Экзаменационные вопросы по строительной и теплофизике. теплофизика. Конденсация влаги на поверхности ограждения. Меры против конденсации влаги на внутренней поверхности ограждения
 Скачать 4.1 Mb.
|
|
Конденсация влаги на поверхности ограждения. Меры против конденсации влаги на внутренней поверхности ограждения. Конденсация влаги – процесс образования воды из водяного пара, содержащегося в атмосферном воздухе. Эта вода может оседать на поверхности ограждения, если температура этой поверхности окажется ниже точки росы. В помещениях такие процессы нежелательны в связи тем, что материалы ограждения начинают впитывать влагу, что повышает их влажность, ухудшая тем самым теплозащитные свойства, а также делает помещение антисанитарийным. Явление конденсации влаги обнаруживается прежде всего в тех местах ограждений, температура которых является минимальной – в наружных углах стен, в карнизных узлах, у стыков панелей, а также в нижней части стен первых этажей при недостаточном утеплении цоколя. Зимой иногда наблюдается конденсация влаги и на наружной поверхности ограждений. Это бывает при резком повышении температуры наружного воздуха после сильных морозов, когда температура наружной поверхности ограждений оказывается ниже температуры окружающего воздуха. Влага, замерзая, может даже образовывать налет инея. Особенно резко это явление обнаруживается на стенах неотапливаемых зданий и на отдельно стоящих массивах.  Основной мерой против конденсации влаги на внутренней поверхности ограждения является снижение влажности воздуха в помещении, что может быть достигнуто усилением вентиляции (уменьшается точка росы) либо повышением теплотехнических свойств стены (увеличение сопротивления теплопередаче ограждения Rо или уменьшение сопротивления тепловосприятию Rв). Если влажность воздуха в помещении оказывается очень высокой (в банях, оранжереях, красильнях, где она может достигать 90-95%), чаще всего избежать конденсации влаги на внутренней поверхности не удается. В этом случае необходимо принимать меры к тому, чтобы эта влага не могла проникнуть в толщу ограждения и повысить его влажность. Для этого внутреннюю поверхность делают водонепроницаемой. Наружные углы стен. Искривление изотерм в теле наружного угла и понижение температуры на его внутренней поверхности вызывают более интенсивный поток тепла в наружном углу. Снижение температуры в наружных углах по сравнению с температурами на глади стены вызывается двумя причинами: геометрической формой угла, то есть тем, что в наружном углу площадь тепловосприятия меньше площади теплоотдачи, в то время как на глади стены они равны; 2) уменьшением коэффициента тепловосприятия αв в наружном углу вследствие уменьшения передачи тепла излучением, а также в результате понижения интенсивности конвекционных токов воздуха. Уменьшение величины αв (порой ее значение достигает 5 Вт/м2К) увеличивает сопротивление тепловосприятию Rв, а это оказывает влияние на понижение температуры τу по сравнению с τв. В расчетах применяется формула для определения τу, которая, правда, имеет узкое применение и должна использоваться для стен, имеющих термическое сопротивление R не более 2,2:  В связи с тем, что значение температуры наружного угла всегда меньше температуры глади стены, интересно выявить, от чего зависит величина понижения температуры  На нее влияют: 1) форма и конструкция угла – при тупом угле понижение температуры в нем будет меньше, чем при остром; 2)величина термического сопротивления стены R – с повышением R уменьшается величина Δτ; 3) от разности температур внутреннего и наружного воздуха – величина Δτ прямо пропорциональна этой разности; 4) от фактического значения величины сопротивления тепловосприятию Rв в наружном углу – с повышением Rв повышается и величина Δτ, поэтому, например, неблагоприятное влияние на температуру угла оказывает поставленная там мебель или иные предметы. 3) Сопротивление паропроницанию ограждения. Нормирование паропроницаемости ограждений. Графический метод расчета влажностного режима ограждения при стационарных условиях диффузии водяного пара. Расчет на конденсацию влаги в ограждении делается графически следующим образом. В ограждении строится линия падения температуры (линия τ(тау) ). По температурной линии строится линия изменения максимальной упругости водяного пара в ограждении (линия Е). Затем строится линия падения упругости водяного пара (линия е). Если линии Е и е не пересекаются, то это указывает на отсутствие конденсации водяного пара в ограждении, так как при этом в любой плоскости ограждения действительная упругость водяного пара оказывается ниже максимальной упругости, что исключает возможность конденсации водяного пара. Если же линии Е и е пересекаются, то это значит, что в ограждении возможна конденсация водяного пара. При этом для построения линии действительного изменения упругости водяного пара в ограждении из точек на поверхностях ограждения, соответствующих ев и ен проводятся касательные к линии максимальной упругости водяного пара. Между точками касания будет находиться зона конденсации, т. е. та часть ограждения, в которой будет конденсироваться водяной пар. Количество конденсата в ограждении определяется по разности количеств водяного пара, притекающего к зоне конденсации и уходящего от нее.   Определение границ зоны возможной конденсации в однородном ограждении. Для построения линии действительного изменения упругости водяного пара в ограждении из точек на поверхностях ограждения, соответствующих ев и ен проводятся касательные к линии максимальной упругости водяного пара. Между точками касания будет находиться зона конденсации, т. е. та часть ограждения, в которой будет конденсироваться водяной пар. Определение количества конденсации в ограждении по разности количеств водяного пара. Для получения реальной картины влажностного режима ограждения необходимо делать расчет по нестационарным условиям влагопередачи. Однако расчет по стационарным условиям является простым и может дать достаточно точный ответ на два вопроса: 1) каков будет годовой баланс влаги в ограждении, то есть, будет ли в нем происходить систематическое накопление влаги из года в год, или вся влага, сконденсировавшаяся в зимний период, успевает испариться из ограждения в течение летнего периода; 2) не произойдет ли переувлажнение материала, на поверхности которого будет конденсироваться влага. Решения этих вопросов вполне достаточно для оценки влажностного режима конструкций в процессе проектирования зданий. При этом необходимо ограничить массу влаги, которая может дойти до плоскости конденсации в период влагонакопления, значением массы влаги, которая может уходить из конструкции в теплый период года. Для этого необходимо проверить, достаточно ли внутренние слои конструкции противостоят прохождению через них водяного пара, то есть, будет ли сопротивление паропроницанию внутренних слоев конструкции больше минимального значения, необходимого для задерживания избыточного водяного пара. При ненакоплении влаги в толще конструкции из года в год должно соблюдаться условие, согласно которому масса приходящей к плоскости конденсации влаги должна равняться массе влаги, уходящей от плоскости конденсации: Mприход = Mуход, то есть  и  Нормирование паропроницаемости ограждений. Из этой формулы можно вывести уравнение для определения минимально допустимого (то есть требуемого) сопротивления паропроницанию, которое должна иметь внутренняя часть конструкции для того, чтобы годовой баланс влаги в ограждении был равен нулю:  [м2·ч·Па/мг]. Так как время диффузии пара θ равно одному году, то и значения упругостей являются среднегодовыми. Исключение составляет величина ев, которая является постоянной, так как зависит от температуры и относительной влажности внутреннего воздуха ( , где Ев - парциальное давление насыщенного водяного пара, Па, при температуре tв). Епвк = E – парциальное давление водяного пара, Па, в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации, определяемое по формуле:  , где E1, E2, E3 – парциальное давление водяного пара, принимаемое по температуре в плоскости возможной конденсации, устанавливаемой при средней температуре наружного воздуха соответственно зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов. Данные периоды определяются согласно следующим указаниям: а) к зимнему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха ниже минус 5 °С; б) к весенне-осеннему периоду относятся месяцы со средними температурами наружного воздуха от минус 5 до плюс 5 °С; в) к летнему периоду относятся месяцы со средними температурами воздуха выше плюс 5 °С; z1, z2, z3 – продолжительность, в месяцах, зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов года (z1+z2+z3=12), определяемая по [2, табл. 3*]; ен = енг – среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха, Па, за годовой период, определяемое по [2, табл. 5а*]; Rпн – фактическое сопротивление паропроницанию наружных слоев конструкции (от плоскости конденсации до наружной поверхности ограждения). При выводе второго требуемого сопротивления паропроницанию внутренних слоев конструкции нужно отталкиваться от того, что каждый материал имеет предельное значение влагонасыщения, достигая которое материал начинает резко терять свои теплотехнические свойства. Чтобы этого избежать, необходимо ограничить увлажнение материала предельно допустимым массовым приращением влаги ( ). При этом необходимо отметить, что переувлажнение материала возможно только в период накопления влаги в конструкции. К такому периоду относятся дни со средней температурой воздуха, меньшей нуля. Максимальное значение массы влаги, которую может «безболезненно» впитать в себя некий материал,  Здесь  – масса влаги, приходящей к плоскости конденсации в период влагонакопления,  , – масса влаги, уходящей от плоскости конденсации в период влагонакопления,  . Тогда  . С другой стороны,  , где γ – плотность материала увлажняемого слоя; δ – толщина увлажняемого слоя ограждающей конструкции. Значит  Таким образом,  Так как расчет увлажнения материала ведется для периода влагонакопления, то и упругости водяных паров рассчитываются именно для этого периода. При этом достаточно определять среднемесячные упругости водяного пара. Так, Епвк= Ео – упругость водяного пара в плоскости возможной конденсации для периода с отрицательными среднемесячными температурами; ен = ено – средняя упругость водяного пара наружного воздуха для периода с отрицательными среднемесячными температурами, определяемая по [2, табл. 5а*]; θ = zо – продолжительность периода влагонакопления, принимаемая в сутках по [2, табл.] Значения для большинства строительных материалов дается в % в [1, табл. 12] Таким образом, минимально допустимое сопротивление паропроницанию, которое должна иметь внутренняя часть конструкции для того, чтобы материал, на котором возможна конденсация влаги, не увлажнялся более предельного значения, может быть определено как  [м2·ч·Па/мг]. Необходимо обратить внимание на то, что для соблюдения размерности необходимо плотность материала переводить в мг/м3 (то есть домножать значение γ в кг/м3 на 106), переводить из процентов в доли единиц (то есть делить значениеΔω на 100%), а время подставлять в часах (то есть значение zо, определенное в сутках, умножать на 24). При этом СНиП [1] дает готовую формулу (17), в которой значения различных величин имеют те же размерности, что и в таблицах СНиПов [1] и [2]: , где  Определенные по представленным формулам сопротивления паропроницанию внутренних слоев конструкции необходимо сравнить с располагаемым сопротивлением Rпв. Если располагаемое сопротивление окажется больше, чем оба требуемых, то конструкция соответствует требованиям норм по паропроницанию. В противном случае необходимо принимать меры либо по увеличению фактического сопротивления, либо по уменьшению требуемых значений сопротивлений.5) Виды теплопередачи. Одним из основных процессов, рассматриваемых в строительной теплофизике, является теплообмен, происходящий в конструкциях зданий. Теплообмен возникает, если существует разность температур в отдельных зонах помещения или участках строительной конструкции. При этом тепловая энергия распространяется от зоны с более высокой температурой в зону с более низкой температурой. Различают три вида (или способа) переноса тепла: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Теплопроводность – это теплоперенос при непосредственном соприкосновении тел или частей одного тела с разной температурой. Механизм теплопроводности можно объяснить на основе молекулярно-кинетических представлений; перенос энергии осуществляется вследствие теплового движения микрочастиц (молекул, атомов, электронов), составляющих тело, и взаимодействия между ними. Конвекцией называется перенос теплоты при движении жидкости или газа из области с одной температурой в область с другой. Тепловое излучение (лучистый теплообмен) - это теплообмен между телами с разной температурой через лучепрозрачную среду (например, воздух, вакуум) с помощью электромагнитных волн. Он состоит из превращения внутренней энергии тела в энергию излучения, переноса излучения и его поглощения другим телом. 7) Передача тепла через воздушную прослойку   Передача тепла через воздушную прослойку: 1 – путем конвекции; 2 – путем теплопроводности; 3 – путем излучения.  Особенности теплопередачи ч/з воздушные прослойки:1) Для возд-ых прослоек нет прямой зав-ти м/ду толщиной и её термическим сопротивлением; 2) При увеличении толщины возд. прослойки δ коэффициент передачи тепла конвекцией α ↑,а при δ < 5 мм ⇒ α = 0 ; 3) Можно ввести эквивалентный коэффициент теплопроводности воздушной прослойки: -только для замкнутых прослоек Выводы:1)Эффективными в теплотехническом отн. явл. прослойки небольшой толщины(десятки мм);2)При выборе толщины прослоек нужно обеспечивать, чтобы λэкв воздуха в них был меньше λ м-ла, которым можно заполнить прослойку;3)В ОК необходимо делать несколько прослоек малой толщины вместо одной большой толщины;4)Воздушные прослойкиследует располагать ближе к наружной поверхности ОК, при этом зимой уменьшится к-во тепла, передаваемого излучением;5)Воздушная прослойка должна быть замкнутой и не сообщаться с наружным воздухом. Если необходимо устраивать вентилируемую прослойку, это учитывают при расчете;6)Вертикальные прослойки в наружных стенах необходимо перегораживать горизонтальными диафрагмами на уровне междуэтажных перекрытий;7)Для сокращения кол-ва тепла, передаваемого излучением, рекомендуют одну из поверхностей прослойки покрывать алюминиевой фольгой (при выполнении условий предотвращения её коррозии). |