Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Расчет и проектирование тепловой защиты наружных ограждающих конструкций 9
1.1. Проектирование энергоэффективных зданий 9
1.2. Особенности эксплуатации ограждающих конструкций в Санкт-Петербурге 12
1.3. Нормативный подход к расчету тепловой защиты и недостатки существующих методов расчета. 17
1.4. Инфильтрация воздуха через ограждающие конструкции 28
ГЛАВА 2. Основы тепломассообмена через ограждающие конструкции 35
2.1. Теплофизические свойства строительных материалов и их зависимость от температуры и влажности 36
2.2. Основные концепции тепло-массопередачи через ограждающие конструкции 41
2.3. Влагоперенос и методы расчета влажностного режима ограждающей конструкции 47
2.3.1. Причины увлажнения ограждающих конструкций 47
2.3.2. Характер увлажнения строительных материалов основных типовых серий жилой застройки 51
2.3.3. Методы расчета влажностного режима ограждающих конструкций 57
2.4. Образование криогенной фазы и ее влияние на теплофизические свойства строительных материалов 61
ГЛАВА 3. Особенности эксплуатации ограждающих конструкций жилых зданий Санкт-Петербурга 66
3.1. Климатические особенности Санкт-Петербурга 66
3.2. Анализ структуры жилого фонда и выбор типовых ограждающих конструкций 73
3.3. Теплотехнический расчет типовых ограждающих конструкций 80
3.4. Влияние температурно-влажностных воздействий на долговечность ограждающих конструкций 91
ГЛАВА 4. Определение коэффициентов теплопроводности строительных материалов методом цилиндрического зонда 102
4.1. Условия проведения эксперимента 102
4.2. Сорбционное увлажнение материалов 104
4.3. Методика определения коэффициента теплопроводности методом цилиндрического зонда 108
4.4. Результаты определения коэффициента теплопроводности методом цилиндрического зонда для строительных материалов стеновых панелей основных типовых серий жилой застройки 111
4.5. Оценка точности измерений 115
4.5.1. Погрешность при измерении коэффициента теплопроводности 115
4.5.2. Погрешность измерений влажности 115
ГЛАВА 5. Математическая модель для расчета полей скорости и давления при взаимодействии зданий с ветровым потоком 117
5.1. Описание математической модели 117
5.2. Граничные и начальные условия для системы уравнений гидротермодинамики 121
5.3. Усовершенствование математической модели для расчета полей скорости и давления.
5.4. Верификация модели применительно к отдельно стоящему зданию 125
5.5. Результаты расчета полей скорости и давления при обтекании группы зданий 130
ГЛАВА 6. Расчет фактической теплозащиты жилых зданий и анализ на параметры микроклимата помещений 135
6.1. Методика определения теплозащиты ограждающих конструкций при неблагоприятных условиях эксплуатации 135
6.2. Результаты расчета ограждающих конструкций типовых серий жилых домов и увеличение теплопотерь при неблагоприятных условиях эксплуатации 142
6.3. Увеличение теплопотерь при неблагоприятных условиях эксплуатации 149
6.4. Оптимизация влияния наружного климата на тепловой режим зданий 150
Выводы 160
Литература 162
Приложения 172
- Нормативный подход к расчету тепловой защиты и недостатки существующих методов расчета.
- Характер увлажнения строительных материалов основных типовых серий жилой застройки
- Влияние температурно-влажностных воздействий на долговечность ограждающих конструкций
- Результаты определения коэффициента теплопроводности методом цилиндрического зонда для строительных материалов стеновых панелей основных типовых серий жилой застройки
Введение к работе
Проблема энергосбережения для Северо-западного региона весьма актуальна, так как в сложных климатических условиях городское хозяйство оказывается достаточно энергоемким. В основном это объясняется тем, что большая часть существующих зданий имеет невысокие теплозащитные свойства ограждающих конструкций. Трансмиссионные теплопотери через ограждающие конструкции, согласно расчетным данным, составляют порядка 19-30% от годового потребления энергии. Существенным оказывается также расход тепла на инфильтрацию и вентиляцию, до 35% от общего годового потребления. Анализ также показывает, что из-за несовершенства генпланов и выбора плотности застройки, архитектурно-планировочных решений строительства нерациональный расход энергоресурсов составляет около 20-25 %.
Таким образом, только за счет снижения теплопотерь в зданиях можно сэкономить не менее 50% энергии.
Перечисленные недостатки во многом объясняются отсутствием системной концепции, нормативных требований и надлежащего контроля над потреблением энергоресурсов в коммунальном хозяйстве, что затрудняет реализацию энергосберегающей политики, вызывает дефицит на рынке тепловой энергии и осложняет развитие городской инфраструктуры, увеличивая процент децентрализованного теплоснабжения зданий.
Основным моментом в оценке энергоэффективности существующих зданий следует рассматривать расчет удельных теплопотерь, величины которых необходимо корректировать в зависимости от условий эксплуатации. Например, расчетные термические сопротивления R основных серий панельных, жилых зданий Санкт-Петербурга (137, 504, 600, 606, ГИ) не превышают 1 м2К/Вт, что в три раза меньше современных требований по теплозащите, а фактические величины R оказываются значительно ниже (0,7 - 0,85 м К/Вт). Это связано с повышенной влажностью ограждающих конструкций, которая имеет место вследствие нарушения нормативных режимов теплоснабжения и условий эксплуатации зданий. При повышении влажности ограждающих конструкций увеличиваются коэффициенты теплопроводности строительных материалов, и возрастает вероятность образования криогенной фазы, что приводит к дополнительным теплопотерям зданий, которые для жилого фонда исчисляются значительными величинами. Например, теплопотери через кирпичные стены, находящиеся в переувлажненном состоянии, для внутренних квартир на 25% , а для угловых на 36% превышают, соответствующие нормальному состоянию конструкций. Отмеченные выше факторы не учитываются в нормативных документах при оценке теплопотерь зданий.
В связи с отмеченным, основной задачей в решении проблемы энергосбережения зданий можно считать разработку нормативов по теплозащите и теплопотреблению зданий. При разработке основ нормирования потребления энергоресурсов зданиями Петербурга необходимо учесть опыт, как зарубежных стран, так и отечественных специалистов, отраженный в московских нормах МГСН 2.01-99 [1] и СП 23-101-2000 [2], Одним из основных разделов этих нормативных документов является энергетический паспорт зданий.
Составление энергетического паспорта существующих зданий связано с корректной оценкой приведенных трансмиссионных и инфильтрационных коэффициентов, которые, как правило, значительно отличаются от расчетных величин.
Для проектируемых зданий, где используются новые сертифицированные материалы, энергетический паспорт составляется на основании расчета, который позволяет определить максимально возможный уровень теплозащиты здания. В процессе эксплуатации уровень теплозащиты будет, однако, ниже.
На основании изложенного выше, основная цель работы сводится к оценке изменения теплофизических характеристик ограждающих конструкций в процессе эксплуатации основных типовых зданий жилого фонда с уче 7
том климатической активности Санкт-Петербурга и усовершенствования методов расчета трансмиссионных и инфильтрационных коэффициентов для корректной оценки удельных теплопотерь.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи.
1. Выполнены расчеты тепловой защиты основных типовых серий (137, 504, 600, 606, ГИ) жилых зданий.
2. Изучена динамика теплофизических процессов при различных условиях эксплуатации ОК, вследствие нарушения режимов теплоснабжения зданий.
3. На основании экспериментальных исследований проанализировано влияние влажности строительных материалов основных типовых серий (керамзитобетона и газобетона) на коэффициенты теплопроводности.
4. Проанализированы условия возникновения криогенной фазы в ОК.
5. Получены количественные результаты увеличения трансмиссионных теплопотерь при нарушении режимов эксплуатации ОК.
6. Предложена инженерная методика расчета теплозащитных свойств ОК при условии образования криогенной фазы, которая позволяет оценить верхний предел трансмиссионных теплопотерь.
7. Выполнены расчеты по снижению долговечности ОК под влиянием климатической активности Санкт-Петербурга.
8. Проведена серия расчетов, направленная на верификацию математической модели [3] для повышения точности оценки инфильтрационных теплопотерь. Константы, используемые в численном моделировании, получены при сопоставлении результатов расчета и продувки отдельных зданий и их групп в аэродинамической трубе.
9. Усовершенствована математическая модель для оптимизации теплоэнергетического воздействия наружного климата на тепло 8
вой режим зданий и оценки архитектурно-планировочных решений. Анализ полей скорости и давления вблизи зданий позволяет определить оптимальную эксплуатационную характеристику зданий при максимальном использовании энергии окружающей среды. Работа выполнялась в рамках международного договора по программе Tacis / Bistro 2000 « Анализ и оценка последствий нарушения качества теплоснабжения Санкт-Петербурга», а также по программе «Архитектура и строительство» (регистрационный номер проекта / НИР: 06.01.194. Номер государственной регистрации НИР: РК 01200110949).
Нормативный подход к расчету тепловой защиты и недостатки существующих методов расчета.
Большая часть наружных стеновых панелей зданий, построенных в Санкт-Петербурге, выполнена из керамзитобетона (серии 137, 504, 507, 502, 480), газобетона (600, 606, Г2, ГИ) и кирпича. Анализ теплотехнических качеств панельных зданий, проведенный на базе данных натурного обследования [5, 6, 11, 17], показал, что теплофизические свойства панелей существенно зависят от качества их изготовления. Наружные стеновые панели часто неоднородны. Например, объемная масса керамзитобетона изменяется в процессе изготовления от 900 до 1115 кг/м (в сухом состоянии), а сопротивле-ния теплопередаче варьируются в диапазоне 0,79 - 0,96 мЖ/Вт. Коэффициенты теплопроводности керамзитобетона X в сухом состоянии соответствуют диапазону 0,1-0,15 Вт/м К.
При производстве газобетонных панелей, например выпускаемых ДСК-3, так же как и для керамзитобетонных, наблюдается колебание плотности изделий, и коэффициенты теплопроводности X материала в сухом состоянии изменяются от 0,11 до 0,25 Вт/м-К. Поэтому при проведении сравнительных расчетов по оценке изменения сопротивления теплопередаче стеновых панелей в зависимости от условий эксплуатации целесообразно рассматривать изменение теплофизических характеристик строительных материалов в характерном диапазоне.
Наряду с положительными качествами керамзитобетонные и газобетонные панели имеют ряд недостатков. Наиболее существенным из них является повышенное содержание влаги. Натурные обследования [7] показали, что при влажности 9 - 12 % (рекомендованной при расчете по СНиП) сопротивление теплопередаче керамзитобетонных панелей составляет 0,7 - 0,85 м К/Вт, что ниже расчетных значений.
Снижение фактических значений термического сопротивления ОК имеет место вследствие неоднородного зернового состава ячеистых бетонов, их повышенного влагосодержания, «гнездового» распределения влаги, а также вследствие того, что при расчете не учитываются теплопроводные включения и арматура. Например, обследование квартир, где имело место промерзание керамзитобетонних панелей, показало, что керамзитобетон имел плот-ность 1300, вместо расчетной 1200 кг/ м , а влажность доходила до 11 % [7].
Для панельных конструкций характерно повышенное начальное влагосодержание. Влажность стеновых панелей при монтаже колеблется в диапазоне 15 - 26 %. В первые годы эксплуатации влажность панелей в 2 раза превышает нормативную и составляет 18 - 26%. Влажность материала, принятая в СНиП, устанавливается при благоприятных условиях через 5-6 лет. На рис. 1.1 приведено распределение влаги в стеновых панелях из керамзитобе-тона. При монтаже влагосодержание стеновых панелей из газобетона также достигает прядка 26 - 27%. Замеры влажности в конструкциях жилых домов при различных сроках эксплуатации показали, что ее снижение, особенно во внутренних слоях стен, происходит медленно. После 2 лет эксплуатации влажность наружных стен составляла порядка 10-14 %. Отмечается также неоднородность в распределении влаги по толщине конструкции [9].
При обследовании состояния эксплуатируемых стеновых панелей различных конструкций было установлено, что влажность однослойных неофак-туренных ограждений из ячеистых бетонов в процессе эксплуатации в 1,5-2 раза меньше, чем однослойных офактуренных или двухслойных панелей [10]. Как пример, на рис. 1.2 показано распределение влажности по толщине конструкции.
Влажность конструкций при монтаже зданий оказывает существенное влияние на микроклимат помещений, поскольку в начальный период эксплуатации происходит процесс сушки влажного ограждения. По этой причине в первый отопительный сезон для поддержания нормируемых параметров в помещениях требуется большее количество тепла, чем расчетное. С наружной стороны ограждения в эксплуатационный период при отрицательных температурах создается зона повышенной влажности, образуется ледяная "мембрана", которая существенно ухудшает условия сушки ограждений. Таким образом, средняя по толщине стены влажность наружных ограждений практически остается равной начальной.
Изучение процессов тепломассообмена на фрагментах конструкций, выполненных из керамзитобетона, при различных температурах показало, что коэффициент теплопроводности увеличивается в 1.2 раза при отрицательных температурах и влагосодержании 11 - 19 % [11]. В результате оказывается, что теплотехнические свойства стеновых панелей ниже нормируемых при расчете на нормальные условия эксплуатации конструкций (графа Б, СНиПИ-3-79 [21]).
Обследование наружных конструкций, выполненных из кирпича, показало, что их влажность не превышает 5%, а коэффициент теплопроводности в зависимости от влажности конструкций при отрицательных температурах увеличивается на 13 - 23 % [11]. После 3-х лет эксплуатации зданий из силикатного кирпича коэффициент теплопроводности выше расчетного на 25% [22]. Нарушение нормативных условий эксплуатации наружных ограждаю щих конструкций в связи со снижением температуры теплоносителя в систе мах отопления приводят к тому, что параметры микроклимата в жилых по мещениях значительно ниже нормативных. Увеличение коэффициента теп лопроводности при повышении влажности материалов ограждающих конст рукций приводит к дополнительным теплопотерям зданий, которые для жи лого фонда исчисляются значительными величинами. Например, теплопоте ри через кирпичные стены, находящиеся в переувлажненном состоянии, для внутренних квартир на 25%, а для угловых на 36% превышают, соответст вующие нормальному состоянию конструкций [23].
Характер увлажнения строительных материалов основных типовых серий жилой застройки
Вопросами фазового состава поровой влаги при отрицательных температурах занимаются в основном мерзлотоведы, почвоведы и строители [64-81]. При сорбционном увлажнении в пористом материале содержится парообразная влага, которая с понижением температуры конденсируется, а затем кристаллизуется, т.е. образуется лед. Согласно [82] образование льда происходит в два этапа. Сначала в жидкой фазе образуются ассоциированные молекулы (4 молекулы Н20), которые затем диффундируют в область меньшего давления и образуют кристаллы. Полный переход воды в лед происходит при температуре -48оС. Количество твердой фазы (льда) можно характеризовать объемной льдистостью, т.е. отношением объемов льда и жидкости, Ул/Уж. Например, при быстром замораживании образцов до -ЮоС льди-стость для пенобетона составила 83%, а для силикатного кирпича- 77% [82].
Процесс замерзания воды сопровождается переносом жидкости, так как в зоне замерзания происходит уменьшение ее количества и выделение теплоты кристаллизации. В результате этого возникают локальные градиенты концентрации влаги и температуры, что и приводит к переносу жидкости в область отрицательных температур. Незамерзшая вода существует в порах строительных материалов в широком спектре отрицательных температур. Кроме равновесного понижения точки замерзания связанной воды наблюдается также и ее переохлаждение. Понижение температуры замерзания поро-вой влаги объясняется искажением ее структуры под воздействием поверхности материала [64, 71].
Основным параметром, определяющим количество незамерзшей воды в материале, является температура. Поэтому экспериментальные данные по незамерзшей воде обычно представляют в виде температурной зависимости, которую подразделяют на три области [64]: - область значительных (интенсивных) фазовых переходов, где при изменении температуры на 1 градус количество незамерзшей воды меняется AWHB не менее чем на 1%; - переходная область, соответствующая изменениям AWHB в диапазоне 0,1% AWHB 1%; - область практически замерзшего состояния, AWHB 1%. Количество воды в данной области оценивают толщиной в несколько молекулярных слоев [72]. Эта часть воды, являющаяся прочносвязанной, оказывается нетермоак-тивной и не кристаллизуется [64]. Количество незамерзшей воды зависит также от начальной влажности материала, от количества циклов «замораживания - оттаивания», величины отрицательной температуры и времени выдержки образца, которые в данном случае проявляются совместно в виде параметров цикла. Влияние циклов на количество незамерзшей воды подтверждается экспериментальными наблюдениями. В результате воздействия циклов происходит: изменение структуры материала [75]; небольшое, но вполне определенное повышение температуры начала замерзания, если каждое последующее замораживание совершается сразу после оттаивания [70]. Это явление связано с переходом поровой влаги в состояние меньшей связанности. В интервале числа циклов 6-50 происходит некоторое увеличение количества незамерзшей воды, которое объясняется ростом объема мик-ропор [76]. Для строительных материалов (кирпич, бетон и др.) характерен монолитный скелет, поэтому появление льда в их порах может создавать значительное избыточное давление на незамерзшую воду и тем самым препятствовать ее дальнейшему замерзанию [73, 77]. Зависимость содержания незамерзшей воды от влажности материала может быть обусловлена также и избыточным давлением, оказываемым растущими кристаллами льда на незамерзшую воду.
Содержание незамерзшей воды в строительных материалах зависит от направления изменения температуры [74]. Количество воды, полученной по циклу замерзания, оказывается больше, чем по циклу оттаивания. На практике этим различием обычно пренебрегают и процессы, как промерзания, так и оттаивания рассчитывают, используя одни и те же данные по количеству незамерзшей воды.
В области значительных фазовых превращений количество незамерзшей воды обычно соответствует влажности. В переходной области содержание незамерзшей воды отвечает диапазону влажностей от максимальной молекулярной влагоемкости до значений прочносвязанной воды. В области практически замерзшего состояния количество незамерзшей воды близко к максимальной гигроскопической влажности, т.е. отвечает прочносвязанной воде [64, 73].
По мере охлаждения в лед сначала превращается макрокапиллярная влага при температурах, близких к 0С, а затем постепенно, с понижением температуры до -50С микрокапиллярная влага. В некоторых случаях следы незамерзшей микрокапиллярной влаги обнаруживаются вплоть до -78С. Основная масса адсорбированной влаги не превращается в лед при самом глубоком охлаждении (до -180С) [80]. Согласно [77] может замерзать и сорб-ционная влага в большинстве строительных материалов. Однако данные, приведенные в литературе, содержат некоторые противоречия, неясен вопрос о фазовом составе сорбционной влаги при отрицательных температурах.
Универсального уравнения, одинаково хорошо описывающего количество незамерзшей воды во всем многообразии существующих материалов получить невозможно, поэтому используют эмпирические зависимости, обобщающие экспериментальные данные по незамерзшей воде для конкретных видов материалов [69, 80 и др.].
Влияние температурно-влажностных воздействий на долговечность ограждающих конструкций
Вопрос об оценке долговечности конструкций жилых зданий в настоящее время приобретает особую актуальность, поскольку большая часть жилищного фонда вводилась в эксплуатацию в 1950-1980 гг. (см. рис. 3.5 - 3.6). Это, в основном, касается зданий из крупносборных облегченных конструкций. Панельные здания имеют меньшую толщину и большое количество различных соединений и более чувствительны к неравномерным деформациям. В тонкостенных конструкциях возрастает влияние необратимого физического процесса, связанного со снижением плотности и прочности материалов, приводящего к сокращению сроков службы ограждающих конструкций ОК.
Долговечность элементов или конструкций оценивается продолжительностью их безотказной работы (с возможными перерывами для проведения профилактических ремонтов) в данных условиях с момента возведения до полной потери эксплуатационных свойств. Требуемые сроки службы зданий и сооружений устанавливаются нормативными документами на стадии проектирования в соответствии с их функциональным назначением [89-92].
Например, согласно [89] минимальная продолжительность эффективной эксплуатации составляет до постановки на текущий ремонт: - для крупносборных жилых зданий, зданий музеев, архивов и библио тек - 3-5 лет; на капитальный ремонт: - для крупносборных жилых зданий - 15-20 лет; - для зданий музеев, архивов и библиотек - 20-25 лет. Под текущим ремонтом понимают восстановление исправности конструкций, а также улучшение эксплуатационных показателей. Минимальная продолжительность эффективной эксплуатации до капитального ремонта (восстановление ресурса здания с заменой конструктивных элементов) наружных стен жилых зданий составляет: - крупнопанельных с утепляющим слоем из минераловатных плит - 50 лет; - крупнопанельных однослойных из легких бетонов - 30 лет; - кирпичных (2.5-3.5 кирпича) - 50 лет; - каменных обыкновенных, кирпичных (2-2.5 кирпича) - 40 лет. - каменных из облегченного кирпича, шлакоблоков - 30 лет. Герметизация стыков проводится через 8-15 лет. Если здание состоит из конструктивных элементов с примерно одинаковыми характеристиками, то ожидается приблизительно одинаковый постепенный износ всех конструктивных элементов, и необходимость капитального ремонта отпадает. К таким зданиям могут быть отнесены панельные и крупноблочные жилые дома из газобетона (600, 137 серии) и керамзитобето-на (137серия и др.). В таких зданиях требуются лишь регулярные профилактические ремонты, продлевающие срок их службы с момента возведения до полного износа.
Для зданий, состоящих из неодинаковых по долговечности элементов, первый этап долговечности оценивается сроком его службы с момента возведения до капитального ремонта. Следующие (промежуточные) этапы определяются сроком службы между двумя капитальными ремонтами, а последний этап - сроком службы со времени капитального ремонта до полного износа всех конструктивных элементов [91].
Однако единый подход к оценке долговечности элементов [89, 92] крупносборных зданий не учитывает особенностей их эксплуатации. Как правило, оценка эксплуатационных затрат производится на стадии проектирования, исходя из нормативных условий эксплуатации ОК и экономических соображений. Условия эксплуатации и режимы работы строительных элементов и систем технических устройств различны. Например, режим работы и степень износа наружной стены северной и южной ориентации, перекрытий 1-ого этажа и внутренних межэтажных. Срок службы изделий одного и того же качества в зависимости от условий эксплуатации будет различным.
Здания представляют собой сложные системы, эксплуатационные качества, долговечность и надежность которых зависит от составляющих их элементов и их связей. Разрушение конструкций связано с возникновением и развитием трещин, дефектами сварки стыков панелей и их некачественной заделкой. Возникновение дефектов носит случайный характер. Период безотказной работы отдельных элементов и всей системы можно оценить с использованием основных законов теории вероятностей. Например, при использовании экспоненциального закона распределения вероятность безотказной работы определяется как [19]: где X - интенсивность отказов, характеризующая относительную скорость изменения соответствующего параметра долговечности; t - время эксплуатации конструкции.
Температурные и влажностные воздействия тесно взаимосвязаны. При повышенном влагосодержании и промерзании ограждающих конструкций зданий существенно снижаются теплозащитные и физико-механические свойства строительных материалов. Изменение температурно-влажностного режима эксплуатации конструкций, приводящее к изменению температурного поля конструкций, вызывает появление температурно-влажностных деформаций.
Результаты определения коэффициента теплопроводности методом цилиндрического зонда для строительных материалов стеновых панелей основных типовых серий жилой застройки
В связи с тем, что приведенные выше данные сорбционного увлажнения ячеистых бетонов имеют существенные количественные расхождения, были поставлены эксперименты в лабораторных условиях по сорбционному увлажнению образцов газобетона и керамзитобетона, выпиленных из элементов стеновых панелей серий 137 и 600.
Капиллярно-пористый сухой материал, помещенный в среду влажного воздуха, поглощает пары воды до достижения им равновесного влагосодер-жания Wp, определяемого параметрами окружающей среды: относительной влажностью воздуха ф, температурой Т и такими характеристиками материала, как его удельная поверхность, адсорбционная активность поверхности, дифференциальная кривая распределения микропор по радиусам, количество и состав растворимых в воде веществ. Процесс этот называется сорбцией водяных паров. Сорбционные свойства материалов обычно характеризуются изотермами равновесного удельного влагосодержания, выражающими зависимость Wp=f((p).
Существуют два различных по своей природе механизма сорбции паров воды - физическая адсорбция на внешней и внутренней поверхности частиц материала и капиллярная конденсация. В тупиковых капиллярах после образования адсорбционного монослоя начинаются одновременно процессы полимолекулярной адсорбции и капиллярной конденсации [17]. В сквозных капиллярах с радиусом г 100 нм мениски могут образовываться путем слияния адсорбционных пленок противоположных стенок [63]. Адсорбционная пленка на поверхности цилиндрической поры, по существу, также является мениском, вызывающим капиллярную конденсацию.
Следует подчеркнуть, что максимальная гигроскопическая (сорбированная) влажность представляет собой влагу адсорбированную и микрокапиллярную. Макрокапиллярная и осмотическая влаги поглощаются при непосредственном контакте материала с водой и настолько слаоо связаны, что их можно отнести практически к свободной воде. Максимальное количество связанной воды при определенной температуре равно максимальной гигроскопической влажности материала при той же температуре. Чтобы найти количество свободной воды нужно от общей влажности материала отнять максимальную гигроскопическую влажность.
Процесс, обратный сорбции, когда происходит обезвоживание материала в пределах его гигроскопичности (начальное влагосодержание материала не превышает максимальную гигроскопическую влажность), называется десорбцией [63] . Следовательно, десорбция - частный случай сушки материала, происходящий от любой начальной влажности.
Изотермы сорбции и десорбции, как правило, совпадают между собой только в двух крайних точках - при ср = 0 и при ср = 1,0, т.е. наблюдается петля гистерезиса. Для объяснения петли гистерезиса предложены следующие гипотезы [63]: в коллоидных материалах равновесное состояние достигается крайне медленно, и поэтому окончательно неуравновешенное состояние принимается за равновесное; в капиллярно-пористых материалах при сорбции могут иметь место неполное смачивание стенок капилляра из-за адсорбции воздуха и запаздывание образования мениска в сквозных порах. При десорбции же некоторое количество влаги может закупориваться менисками в больших порах, сообщающихся с окружающей средой через малые поры.
Наиболее простым и распространенным экспериментальным методом определения сорбционной влажности является тензиметрический (эксика-торный) метод. Предварительно высушенные образцы материала выдерживаются в паровоздушной среде с постоянными параметрами (100% влажность) до достижения ими равновесного состояния. Влажность образцов материалов стеновых панелей определялась в соответствии с ГОСТ 24816-81 «Материалы строительные. Метод определения сорбционной влажности». Кроме того, проводились опыты по определению сорбционный влажности образцов, выпиленных из панелей.
Для проведения опытов применялись стеклянные бюксы эксикаторы с притертыми крышками. Колебания температуры при проведении опытов не превышали ±2 С. Постоянная влажность поддерживалась с помощью раствора серной кислоты.
Достижение равновесного состояния фиксировалось периодическим взвешиванием образцов на весах марки ЕТ-600-Н с точностью отсчета ±0,02 г. Равновесное состояние считалось достигнутым, когда два последовательных взвешивания давали результаты, отличающиеся друг от друга не более, чем на 0,1%.
Сухую массу образцов определяли высушиванием образцов до постоянной массы в сушильном шкафе при температуре 105 С, Для предотвращения поглощения паров воды из окружающего воздуха образцы охлаждали в эксикаторе над безводным хлористым кальцием.
Экспериментально проведенное сорбционное увлажнение образца га-зобетона (р=500 кг/м и р=1000 кг/м ) в эксикаторе при относительной влажности воздуха 100 % в течение месяца составило 5.5 (6.4) % (см. рис.4.1). Полученные результаты несколько ниже, чем в [52], но близки к приведенным в табл.2.1. Следует, однако, отметить, что сорбционное увлажнение газобетона существенно зависит от его начальной влажности.
Похожие диссертации на Прогнозирование динамики тепловлажностного состояния ограждающих конструкций жилых зданий Санкт-Петербурга и повышение их энергоэффективности
