Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса: обзор движущих сил и математических моделей тепловлагопереноса в ограждающих конструкциях зданий 10
1.1. Потенциалы влажности 10
1.2. Анализ методов расчета влагопереноса в наружных ограждениях 25
1.3. Цель и задачи диссертации 41
2. Экспериментальное и теоретическое исследование процесса тепло- и влагообмена в строительных материалах наружных ограждений 42
2.1. Относительный потенциал влагопереноса 42
2.2. Механизмы влагопереноса в наружных ограждениях 45
2.3. Экспериментальное исследование коэффициентов влагопереноса 49
2.4. Экспериментальное исследование коэффициента влагообмена материалов наружных ограждений 57
2.5. Расчетные коэффициенты тепло- и влагопереноса у 63
2.6. Выводы по второй главе 67
3. Метод численного решения задачи совместного нестационарного тепловлагопереноса в ограждающих конструкциях зданий (трехмерная задача) 69
3.1. Вывод системы уравнений переноса тепла и влаги (математическая модель)69
3.2. Конечно-разностная аппроксимация дифференциальных уравнений тепловлагопереноса 74
3.3. Решение системы матричных уравнений 83
3.4. Алгоритм и блок-схема программы WATEC-3 расчета трехмерных температурно-влажностных полей наружного ограждения 88
3.5. Точность численного метода решения задачи 97
3.6. Выводы по третьей главе 98
4. Сравнение результатов расчета тепловлагопереноса с экспериментальными данными (тестирование) 99
4.1. Тест 1. Сравнение результатов расчета влажностного режима на основе различных шкал потенциалов влажности 99
4.2. Тест 2 Исследование кинетики увлажнения двухслойной стены из пенобетона с наружным фактурным слоем 102
4.3. Тест 3 Исследование кинетики сушки плоской крыши из ячеистого бетона 107
4.4. Тест 4. Исследование кинетики увлажнения-сушки трехмерного фрагмента кирпичной кладки 112
4.5. Тест 5. Исследование теплового режима фрагментов наружной оболочки жилого дома 115
4.6. Выводы по четвертой главе 120
5. Компьютерное моделирование тепловлажностного состояния конструкции со шпоночным соединением 122
5.1. Описание конструкции со шпоночным соединением 122
5.2. Подготовка конструкции к моделированию на компьютере 123
5.3. Обработка выходной информации 127
5.4. Влажностный режим конструкции со шпоночным соединением 131
5.5. Тепловые и влажностные структуры 134
5.6. Выводы по пятой главе 140
Общие выводы 142
Библиографический список использованной литературы 145
Приложения 159
Приложение 1: Экспериментальные кривые кинетики сушки влажных капиллярно-пористых строительных материалов 159
Приложение 2: Результаты компьютерного моделирования тепловлажностного состояния конструкции со шпоночным соединением по программе WATEC-3 165
Предметный указатель 172
- Анализ методов расчета влагопереноса в наружных ограждениях
- Конечно-разностная аппроксимация дифференциальных уравнений тепловлагопереноса
- Тест 2 Исследование кинетики увлажнения двухслойной стены из пенобетона с наружным фактурным слоем
- Тепловые и влажностные структуры
Анализ методов расчета влагопереноса в наружных ограждениях
В данном разделе приведен обзор методов расчета влагопереноса в наружных ограждениях зданий. Дан анализ этих методов с учетом современных исследований отечественных и зарубежных ученых и проведена их классификация согласно уравнениям переноса и потенциалов влажности, показаны преимущества и недостатки различных моделей влагопереноса.
А. Стационарные модели влагопереноса
Впервые необходимость учета тепловлажностного режима как самостоятельного фактора отмечена в работе В.Д. Мачинского (1928 г.) [69]. В ней указывается на перемещение водяного пара в ограждении за счет разности парциальных давлений (упругостей) пара по обе стороны ограждения. Водяной пар перемещается от теплой стороны ограждения к холодной и конденсируется на холодных поверхностях, что приводит к снижению теплозащитных и санитарно-гигиенических качеств конструкции. Однако В.Д. Мачинский не предлагает конкретной методики расчета, а лишь рекомендует некоторые "технические приемы" компоновки наружных ограждений.
Одной из наиболее распространенных является стационарная модель перемещения водяного пара в наружном ограждении, предложенная К.Ф. Фокиным [108, ПО]. Модель учитывает перенос только парообразной влаги в сорбционной зоне, полагая, что сорбированная материалом вода прочно связана с ним и в жидком состоянии неподвижна. Движущей силой процесса является градиент парциального давления водяного пара. Метод К.Ф. Фокина заключается в определении зоны возможной конденсации в ограждении и позволяет рассчитать годовой баланс влаги конструкции. В основу метода положена простая и ясная физическая модель, поэтому различные его модификации широко применяются как в отечественной [77, 119, 120, 107, 76, 85, 87], так и зарубежной [37, 127, 128, 130, 135] практике.
Среди модификаций метода К.Ф. Фокина можно отметить работу Э.Х. Одельского [77], который усовершенствовал его учетом фильтрации влажного воздуха и применил к расчету деревянных покрытий. A.M. Шкловер предложил учитывать инерционность ограждения к температурно-влажностным воздействиям среды [119, 120]. Ф.В. Ушков предложил метод фокусов [107], который позволяет весьма просто определить зону возможной конденсации водяного пара в многослойном ограждении. В.Г. Новгородов обобщил метод К.Ф. Фокина на двумерный случай [76] с применением ЭВМ. М.В. Поликанов предложил метод предельных градиентов [85, 87], заключающийся в подборе двух слоев ограждения - теплозащитного и пароизоляционного при квазистационарном режиме эксплуатации ограждений.
Стационарные методы удобны для экспресс-оценки влажностного режима наружных ограждений, просты и наглядны и поэтому часто используются на практике. Однако по своей постановке они являются грубо приближенными, так как не учитывают течение процесса во времени. Малая интенсивность влагопереноса в строительных материалах, переменность температурно-влажностных воздействий воздушной среды и существенная нелинейность коэффициентов влагопереноса не позволяют установиться стационарному влажностному режиму в наружном ограждении.
Поэтому более точными являются нестационарные модели влагопереноса.
Б. Нестационарные модели влагопереноса
Влагоперенос по градиентам парциального давления водяного пара
А.С. Эпштейн предложил нестационарный метод [123] расчета парообразной влаги в ограждении, в основу которого положено следующее уравнение.
Уравнение влагопереноса, предложенное А.С. Эпштейном, решалось методом сеток по явной схеме аппроксимации, при этом устойчивость достигалась с помощью итераций в пределах каждого временного шага.
К.Ф. Фокин разработал метод последовательного увлажнения наружных ограждений [109, ПО] на основе уравнения, аналогичного (1.11), с коэффициентом паропроницаемости \ір, не зависящим от влажности. Решение уравнения получено по явной схеме с ограничениями на пространственно-временные шаги при произвольной разбивочной сетке. Температурный режим ограждения принят стационарным в течение каждого месяца (сезона) года.
В основу метода А.В. Корочкина [50] положена модель, учитывающая перенос водяного пара под действием градиентов парциального давления и температуры. Однако область применимости модели также ограничена сорбционной влажностью материалов.
В качестве примеров из зарубежной практики можно отметить методы Хуссейни {Husseini}, Рикена {Ricken}, Керестециогли {Kerestecioglu} и Гу {Gu}, рассмотренные в работе Кюнцеля [139]. Эти методы используют упрощенную технику вычисления влагопереноса в сорбционной области и зависимость сопротивления диффузии пара от влажности. Модель вычисления Рикена {Ricken} также рассматривает капиллярную проводимость с помощью специального алгоритма, в котором после достижения критического влагосодержания на числовой сетке избыток воды распределяется смежным элементам посредством "вычислительного перелопачивания".
Поскольку в большинстве моделей переноса водяного пара не учитывается эффект переноса жидкой влаги, они имеют ограниченное применение.
Влагоперенос по градиентам парциального давления водяного пара и концентрации жидкости в порах материала
Одними из первых исследовали перенос жидкой фазы влаги в пористых материалах О.Е. Власов [18] и Р.Е. Брилинг [14]. Основываясь на этих работах, К.Ф. Фокин [ПО] предложил дополнить метод последовательного увлажнения учетом перемещения жидкой фазы влаги. На основе экспериментальных исследований он показал, что имеется два механизма переноса влаги в материалах. Один из них - диффузия пара под действием градиентов парциального давления водяного пара (уравнение Стефана). Другой механизм переноса К.Ф. Фокин назвал "капиллярной диффузией", возникающей под действием градиента влагосодержания. Первый член в правой части (1.12) учитывает перемещение пара в сорбционной зоне, при этом предполагается, что адсорбированная жидкость прочно связана со стенками пор и поэтому не перемещается. Второй член - перемещение жидкой влаги в сверхсорбционной зоне.
На основе модели, описанной уравнением (1.12), В.Г. Гагарин [22, 92] разработал компьютерные программы для расчета нестационарного влагопереноса в ограждающих конструкциях зданий. Приняв в своей модели стационарный температурный режим, он вычислил влажностное состояние трехслойных стеновых панелей с эффективным утеплителем и сравнил результаты с измерениями.
Главная трудность, связанная с использованием моделей, основанных на уравнении (1.12), заключается в разрывности влагосодержания на стыках материалов многослойных (неоднородных) ограждающих конструкций. Скачки влагосодержания на стыке различных материалов ограждения приводят к необходимости задания сложных граничных условий. Кроме того, использование влагосодержания в качестве потенциала влажности в водонасыщенной области может вести к неверным оценкам [139].
Влагоперенос по градиентам парциального давления водяного пара и капиллярного давления жидкости
Более физически вероятным является описание процесса переноса жидкости в пористых строительных материалах с помощью модели потока (например, на основе уравнения Дарси). Вместо того, чтобы определять вла-госодержание материала-эталона (свойства которого могут меняться), в качестве потенциала капиллярного переноса жидкости можно принять капиллярное давление. Для гигроскопических и капиллярно-активных материалов зависимость между влагосодержанием и равновесным капиллярным давлением при высокой влажности может быть получена экспериментально [139, 60]. В сорбционной зоне капиллярное давление может быть вычислено по относительной влажности воздуха в порах материала с помощью уравнения Кельвина.
Конечно-разностная аппроксимация дифференциальных уравнений тепловлагопереноса
Поскольку дифференциальные уравнения тепловлагопереноса, входящие в систему (3.13)-(3.14), нелинейны с существенной зависимостью тепловлажностных характеристик от температуры и потенциала влагопереноса, эта система уравнений разрешима только численными методами.
Для аппроксимации дифференциальных уравнений тепловлагопереноса метод конечных разностей [23, 96, 106, 113, 124, 129] предпочтен методу конечных элементов [88, 98, 103, 136, 30]. По сравнению с методом конечных разностей аппроксимация с помощью конечных элементов более сложна и еще недостаточно глубоко разработана для совместного решения уравнений тепловлагопереноса, тем более для трехмерных задач. С другой стороны, главное преимущество конечных элементов, заключающееся в возможности лучшей аппроксимации сложных геометрий, в строительной физике сводится практически на нет, так как большинство областей ограждающих конструкций зданий может быть представлено в виде совокупности параллелепипедов определенной конфигурации. В то же время метод конечных разностей достаточно хорошо разработан в теории теплопроводности [5, 106], что позволяет применить известные методы этой теории к решению уравнения влагопроводности и построить эффективный алгоритм решения задачи.
Рассмотрим систему дифференциальных уравнений тепловлагопроводности (3.13)-(3.14). В этой системе уравнение влагопроводности (3.14) идентично по форме уравнению теплопроводности (3.13). Ниже приведена методика конечно-разностной аппроксимации трехмерного уравнения (3.21) в декартовой системе координат.
Пусть Q - пространственная область ограждающей конструкции, ограниченная поверхностью Е. Разобьем область Q на множество однородных элементарных ячеек.
Уравнение (3.31) выражает закон сохранения тепла (влаги) в объеме V за время Ат: изменение количества тепла (влаги) в объеме V за время Ат=тп+1-тп (левая часть уравнения) обусловлено потоком тепла (влаги) через граничную поверхность q (первое слагаемое в правой части), а также количеством тепла (влаги), выделившимся или поглощенным в объеме V за время Ат в результате действия источников (стоков).
В этом случае привязка узлов производится не к углам ячеек конструкции, а к геометрическим центрам ячеек, то есть каждый узел размещается в однородной области наружного ограждения (рис. 3.1). Это позволяет избежать многочисленных интерполяций коэффициентов переноса и существенно снижает объем вычислительной работы, что особенно важно для трехмерной задачи, которую мы рассматриваем.
В граничных узлах на поверхностях наружного ограждения необходимо записать "сеточные" граничные условия тепло- и влагообмена III рода. Однако такая запись чрезмерно усложнит алгоритм решения задачи.
Чтобы упростить алгоритм решения, воспользуемся электротепловой аналогией [39] и перейдем к цепочке тепловых и влажностных сопротивлений. Это позволит преобразовать граничные условия III рода в условия I рода и записать разностные уравнения одинаково для всех узлов сетки. В исследуемой области наружного ограждения будем различать:
ячейки, заполненные материалом (ячейки материала);
"воздушные ячейки", граничащие с ограждением;
граничные ячейки по материалу (ячейки обрыва).
Для каждой ячейки определяем тепловые и влажностные сопротивления. Значения тепловлажностных сопротивлений ячеек приведены в табл. 3.1.
В зависимости от веса % в уравнениях (3.37) и (3.40) можно строить схемы с различными свойствами. Так, при %=0 получим явную схему, при %=1 - неявную, при х=0-5 - явно-неявную (симметричную) схему. При использовании явной схемы потенциалы на новом временном слое определяются сразу по известным значениям потенциалов на предыдущем слое. Однако, устойчивость такой схемы зависит от некоторых условий, которые при использовании подробной пространственной сетки приводят к весьма малым приращениям по времени [106]. При этом объем вычислительных операций как результат требуемых малых приращений по времени намного выше, чем при использовании несколько более сложной неявной схемы. Неявная схема приводит к матричному уравнению, так как все потенциалы должны быть найдены одновременно на новом временном слое. Однако, она устойчива при любом временном шаге.
Сказанное выше остается справедливым применительно к известной комбинации явной и неявной схем - симметричным схемам [106]. Такие схемы, как правило, имеют более высокий порядок точности, поэтому они чаще используются по сравнению с чисто неявной схемой. Как показали исследования, приведенные в работах [139, 138], а также выполненные автором [43], в ряде случаев при использования симметричной схемы для расчета тепловлагопереноса могут возникнуть колебания ввиду нелинейностей коэффициентов переноса. Однако, такие колебания могут быть сглажены на компьютере. Кроме того, результаты, получаемые с помощью симметричных схем, зачастую являются лучшим приближением физической ситуации, чем при использовании неявных схем. Поэтому для аппроксимации уравнений тепловлагопереноса мы используем симметричную схему.
Следует отметить, что реализация схемы (3.40) связана с необходимостью обращения многомерного сеточного оператора. Это значительно усложняет проблему для неявных (явно-неявных) схем (х О), так как требуется привлекать те или иные прямые или итерационные методы [15]. Эффективный алгоритм решения сеточного уравнения (3.40) представлен ниже.
Тест 2 Исследование кинетики увлажнения двухслойной стены из пенобетона с наружным фактурным слоем
Цель теста 2 - показать согласование экспериментальных и расчетных данных по программе WATEC-3, полученных при исследовании кинетики увлажнения двухслойной стены из пенобетона с наружной фактурой. Температура и потенциал влажности воздушных сред приняты постоянными.
Наружная стена выполнена из пенобетона плотностью ро-600 кг/м и офактурена снаружи цементно-песчаным раствором (ро=1800 кг/м ). Методика эксперимента, выполненного А.У. Франчуком, заключалась в следующем [111]. Фрагменты стены размером 1.95x1.5x0.165 м3 помещались в термостатируемую камеру, где подвергались увлажнению в течение приблизительно 90 суток от начала процесса. Температура и влажность воздуха регистрировались термографами и гигрографами, контрольные измерения производились термометрами и психрометром Ассмана. Для измерения температур в отдельных слоях ограждения были заложены термоэлементы. Влажность материалов ограждения определялась путем послойной выборки проб в начальный момент времени и спустя 32, 68 и 88 суток. На наружной поверхности ограждения поддерживалась температура Тн = -6 -f- -6.5 С, на внутренней - Гв = 16 -г- 16.5 С. Влажность внутреннего воздуха колебалась в пределах 79 -г- 84 %, наружного - 94 -г 96 %.
Расчеты влажностного состояния наружного ограждения проведены по программе WATEC-3. Поскольку конструкция не имеет прямых контактов со свободной поверхностью воды, то коэффициент влагопроводности принят с учетом совместной диффузии пара и жидких пленок. Перемещение объемной фазы жидкости не учитывается. Начальный потенциал влажности принят постоянным по всему сечению ограждения 0нач=16 В, что соответствует начальным влагосодержаниям пенобетона w\=36 кг/м и цементно-песчаного раствора w2=40 кг/м Потенциалы влажности внутреннего воздуха 0В=2О В, наружного 0Н=35 В, что соответствует относительной влажности эксперимента фв=84 % и фн=96 %. Исходные данные для расчета приведены в табл. 4.2.
Числовая сетка по пространству принята с постоянным шагом / 3=0.025 м. Временной интервал Ат=1 сут.
На рис. 4.2 приведена динамика изменения средних потенциалов влажности в течение 90 суток с начала процесса (рис. 4.2, а) и профилей потенциалов по сечению ограждения (рис. 4.2, б) в характерные моменты времени. Данные получены расчетом по программе WATEC-3. В начальный период времени можно отметить интенсивное увлажнение наружной фактуры парообразной влагой (прирост потенциала за 10 суток составил примерно 14В), а затем происходит постепенная стабилизация потенциала. Потенциал влажности пенобетона плавно возрастает на всем рассматриваемом временном интервале. Анализируя профили потенциала влажности (рис. 4.2, б), можно отметить небольшие максимумы потенциалов на стыке пенобетона с плотной наружной фактурой. Однако потенциал влажности в этой зоне не превышает максимального сорбционного.
На рис. 4.3-4.4 приведено сравнение результатов расчета влажност-ного состояния наружного ограждения с данными опыта.
На рис. 4.3 представлена динамика изменения среднего влагосо-держания материалов наружного ограждения в течение 90 сут от начала процесса. Жирной линией показан результат расчета, полученный по программе WATEC-3. Тонкой линией показан результат теоретического расчета А.У. Франчука [111]. Маркерами отмечена влажность материалов, найденная экспериментальным путем [111] за тот же период времени. Из рисунка видно, что влагосодержание наружной фактуры практически не меняется и равно начальному. Влагосодержание пенобетона растет за счет массобмена с наружной фактурой. Наблюдается хорошее согласование теоретических и экспериментальных результатов (максимальное отклонение расчетных и экспериментальных значений влажности не превышает 5-10%).
Сравнивая рис. 4.3 и 4.2, а, можно отметить, что в любой момент времени потенциал влагопереноса наружной фактуры выше, чем потенциал пенобетона, а влагосодержание наружной фактуры ниже, чем потенциал пенобетона. Так, в конце наблюдения (90 сут) наружная фактура при среднем влагосодержании w2=40 кг/м3 имеет потенциал влагопереноса 02=33 В, а пенобетон при влагосодержании wi=70 кг/м имеет потенциал 01=25 В. При соприкосновении этих материалов влага переходит от материала с высшим потенциалом влагопереноса, но меньшим влагосодер-жанием (от наружной фактуры) к материалу с низшим потенциалом, но большим влагосодержанием (к пенобетону). Эта картина находится в полном соответствии с физикой процесса влагопереноса на стыке различных материалов ограждения.
На рис. 4.4 приведены профили влажности в поперечном сечении стены для трех характерных моментов времени. На стыке пенобетона с наружной фактурой наблюдается скачок влагосодержания. Например, в конце наблюдения равновесная влажность фактуры w2 42 кг/м , пенобетона - Wi«87 кг/м Потенциалы на стыке материалов равны между собой 02=0i«33 В. Во всех временных точках измеряемые и расчетные результаты хорошо согласуются между собой (незначительное расхождение результатов можно объяснить некоторым различием физических свойств материалов). Это подтверждает, что компьютерная программа WATEC-3 дает надежные результаты.
Тепловые и влажностные структуры
В ходе просмотра анимационного клипа был обнаружен интересный эффект - образование тепловых и влажностных структур в конструкции со шпоночным соединением. Под тепловой (влажностной) структурой будем понимать область локального повышения или понижения температуры (влажности).
Наиболее ярко тепловые структуры выражены по стволу шпонки. Расчеты показали, что максимальная локализация температуры наблюдается на стыке шпонки с наружной полочкой в январе (ny=10, т=1). Температура в шпонке Ттах= - 3.07 С, что выше по сравнению со средней температурой в рассматриваемом сечении на 1.5 С. К наружной поверхности локализация температуры снижается и составляет примерно 0.5 С. На стыке шпонки с плитой перекрытия тепловая структура выравнивается, что говорит об отсутствии локализации температуры в этой краевой зоне. А на внутренней поверхности ограждения в зоне ствола шпонки (ny=6, т=1) в том же месяце образуется тепловая "дыра" (рис. 5.12). Температура в шпонке Гтг„=15.28 С, что ниже средней температуры внутренней поверхности только на 0.81 С. Следует также отметить небольшую локализацию температуры в области плиты перекрытия и наружной полочки.
В августе (пг=8) в зоне ствола шпонки наблюдается противоположный эффект: понижение температуры на наружной поверхности ограждения и повышение на внутренней. Однако локализация температуры здесь выражена значительно слабее.
Таким образом, по стволу шпонки образуется тепловая структура, имеющая ярко выраженный пространственный характер. По мере удаления от шпонки температурное поле постепенно выравнивается, и теплопередача вдали от включения происходит по двумерной (стык перекрытия со стеной) или одномерной (гладь стены) схемам.
Тепловые структуры, образуемые в конструкции со шпоночным соединением, снижают теплозащитные качества наружного ограждения, увеличивая теплопотери зимой и теплопоступления летом. При этом шпонка является своеобразным "термомостом", проводящим дополнительное количество тепла изнутри снаружу в зимних условиях и в обратном направлении летом.
Локализация влаги на отдельных участках наружного ограждения указывает на образование влажностных структур. Однако влажностные структуры по сравнению с тепловыми имеют более сложный характер. На рис. 5.13-5.14 показаны влажностные поля (% влажности по весу) на стыке утеплителя с наружной кирпичной кладкой (пу=10) в периоды максимального (февраль) и минимального (август) влагонакопления. Из рис. 5.13 видно, что в феврале на стыке утеплителя и наружной кладки в зоне железобетонной полочки наблюдается незначительный рост влажности. Рядом со стволом шпонки образуются небольшие "пики" влажности wB=3.5-3.7 %, что указывает на незначительную конденсацию влаги в окрестности шпонки. В августе влажностное поле полностью выравнивается (рис. 5.14) - происходит сушка конструкции.
Распределение влажности в другом характерном сечении в феврале показано на рис. 5.15. Из рисунка видно, что в конце периода влагонакопления происходит увлажнение опорной полочки и части ствола шпонки, примыкающего к ней. Вокруг ствола шпонки отчетливо видны зоны повышенной влажности.
Полученная картина влажностного режима на стыках различных материалов находится в полном соответствии с теорией потенциала влажно-сти, предложенной В.Н. Богословским и А.В. Лыковым. Согласно теории потенциала влажности перенос влаги в капиллярно-пористом материале происходит в направлении от высшего потенциала к низшему, а в состоянии термодинамического равновесия потенциалы системы должны быть равны. На рис. 5.16 представлены поля относительного потенциала влагопереноса и весовой влажности на стыке утеплителя с наружной кладкой (февраль). Из рисунка видно, что потенциал влагопереноса в рассматриваемом сечении - величина постоянная (0=32.1-33.6 В). В то же время на стыках различных материалов наблюдается разрыв влажности - равновесная влажность по железобетонной шпонке wB=1.8 %, по утеплителю WB=3.3 %.
Моделирование тепловлажностного режима конструкции со шпоночным соединением показало, что наряду с пространственной локализацией тепла и влаги в конструкции происходит временная локализация энергии и массы. В результате образуются динамические тепловлажно-стные структуры, обладающие интересными свойствами. Проигрывание модели тепло-влагопереноса на компьютере показало совместное эволюционирование тепловых и влажностных структур во времени: структуры то исчезают, "растворяясь" в пространстве, то появляются вновь; непрерывно меняется их форма; наблюдается "мерцание" и "пульсация" структур во времени, концентрация тепла и влаги на одних участках ограждения и "разрежение" структуры на других участках. При этом возможно развитие различных "сценариев" тепловлажностного состояния -образование петель, колец, динамических "фокусов" концентрации тепла и влаги [41]. Детальный анализ таких состояний - предмет будущих исследований.
В заключение отметим причины образования тепловых и влажностных структур. Главная причина образования тепловлажностных структур заключается в неравномерной проводимости тепла и влаги на отдельных участках наружного ограждения вследствие неравноэффективности (неоднородности) пространственной среды ограждения. В результате на одних участках конструкции наблюдается повышенная проводимость тепла (влаги), на других - пониженная проводимость. Это приводит к локализации тепла и влаги в краевых зонах наружного ограждения и образованию тепловлажностных структур.
Другая причина образования тепловлажностных структур - физическая нелинейность модели, определяемая существенной зависимостью тепловых и влажностных свойств строительных материалов от потенциала влажности и температуры. Образование и эволюция структуры протекают под действием конкуренции двух основных факторов: объемного поглощения тепла и влаги в данной точке среды и проводимости, то есть стремления среды к выравниванию температуры и потенциала влагопереноса. Если механизм объемного поглощения тепла и влаги подавляет стремление к выравниванию концентраций (например, в связи с "запиранием" потоков тепла и влаги за счет резкого уменьшения коэффициентов тепло- и влагопроводности), то происходит образование структуры в некоторой области пространства (см. рис. 5.13). В противном случае наблюдается "растворение" структуры за счет диффузионного механизма тепло- и влагопереноса (рис. 5.14).
Локализация тепла и влаги в отдельных частях конструкции снижает теплозащитные качества наружного ограждения и ухудшает его санитарно-гигиеническое состояние (при определенных условиях возможно появление грибковой плесени, являющейся сильным аллергеном). На этих участках наиболее вероятно развитие температурно-влажностных деформаций, приводящих к снижению надежности и долговечности конструкции.
