Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса 16
1.1 Методы нахождения перепадов давлений для расчета воздухопроницаемости ограждающих конструкций 16
1.2 Методы нахождения расчетных перепадов давлений отраженные в нормативной литературе 18
1.3 Воздухопроницаемость ограждающих конструкций и материалов 24
1.4 Известные методы определения количества теплопотерь ограждающих конструкций с учетом воздухопроницания
1.4.1 Известные методы определения теплопотерь при поперечной фильтрации 34
1.4.2 Теплопотери при внутренней фильтрации воздуха 38
1.4.3 Теплопотери при продольной фильтрации 44
1.4.4 Оценка допустимых нормативными документами дополнительных теплопотерь ограждающих конструкций с учетом воздухопроницания 48
1.5 Выводы по 1-ой главе 51
ГЛАВА 2 Исследование воздухопроницаемости строительных материалов
2.1 Описание установки и методика исследования 52
2.2 Обработка результатов испытаний 55
2.3 Экспериментальные исследования воздухопроницаемости теплоизоляционных плит из стеклянного штапельного волокна 57
2.4 Анализ полученных результатов испытаний на воздухопроницаемость образцов стекловолокнистых плит без защитных холстов
2.4.1 Диапазон изменения значений показателя режима фильтрации 59
2.4.2 Зависимость воздухопроницаемости «вдоль волокон» от толщины образца плит 61
2.4.3 Зависимость воздухопроницаемости «поперек волокон» от образцов плит одной марки, но разных толщин 62
2.4.4 Воздухопроницаемость «поперек волокон» в зависимости от плотности образцов плит 62
2.4.5 Воздухопроницаемость «вдоль волокон» в зависимости от плотности образцов плит 63
2.4.6 Воздухопроницаемость «поперек волокон» и «вдоль волокон» в зависимости от плотности образцов плит з
2.4.7 Анализ полученных результатов испытаний на воздухопроницаемость образцов с защитными холстами 66
2.4.8 Характеристики воздухопроницаемости плит из теплоизоляционного материала URSA GLASS WOOL из штапельного стекловолокна 70
2.5 Выводы по испытаниям воздухопроницаемости образцов теплоизоляционных плит из стеклянного штапельного волокна 72
2.6 Экспериментальные исследования воздухопроницаемости теплоизоляционных минераловатных плит 73
2.7 Анализ полученных результатов испытаний на воздухопроницаемость образцов минераловатных плит без защитных холстов
2.7.1 Диапазон изменения значений показателя режима фильтрации 75
2.7.2 Зависимость воздухопроницаемости у образцов плит одной марки при разных толщинах ; 77
2.7.3 Воздухопроницаемость в зависимости от плотности образцов плит при испытании в поперечном направлении 80
2.7.4 Воздухопроницаемость при продольной фильтрации воздуха 81
2.7.5 Анализ полученных результатов испытаний на воздухопроницаемость образцов с защитными холстами 82
2.7.6 Характеристики воздухопроницаемости минераловатных плит 84
2.8 Выводы по испытаниям воздухопроницаемости минераловатных теплоизоляционных плит 85
2.9 Экспериментальные исследования воздухопроницаемости теплоизоляционных минераловатных плит и теплоизоляционных плит из стеклянного штапельного волокна, имеющих защитный слой из пленки «tyvek» 85
2.10 Анализ полученных результатов испытаний на воздухопроницаемость плит утеплителя кашированных защитной пленкой «tyvek» 88
2.10.1 Диапазон изменения значений показателя режима фильтрации 88
2.10.2 Сравнение полученных сопротивлений воздухопроницанию образцов с защитным слоем «tyvek» и без него 90
2.10.3 Сопротивление воздухопроницанию стыка двух плит с защитным слоем «tyvek» 94
2.11 Выводы по исследованию воздухопроницаемости утеплителей имеющих ветрозащитный слой «tyvek» 97
2.12 Сравнение результатов исследований воздухопроницаемости минераловатных плит и плит из стеклянного штапельного волокна 97
2.13 Экспериментальные исследования воздухопроницаемости теплоизоляционных плит из пенополистирола 99
2.14 Анализ полученных результатов испытаний на воздухопроницаемость образцов из пенополистирола
2.14.1 Диапазон изменения значений показателя режима фильтрации 101
2.14.2 Сравнение полученных результатов воздухопроницаемости образцов 102
2.14.3 Характеристики воздухопроницаемости изделий из пенополистирола 103
2.15 Выводы по исследованию воздухопроницаемости плит из пенополистирола 104
2.16 Сравнение значений характеристик воздухопроницаемости материалов, приведенных в нормативной литературе, со значениями, полученными в результате проведенных испытаний 105
2.17 Экспериментальные исследования воздухопроницаемости облицовочной плитки вентилируемого фасада 106
2.18 Анализ полученных результатов испытаний на воздухопроницаемость образцов с прямоугольными отверстиями
2.18.1 Диапазон изменения значений показателя режима фильтрации 109
2.18.2 Характеристики воздухопроницаемости образцов с прямоугольными отверстиями 109
2.18.3 Характеристики воздухопроницаемости участка облицовки фасада ПО
2.19 Выводы по исследованию воздухопроницаемости облицовки фасадов 111
2.20 Выводы по 2-ой главе 112
ГЛАВА 3. Теоретическое обоснование методики определения теплопотерь участка ограждающей конструкции с учетом продольной фильтрации воздуха в утеплителе 114
3.1 Вывод дифференциального уравнения температурного поля с учетом продольной фильтрации воздуха в утеплителе 114
3.2 Определение расхода воздуха проходящего через простенок 123
3.2.1 Определение расчетного перепада давлений 123
3.2.2 Зависимость расхода воздуха проходящего через простенок от перепада давлений 131
3.3 Выводы по 3-ей главе 133
ГЛАВА 4 Учет продольной фильтрации воздуха при проектировании современных ограждающих конструкций с повышенным уровнем теплозащиты 135
4.1 Требования для учета влияния продольной фильтрации воздуха в
утеплителе на теплопотери элемента ограждающей конструкции 135
4.2 Характеристики, описывающие влияние продольной фильтрации на теплозащитные свойства конструкций 137
4.3 Теплозащитные свойства ограждающей конструкции при отсутствии фильтрации воздуха 139
4.4 Теплозащитные свойства ограждающей конструкции при продольной фильтрации воздуха 141
4.5 Влияние скорости ветра на теплозащитные свойства ограждающей конструкции при продольной фильтрации воздуха в утеплителе
4.5.1 Расчет влияния скорости ветра на теплозащитные свойства простенка 145
4.5.2 Выводы по определению влияния скорости ветра на теплозащитные свойства ограждающей конструкции при продольной фильтрации воздуха в утеплителе 150
4.6 Влияние воздухопроницаемости утеплителя и облицовочного покрытия вентилируемого фасада на теплозащитные свойства ограждающей конструкции при продольной фильтрации воздуха 150
4.6.1 Расчет влияния воздухопроницаемости утеплителя и облицовочного покрытия вентилируемого фасада на теплозащитные свойства простенка при продольной фильтрации воздуха 150
4.6.2 Выводы по определению влияния воздухопроницаемости утеплителя и облицовочного покрытия вентилируемого фасада на теплозащитные свойства простенка при продольной фильтрации воздуха в утеплителе... 159
4.7 Рекомендации по проектированию вентилируемых фасадов с учетом продольной фильтрации воздуха 160
4.8 Выводы по 4-ой главе 162
Выводы 164
Список использованной литературы
- Известные методы определения количества теплопотерь ограждающих конструкций с учетом воздухопроницания
- Экспериментальные исследования воздухопроницаемости теплоизоляционных плит из стеклянного штапельного волокна
- Определение расчетного перепада давлений
- Влияние скорости ветра на теплозащитные свойства ограждающей конструкции при продольной фильтрации воздуха в утеплителе
Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время происходит интенсивная смена строительных конструкций, поиск новых возможностей для повышения энергоэффективности зданий Широкое распространение получили ограждающие конструкции с использованием эффективных утеплителей, в том числе навесные теплоизоляционные фасады, позволяющие повысить теплозащиту зданий и дающие новые возможности для архитектурных решений Новые ограждающие конструкции требуют регулярного и всестороннего исследования, поскольку считавшиеся ранее малозначительными особенности конструкций, часто начинают оказывать существенное влияние на их эксплуатационные свойства
Характерной особенностью конструкций стен с теплоизоляционными фасадами с вентилируемой воздушной прослойкой (вентилируемыми фасадами) является, то, что утеплитель непосредственно контактирует с наружным воздухом В то же время утеплитель защищен от атмосферных осадков облицовкой на относе Обладая рядом улучшенных эксплуатационных теплофизических свойств, такая конструкция обуславливает и новые проблемы, которые ранее считались неактуальными В частности непосредственный контакт утеплителя с наружным воздухом может привести к движению воздуха в утеплителе под воздействием ветра, теплового напора или иных факторов Очевидно, что такое явление снижает теплозащитные свойства конструкции В то же время имеется тенденция снижения плотности утеплителя в вентилируемых фасадах, обусловленная экономическими соображениями Снижение плотности утеплителя, в общем случае, сопровождается повышением его воздухопроницаемости Для уменьшения воздухопроницаемое ги конструкции вентилируемых фасадов используются ветрозащитные пленки Однако до настоящего времени не было выполнено научного обоснования целесообразности применения ветрозащиты и не разработано методов количественной оценки влияния фильтрации воздуха в утеплителе на теплозащитные свойства стен с вентилируемыми фасадами
Указанные обстоятельства составляют актуальность исследования воздухопроницаемости современных теплоизоляционных материалов и влияния продольной фильтрации воздуха в утеплителе на теплозащитные свойства стен с навесными вентилируемыми фасадами
Целью диссертации является
Разработка методики учета влияния продольной фильтрации воздуха в утеплителе на теплозащитные свойства стен с навесными вентилируемыми фасадами
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи
- провести анализ исследований, посвященных воздухопроницаемости строительных материалов и влиянию фильтрации воздуха на теплозащитные свойства наружных ограждающих конструкций,
выполнить экспериментальные исследования характеристик воздухопроницаемости современных строительных материалов используемых в вентилируемых фасадах,
разработать математическую модель теплопередачи участка стены с вентилируемым фасадом при продольной фильтрации воздуха в утеплителе,
разработать метод оценки влияния продольной фильтрации воздуха в утеплителе на теплозащитные свойства стен с вентилируемыми фасадами,
исследовать теплозащитные свойства стен с навесными вентилируемыми фасадами с учетом продольной фильтрации воздуха в утеплителе при различных конструктивных решениях
Научная новизна работы заключается в следующем
экспериментально установлена анизотропия воздухопроницаемости для утеплителей из стеклянного штапельного волокна,
экспериментально определены характеристики воздухопроницаемости ветрозащитных мембран и пленок,
- экспериментально исследована воздухопроницаемость стыка между
плитами утеплителя, кашированными ветрозащитной мембраной,
получена зависимость коэффициента воздухопроницаемости от плотности волокнистых утеплителей,
предложена математическая модель геплопереноса через участок стены с навесным вентилируемым фасадом при продольной фильтрации воздуха в утеплителе,
введено понятие коэффициента теплотехнического влияния продольной фильтрации,
определено влияние ряда конструктивных особенностей и климатических условий на продольную фильтрацию воздуха в утеплителе и теплозащитные свойства вентилируемых фасадов
Практическая значимость работы состоит в следующем
-экспериментально определены характеристики воздухопроницаемости теплоизоляционных плит из стеклянного штапельного волокна различных толщин и плотностей при продольной и поперечной фильтрации воздуха,
-экспериментально определены характеристики воздухопроницаемости минераловатных теплоизоляционных плит и пенополистиролов различных толщин и плотностей,
-создана методика определения теплопотерь участка конструкции вентилируемого фасада с учетом продольной фильтрации воздуха в утеплителе,
-определена зависимость теплопотерь участка ограждающей конструкции, вызванных продольной фильтрацией воздуха в утеплителе, от ряда параметров, таких как высота расположения его над уровнем земли, тип окружающей местности и скорость ветра,
-определено влияние вида утеплителя на приведенное сопротивление теплопередаче участка ограждающей конструкции с учетом продольной филы-рации воздуха в утеплителе,
-определено влияние ветрозащитной мембраны на теплопотери ограждающей конструкции при различном ее использовании,
-разработаны рекомендации по проектированию вентилируемых фасадов с учетом продольной фильтрации воздуха в у геплителе
Внедрение результатов работы.
Основные результаты работы использованы при разработке ряда проектов навесных вентилируемых фасадов. В частности для разработки проекта теплоизоляционного фасада с вентилируемой воздушной прослойкой системы «Диат» для высотного здания
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены на
-шестой научно-практической конференции ^академические чтения) «Проблемы строительной теплофизики систем обеспечения микроклимата и энергосбережения в зданиях», Москва, НИИСФ, 2001,
-двадцать второй конференции и выставке «Москва - энергоэффективный город» и пятом международном симпозиуме «Энергетика крупных городов», Москва, Мэрия Москвы, 2005
Основное содержание работы опубликовано в пяти печатных работах (в том числе одна статья в журнале рекомендованном ВАК)
Обьем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы из 106 наименований и шести приложений Общий объем работы 248 страниц Текст работы, включая 40 таблиц и 31 иллюстрацию, изложен на страницах 175, объем приложений 73 страницы
Известные методы определения количества теплопотерь ограждающих конструкций с учетом воздухопроницания
В СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» [49] расчетная разность давлений Ар І, определяется по формуле: Ар І = (H-hj) (ft -ур) + 0,5 pi v2 (се п - сЄіР) k - рш; (1.11) где Я— высота здания, м, от уровня средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты; h,— расчетная высота, м, от уровня земли до верха окон, балконных дверей, дверей, ворот, проемов или до оси горизонтальных и середины вертикальных стыков стеновых панелей; Pi — плотность наружного воздуха, кг/м3; v— скорость ветра, м/с, принимаемая по приложению [49]. Расход инфильт-рующегося воздуха следует определять, принимая скорость ветра по параметрам Б. Если скорость ветра при параметрах Б меньше, чем при параметрах А, то следует проверять на параметры А. Для Москвы по параметру Б скорость ветра 4 м/с, по параметру А -4,7 м/с. Се,п Се.р— аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждений здания, принимаемые по СНиП [50]; кг— коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания, принимаемый по СНиП [50]; рш— условно-постоянное давление воздуха в здании, Па. Расчетная разность между давлениями на наружной и внутренней поверхностях каждой ограждающей конструкции Aph Па, принимается после определения условно-постоянного давления воздуха в здании рш, Па (отождествляется с давлениями на внутренних поверхностях наружных ограждающих конструкций), на основе равенства расхода воздуха, поступающего в здание Е Gj, кг/ч, и удаляемого из него S Gexh кг/ч, за счет теплового и ветрового давлений и дисбаланса расходов между подаваемым и удаляемым воздухом системами вентиляции с искусственным побуждением и расходуемого на технологические нужды.
Как видно, формула (1.11) является незначительно усовершенствованной формулой (1.7), изменения коснулись только ветровой составляющей, а именно добавлен коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты, а остальные члены равны:
Сравнивая формулы (1.8) и (1.11) видно, что не только методы нахождения перепада давления на ограждающей конструкции разные, но в случае ветрового давления задаются разные исходные данные скорости ветра. Итак, формула (1.8) не учитывает конкретные аэродинамические коэффициенты здания, изменение скорости ветра по высоте и в зависимости от места расположения здания по отношению к другой застройке, действие вентиляционных систем. Что в целом для высотных зданий приводит к занижению расчетного перепада давлений.
Формула (1.11) более, чем формула (1.8) отвечает характеристикам и отличительным особенностям зданий, но скорость ветра берется не максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь, согласно СНиП [51], а средняя скорость ветра за три наиболее холодных месяца, что уменьшает расчетные перепады давлений.
Для правильного определения истинного перепада давлений в какой-либо точке наружного ограждения здания, представляется необходимым проводить исследования аэродинамических характеристик конкретного объекта, путем моделирования различных по величине ветровых нагрузок. Для решения такой задачи необходим частный подход к каждому рассматриваемому объекту. Целью данной работы является нахождение общего метода для оценки влияния продольной фильтрации воздуха в ограждении на его теплотехнические характеристики. Для этого следует рассматривать только участок ограждающей конструкции наиболее уязвимый для возникновения в нем процесса фильтрации. А именно в конструкции типа вентилируемый фасад таким участком может быть межоконный простенок.
Рассмотрим простенок через утеплитель которого, идет процесс продольной фильтрации воздуха. Этот процесс должен быть вызван разностью давлений на различных поверхностях утеплителя. В свою очередь градиент давления может быть вызван как действием теплового, так и действием ветрового напора на конструкцию. Но действие теплового напора на рассматриваемый участок, а именно простенок с небольшими геометрическими размерами не может быть значительным, следовательно, рассматривать следует только перепад давлений, возникающий от ветрового напора. Также, необходимо рассмотреть не только внешние факторы, влияющие на воздухопроницаемость конструкции, но и внутренние факторы, то есть рассмотреть способность материалов пропускать через себя воздух - воздухопроницаемость материалов.
Экспериментальные исследования воздухопроницаемости теплоизоляционных плит из стеклянного штапельного волокна
Испытания образцов теплоизоляционных материалов на воздухопроницаемость в лабораторных условиях производилось по методике предложенной Р.Е. Брилингом [13]. Схема установки представлена на рисунке 2.1. Установка представляет собой металлическую камеру (6) с жесткими герметичными стенками с проемом для установки образца и прижимной рамкой (9), с противоположенной стороны к проему подключается компрессор (1) через регулировочные краны (2) и приборы для измерения расхода воздуха с помощью гибких шлангов (3). В качестве приборов для измерения расхода воздуха применяются ротаметр (4) ротаметр РМ-0,6 ГУЗ, а при больших расходах РМ-6,3 ГУЗ, или газовый счетчик (5) СГМН-1. Для измерения перепада давлений к камере через соединительный шланг подключен микроманометр (10) ММН с ценой деления 0,2 мм.вод.ст. Внешний вид установки показан на рисунке 2.2. Перед испытанием на торцевые поверхности, а также на лицевые поверхности, выходящие за границы проема камеры, образца наносился герметик. Затем образец в несколько слоев обматывался изоляционным скотчем, для того, что бы избежать фильтрации воздуха через торцы образца. После образец (8) устанавливался в проем камеры и фиксировался прижимной рамкой. Для более герметичного прижима образца по всему периметру на уголках (7) проема камеры и прижимной рамки (9) наклеена пористая резина. После установки образца торцы снова обматывались скотчем. Внешний вид образца установленного в камеру показан на рисунке 2.3. Герметичность проверялась путем пробного нагнетания воздуха в камеру. Для сравнения эффективности использования герметика были испытаны два идентичных образца, на один был нанесен герметик, на другой несколько слоев парафина. Совпадение результатов подтвердило возможность использования герметика.
При испытании образцов с небольшой плотностью, таких как плиты из стеклянного штапельного волокна и минераловатные плиты, трудно установить образец и надежно зафиксировать его к камере прижимной рамкой сохранив его геометрические размеры. Поэтому, образец устанавливался в специальную обойму (торцевую рамку), которая позволяла сохранить размеры образца и избежать торцевой воздухопроницаемости.
Испытания проводились в следующей последовательности. При помощи компрессора и регулирующей арматуры создается стабильная разница давлений по обе стороны образца. Для каждого значения перепада давлений ЛР{ фиксируется по ротаметру значение расхода воздуха Qt м3/час и заносятся в таблицу (см. Приложение № 1-5). При расходе воздуха большем, чем верхний предел измеряемый ротаметром, измерения расхода воздуха производились с помощью газового счетчика и электронного секундомера, где фиксировались начальный и конечный отсчет по счетчику за одну минуту по секундомеру. Специфика фильтрации воздуха через некоторые образцы и сложности точного регулирования перепада давлений арматурой, не всегда позволяли выйти на ровное значение перепада давлений, которые приводятся в ГОСТе 25891-83 [20]. Определяемый в ходе испытания верхний предел значения разности давлений диктовался возможностями установки, но, как правило, не был ниже значения требуемого в ГОСТе [20], а именно 3 мм.вод.ст.. Температура воздуха t С в помещении измерялась термометром установленном на высоте уровня камеры. Атмосферное давление воздуха измерялось с помощью барометра.
Истинный часовой расход воздуха Ои в м3/ч для каждого значения разности давлений определяют по формуле [20]: Q» = kQ0, (2.1) где к- поправочный коэффициент на истинные атмосферные условия проведения испытаний, определяемый по формуле [20]: [РТ k=W. (2-2) где Р и Ро- атмосферные давления при градуировке ротаметра и при испытании, мм.рт.ст.; То и Т - температура воздуха при градуировке ротаметра и при испытании, К; Q0 - численное значение замеренного расхода воздуха м3/ч. Истинный объемный расход воздуха Ои через испытуемый образец площадью F в м2 переводят в расход воздуха через 1 м2, то есть в объемную воздухопроницаемость Q в м3/ м2 -ч по формуле [20]: Q = SL. (2.3) Из объемной воздухопроницаемости образца Q при заданном перепаде давлений воздуха АР в мм.вод.ст. получают весовую воздухопроницаемость G в кг/ (м2 ч) по формуле [20]: Л 353 G = Q . (2.4) Обработанные результаты заносят в таблицу (см. Приложение №1-5). Полученная таким образом совокупность экспериментальных значений {APi,Gi} позволяет определить коэффициент воздухопроницаемости материала. Уравнение (1.17) представляется в виде: lnG= п ЫАР+ 1п(Щ (2.5)
Логарифмы полученных экспериментальных значений (7, наносятся на плоскость координат в зависимости от логарифмов соответствующих перепадов давлений APj. Через нанесенные экспериментальные точки проводится прямая линия. В соответствии с уравнением (3.5.) значение п равно тангенсу угла наклона этой прямой к оси абсцисс. Если обозначить символом Ь ординату пересечения этой прямой с осью InG, то коэффициент воздухопроницаемости материала, кг/ (м-ч-(Па)") будет равен: i=S-exp(b) (2.6) Сопротивление воздухопроницанию образца определяется по формуле: К=- (2.7) і Для определения сопротивления воздухопроницанию образца материала с несколькими неоднородными слоями, например теплоизоляционных плит кашированных защитными холстами, или конструкции стены, используется коэффициент воздухопроницаемости конструкции и. Находится и , кг/ (м2-ч-(Па)")по формуле: L=exp(b) (2.8) Тогда сопротивление воздухопроницанию образца: К=- (2-9) К Вышеизложенное, позволяет проводить экспериментальные исследования характеристик воздухопроницаемости различных теплоизоляционных материалов, в частности теплоизоляционных плит кашированных защитными холстами, мембранами и без них.
Характерной особенностью материалов из стеклянного штапельного волокна, является видимое расположение направления волокон параллельно плоскости плиты. При установке плиты в строительную конструкцию, например в конструкцию вентилируемого фасада, может возникнуть продольная или поперечная фильтрация воздуха. Предполагая, что расположение направления волокон по отношению к потоку воздуха может влиять на воздухопроницаемость материала, возникает необходимость в выделении двух возможных направлений движения воздуха через плиту утеплителя, условно назвав их: «вдоль волокон» - движение воздуха параллельно лицевой стороне плиты, и «поперек волокон» - движение в направлении перпендикулярном к лицевой стороне плиты.
Определение расчетного перепада давлений
Для первой серии испытаний в направлении продольной фильтрации образец был составлен из несклеенных между собой плит Ь=50 мм плотно уложенных друг на друга. Количество частей образца, вырезанных из теплоизоляционных минераловатных плит у =35 кг/м3, зависело от толщины плиты (5=50 мм и составляло пять, соответственно на образец приходилось четыре стыка. Толщина образца составила 200мм. Для второй серии испытаний продольной воздухопроницаемости, плиты так же укладывались, но предварительно склеивались между собой, чтобы избежать проницаемости стыков. Склеивание производилось таким же образом, как и при подготовке образцов из плит из стеклянного штапельного волокна. В результате проведения серий испытаний без склейки стыков и со склейкой появляется возможность выявить влияние стыков на проницаемость.
Измеренные значения перепадов давления по разные стороны образцов и соответствующие объемы проходящего при этом воздуха через образцы представлены в табл. 2.1-2.18 Приложения №2. Там же представлены рассчитанные значения воздухопроницаемости образца и необходимые вычисления для обработки экспериментальных данных. На рисунках 2.1-2.18 Приложения №2 приведены графические построения, выполненные для определения параметров уравнения (1.17)
Полученный в результате математической обработки показатель режима фильтрации п для образцов минераловатных плит без защитных холстов изменяется в диапазоне значений от 0,9498 до 1,0404. На рисунке 2.9 представлена диаграмма, показывающая значения п для образцов разных толщин из различных марок плит и при разных характерах испытаний. Наиболее близки к еди 76 нице значения показателей режима фильтрации, полученные при испытании в поперечном направлении образцов плит М-110, М-90, М-35. Самое низкое значение показателя режима фильтрации получено при испытании в продольном направлении образцов плиты М-35 без склейки швов между плитами. Среднее значение показателя п равно 1,0014. Среднеквадратическое отклонение значений показателей от среднего значения составило а = 0,0269. В связи с малым значением а, принимаем показатель п равным 1,0014. Это позволяет, с достаточной степенью точности для определения коэффициентов воздухопроницаемости образцов, принять его равным единице и считать полученное в результате испытаний /, кг/(м ч (Па)") равным / ,кг/(м ч Па).
Для оценки влияния толщины плиты на воздухопроницаемость при испытании в поперечном направлении была проведена серия испытаний на плитах М-65 (5R7=80 мм и М-110 L=100 мм. Испытания проходили в три этапа. На первом этапе определялась воздухопроницаемость образца с толщиной равной толщине плиты. На втором этапе образец разрезался на две равные части, и определялась воздухопроницаемость каждой из частей. На третьем этапе определялась воздухопроницаемость образца составленного из разрезанных частей. Измеренные значения перепадов давления по разные стороны образцов и соответствующие объемы проходящего при этом воздуха через образцы представлены в таблицах 2.11-2.16 Приложения №2. Там же представлены рассчитанные значения воздухопроницаемости образцов и необходимые вычисления для обработки экспериментальных данных. Полученные значения воздухопроницаемости и значения показателей режима фильтрации образцов занесены в таблицу 2.8.
Анализируя приведенные в таблице результаты испытаний образцов М-65 и М-110 можно выявить общие закономерности. Так у образцов составленных из двух частей происходит некоторое уменьшение показателя степени фильтрации и увеличение коэффициента воздухопроницаемости по сравнению с неразрезанными образцами. Коэффициент воздухопроницаемости у образца М-65 добР=&0 мм составленного из двух частей больше на 8,2% по сравнению с коэффициентом у неразрезанного образца. А для образца М-110 5оф=100 мм значение коэффициента воздухопроницаемости составленного образца больше на 11,6%.
Коэффициент воздухопроницаемости образца №1 добР=40 мм, полученного при разрезании плиты дм =80 мм, всего на 4,2% меньше коэффициента образца из неразрезанной плиты. У образца №2 М-65 коэффициент меньше 6%.
У образцов М-110 наблюдается такая же тенденция. Коэффициенты воздухопроницаемости разрезанных образцов незначительно меньше, чем коэффициент неразрезанного образца. Так у образца №1 5оф=50 мм коэффициент меньше на 1,2%, а у образца №2 меньше на 9,6%.Разброс полученных результатов значений коэффициентов воздухопроницаемости около 10%» не является значительным. Следовательно, результат определения коэффициента воздухопроницаемости «поперек волокон» практически не зависит от толщины образца. Это дает возможность применения результатов испытаний «поперек волокон» полученных для плит одной толщины, для оценки воздухопроницаемости плит других толщин при условии совпадения их плотностей.
Влияние скорости ветра на теплозащитные свойства ограждающей конструкции при продольной фильтрации воздуха в утеплителе
При продольной фильтрации наружного воздуха в утеплитель изотермы температурного поля в утеплителе смещаются. Если определено количество воздуха проходящего через утеплитель, то можно определить влияние продольной фильтрации воздуха в утеплителе на температурное поле стены. Для определения расхода воздуха необходимо знать характеристики воздухопроницаемости утеплителя и облицовочного покрытия, а также установить перепад давлений на рассматриваемом участке конструкции.
Для определения расхода воздуха, проходящего через участок конструкции, необходимо сначала определить скорость ветра, действующую на здание, затем определить перепад давлений на поверхностях рассматриваемого участка наружного ограждения и установить связь между перепадом давлений и расходом воздуха.
Перепад давлений на разных наружных поверхностях простенка вызывает в утеплителе процесс продольной фильтрации воздуха. При оценке теплозащитных свойств ограждения, а именно при решении температурного поля, продольная фильтрация рассматривается как стационарный процесс, хотя ветровое давление имеет нестационарный характер. Для этого необходимо разобрать составляющие ветрового давления. Согласно [50] ветровую нагрузку следует определять как сумму средней и пульсационной составляющих. В случае определения влияния ветровой нагрузки на теплозащитные свойства конструкции, пульсационную составляющую можно не учитывать, так как она является кратковременной по отношению к средней ветровой нагрузке и, следовательно, не может оказывать значительного влияния на менее изменяющийся во времени процесс теплопередачи.
Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки wm на высоте z над поверхностью земли следует определять по формуле [50]: wm = w0kc, (3.35) где Wo — нормативное значение ветрового давления следует принимать в зависимости от ветрового района по данным таблицы 3.1; к — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте по данным таблицы 3.2; с — аэродинамический коэффициент.
При действии ветрового давления, на какое либо здание, действительное давление на поверхности этого здания отличается от ветрового напора, в зависимости от расположения этой поверхности к направлению ветра, от конфигурации поверхности, от места расположения рассматриваемой точки. Отношение действительного давления к ветровому напору является аэродинамическим коэффициентом.
Город Москва находиться в первом ветровом районе, следовательно нормативное значение ветрового давления будет равно 230 Па. Коэффициент к, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z, определяется по таблице 3.2 в зависимости от типа местности. Принимаются следующие типы местности: А — открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра; В — городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более Юм; С — городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м. Сооружение считается расположенным в местности данного типа, если эта местность сохраняется с наветренной стороны сооружения на расстоянии ЗОЛ — при высоте сооружения h до 60 м и 2 км — при большей высоте.
Значения коэффициентов в таблице 3.2 показывают что, чем более открытая местность, тем больше средняя составляющая ветровой нагрузки на низких высотах, и наоборот чем территория более застроена высотными зданиями, тем меньше значение ветровой нагрузки.
Примем коэффициент к равный единице, что соответствует высоте 60 м для типа местности городских районов с застройкой зданиями высотой более 25 м. То есть на высоте двадцатого этажа для здания с типовой высотой этажа равной трем метрам будем иметь ветровую нагрузку равную 230 Па без учета аэродинамического коэффициента. Значение 230 Па определено для последующего сбора нагрузок действующих на элементы зданий и дальнейшего расчета этих элементов на прочность. Поэтому значение ветровой нагрузки принимается для периода, когда наблюдаются ветра наибольшей силы, а именно для теплого времени года. Так давлению в 230 Па соответствует скорость ветра 19,2 м/с, при величине удельного веса воздуха у„ рассчитанного для температуры наружного воздуха +16С.
Исходя из вышеизложенного, применять нормативное значение ветрового давления по данным [50] для определения влияния скорости ветра на теплозащитные качества ограждающей конструкции в холодное время года представляется не верным.
С другой стороны, согласно СНиП [52] для условий города Москвы, имеем максимальную из средних скоростей ветра за январь 4,9 м/с, по [52] принимается 5 м/с. Учитывая что, эта скорость измерялась на открытых участках местности на высоте 10 м от земли, то коэффициент к, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, равен единице. Тогда, используя данные из таблицы 3.2, получим тоже значение коэффициента для высоты 60 м для типа местности «С». Это показывает, что при определении давления ветра, используя только скорость ветра, и не учитывая коэффициент изменения скорости ветра по высоте, получаем для высот менее 60 м завышенный результат, а для высот более 60 м - заниженный. В таблице 4.6 представлены вычисленные значения давлений ветра с учетом типа местности и коэффициента изменения скорости ветра по высоте для некоторых регионов. За исходные данные приняты максимальные из средних скоростей ветра за январь и аэродинамический коэффициент равный единице.
