CC BY
18ЖИЛИЩНОЕ
Научно-технический и производственный журнал
Л
Доклады V Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»
УДК 691.327.32
И.Я. КИСЕЛЕВ, д-р техн. наук, Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН(Москва)
Влияние равновесной сорбционной влажности строительных материалов на сопротивление теплопередаче наружных ограждающих конструкций зданий
Учет зависимости сорбционной влажности и теплопроводности строительных материалов от температуры при расчете процессов тепло- и массопереноса через наружные ограждающие конструкции и их приведенного сопротивления теплопередаче обеспечивает повышение точности этих расчетов.
Ключевые слова: строительные материалы, ограждающиe конструкции, температура, равновесная сорбци-онная влажность, сопротивление теплопередаче.
Уменьшение расхода строительных материалов при возведении зданий без нарушения требований к теплотехническим показателям наружных ограждающих конструкций является частью научной проблемы энерго- и ресурсосбережения в строительстве.
Метод расчета зависимости равновесной сорбционной влажности ц> (далее - сорбционной влажности) строительных материалов от относительной влажности воздуха и температуры в диапазоне изменения относительной влажности воздуха ф от 0,2 (20%) до 0,99 (99%) и температуры Т от 262,75 К (-10,4оС) до 308,15 К (+35оС) описан в [1]. С практической точки зрения представляет интерес эмпирическая зависимость (1) сорбционной влажности строительных материалов, полученная путем обработки результатов расчетов сорбционной влажности w в вышеуказанных диапазонах изменения относительной влажности воздуха и температуры:
*Ч(р,Т) = (атТ+Ьт)
ааехр(ЬаТ)
аг ехр(ЬгТ)
ЯТ(- 1п ф)
(1)
где V - сорбционная влажность, кг/кг; ф - относительная влажность воздуха, Па/Па; Т- температура, К; ат, Ьт; аа, Ьа; аг, Ьг - эмпирические константы.
Численные значения эмпирических констант, входящих в эту формулу, определены методом регрессивного анали-
за для ряда широко применяемых строительных материалов [1] и представлены в таблице.
Уравнение (1) и численные значения эмпирических констант, приведенные в таблице, применены при расчете температурных и влажностных полей, а также приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен общественных зданий из ячеисто-бетонных блоков (коэффициент теплотехнической однородности 0,9) и однослойных стеновых панелей из легкого бетона (коэффициент теплотехнической однородности 0,9), возведенных в Краснодаре. При изготовлении этих блоков и панелей применены следующие материалы:
- пенобетон: плотность уо=750 кг/м3; теплопроводность при температуре +25оС Х25=0,19 Вт/(м-°С); расчетное значение теплопроводности ХА=0,28 Вт/(моС); коэффициент пересчета теплопроводности по температуре ^=0,0018 1/оС; коэффициент пересчета теплопроводности по влажности 0,04 1/%; паропроницаемость ¡0=0,15 мг/(м-ч-Па) = 0,42-10-10 кг/(м-с-Па);
- керамзитобетон на керамзитовом песке: плотность уо=1200 кг/м3; теплопроводность при температуре +25оС Х25=0,36 Вт/(м-оС); расчетное значение теплопроводности ХА=0,44 Вт/(м-оС); коэффициент пересчета теплопроводности по температуре ^=0,0012 1/оС, коэффициент пересчета теплопроводности по влажности
Материал Плотность кг/м3 Эмпирические константы
а„, 10-5 х кг/(кгК) Ь„, кг/кг аа, 107 х Дж/кмоль Ь, 10-3 К-1 аг Ьг, 10-3 К-1
Керамзитоперлитобетон 850 -1,27 0,0203 1,55 -3,69 0,326 1,08
Арболит 650 -9,05 0,0627 4,99 -8,21 0,181 3,98
Шунгизитобетон 1100 -0,593 0,0128 25,8 -12,2 0,162 2,42
Пенобетон 750 -6,01 0,0337 28,9 -14,3 0,145 4,67
Керамзитобетон 1200 -4,18 0,0198 5,81 -7,66 0,158 3,67
Газобетон 400 -9,41 0,0413 23,1 -12,9 0,792 6,11
Газобетон 700 -13,6 0,0584 2,26 -4,91 0,24 3,03
Фильтровальная бумага - -24 0,105 44,3 -14,9 0,0581 6,73
62013
39
Доклады V Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
/=0,04 1/%; паропроницаемость ¡х=0,11 мг/(м-ч-Па) = 0,31 •Ю-10 кг/(м^Па);
- керамзитоперлитобетон: плотность уо=850 кг/м3; теплопроводность при температуре +25оС Х25=0,24 Вт/(м-°С); расчетное значение теплопроводности ^=0,31 Вт/(м-оС); коэффициент пересчета теплопроводности по температуре /=0,0017 1/оС; коэффициент пересчета теплопроводности по влажности /=0,04 1/%; паропроницаемость ц=0,17 мг/(м^Па) = 0,47-10-10 кг/(мюЛа).
Для реально возведенных зданий: толщина стен из пе-нобетонных блоков а?=0,3 м; толщина панелей из керамзи-тобетона а?=0,5 м; толщина панелей из керамзитоперлито-бетона а?=0,35 м.
Расчет температурных и влажностных полей этих наружных стен выполнен при условиях стационарной диффузии водяного пара по методу К.Ф. Фокина [2].
Согласно СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» и методу К.Ф. Фокина [2] при расчете температурных и влажностных полей наружных стен общественных зданий в Краснодаре: расчетная температура внутреннего воздуха Т„=293,15 К (+20оС); расчетная относительная влажность внутреннего воздуха Ф,„=55 %; расчетная зимняя температура наружного воздуха равна среднемесячной температуре наиболее холодного месяца 7^=271,35 К (-1,8оС); расчетная относительная влажность наружного воздуха равна среднемесячной относительной влажности наружного воздуха наиболее холодного месяца фе%=83%; градусо-сутки отопительного периода Dd=2682 °Ссут.
Расчеты температурных и влажностных полей вышеописанных наружных стен, выполненные с применением формулы (1) и численных значений эмпирических констант, представленных в таблице, показывают, что приведенное сопротивление теплопередаче стен из ячеисто-бетонных блоков R =1,4 м2оС/Вт, из керамзитобетона R =1,31 м2оС/Вт
о ' ' г О '
и из керамзитоперлитобетона Ro=1,32 м2оС/Вт, что соответственно на 26, 15 и 16% больше, чем значения этого показателя, вычисленные по СП 23-101-2004, т. е. вычисленные без учета зависимости сорбционной влажности и теплопроводности материалов от температуры.
Уравнение (1) и численные значения эмпирических констант, приведенные в таблице, были применены при расчете температурного и влажностного полей, а также приведенного сопротивления теплопередаче трехслойной стеновой панели на гибких связях (коэффициент теплотехнической однородности 0,89), примененной при строительстве жилых зданий в Москве. При изготовлении этой панели использованы следующие материалы:
- внутренний слой толщиной 0,12 м и наружный слой толщиной 0,07 м из керамзитобетона на керамзитовом песке (плотность уо=1200 кг/м3; теплопроводность при температуре +25оС Х25=0,36 Вт/(м-оС); расчетное значение теплопроводности Х^=0,52 Вт/(м-оС); коэффициент пересчета теплопроводности по температуре/=0,0012 1/оС; коэффициент пересчета теплопроводности по влажности /=0,04 1/%; паропроницаемость ¡х=0,11 мг/(м-ч-Па) = 0,31 •Ю-10 кг/(м-с-Па);
- средний слой из экструдированного пенополистиро-ла ПС-4А-40 (плотность уо=45 кг/м3; теплопроводность при температуре +25оС Х25=0,034 Вт/(м-оС); расчетное значение теплопроводности ХБ=0,039 Вт/(м оС); коэффициент пересчета теплопроводности по температуре
/=0,0045 1/оС; коэффициент пересчета теплопроводности по влажности /=0,0010 1/%; паропроницаемость ц=0,004 мг/(м-ч-Па) (0,011 •Ю-10 кг/(мюЛа). Расчет температурного и влажностного полей данной трехслойной наружной стеновой панели выполнен при условиях стационарной диффузии водяного пара по методу Фокина [2].
Согласно СП 23-101-2004 и методу Фокина [2] при расчете температурного и влажностного полей данной трехслойной наружной стеновой панели, примененной при строительстве жилых зданий в Москве: расчетная температура внутреннего воздуха Т„=293,15 К (+20оС); расчетная относительная влажность внутреннего воздуха фй=55%; расчетная зимняя температура наружного воздуха равна среднемесячной температуре наиболее холодного месяца 7^=262,95 К (-10,2оС); расчетная относительная влажность наружного воздуха равна среднемесячной относительной влажности наружного воздуха наиболее холодного месяца ф(Х=84%; градусо-сутки отопительного периода Др4943 оСсут; толщина среднего слоя из пенополистиро-ла d=0,12 м.
Расчеты температурного и влажностного полей вышеописанной трехслойной наружной стеновой панели, выполненные с учетом зависимости теплопроводности и сорбци-онной влажности материалов стены от температуры, показывают, что приведенное сопротивление теплопередаче стены R =4,06 м2-°С/Вт, что на 29% больше, чем значение
o ' ' '
этого показателя, вычисленное по СП 23-101-2004, т. е. вычисленное без учета зависимости сорбционной влажности и теплопроводности материалов от температуры.
В данной работе приведены примеры применения результатов выполненных исследований зависимости теплопроводности и сорбционной влажности строительных материалов от температуры при расчете процессов тепло- и массопереноса через различные наружные ограждающие конструкции зданий, как ранее традиционно используемые в отечественном строительстве, так и современные в различных условиях их эксплуатации.
Из анализа проведенных расчетов следует, что применение результатов выполненных исследований при расчете процессов тепло- и массопереноса через наружные ограждающие конструкции зданий и их приведенного сопротивления теплопередаче обеспечивает:
- повышение точности расчета теплозащитных свойств ограждающих конструкций и зданий в целом;
- уменьшение расхода строительных материалов при возведении зданий без нарушения требований к теплотехническим показателям наружных ограждающих конструкций, что, в свою очередь, обеспечивает решение научной проблемы энерго- и ресурсосбережения в строительстве, имеющей важное народнохозяйственное значение.
Список литературы
1 Киселев И.Я. Эмпирические формулы, описывающие изотермы сорбции строительных материалов при положительных и отрицательных температурах // Вестник отделения строительных наук РААСН. 2010. Вып. 14. Т. 2. С. 87-93.
2. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий / Под. ред. Ю.А. Табунщикова и В.Г. Гагарина. М.: АВОК-ПРЕСС, 2006. 256 с.
40
62013
