Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в России, большинство территорий которой характеризуется долгой и продолжительной зимой, эксплуатируется достаточно большое количество зданий со свегопрозрачными кровлями. Основное функциональное назначение подобных конструкций - обеспечение естественного освещения подкровельного пространства. Однако результаты наблюдений за уже возведенными светопрозрачными кровлями показывают, что в зимнее время они вьшолняют эту функцию лишь частично. Причиной этому является снежный покров, скапливающийся на поверхностях кровельного остекления и продолжающий лежать там очень длительное время. Очевидно, что для нормального функционирования светопрозрачных кровель необходимо, чтобы снежный покров удалялся с их поверхности. Однако существующие методы борьбы со снеговыми отложениями на кровлях (механическая отчистка, использование обогреваемых стеклопакетов) являются не всегда оправданными и целесообразными. Выход из сложившейся ситуации может быть найден в результате комплексного исследования влияния снегового покрова на различные технические и функциональные характеристики светопрозрачных кровель.
Цель работы - изучение влияния снежного покрова на зимний эксплуатационный режим большепролетных светопрозрачных покрытий отапливаемых атриумных зданий, и разработка рекомендаций по проектироваїшю и эксплуатации светопрозрачных кровель исходя из условия круглогодичного обеспечения естественного освещения подкровельного пространства.
При выполнении работы необходимо было решить следующие задачи:
Провести натурные наблюдения на здании атриумного типа для изучения характера накопления и продолжительности нахождения снежного покрова на различных участках кровельного остекления;
Провести натурные эксперименты процессов накопления и стаивания снежного покрова на поверхности кровельного остекления; рассмотреть изменение теплозащитных свойств стеклопакета в зависимости от угла его наклона к горизонту; определить светопропускающую способность снежного покрова.
Разработать физико-математическую модель процесса накопления и оттаивания снежного покрова с поверхности остекления, разработать методику численных расчетов нестационарного теплообмена с учетом теплоты фазовых переходов снега в воду и изменения толщины снежного покрова
Сравнить результаты теоретических и экспериментальных исследований эксплуатационных характеристик светопрозрачных кровель с учетом снегового покрова;
Разработать рекомендации по проектированию светопрозрачных кровель покрытой снежным покровом, исходя из условия максимального обеспечения ими естественного освещения.
Научная новизна работы заключается в следующем:
В результате натурных наблюдений исследован режим формирования снежного покрова на светопрозрачных кровлях отапливаемых зданий; определено влияние угла наклона остекления на процессы накопления и стаивания снежного покрова с поверхностей светопрозрачных кровель;
Определена светопропропускающая способность снежного покрова в зависимости от его толщины;
Предложена физико-математическая модель процесса накопления и оттаивания снежного покрова с поверхности остекления,
Разработана методика численных расчетов нестационарного теплообмена с учетом теплоты фазовых переходов снега в воду и изменения толщины снежного покрова, с помощью которой возможно определять продолжительность нахождения снежного покрова на различных участках светопрозрачных кровель, его толщину и светопрозрачность;
Практическая значимость работы заключается в разработке рекомендаций по проектированию и эксплуатации светопрозрачных кровель исходя из условия обеспечения ими круглогодичного естественного освещения подкровельного пространства.
Достоверность результатов работы подтверждается сравнением результатов численных и аналитических теоретических исследований с результатами натурных наблюдений и экспериментов; использованием при экспериментальных исследованиях современных методов измерения и компьютерной техники.
Автор выносит на защиту:
Результаты натурных наблюдений за формированием снежного покрова на
поверхности кровельного остекления с различным углом наклона в различных
интервала температур:
на свегопрозрачной кровле эксплуатируемого атриумного здания (административное здание МИД РФ на Новом Арбате); - на полигоне со специально спроектированными и изготовленными моделями
Физическую и математическую модель стаивания снежного покрова с поверхности кровельного остекления отапливаемых зданий;
Методику численных расчетов по определению толщины и продолжительности стаивания снежного покрова с различных участков кровельного остекления отапливаемых зданий;
Рекомендации по проектированию светопрозрачных кровель отапливаемых зданий, исходя из зимних условий эксплуатации.
Результаты исследований внедрены:
При реконструкции административного здания МИД РФ (г. Москва, Смоленская-
Сенная площадь, д.32/34).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:
- Тринадцатой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности», Москва (2010 г.);
- Международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» (2011 г.).
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по диссертации, библиографического списка использованной литературы из 75 наименований. Работа имеет общий объём в 160 страниц машинописного текста, содержит 6 таблиц, 52 рисунка.
