Введение к работе
Актуальность работы. Приоритетной задачей энергетической стратегии России является повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и вывод экономики страны на энергосберегающий путь развития. Наиболее эффективный путь экономии ТЭР в капитальном строительстве - снижение теплопотерь через Офаждающие конструкции зданий за счет повышения уровня их тепловой защиты.
С повышение нормативных требований гражданское строительство последние годы ориентируется на возведение зданий в многослойных стенах с использованием эффективных теплоизоляционных материалов с коэффициентом теплопроводности до 0,06 Bt/(;w С). Это обусловлено стремлением проектировщиков получить необходимое нормируемое сопротивление теплопередаче R офаж-дающих конструкций, по значению в 3-4 раза превышающее требования старых норм, которое невозможно обеспечить в однослойных конструкциях, сохранив при этом модульную толщину и несущую способность стен. Особенно это актуально в резко континентальных климатических условиях Забайкальского края.
В связи с этим, на рынке строительных материалов постоянно обновляется ассортимент теплоизоляционных материалов - появляются новые, информация о физико-технических свойствах которых либо отсутствует, либо имеется в недостаточном объеме, модернизируются уже освоенные, предлагаются различные схемы комбинирования материалов и т.д. Однако, наличие в офаждающих конструкциях различных материальных слоев с отличающимися физико-техническими свойствами (плотностью, теплоемкостью, теплопроводностью, па-ропроницаемостью, сорбционнои способностью), по-разному реагирующих на колебания температуры и влажности окружающей среды, существенно затрудняет прогнозирование теплотехнического состояния офаждений в эксплуатационных условиях, а использование новых, еще недостаточно исследованных теплоизоляционных материалов, может привести к непредсказуемым последствиям.
Комплексное (тепловизионное и натурное) обследование теплотехнического состояния наружных офаждающих консфукций эксплуатируемых зданий показывает, что практически всегда существует несоответствие теплотехнических характеристик тем величинам, которые были заложены в проектах. Данное несоответствие вызвано не только отклонениями от проектных решений при сфоитель-стве, но и вследствие изменения теплотехнических характеристик материальных слоев офаждающих консфукций во время эксплуатации под воздействием постоянно меняющихся температуры и влажности окружающей среды. Кроме того, следует отметить, что действующие нормы и правила проектирования теплозащиты зданий основаны на стационарных расчетах переноса тепла и влаги в офаждающих консфукциях и не учитывают в полном объеме особенностей климата района сфоительства, что также не может гарантировать надежности теплозащиты во время эксплуатации зданий.
Очевидно, что фебуется новый подход к проектированию тепловой защиты многослойных офаждающих консфукций зданий, основанный на многовариантных предпроектных расчетах их тепловлажностного состояния, и оценке их теплотехнической эффективности в эксплутационных (нестационарных) условиях.
Для реализации такого подхода необходима достаточно простая, инженерная методика компьютерного расчета, позволяющая моделировать процессы переноса тепла и влаги, протекающие в материальных слоях ограждающих конструкций во время эксплуатации, с учетом их индивидуальных свойств и особенностей климата района строительства.
Объект исследований - наружные многослойные ограждающие конструкции зданий.
Предмет исследований — изменение теплотехнических параметров ограждающих конструкций и уровня тепловой защиты зданий в зависимости от их теп-ловлажностного состояния в процессе эксплуатации.
Цель диссертационной работы: создание методики расчета и экспериментальных исследований вновь возводимых, восстанавливаемых и усиливаемых многослойных ограждающих конструкций, наиболее полно учитывающей специфику воздействия на них индивидуальных свойств материалов, особенностей климата района строительства и эксплуатационных условий.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
провести анализ литературных источников и современных публикаций с целью изучения состояния вопроса о методах исследования совместных тепловлаж-ностных процессов, протекающих в многослойных ограждающих конструкциях в нестационарном режиме;
путем обобщения обоснованных положений существующих теорий тепло и влагопереноса в многослойных ограждающих конструкциях, при граничных условиях, максимально приближенных к эксплуатационным, разработать физико-математическую модель совместного тепловлажностного расчета для реализации ее в компьютерных программах объектного моделирования;
провести обработку табличных данных с целью получения функциональных зависимостей парциального давления насыщенных паров, сорбционной влажности, теплопроводности и влагопроводности строительных материалов от температуры и влажности, необходимых для компьютерного моделирования;
разработать методику определения зависимости коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов от сорбционной влажности в лабораторных условиях и получить функциональные зависимости для материалов читинского производства - пенополистирола и пеноизола;
на основе полученной методики тепловлажностного расчета провести исследование теплотехнического состояния многослойных ограждающих конструкций зданий, выполненных из местных материалов в эксплуатируемых жилых зданиях;
оценить эффективность теплозащиты ограждающих конструкций зданий в климатических условиях г. Читы.
Методы исследования: В работе, кроме стандартных методик, применялись методы математической статистики, компьютерного моделирования, лабораторные и тепловизионные исследования.
Научная новизна работы представлена следующими наиболее значимыми результатами, выносимыми на защиту:
разработанная методика компьютерного расчета и экспериментальных исследований теплотехнического состояния многослойных ограждающих конструкций зданий, учитывающая специфику индивидуальных свойств материалов, особенности климата района строительства и эксплуатационных условий;
разработанная новая методика определения зависимости теплопроводности теплоизоляционных материалов от сорбционной влажности в лабораторных условиях;
результаты приложения разработанной методики в ряде прикладных задач, рассматривающих варианты трехслойных ограждающих конструкций с теплоизоляционными материалами читинского производства и с учетом особенностей климатических условий Забайкалья;
- результаты оценки теплотехнической и экономической эффективности
применения пеноизола, пенополистирола и минеральной ваты читинского произ
водства для повышения тепловой защиты ограждающих конструкций в климати
ческих условиях Забайкалья.
Достоверность полученных результатов обоснована допустимыми отклонениями теплотехнических параметров материальных слоев ограждений, полученных при моделировании и при тепловизионных и натурных измерениях.
Практическая значимость работы: Результаты теоретических и экспериментальных исследований данной работы могут быть использованы при проведении предпроектных расчетов с целью выбора эффективной тепловой защиты зданий с использованием новых теплоизоляционных материалов, а также при освидетельствовании фактического теплотехнического состояния ограждающих конструкций эксплуатируемых зданий при реконструкции последних для принятия наиболее эффективных конструктивных решений.
Предложенные методики компьютерного расчета многослойных ограждающих конструкций в нестационарном режиме и лабораторных исследований теплоизоляционных материалов бьии использованы при комплексном обследовании теплотехнического состояния тепловой защиты следующих объектов: наружные стены пятиэтажного жилого здания по ул. Шилова, 14, г. Чита; наружные стены десятиэтажного жилого здания по ул. Ленина, 43, г. Чита; наружные стены 60-квартирного жилого дома в п.Забайкальск; наружные стены здания спортивной школы по ул. Советская, 7, г. Чита; чердачные перекрытия здания СО РАН Института природных ресурсов, экологии и криологии, г.Чита, а также внедрены в учебный процесс при подготовке инженеров по строительным специальностям в Забайкальском институте железнодорожного транспорта.
Личный вклад автора состоит в корректировке математической модели для компьютерного расчета, аппроксимации табличных данных теплотехнических показателей строительных материалов, непосредственном участии при проведении экспериментальных исследований, их анализа и обобщения.
Апробация работы. Результаты работы доложены:
- на Всероссийской научно-практической конференции ученых транспорта, ву
зов, НИИ, инженерных работников и представителей академической науки «Пробле
мы и перспективы развития Транссибирской магистрали в XXI веке», ноябрь 2006 г.,
г.Чита;
на VII Всероссийской научно-практической конференции «Кулаганские чтения», ноябрь 2007 г., г. Чита;
на Международной научно-практической конференции ученых транспорта, вузов, НИИ, инженерных работников и представителей академической науки «Развитие транспортной инфраструктуры - основа роста экономики Забайкальского края», октябрь 2008 г., г. Чита;
на заседаниях кафедр «Строительство железных дорог» и «Прикладная механика и инженерная графика» Забайкальского института железнодорожного транспорта (2004-2008 гг.);
опубликованы в 8 статьях.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения с основными выводами. Она содержит 151 страницу машинописного текста, включая: 10 таблиц, 43 рисунка, библиографический список из 113 наименований и 3 приложения.
