Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Долговечность и срок службы ограждающих конструкций жилых зданий. состояние вопроса 11
1.1 Современные требования к ограждающим конструкциям жилых зданий.
Понятие «долговечность» 11
1.2 Развитие норм по долговечности ограждающих конструкций 20
1.3 Долговечность ограждающих конструкций по фактору физического износа зданий 23
1.3.1 Долговечность конструкционного слоя 25
1.3.2 Долговечность облицовочного слоя 27
1.3.3 Долговечность теплоизоляционного слоя 30
1.4 Долговечность ограждающих конструкций по фактору морального старения жилых зданий 34
1.5 Кинетика старения теплоизоляционных материалов 38
1.5.1 Тепловое старение теплоизоляционных материалов 38
1.5.2 Старение теплоизоляционных материалов при попеременном
воздействии температуры и влажности 46
1.6 Методы прогнозирования долговечности ограждающих конструкций 51
1.7 Заключение, выводы, формулирование целей и задач исследования 59
ГЛАВА 2. Целесообразный срок службы наружных стен жилых зданий 62
2.1 Понятие долговечности многослойных ограждающих конструкций
2.2 Совместный учет долговечности по факторам физического износа и морального старения жилых зданий для оценки целесообразного срока службы наружных стен 63
Выводы по главе 2 67
ГЛАВА 3. Натурное исследование условий эксплуатации строительных материалов в составе многослойного ограждения 68
3.1 Оборудование, приборы и методы экспериментального исследования эксплуатационных воздействий 68
3.1.1 Конструкция испытательного стенда 68
3.1.2 Измерительная аппаратура 70
3.1.3 Размещение датчиков температуры/относительной влажности на испытательном стенде 75
3.2 Определение начальных значений эксплуатационных параметров 77
3.3 Оценка влияния эксплуатационных воздействий на температурно влажностный режим материалов в натурном стенде 79
3.3.1 Температурный режим материалов на годовом цикле эксплуатации 80
3.3.2 Влажностный режим материалов на годовом цикле эксплуатации 84
3.3.3 Эквивалентные температуры эксплуатации в сечениях теплоизоляционных материалов 86
Выводы по главе 3 89
ГЛАВА 4. Разработка метода опенки эквивалентных температур эксплуатации теплоизоляционных материалов по справочным климатическим данным 90
4.1 Влияние температуры наружного воздуха 91
4.1.1 Продолжительность действия температуры наружного воздуха 91
4.1.2 Распределение температуры по сечениям теплоизоляционного материала от действия температуры наружного воздуха 95
4.1.3 Эквивалентная температура эксплуатации от действия температуры наружного воздуха 101
4.2 Влияние солнечной радиации 102
4.2.1 Продолжительность действия солнечной радиации в течение года на фасады зданий различной ориентации по сторонам света 103
4.2.2 Интенсивность солнечной радиации
4.2.3 Распределение температур по сечениям теплоизоляционного материала при воздействии солнечной радиации с учетом параметров затухания тепловой волны 111
4.2.4 Эквивалентная температура эксплуатации при воздействии солнечной радиации 118
4.3 Суммарная эквивалентная температура эксплуатации от действия температуры наружного воздуха и воздействия солнечной радиации 119
4.4 Расчет эквивалентных температур эксплуатации по расчетным сечениям натурного стенда 120
Выводы по главе 4 125
ГЛАВА 5. Прогнозирование срока службы наружных стен по критерию теплозащиты 127
5.1 Теоретическое обоснование для оценки срока службы теплоизоляционных материалов с полимерной основой 127
5.1.1 Обоснование предельных значений тепловой защиты наружных стен 127
5.1.2 Обоснование срока службы наружных стен по критерию потери требуемой теплозащиты 130 5.1.3 Математическая модель теплового старения теплоизоляционных материалов 131
5.1.4 Испытания теплоизоляционных материалов на тепловое старение при изотермических воздействиях 133
5.1.5 Вывод итоговой формулы по прогнозированию срока службы наружных стен по критерию потери теплозащитных свойств 137
5.2 Конструирование ограждения с заранее заданным сроком службы 138
5.3 Зависимость срока службы наружных стен от энергии активации Еа и показателя долговечности Кх при тепловом старении 139
5.4 Программа расчета срока службы наружных стен 140
Выводы по главе 5 142
Основные выводы 143
Список авторских публикаций 145
Литература 147
- Долговечность ограждающих конструкций по фактору физического износа зданий
- Совместный учет долговечности по факторам физического износа и морального старения жилых зданий для оценки целесообразного срока службы наружных стен
- Определение начальных значений эксплуатационных параметров
- Распределение температуры по сечениям теплоизоляционного материала от действия температуры наружного воздуха
Долговечность ограждающих конструкций по фактору физического износа зданий
Однако, расшифровка понятия «надлежащая стойкость» в СНиП П-В.6-62 отсутствует. В 1972 году эта глава СНиП была отменена и работы по нормированию долговечности ограждающих конструкций были остановлены. В Пособии к СНиП II-3-79 от 1990 года появилась глава, в которой приведен метод прогнозирования долговечности наружных стен по морозостойкости наружного промерзающего слоя, разработанный Александровским (подробнее он изложен в п. 1.6). Однако, этот метод применим в большей степени для распространенных в то время однослойных каменных конструкций ограждения. В последующих переизданиях СНиПа и пособий данный метод своего отражения не нашел.
В 1986 году [91] эти работы были продолжены. В РСН 58-86 [91] предложена та же классификация степени долговечности ограждающих конструкций, что и в СНиП П-В.6-62 (100, 50 и 20 лет); указывается, что степень долговечности ограждающих конструкций устанавливается в зависимости от класса капитальности зданий того или иного назначения. Например, в СНиП II-Л. 1-71 «Жилые здания. Нормы проектирования» [98] были прописаны классы капитальности зданий, однако, в последующих переизданиях этого документа они не были включены.
В Рекомендациях 1983 года [88] нормативный срок службы наружных стен определен в 100-150 лет, что приравнивается к сроку службы всего здания.
В 2003 году в СНиП 23-02-2003 [103], введенный взамен СНиП П-3-79 , включен п.4.1, в котором воспроизведен п. 1.8 СНиП П-В.6-62 [99], но регламентация понятия «надлежащая стойкость» также отсутствует, в связи с чем п. 4.1 СНиП 23-02-2003 теряет смысл. Аналогичный пункт сохранен и в актуализированном СНиП 23-02 [108], смысл которого также потерян. В стандарте организации Российского общества инженеров строительства [109] предпринята попытка нормировать долговечность наружных стен. В основу нормирования положены конструктивные особенности несущих систем, ограждающих конструкций и используемых материалов для теплоизоляционных и облицовочных слоев. В нормативном документе [109] приведено подробное описание конструкций и материалов десяти типов ограждающих конструкций с прогнозируемой долговечностью от 50 до 150 лет. В том же нормативном документе приведена таблица продолжительности эффективной эксплуатации различных конструкций наружных стен до первого капитального ремонта.
В современных нормативных документах наметился возврат к проблеме долговечности ограждающих конструкций. Однако произошло видоизменение понятия «долговечность», исчезла ориентация на режим эксплуатации ограждений и климатические условия. Основным становится система технического обслуживания и ремонта.
В ТР 165-05 «Технические рекомендации по установлению долговечности (срока службы) строительных материалов и изделий» [113] приводится следующее определение: «Долговечность - способность материала, изделия, конструкции, системы сохранять свои эксплуатационные свойства (работоспособность) при установленной системе технического обслуживания и ремонтов». Аналогичное определение для наружных стен приведено в СТО РОИС «Теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий» [109].
Техническое обслуживание и ремонт ограждений, безусловно, увеличивают их срок службы, но в современной трактовке понятия долговечность исчезает поведение (старение) материалов ограждений в различных условиях эксплуатации при различных климатических воздействиях. То есть исчезает возможность формировать тот справочный материал, который позволит на стадии проектирования ограждений подбирать материалы функциональных слоев с необходимой степенью долговечности. Проведенный обзор нормативных документов показал, что отдельные вопросы обеспечения долговечности ограждающих конструкций эпизодически находили освещение в нормах, но системная работа в этом направлении отсутствовала. К тому же, неопределенность понятия «долговечность» в конечном итоге приводит к путанице, как в рядах проектировщиков, так и научного сообщества, обеспечивающего выход нормативной литературы.
Физическая долговечность конструкций определяется изменением эксплуатационных качеств ограждающих конструкций в определенных эксплуатационных условиях. В некоторых работах, например [19, 81], при описании изменения эксплуатационных качеств ограждающих конструкций и зданий в целом используют понятие аналогичное долговечности - износ. При этом, надежность объекта (вероятность его безотказной работы), долговечность и износ могут быть представлены во взаимосвязи графически, как показано на рисунке 1.5 [19]. На этом рисунке в качестве предельного состояния принят износ равный 50 %. Можно видеть, что в зависимости от кинетики изменения свойств равная величина износа приведет к различному сроку службы.
Износ ограждающих конструкций по определению [19] проходит через четыре стадии: малый износ, повреждения, разрушения и полный износ. Интенсивность износа ограждающих конструкций определяется физико-химическим или биологическими процессами старения, как это показано на рисунке 1.5. Процессы старения материалов в ограждениях зависят от конструкции ограждения, использованных материалов и характера эксплуатационных воздействий.
Совместный учет долговечности по факторам физического износа и морального старения жилых зданий для оценки целесообразного срока службы наружных стен
В соответствии со СНиП П-В.6-62 «Ограждающие конструкции. Нормы проектирования» [99] устанавливаются следующие степени долговечности ограждающих конструкций: Далее указывается, что требуемая степень долговечности ограждающих конструкций устанавливается от класса капитальности зданий. Таким образом, полагалось, что срок службы ограждающих конструкций должен быть таким же, как и срок службы несущих систем здания. Срок службы несущих систем зданий, в том числе и конструкционного слоя ограждающих конструкций, выполненных из искусственных каменных материалов (кирпича, бетона, железобетона) находится в пределах 300-500 лет. Теплоизоляционные и наружные облицовочные слои выполняются, как правило, из органических и смешанных материалов и имеют значительно меньший срок службы (20-200 лет). В силу этого срок службы несущих систем здания и многослойных ограждающих конструкций не может быть одинаковым.
Под сроком службы многослойных ограждающих конструкций следует понимать срок службы двух функциональных слоев: теплоизоляционного и наружного облицовочного, который будет определяться продолжительностью службы без потери эксплуатационных качеств этих функциональных слоев. 2.2 Совместный учет долговечности по факторам физического износа и морального старения жилых зданий для оценки целесообразного срока службы наружных стен
Как описано в п. 1.4, долговечность наружных стен жилых домов неправильно рассматривать лишь с позиции физического износа. Для таких зданий характерно повышенное влияние процессов морального старения, вызванных социально-экономическим ростом. Оценивая моральный износ с экономических позиций по снижению стоимости строительства нового жилого дома по отношению к ранее построенному [81], затруднительно спрогнозировать срок службы этого здания в каком-либо временном диапазоне.
В этой связи, временные показатели морального старения жилых домов возможно проследить при ретроспективном анализе. Для Российской Федерации (Российской империи, СССР) можно выделить следующие этапы становления жилых домов.
Появление первых видов жилья массового строительства: одноэтажных и двухэтажных бараков, рисунки 2.1а и 2.16. обусловлено индустриальным ростом в XIX веке и появлением новых рабочих мест в городской черте. Поскольку вкладывать деньги в улучшение жилищных условий рабочих владельцы фабрик и мануфактур не хотели, обеспечение более комфортным жильем рабочих так и оставалось нерешенным десятки лет.
С 20-30-х годов (Постановление СНК СССР от 1928 года «О порядке самоуплотнения жителей больших квартир», Постановление ЦИК и СНК СССР от 16 мая 1924 года «О содействии кооперативному строительству рабочих жилищ» и пр.) государство начинает способствовать удовлетворению основных социальных потребностей граждан в жилье: дома-коммуны, коммунальные квартиры.
В 30-40-е годы массовое развитие получили 2-3-х этажные кирпичные здания с деревянными перекрытиями, рисунок 2.1 в.
С 50-х годов с принятием Постановлений ЦК КПСС Совета Министров СССР «Об устранении излишеств в проектировании и строительстве» (1955), «О развитии производства сборных железобетонных конструкций и деталей для строительства» (1954) и «О развитии крупнопанельного домостроения» (1959) начинается массовое строительство крупнопанельных жилых зданий по типовым проектам, впоследствии названных «хрущевками», рисунок 2.1г. Этот период характеризуется удовлетворением основных потребностей населения в жилье.
С 70-х годов начинается строительство квартир для массового потребителя улучшенной планировкой, т.н. «ленинградки». Продолжается период использования технологии сборного домостроительства, типовых проектов и ограниченной типологии квартир.
Рисунок 2.1- Примеры домов массовой постройки: а, б - деревянный барак начала XX века; в - кирпичное здание с деревянными перекрытиями 30-40-х годов; г - крупнопанельное здание 40-50-х годов
90-е годы характеризуются появлением первых нормативных документов, предусматривающих реконструкцию жилых домов первых массовых серий (50-60-х годов). В 1998 году принята Государственная программа Московской области «Реконструкция жилых домов первых массовых серий» на период до 2010 года. В этом же году разрабатываются «Методические рекомендации по реконструкции и модернизации инженерного оборудования жилых домов первых массовых серий» для Санкт-Петербурга.
Первое десятилетие XXI века характеризуется высокими темпами строительства коммерческого жилья. Доля малогабаритных квартир на рынке жилья уменьшается за счет строительства квартир с большими площадями. В корне изменяется технология возведения массового жилья, происходит отказ от сборных элементов в пользу каркасно-монолитного строительства [59].
Подводя итоги исследованиям по моральному старению жилых зданий, приведем обобщенный ретроспективный анализ развития жилых зданий и их морального старения за последние 100 лет: - одно-двухэтажные бараки, построенные в период индустриализации страны (20-30-е годы), через 40 лет были снесены по причине их несоответствия соци ально-экономическим требованиям; - двух-трехэтажные кирпичные здания с деревянными перекрытиями постройки 30-50-х годов через 40-50 лет эксплуатации оказались морально устаревшими и подверглись сносу; - крупнопанельные пятиэтажные здания постройки 50-60-х годов перестали соответствовать социальным требованиям уже к началу 90-х годов. Появились региональные программы по реконструкции крупнопанельных зданий первых массовых серий, а в экономически развитых регионах эти здания подверглись сносу.
Таким образом, срок службы жилых зданий по моральному старению наступает через 40-60 лет их эксплуатации, вне зависимости от их физического состояния.
В процессе эксплуатации материалы и конструкции зданий подвергаются климатическим и эксплуатационным воздействиям, и происходит, т.н. физический износ. Техническая работоспособность здания при физическом износе поддерживается текущими и капитальными ремонтами, чем обеспечивается целесообразный срок службы здания по фактору физического износа. В этот же период эксплуатации здания в обществе происходят определенные социально-экономические изменения. Развивается экономика, и изменяются требования к жилым зданиям. Функциональные, объемно-планировочные и технические решения, заложенные при проектировании здания несколько десятилетий назад, вступают в противоречие с современными требованиями к жилым зданиям, и происходит моральное обесценивание жилых зданий. Для приведения устаревших функций жилых зданий к современным требованиям недостаточно текущих и капитальных ремонтов, требуется полная реконструкция здания (и даже прилегающей территории). Происходит сопоставление двух экономических показателей: расходов на реконструкцию устаревшего жилого здания и расходов на снос старого и строительство нового жилого здания по современным требованиям. Затраты на полную реконструкцию морально устаревшего здания могут оказаться сопоставимыми или даже превышать затраты на строительство жилого здания по современным требованиям.
Определение начальных значений эксплуатационных параметров
На рисунках 3.8 и 3.9 представлены схемы размещения датчиков ДТГ-2.0 комплекса Терем-2.3 по сечению испытательного стенда.
Датчики располагаются таким образом, чтобы по сечению каждого из трех теплоизоляционных материалов было не менее четырех датчиков. В каждом из фрагментов ограждения присутствуют датчики в толще наружного штукатурного слоя (1.1/2, 2.1/2 и 4.1/2), на глубине 2,5 см от наружной поверхности (3.5/6, 2.3/4 и 4.3/4), на глубине 5 см (1.5/6,2.5/6 и 4.5/6), а также на границе теплоизоляционного и конструкционного слоя из кирпича (3.1/2, 2.7/8 и 4.7/8). Датчик 3.3/4 закреплен на относе от наружного ограждения на специальном теплоизолированном кронштейне; с его помощью регистрируется температура и относительная влажность наружного воздуха. Датчик 3.5/6 и 3.7/8 регистрируют температуру и относительную влажность внутренней поверхности ограждения и внутреннего воздуха соответственно.
В теплоизоляционных слоях из пенополистирола (2а) и минеральной ваты (26) датчики устанавливались между слоями материала. Для размещения датчиков в газобетоне высверливались специальные каналы, которые после установки датчиков изолировались инертным материалом. Датчики на поверхностях ограждения располагаются непосредственно в толще штукатурных слоев.
Все датчики присоединены к одному адаптеру и имеют одинаковые интервалы регистрации и передачи данных на центральное устройство. Интервал регистрации показаний установлен в 15 минут.
В итоге за два года наблюдений получена база экспериментальных данных, содержащая более 100 тыс. измерений интенсивности солнечной радиации, приходящей к поверхности стенда, температуры и относительной влажности воздуха по расчетным сечениям каждого вида утеплителя.
Перед установкой образцов теплоизоляции в конструкцию ограждения был проведен ряд испытаний для определения плотности, теплопроводности и паропро-ницаемости материалов:
1) для определения теплопроводности и средней плотности из плит материала выпиливались 3 образца квадратной формы со сторонами -150x150 мм, при толщине плит материала -25 мм; образец штукатурки заливается по форме размерами 150х 150 мм, при толщине -8 мм;
2) для определения паропроницаемости из плит материала выпиливались 3 образца цилиндрической формы диаметром -150 мм, при толщине плит материала -50 мм; образец штукатурки также заливается по цилиндрической форме диаметром -150 мм, при толщине -8 мм.
Длина и ширина плит измерялись линейкой по ГОСТ 427-75 в трех местах: на расстоянии 50 мм от края и посередине плиты. Погрешность измерения - не более 0,5 мм. За длину и ширину принималось среднее арифметическое значение измерений плиты. Толщина плит измерялась штангенциркулем в 9-ти местах: по три измерения с каждой стороны на расстоянии 50 мм от края плиты и посредине грани. Погрешность измерения - не более 0,5 мм. За толщину принималось среднее арифметическое значение измерений плиты. Определение средней плотности образцов материала:
Образцы взвешивались с точностью до 1 мг. Средняя плотность плиты (ро) вычислялась в килограммах на кубический метр по формуле:
В камеру, разделенную на две половины, помещают образец. При определенной температуре, с обоих сторон образца создают разные значения влажности. Водяной пар проникает через образец на сухую сторону. Скорость проницаемости водяного пара и другие параметры определяются при обнаружении и расчете разницы веса испытательных чаш со временем.
Результаты определения коэффициентов паропроницаемости материалов натурного стенда представлены в таблице 3.1. Оценка влияния эксплуатационных воздействий на температурно-влажностный режим материалов в натурном стенде
Основным видом данных, снимаемых с натурного испытательного стенда, является распределение температуры и относительной влажности по трем сечениям ограждения, соответствующим различным видам теплоизоляционных материалов. Распределение температуры и влажности по сечению ограждения представляет собой температурно-влажностный режим наружной стены, являющийся основным эксплуатационным воздействием, который определяет срок службы материалов ограждения.
Температурный режим материалов на годовом цикле эксплуатации Данные, снимаемые с натурного стенда каждые 15 минут, позволяют оценить распределение температуры и относительной влажности как по толщине теплоизоляционного слоя, так и в течении времени.
На рисунках 3.11-3.13 представлены графики характерного распределения температуры по сечению натурного стенда в течение суток в различные дни года (28.01.14, 4.03.14, 2.06.14). Как можно видеть, распределение температуры как по сечению теплоизоляционного материала, так и в течение суток носит непостоянный характер. На распределение температуры по сечению материала влияют его теплотехнические характеристики: чем больше сопротивление теплопередаче слоя материала, тем больший размах температуры наблюдается между поверхностями этого материала в конструкции наружного ограждения. В ночные часы суток 4.03.14 (в отсутствии солнечной радиации) для пенополистирола и минеральной ваты этот размах составляет порядка 20 С, для ячеистого бетона - около 15 С.
Распределение температуры в течение суток сильно зависит от воздействия солнечной радиации. Как можно видеть, в дневные часы суток (от 11.00 до 13.00) даже при отрицательной температуре наружного воздуха (-7 С) температура наружной поверхности достигает значительных положительных величин (до 40 С в пенополистироле и минеральной вате, и до 30 С в ячеистом бетоне).
В летние месяцы температура поверхности стены находится в интервале 65-70 С практически каждый день, даже при наличии незначительной облачности (рисунок 3.13). Это будет показано и на рисунке 4.10. Такой интервал температур позволяет сделать предположение об определяющем воздействии на старение - тепловом старении материалов теплоизоляции, имеющих полимерную основу, в наружных стенах.
Распределение температуры по сечениям теплоизоляционного материала от действия температуры наружного воздуха
Исходя из условий повышенного внимания к энергосбережению в связи с принятие ФЗ №261 «Об энергосбережении» [116], в том числе и при проектировании наружных стен, в качестве основного критерия определения сроков службы таких конструкций можно принять сохранение требуемого уровня теплозащиты зданий на протяжении всего срока эксплуатации.
Согласно действующим нормативным документам [108] ограждающие конструкции проектируются исходя из нескольких критериев, основные из которых: экономический и санитарно-гигиенический - устанавливаются по соответствию требуемому уровню теплозащиты. Этот уровень определяется общим сопротивлением теплопередаче конструкции таким образом, чтобы выполнялось условие:
Известно [1, 62, 70, 77], что со временем величина общего сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции снижается. В связи с этим в СТО 00044807-001-2006 [109] заложены пределы уменьшения этой величины, при которой конструкция перестает соответствовать требованиям эксплуатации и требует капитального ремонта. Согласно этому документу общее сопротивление теплопередаче может быть снижено на 35 % по отношению к экономически целесообразному на текущий момент (щ ) или не более чем на 15 % по отношению к требуемому сопротивлению теплопередаче по санитарно-гигиеническим условиям (і? 0г).Как показывает практика при современном уровне требований к теплозащите по экономическому критерию, даже снижение требуемого сопротивления теплопередаче на 35 % обеспечит санитарно-гигиеническую безопасность проживания людей в этом помещении, т.е. o,65R Ястогъ любом случае.
Однако такое снижение (на 35 %) значительно скажется на повышении теп-лопотерь здания, а значит и на повышения энергозатрат на его эксплуатационное обслуживание, т.е. значительно возрастет предусмотренная нагрузка на тепловые сети. Таким образом, принять пределы снижения Що, заложенные в СТО 00044807-001-2006, без дополнительных экономических расчетов не представляется возможным. К подобному выводу приходит и Александровский [1] при разработке своего метода прогнозирования долговечности ограждающих конструкций. С другой стороны, ограждающие конструкции в подавляющем большинстве случаев проектируются с некоторым запасом по теплозащите, связанным с ограниченным типоразмерным рядом теплоизоляционных изделий по толщине и округлением в большую сторону при вычислении толщины слоя теплоизоляции. Т. е. пока сохраняется условие RT0 Що конструкция будет отвечать современным требованиям теплозащиты.
В связи с этим срок службы ограждающей конструкции по критерию теплозащиты должен определяться временем от начала эксплуатации до момента достижения величины общего сопротивления теплопередачи требуемого значения по экономическим показателям. Т.е. критерий теплозащиты имеет вид:
Общее сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции складывается из сопротивлений теплопереходу на внутренней и наружной поверхностях и сопротивлений теплопередачи отдельных слоев:
Как видно из формулы (5.3) снижению значения общего сопротивления теплопередаче в процессе эксплуатации может способствовать лишь повышение коэффициентов теплопроводности материальных слоев, так как значения RJH, RTB И толщины слоев остаются постоянными. Причем, если облицовочные слои наружных стен подвергаются ремонту и восстановлению в процессе эксплуатации здания, а конструктивные слои практически не изменяют теплозащитных свойств, то снижение теплозащитных свойств ограждающих конструкций происходит в результате старения и повышения коэффициентов теплопроводности только теплоизоляционных слоев.
Тогда окончательно, срок службы ограждающей конструкции по критерию потери требуемой теплозащиты определится временем увеличения коэффициента теплопроводности теплоизоляционного слоя до значения, соответствующего критическому значению общего сопротивления теплопередаче, или отношением критического приращения коэффициента теплопроводности &Хкр к ежегодному приращению этого коэффициента АХгод в процессе эксплуатации: где XQ - начальное значение коэффициента теплопроводности материала теплоизоляции, Вт/мС; Хкр - значение коэффициента теплопроводности материала утеплителя ограждения, соответствующего критическому сопротивлению теплопередачи конструкции, Вт/мС; АХкр - критическое приращение коэффициента теплопроводности материала теплоизоляционного слоя, Вт/мС; АХгод - приращение коэффициента теплопроводности материала утеплителя за год эксплуатации, Вт/м- С. Критическое значение коэффициента теплопроводности определяется по формуле:
Изменение свойств в слое теплоизоляции происходит неравномерно по толщине вследствие неравномерности распределения эксплуатационных температур, как основного эксплуатационного воздействия (см. гл. 3). В этой связи годовое приращение коэффициента теплопроводности всего слоя теплоизоляционного материала необходимо определять как сумму приращений от п расчетных элементарных слоев: где 8І - толщина расчетного элементарного слоя, м; п - количество расчетных элементарных слоев; ЛЛгоЭ, І - годовое приращение коэффициента теплопроводности расчетного элементарного слоя. Выражение (5.6) выведено, исходя из условия суммы сопротивлений теплопередаче п элементарных слоев: i /u = R, = t ; Д .
Таким образом, для определения срока службы наружного ограждения по критерию теплозащиты необходимо определить время, за которое коэффициент теплопроводности слоя теплоизоляции увеличится на АЯкр, т.е. достигнет своего критического значения Акр, соответствующее критическому сопротивлению теплопередаче RT0 = Щр0.
Как следует из выводов главы 1, наиболее весомый вклад в старение теплоизоляционных материалов на полимерной основе вносит тепловое старение. Согласно кинетической термофлуктуационной теории [54] существует зависимость для продолжительности старения материала под действием постоянной температуры: Еа - энергия активации процесса разрушения, Дж/моль; R - универсальная газовая постоянная, Дж/( К-моль); Ти - температура при изотермических испытаниях, К; ТІ - температура, при которой происходит старение, К.
Таким образом, для определения продолжительности старения расчетного слоя материала в условиях эксплуатации (ту) необходимо знать время старения этого материала при изотермических испытаниях (т#), температуры, при которых проходили испытания (Ти) и будет проходить естественное старение /-го расчетного слоя (ТУ, а также энергию активации процесса термического разрушения материала (Еа).
Однако, эксплуатация материалов в многослойных наружных стенах в течение года носит нестационарный характер, и учесть изменение температуры на годовом цикле с использованием формулы (5.11) напрямую не представляется возможным. В работах [30, 31] показано, что в таких случаях одним из способов учета нестационарных температурных условий при решении задач прогнозирования естественного старения является введение так называемой эквивалентной температуры.
Под этой температурой подразумевают такую условную постоянную температуру, при которой в материале за рассматриваемое время происходят те же изменения, что и в нестационарных температурных условиях (в нашем случае это повышение коэффициента теплопроводности на определенную величину ААкр).
