яков Владимирович, студент, тел.: 89243748558, e-mail: klochkov.zabirt@mail.ru Klochkov Yakov, Student, tel.: 89243748558, e-mail: klochkov.zabirt @ mail.ru

2Непомнящих Евгений Владимирович, ведущий инженер проектно-технологического бюро кафедры строительства железных дорог, тел.: 89242744482, e-mail: nepom84@mail.ru

Nepomnyashchikh Evgeny, Leading Engineer of the Design and Technological Bureau of the Department of Railroad Construction, tel.: 89242744482, e-mail: nepom84@mail.ru

г

Рис. 1. Структурная схема моделируемого пористого керамоблока: 1 - поры воздуха; 2 - керамический слой;

3 - воздух на границах образца

В связи с малым градиентом температур на стенках пор коэффициенты теплоотдачи были приняты равными и рассчитаны по формуле [3]:

_ А!и-1в О '

где N - число Нуссельта (определяется по формуле N = С- (вг- Рг)"- К; здесь С - константа для данной системы; вг - число Грасгофа; Рг - число Прандтля; " - индекс для данной системы; К - безразмерная корректирующая функция для данной системы); Ав - теплопроводность воздуха, Вт/(м*°С); О - гидрав-

лический диаметр, м.

Для проверки соответствия компьютерных вычислений была создана установка для определения теплопроводности крупноформатных материалов [1]. В качестве теплоизолированной климатической камеры была использована морозильная камера, соответствующая по объёму испытываемым образцам. Источником тепла являлся фрагмент плёночного обогревателя, расположенного между рядами блоков (рис. 2).

Гь

□ □ □ □ □ □ □

п

□ □□□□ □ □ □ □ □ □ □□□□ □ □ □ □

_□ □

□ □ □ □ □ □ □ □ □ □

п п п п п

□ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □

_□ □

□ □ □ □ □ □ □ □ □ □

п п п п п

□ □' □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □ □

□ □ □ □ □ □ □ □

п п п п

Рис. 2. Расположение блоков в камере: 1 - стенки морозильной камеры; 2 - источник тепла; 3 - охлаждающие поверхности; 4 - керамоблоки; 5 - теплоизоляционный материал; 6 - термопары; 7 - датчики теплового потока

Для измерения тепловых потоков и температур на поверхностях и внутри изделия применялся универсальный многоканальный регистратор «Теплограф» с 19-ю термопарами и 4-мя датчиками теплового потока.

Для испытания в качестве образца приняты 8 по-ризованных крупноформатных керамоблоков размером 510x250x219 мм (заявленная производителем теплопроводность 0,16 Вт/(м*°С)), два слоя, один над другим, по 4 блока. Другое оборудование применялось в соответствии с государственным стандартом.

После стабилизации температурного поля теплопроводность А керамоблока, Вт/(м*°С), определялась по формуле:

(Тг-Ъд

где ц - тепловой поток, Вт/м ; 5 - толщина, м; Тг, Тх -температура горячей и холодной поверхности.

По симметричному распределению температур

очевидно, что полученным характеристикам можно доверять (рис. 3).

По результатам всех расчётов, согласно формуле (1), были получены следующие значения теплопроводности: по оси 1 - 0,206 Вт/(м*°С); по оси 2 - 0,2 Вт/(м*°С); по оси 3 - 0,202 Вт/(м*°С); по оси 4 - 0,198 Вт/(м*°С). Среднее значение теплопроводности -0,2015 Вт/(м*°С).

Преимуществом цифровой модели является то, что для расчёта подобной конструкции из другого строительного материала и другой формы достаточно лишь поменять его характеристики и геометрические размеры. Физические законы остаются прежние.

Расчёт в цифровой модели при заданных аналогичных температурах показал значение теплового потока, равное 19,9 Вт/м2, и, следовательно, теплопроводности - 0,203 Вт/(м*°С). Изменения температуры по сечению блока показаны на рис. 4.

д -1У , 4 . и е ц е н I ч е с

□□□□□□СТО□□□□□□□ □□□□□□□□□□□□□□□

□□□□□□□□□□□□□□□

_ ии ии и

□ □ □ пп п

пп пп п

□□□□□□□□□□□□□□□ □□□□□□□□□□□□□□□

ппппппппппппппп

+ 20

ь с 0

19,3

11,2

4,7 -4,9

с е м е н I ■ I е 4

-4,0

-4,7

V „ I

д-20,0 сечение- 3

д-20,5 сечение 1

Рис. 3. Схема распределения температур и тепловых потоков в ходе эксперимента

Резюмируя полученные результаты, можно отметить, что:

- успешно опробована экспериментальная установка для измерения теплопроводности твёрдых строительных материалов;

- созданная математическая модель соответствует физическим законам переноса тепла, что подтверждается экспериментально;

- определены приоритетные направления совершенствования методики определения теплофизиче-ских свойств;

- заявленная производителем теплопроводность не соответствует установленной.

Аналогичность данных двух исследований даёт право судить о достоверности методов и возможности их использования независимо друг от друга. Открываются перспективы сокращения времени и трудоёмкости исследований по определению физических характеристик как существующих строительных материалов, так и новых разрабатываемых перспективных форм и материалов.

Библиографический список

1. ГОСТ 26254-84 Здания и сооружения. Методы определе- инженеров: справочник. М.: Атомиздат, 1979. 216 с.

ния сопротивления теплопередаче ограждающих конструк- 4. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих ций. частей зданий. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Стройиздат,

2. СНиП II-3-79* Строительная теплотехника. 1973. 287 с.

3. Уонг Х. Основные формулы и данные по теплообмену для

УДК 711.424

ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ НОВОГО СИБИРСКОГО ГОРОДА В 1920-1930-х ГОДАХ (НА ПРИМЕРЕ г. АБАКАН)

К.Г. Петров1, В.И. Царёв2

1Институт архитектуры и дизайна Сибирского федерального университета, 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79.

12Научно-исследовательский институт теории архитектуры и градостроительства Российской академии архитектуры и строительных наук, 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82.

Рассмотрен процесс архитектурно-планировочного формирования нового сибирского города в довоенный период. Изучено два ранее неизвестных проектных плана города Хакасск (Абакан), разработанных на первых этапах его становления в 1920-1930-х годах, где показано развитие планировочной структуры, расширение городской черты, изменение мелкоячеистой структуры в более крупные жилые кварталы. На основе анализа этих планов выявлены проектные концепции, принципы планировки и застройки города, оказавшие влияние на теоретико-методологические основы формирования новых городов Сибири в ХХ веке. Ил. 3. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: проектный план; планировочная структура; застройка; проектировщики; архитектурно -планировочное развитие.

FORMATION PRINCIPLES OF A NEW SIBERIAN CITY IN 1920-1930-s (ON EXAMPLE OF ABAKAN) K.G. Petrov, V.I. Tsarev

Institute of Architecture and Design of the Siberian Federal University, 79 Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041.

Scientific-Research Institute of Theory of Architecture and Town-Planning of Russian Academy of Architecture and Building Sciences,

82 Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041.

The article examines the process of architectural and planning formation of a new Siberian city in the prewar period. The authors studied two previously unknown architectural plans of the city of Khakassk (Abakan) designed in the early stages of its formation in 1920 - 1930-s, where the development of the planning structure, the expansion of city boundaries, the transformation of the small-meshed structure into large residential areas are shown. Based on the analysis of these plans the authors reveal design concepts, principles of city planning and development that have affected theoretical and methodological bases for the formation of new Siberian cities in XX century. 3 figures. 3 sources.

Key words: architectural plan; planning structure; building up; designers; architectural and planning development.

1 Петров Кирилл Геннадьевич, аспирант, тел.: 89135916627, e-mail: petrovkg@mail.ru Petrov Kirill, Postgraduate, tel.: 89135916627, e-mail: petrovkg@mail.ru

1,2Царёв Владимир Иннокентьевич, доктор архитектуры, профессор кафедры градостроительства, директор Красноярского представительства, тел.: (391)2527723,e-mail: vits_2004@mail.ru

Tsarev Vladimir, Doctor of Architecture, Professor of the Department of Town-Planning, Director of the Krasnoyarsk Representative Office, tel.: (391) 2527723, e-mail: vits_2004@mail.ru