Физико-технические процессы в строительстве

1. ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Левитский Валерий Евгеньевич
кафедра «Строительные конструкции, здания и сооружения»

2. ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ, или ФИЛОСОФИЯ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ, или ФИЛОСОФИЯ ФИЗИКОТЕХНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

3. Общие соображения

Физико-технические процессы в строительстве
Физический процесс – это
последовательная смена состояний
объекта, не связанная с изменением
его химического состава.
«Технический» = имеющий отношение к
технике, а именно – к строительству (области
деятельности, связанной со строительными
объектами – зданиями и сооружениями).
Примеры физических процессов в строительстве:
Примеры физико-химических процессов в строительстве:

4. Физические и химические процессы

Процессы переноса
Тепла (теплопередача)
теплопроводность
конвекция
излучение
Процессы
сопротивления
разрушению и
деформированию
осадка грунта
текучесть стали
ползучесть бетона
Влаги
Воздуха
Звука
паропроницание
капиллярный подъём
сушка
усадка бетона
усушка древесины
воздухопроницание
воздухообмен
шумы
реверберация
Процессы деструкции
коррозия металла
коррозия бетона
гниение древесины
горение древесины
горение полимеров
Процессы формирования
структуры материала
твердение бетона

5. Воздействия на здания – инициирующие факторы процессов

Солнечная
радиация
Осадки
- Температура
- Влажность
- Ветер
Звук
- Температура
- Влажность

6. Анализ моделей процессов

Физическая
Физическаямодель
модель
описание
описаниепроцесса
процессаввфизически
физически
содержательных
терминах
содержательных терминах
Расчётная
Расчётнаямодель
модель
мотивированно
мотивированнопринятые
принятыеисходные
исходные
гипотезы
гипотезыиипредпосылки
предпосылки
Математическая
Математическаямодель
модель
функциональные
функциональныезависимости,
зависимости,
уравнения
и
методы
уравнения и методыих
ихрешения
решения
Определяющие параметры процесса:
• Инициирующие параметры – характеризуют
активную, движущую составляющую процесса
(разность температур, давлений, …)
• Параметры интенсивности (плотность
теплового потока, сила тока, …)
• Параметры сопротивления – характеризуют
пассивную, тормозящую составляющую
процесса (сопротивление паропроницанию, …)
• Параметры результативности (расстояние,
мощность, работа, …)
Уравнение состояния процесса – функциональная
связь между определяющими параметрами
процесса.
Методы решения: аналитические, численные.

7. Лабораторная работа №1 ПРОЦЕСС ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ЧЕРЕЗ ОГРАЖДАЮЩУЮ КОНСТРУКЦИЮ

8. Физическая модель теплопроводности

Теплопроводность материала зависит от скорости движения его частиц, которая, в
свою очередь, возрастает с увеличением температуры и снижением массы частиц.
Физическая модель процесса теплопроводности
Диффузия
(перемещение)
атомов
Диффузия электронов
по структурной
решётке
в газах, жидкостях
в металлах
Колебания атомов (молекул) в
структурной решётке
в твёрдых материалах
(диэлектриках)
Чем тяжелее атомы (молекулы) или электроны, тем меньше теплопроводность
Наибольшей
теплопроводностью обладает
самый лёгкий газ – водород:
0,2 Вт/(м· С).
Теплопроводность воздуха:
0,025 Вт/(м· С).
Теплопроводность воды:
0,6 Вт/(м· С).
Масса электронов примерно в
3000 раз меньше, чем атомов
водорода, поэтому у металлов
теплопроводность и
электропроводность выше.
сталь: = 58,
алюминий: = 221,
медь: = 407 Вт/(м· С).
Шлакобетон (1600 кг/м3) на доменных
(металлургических) шлаках (включающих
Ca, Mn, Fe – компоненты с большим
атомным весом): = 0,64Вт/(м· С), на
топливных (котельных) шлаках (углерод C,
сера S): = 0,78 Вт/(м· С).
Бетон на гранитном (силикатном, Si)
заполнителе более теплопроводный, чем
на известняковом (карбонатном, Ca).

9. Модель процесса теплопроводности через однородную ограждающую конструкцию

Теплопроводность – свойство материала проводить тепло.
Физическая модель: в твёрдых материалах (диэлектриках) тепло
передаётся колебаниями атомов в структурной решётке.
• процесс стационарный (не изменяется во времени);
• стенка однородная, без теплопроводных включений;
• плотность теплового потока (q) пропорциональна градиенту
температуры (dt/dx).
• Разрешающее уравнение:
dt
q
dx
(Закон Фурье)
• Граничные условия: заданы температуры поверхностей в, н.
• Аналитическое решение: разделим переменные и
проинтегрируем
н
q
dt
dx,
0
в
q ( в н ),
q
в
(+)
Расчётная модель (упрощающие гипотезы, предпосылки):
Математическая модель:
dt
tg
dx
t
в н
R
q
(градиент
температуры)
(–)
н
х
Инициирующий фактор –
разность температур ( в – н)
Показатель интенсивности –
тепловой поток q [Вт/м2]
Тормозящий фактор –
термическое сопротивление R :
R ,
м 2 С
Вт

10. Параметры процесса теплопроводности

Плотность теплового потока (q) – это
количество тепла (Дж), передаваемое
в единицу времени (с) через единицу
площади поверхности (м2):
Вт Дж
q 2
м с м 2
Тепловой поток через слой материала:
q
Термическое сопротивление слоя:
Коэффициент теплопроводности
материала – это количество теплоты
(Дж), проходящей за единицу времени
(с) через образец площадью 1 м2
толщиной 1 м при разности
температур на ёе поверхностях в 1 С:
R ,
,
t1 t 2
R
м 2 С
Вт
Вт
м С
Тепловой поток направлен
в сторону уменьшения
температуры (знак минус в
уравнении Фурье).
где (t1 – t2) – разность
температур на границах
слоя (t1 > t2)
где – толщина слоя;
– коэффициент
теплопроводности слоя
,
Вт Дж м
м С
с м 2 С
Чем выше теплопроводность
материала, тем выше и его
коэффициент
теплопроводности .

11. Теплопередача через ограждающую конструкцию

Элементарные процессы переноса тепловой энергии (виды теплопередачи)
Теплопроводность
Теплопроводность
Конвекция
Конвекция
Излучение
Излучение
движением
движением
микрочастиц
микрочастиц
движением
движением
макрообъёмов вещества
макрообъёмов вещества
электромагнитными
электромагнитными
волнами
волнами
(+)
tв
(–)
в
Сопротивление теплопередаче стенки (ограждающей конструкции):
1
1
R0
Ri
в
н
1 2
R
i 1 2 ...
в , н
q
н
tн
– сумма термических сопротивлений слоёв;
– коэффициенты теплоотдачи внутренней и
наружной поверхности стенки; учитывают
теплопередачу конвекцией и излучением.
пограничные слои
tв , tн – температуры
воздуха (среды)
для стен, полов, гладких потолков
в = 8,7 Вт/(м2· С)
в , н – температуры
для наружных стен, покрытий
н = 23 Вт/(м2· С)
поверхностей

12. Лекция 1 ВЛАЖНОСТНЫЙ РЕЖИМ ПОМЕЩЕНИЙ И ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

13. Абсолютная влажность воздуха

Атмосферный воздух и воздух внутри помещения
всегда содержит некоторое количество влаги.
Количество влаги, выделяемое
различными источниками (справочно)
Источник
Абсолютная влажность воздуха f – это масса влаги,
содержащееся в 1 м3 воздуха [г/м3].
Однако при определённой температуре в воздухе
может содержаться лишь ограниченное количество
влаги (f0).
f0 – плотность насыщенного пара
Количество
выделяемой влаги,
г/ч
Люди
50-130
Горение газа
50-500
(1100 с 1 м3 газа)
Душ
800
Сушка белья
50-500
Комнатные растения
5-20
Водяной пар, содержащийся как в насыщенном, так и
в ненасыщенном воздухе, является невидимым.
t, С
0
20
30
40
50
60
70
80
90
100
f0, кг/м3
0,005
0,017
0,03
0,05
0,08
0,13
0,20
0,29
0,41
0,58

14. Упругость водяного пара

Влажность воздуха можно оценить иначе –
парциальным давлением водяного пара e [Па],
которое также называют упругостью водяного пара.
Парциальное давление – это давление газа или пара,
находящегося в смеси с другими газами.
парциальный = частичный
Общее давление газовой смеси равно сумме
парциальных давлений отдельных компонентов
(закон Дальтона).
Барометрическое (атмосферное) давление воздуха
состоит из парциального давления сухого воздуха и
парциального давления водяного пара:
pбар e pвозд
Величина парциального давления водяного
пара даёт представление не только о его
количестве, но и кинетической энергии:
e
mRT
V
где m – масса водяного пара, кг;
T – температура, К; V – объём, м3;
R – универсальная газовая постоянная,
кг·м/(К·моль);
– молекулярный вес, кг/моль.

15. Максимальная упругость водяного пара

Плотность и упругость водяного пара связаны
эмпирической формулой:
Максимально возможное при данной
температуре парциальное давление
водяного пара называется давлением
насыщения, или максимальной
упругостью водяного пара Е [Па].
1,058 e г
f
,
t x м3
1
273
где е – в мм.рт.ст.
1 мм.рт.ст. = 133,3 Па
1,058
e
7,937 e мг
133,3
f
103
, 3
tx
tx
м
1
1
273
273
где е – в Па
103 – перевод из г в мг
Давление насыщенного пара нелинейно
зависит от температуры
Чем выше температура, тем больше
влаги может содержать воздух.
t, С
0
20
30
40
50
60
70
80
90
100
f0, кг/м3
0,005
0,017
0,03
0,05
0,08
0,13
0,20
0,29
0,41
0,58
Е, кПа
0,6
2,3
4,2
7,3
12
20
31
47
69
100

16. Относительная влажность воздуха

Степень насыщения воздуха влагой характеризуется его
относительной влажностью.
Относительная влажность воздуха – это выраженное в
% отношение действительной упругости водяного пара в
воздухе е к его максимально возможной при данной
температуре упругости Е :
e
100%
E
Существующее
содержание пара
=
· 100%
Максимально
возможное
содержание пара
Нормальная для человека относительная
влажность составляет 30-60%.

17. Точка росы. Конденсационная влага

При понижении температуры t воздуха с определённым
содержанием водяного пара е его относительная
влажность будет расти (вследствие снижения Е).
Графическое определение точки росы:
При некоторой температуре, называемой точкой росы,
будет е = Е и = 100%.
Точка росы – это температура, при которой воздух
данной влажности достигает полного насыщения
водяным паром.
При температуре ниже точки росы излишняя влага будет
конденсироваться, т. е. переходить в капельно-жидкое
состояние.
Конденсация может происходить на граничащих с
воздухом холодных поверхностях (роса) или
поверхности частиц, содержащихся в воздухе во
взвешенном состоянии (туман).
Конденсационная влага (конденсат), в отличие от
парообразной, является видимой.
Процесс конденсации сопровождается
выделением тепла, поэтому приводит к
повышению температуры поверхности.

18. Конденсация влаги на поверхности ограждения

На внутренней поверхности ограждения начинает
конденсироваться влага из внутреннего воздуха, когда
температура поверхности в будет ниже точки росы
внутреннего воздуха.
Конденсация начинается в тех местах, где температура
поверхности минимальная (в углах, в стыках и т.д.).
Температура на внутренней поверхности
ограждения:
tв tн
в tв
Rв
R0
Зимой иногда наблюдается конденсация влаги на наружных
поверхностях (на стенах неотапливаемых зданий, колоннах и т.д.) –
при резком повышении температуры после сильных морозов, когда
температура наружной поверхности оказывается ниже
температуры окружающего воздуха.
Для исключения возможности конденсации влаги на
внутренней поверхности ограждения необходимо
повысить её температуру выше точки росы:
• Увеличением сопротивления теплопередаче
ограждения R0 (утепление);
• Уменьшением сопротивления тепловосприятию Rв
за счёт увеличения скорости движения воздуха у
поверхности ограждения (обдув стекол).
Чем меньше температурный перепад
t tв в ,
тем лучше.

19. Лекция 2 ДИФФУЗИЯ И КОНДЕНСАЦИЯ ВОДЯНОГО ПАРА В ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЯХ

Процессы переноса парообразной влаги

20. Процесс диффузии водяного пара через ограждение

Внутри помещения:
Снаружи (зимой):
tint = 20 С Eint = 2338 Па (по таблице)
text = -20 С Eext = 103 Па (по таблице)
int = 55% eint = 0,55·2338 = 1286 Па
ext = 85% eext = 0,85·103 = 88 Па
Потенциалом переноса здесь является разность
парциальных давлений водяного пара внутри и
снаружи помещения
eint – eext = 1286 – 88 = 1198 Па 1,2 кПа 120 кг/м2
Барометрическое (атмосферное) давление при этом внутри и снаружи одинаково:
Разность парциальных давлений (упругости)
водяного пара внутри и снаружи помещения
вызывает поток водяного пара, направленный
изнутри наружу.
Этот процесс называется диффузией водяного
пара (от лат. diffundere – просачиваться).
pбар e pвозд
Паропроницаемость материала – свойство
пропускать влагу воздуха под действием
перепада (разницы) давлений водяного пара в
воздухе на внутренней и наружной поверхности
слоя материала.

21. Аналогия между стационарными процессами теплопроводности материала и диффузии водяного пара

Плотность теплового потока q – это количество
теплоты, передаваемое в единицу времени через
единичную площадь поверхности:
t
q (t1 t 2 ) ,
R
Вт Дж
м 2 с м 2
Коэффициент теплопроводности материала численно
равен количеству теплоты (Дж), проходящей за единицу
времени (сек) через образец (стенку) площадью 1 м2
толщиной 1 м при разности температур на ёе
поверхностях в 1 С
,
Вт
м С
Термическое сопротивление слоя R численно равно
разности температур на поверхностях слоя t ( С), при
которой тепловой поток q составит 1 Вт/м2
R ,
м 2 С
Вт
Плотность диффузионного потока водяного пара р –
это масса влаги, проходящей за единицу времени через
единичную площадь поверхности:
e
p (e1 e2 )
,
Rvp
мг
ч м 2
Коэффициент паропроницаемости материала численно
равен количеству водяного пара (мг), проходящего за
единицу времени (час) через образец (стенку) площадью
1 м2 толщиной 1 м при разности упругости водяного пара
на ёе поверхностях в 1 Па
,
мг
м ч Па
Сопротивление паропроницанию слоя Rvp численно равно
разности упругости водяного пара на поверхностях слоя
е (Па), при которой поток пара р через 1 м2 слоя
составит 1 мг/час
Rvp ,
м 2 ч Па
мг

22. Оценка влажностного состояния однослойного ограждения

Графики е и Е не пересекаются
конденсация водяного пара в
ограждении отсутствует
Графики еint – еext и Еint – Еext пересекаются в
ограждении будет конденсироваться водяной пар
Из точек еint и еext
проводим
касательные,
которые выражают
равенство количеств
водяного пара,
поступающего к зоне
конденсации, и
отдаваемого ей:
1
2
Количество водяного
пара, поступающего к
зоне конденсации:
Диффузионный поток водяного пара
через ограждение:
e
p (eint eext )
,
Rvp
p1 (eint Е1 )
1
Количество водяного пара,
конденсирующегося в ограждении за время z:
Количество
водяного пара,
уходящего наружу:
p2 ( Е2 еext )
2
Pw ( p1 p2 ) z

23. Оценка влажностного состояния многослойного ограждения

Конденсация водяного пара в толще
ограждения возникает, когда падение
температуры в ограждении будет более
интенсивным, чем падение максимальной
упругости Е водяного пара.
Температурный режим
Плоскость возможной конденсации
(ПВК) всегда находится на наружной
грани утеплителя.
Влажностный режим

24. Графоаналитический метод оценки влажностного состояния

Для удобства определения плоскости (зоны) конденсации
ограждение изображается в масштабе сопротивлений
паропроницанию слоёв.
Влажностное состояние конструкции в
период конденсации (влагонакопления)
Eint
Rvp,int – суммарное сопротивление паропроницанию
слоёв от внутренней поверхности до начала зоны
конденсации;
Rvp,ext – суммарное сопротивление паропроницанию
Плоскость конденсации
eint
1
слоёв от конца зоны конденсации до наружной
поверхности;
Pint – количество влаги, подходящего из помещения к
Ek
Pint = tg 1
зоне конденсации;
Pext – количество влаги, уходящего из зоны
eext
2
Pext = tg 2
конденсации наружу;
z – продолжительность периода конденсации.
Количество влаги, накопившееся в ограждении за
период конденсации:
Pw Pint Pext
Eext
Rvp,int
Pint
eint Еk
z
Rvp ,int
Rvp,ext
Pext
Ek eext
z
Rvp ,ext

25. График eint – eext в период конденсации (влагонакопления)

Много влаги
устремляется в
конструкцию
eint
Малая масса проходящей влаги
Большая
разница
давлений
1
Крутое падение
Ek
Пологое падение
2
Rvp,int
Малое сопротивление
диффузии
eext
Малая
разница
давлений
Rvp,ext
Большое сопротивление
диффузии

26. Рациональное размещение слоёв в конструкции

Основное конструктивное правило:
Сопротивление теплопередаче слоёв
должно увеличиваться изнутри наружу.
Утеплитель следует размещать с наружной
(холодной) стороны.
Внутренний слой в течение года будет находиться
приблизительно при одинаковой температуре.
Сопротивление паропроницанию слоёв
должно уменьшаться изнутри наружу.
Более плотные слои следует размещать с
внутренней стороны.
Внутренний наиболее плотный слой должен
препятствовать проникновению влаги в
конструкцию, последующие менее плотные слои
должны как можно быстрее передать влагу
наружу, чтобы избежать её конденсации внутри
ограждения.
Мероприятия по предотвращению
конденсации влаги в конструкции:
• Снижение влажности внутреннего
воздуха проветриванием;
• Рациональное размещение слоёв;
• Устройство пароизоляции.
Пароизоляционный слой следует
располагать не глубже той плоскости,
температура которой равна точке росы
внутреннего воздуха.
Малопаропроницаемый слой, расположенный
снаружи, увеличивает:
• количество конденсата,
• ширину зоны конденсации,
• продолжительность периода конденсации.

27. Два условия оценки влажностного режима конструкции

(1) Условие недопустимости накопления влаги в
конструкции за годовой период эксплуатации:
Влажностное состояние конструкции в
период испарения (высыхания)
Вся накопившаяся за период конденсации влага
должна испариться (высохнуть) за летний
период:
Pw ( Pint Pext ) конд . ( Pint Pext )исп.
(оценка по годовому балансу влаги)
Ek
eint
(2) Условие ограничения накопления влаги в
конструкции за период конденсации:
Е (лето)
1
2
eext
Pint = tg 1
Приращение влажности материала
увлажняемого слоя (утеплителя) за период
влагонакопления Pw не должно превышать
Pext = tg 2
предельно допустимого значения Р :
Rvp,int
Pw P
Pint
Ek eint
z
Rvp ,int
Rvp,ext
Pext
Ek eext
z
Rvp ,ext

28. Пароизоляция

Требуемая величина сопротивления
паропроницанию пароизоляционного
слоя по условию отсутствия
влагонакопления
eint
1
Ek
2
Rvp,int
Rvp,ext
eext

29. Лекция 3 ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТЬ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Процессы конвективного переноса воздушных масс

30. Фильтрация воздуха

Фильтрация воздуха через материал и неплотности ограждающих конструкций
возникает под действием разности давлений воздуха на поверхностях
ограждений и происходит в направлении от большего давления к меньшему.
Разность давлений может быть вызвана действием теплового (гравитационного)
или ветрового напора.
Эксфильтрация
Эксфильтрация––перемещение
перемещениевоздуха
воздуха
из
изпомещения
помещения
tint = +20
ВВзимний
зимнийпериод
периодспособствует
способствует
конденсации
конденсациивлаги
влагиввограждении
ограждении
Инфильтрация
Инфильтрация––перемещение
перемещениевоздуха
воздуха
внутрь
помещения
внутрь помещения
Обеспечивает
Обеспечиваетестественный
естественныйприток
приток
воздуха
в
помещение;
воздуха в помещение;
ВВзимний
зимнийпериод
периодвызывает
вызывает
дополнительные
дополнительныепотери
потеритепла
тепла
ограждением
ограждениемииохлаждение
охлаждениепомещения
помещения
text = +5
Воздухопроницаемое
ограждение

31. Гравитационный перепад давлений (тепловой напор)

Тепловой напор обусловлен разностью температур внутреннего и наружного воздуха
(tint и text), а следовательно – разностью плотностей ( int , ext) и давлений.
Горячий (тёплый)
воздух легче
холодного
Свободная (естественная) конвекция
Всплывание горячего воздуха в среде холодного
Утапливание холодного воздуха в среде горячего
1,293
353
,
t
273
t
1
273
Зависимость плотности воздуха от температуры:
где 1,293 кг/м3 – плотность воздуха при 0 С.
кг / м3
t, С
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-25
, кг/м3
1,205
1,226
1,248
1,270
1,293
1,317
1,342
1,368
1,396
1,424
Объёмный вес воздуха :
3463
,
273 t
Н / м3

32. Гравитационный перепад давлений (тепловой напор)

Открыт
верхний
проём:
Открыт
нижний
проём:
Два
открытых
проёма:
Нейтральная зона – плоскость, в
которой внутреннее давление равно
атмосферному (перепада давлений нет).
вытяжка
давление
внутри меньше,
чем снаружи
давление
снаружи
меньше, чем
внутри
возникает
поток воздуха
Гравитационный перепад давления (тепловой напор)
на расстоянии h от нейтральной зоны:
p h g ( ext int ) h ( ext int ), Па
приток
воздуха
где int и ext – плотность приточного и
вытяжного воздуха, кг/м3;
– объёмный вес воздуха, Н/м3.

33. Воздухопроницаемость конструкций

Воздухопроницаемость ограждающей конструкции – свойство пропускать воздух
под действием разности давлений на её наружной и внутренней поверхностях.
Воздухопроницаемость конструкций обусловлена фильтрацией воздуха не
только через материал, но и через стыки (швы). Например,
воздухопроницаемость кирпича в 560 раз меньше, чем у кирпичной кладки.
Сопротивление воздухопроницанию ограждающей конструкции Rinf выражает
разность давлений (Па) на её поверхностях, при которой через 1 м2 конструкции
будет проникать 1 кг воздуха в 1 час:
Rinf
p
,
W
м 2 ч Па
кг
где p – разность давлений, Па;
W – количество (массовый расход) воздуха, который
будет проникать через ограждение, кг/(м 2 ч)
Сопротивление воздухопроницанию некоторых конструкций
Материалы и конструкции
Толщина слоя, мм
Сопротивление
воздухопроницанию
Rinf , м2 ч Па/кг
Кирпичная кладка
250 и более
18
Плиты минераловатные
50
2
Штукатурка ц/песчаная
15
373
Картон строительный
1,3
64

34. Нормативный расчёт на воздухопроницаемость

Нормативное условие расчёта конструкций на воздухопроницаемость:
W
p
Gn ,
Rinf
где W – воздухопроницаемость конструкции, кг/(м2 ч);
Gn – нормируемая воздухопроницаемость, кг/(м2 ч);
Rinf – сумма сопротивлений воздухопроницанию слоёв конструкции,
м2 ч Па/кг;
p – разность давлений
p на0,наружной
55H ( и внутренней
) 0поверхностях,
,03 v 2 , Па:
ext
int
ext
Н – высота здания (от уровня пола первого этажа до верха вытяжной шахты), м;
ext , int – объёмный вес наружного и внутреннего воздуха, Н/м3;
v – скорость ветра (максимальная из средних по румбам за январь, повторяемость
которых составляет 16% и более), м/с.
Нормируемая воздухопроницаемость конструкций в жилых и общественных зданиях
Конструкции
Нормируемая воздухопроницаемость,
Gn , кг/(м2 ч) не более
Наружные стены, перекрытия и покрытия
0,5
Входные двери в квартиры
1,5
Окна
5,0

35. Воздухопроницаемость материала

Воздухопроницаемость материалов объясняется их пористостью.
Кривые расхода воздуха для
различных типов материалов
Расход воздуха через слой материала
толщиной :
p
W i ,
где i – коэффициент воздухопроницаемости
материала, кг/(м ч Па);
p – разность давлений воздуха, Па.
Сопротивление воздухопроницанию
слоя материала:
Линейные участки соответствуют
ламинарному движению воздуха в
порах, нелинейные – турбулентному.
I – материал с порами одинаковых размеров (пенобетон);
II – материал с порами разных размеров (шлаковая засыпка);
III – маловоздухопроницаемый материал (древесина, цем. штукатурка);
IV – влажный материал, воздух начинает фильтроваться при некотором
минимальном давлении pмин, необходимом для преодоления сил
поверхностного натяжения воды
Rinf
i
Значение коэффициента
воздухопроницания материала i
обычно зависит от давления p .
При больших напорах интенсивность
воздухопроницания снижается –
происходит «самозапирание».

36. Влияние эксфильтрации на влажностный режим ограждения

Из-за эксфильтрации влажного воздуха конденсация водяного пара в порах
материала наступает раньше, чем в результате паропроницания.
Распределение парциального
давления водяного пара,
формируемое конвективным
потоком влажного воздуха в порах
Е, Па
е, Па
График Е - t
Плоскость
конденсации
eext
График Е - t
eint
Распределение парциального
давления водяного пара,
формируемое его диффузией в
структуре материала

37. Поперечная и продольная фильтрация

Поперечная
Поперечнаяфильтрация
фильтрация
Для
Дляеё
еёпредотвращения
предотвращенияслой
слой
ветрозащитного
материала
может
ветрозащитного материала можетбыть
быть
расположен
в
любом
сечении.
расположен в любом сечении.
Такая
Такаяветрозащита
ветрозащитаобеспечивается
обеспечивается
оштукатуриванием,
обивкой
оштукатуриванием, обивкойкартоном
картоном
или
илиоклейкой
оклейкойбумагой.
бумагой.
Продольная
Продольнаяфильтрация
фильтрация
Слой
Слойветрозащитого
ветрозащитогоматериала
материаладолжен
должен
располагаться
со
стороны
наружной
располагаться со стороны наружной
поверхности
поверхностиутеплителя.
утеплителя.
Ветрозащитный
Ветрозащитныйматериал,
материал,
расположенный
снаружи,
расположенный снаружи,должен
долженбыть
быть
паропроницаемым.
паропроницаемым.
Даже самая хорошая теплоизоляция
не сможет выполнить свою
функцию, если оставить сквозные
щели, через которые тепло (в виде
потоков тёплого воздуха) может
свободно уйти наружу, а холод (в
виде потоков холодного воздуха)
войти с улицы внутрь помещения.
Кроме того, ветер выдувает тёплый
воздух из утеплителя.
Потери тепла за счёт движения
воздуха называются конвективными.

38. Ветрозащитные материалы

Ветронепродуваемые материалы
Герметичные
Герметичные
Негерметичные
Негерметичные
не
непропускают
пропускают
молекул
молекулгаза
газа
пропускают
пропускаютмолекулы
молекулы
воздуха
воздухаииводяных
водяныхпаров
паров
Ветрозащитные +
пароизолирующие +
гидроизолирующие
Диффузионные
мембраны =
ветрозащитные +
брызгозащитные, но
паропроницаемые
Воздух является вязкой субстанцией, поэтому
движется вблизи стенок каналов (поверхности
пор) очень медленно. Воздух в мелких
отверстиях практически неподвижен.
Однако диффузия молекул неподвижного
воздуха и содержащегося в нём водяного пара
остаётся такой же как и и подвижном.
Распределение скоростей воздушного потока в отверстиях
разного размера при одном и том же перепаде давлений:
а – крупные отверстия легко
продуваются;
б – скорость движения
воздуха в мелких отверстиях
ограничена, что создаёт
барьер ветру;
Диффузия отдельных молекул
водяного пара и воздуха через
мелкие отверстия происходит
свободно в том и в другом
направлениях:
Создав в материале много мелких (около 0,01 мм)
отверстий, мы превращаем его в диффузионную мембрану
– ветрозащитную, но паропроницаемую.

39. Диффузионная мембрана «Тайвек» фирмы «Дюпон»

Наиболее распространённый вид диффузионных мембран – плёнка «Тайвек» фирмы «Дюпон».
Материал допускается устанавливать любой стороной. Ширина вентиляционного зазора над
материалом должна быть не менее 50 мм. Необходимо обеспечить свободный проход воздуха в
вентиляционном зазоре.
Гидрозащита – более 1,5 м водяного столба. Сопротивление паропроницанию – 0,19 м 2 ч Па/мг.
Материал сильногорючий (группа Г4). Срок службы по данным производителя – не менее 50 лет.
Поставляется в Россию из Германии. Цена – около 60 руб за м 2.

40. Лабораторная работа № 2 ПОДКРОВЕЛЬНЫЕ ПЛЁНКИ И МЕМБРАНЫ

41. Подкровельные пленки и мембраны

1 – утеплитель; 2 – пароизоляция (с антиконденсатным слоем); 3 – обрешетка; 4 –
внутренняя финишная отделка; 5 – стропильный брус; 6 – гидро- ветро- защитная
паропроницаемая пленка (диффузионная мембрана); 7 – шаговая обрешетка; 8 –
металлоочерепица.

42. Лекции 4 и 5 ПРОЦЕССЫ ВОЗДУХООБМЕНА В ПОМЕЩЕНИИ

43. Естественная вентиляция

Воздухообмен – это удаление из
помещения загрязнённого воздуха и
подача чистого воздуха.
Воздухообмен необходим для притока
кислорода и удаления загрязняющих
факторов (вредностей).
Недостаток свежего воздуха приводит к
повышению относительной влажности,
способствует созданию болезнетворной
микрофлоры в квартире, появлению
плесени, грибков и насекомых, загрязнению
воздуха вредными примесями (продуктами
жизнедеятельности, газовыделениями
кухни, санузлов, бытовой химии,
выделениями запахов и вредных веществ
современными отделочными и мебельными
материалами, игрушками,
электроприборами)

44. Плохая работа вентиляции

говорят о плохой работе вентиляции в двух
случаях.
Во-первых, когда она не обеспечивает
нормативного воздухообмена, либо вытяжные
вентиляционные решетки работают как
приточные, открывая доступ в комнату воздуху
из вытяжного коллективного канала (обратная
тяга).
Последствия
недостаточной
вентиляции
Во-вторых, когда вентиляция избыточна.
Например, в зимнее время воздухообмен может
в несколько раз превышать нормативное
значение.

45. Залповое проветривание при полностью открытых окнах

Главная причина плохой, недостаточной
вентиляции объясняется простым законом:
нет вытяжки без притока.
По материалам http://www.builderclub.com/statyi

46. Воздухообмен

Для конвективного переноса воздушных масс необходима разница давлений воздуха.
Процессы переноса
Потенциал переноса, определяющий
интенсивность и направление процесса
Теплопередача
Разность температур
Паропроницание
Разность парциальных давлений водяного пара
Перенос жидкой влаги
Разность влажности материала
Воздухообмен, воздухопроницание
Разность (перепад) давлений воздуха
Воздухообмен в помещении
Естественный
Под действием теплового напора
(гравитационного давления)
Принудительный
Под действием
ветрового напора
(давления ветра)
С механическим побуждением
(вентилятором)

47. Кратность воздухообмена. Нормирование воздухообмена

Кратность воздухообмена – это отношение объёма
воздуха, подаваемого в помещение или удаляемого из
него в течение одного часа, к объёму помещения:
L
kв , 1 / час
V
где L – объёмный расход воздуха, м3/ч;
V – объём помещения, м3.
Нормирование воздухообмена
по норме на одного человека (в час)
конкретной величиной (в час)
аудитория, зрительный зал – 20 м 3/чел,
жилая комната – 30 м3/чел,
спортивный зал – 80 м3/чел
ванная, санузел (индив.) – 25 м 3/час,
санузел совмещённый – 50 м3/час
Кухня с электроплитой – 60 м 3/час
по норме на ед. оборудования (в час)
по кратности воздухообмена
кухня с газ. плитой – 30 м 3/час на 1 конфорку,
санузел (обществ.) – 50 м3/час на 1 унит.,
кладовая – 1,5
касса – 3; душевая – 5
по расчёту
на удаление вредных газов, избыточного тепла, влаги

48. Организация вытяжки воздуха: вентиляционные каналы

В многоэтажных зданиях предполагается приток через
неплотности в оконных проёмах, вытяжка – через
вентиляционные каналы (канальная вентиляция).
pII
вытяжка
1 – вытяжные решётки;
2 – сборный канал;
3 – вытяжная шахта.
приток
Проверка работоспособности вентиляции
Расчётный перепад давлений (располагаемое давление)
для вентиляционных каналов определяется в
положении, что нейтральная зона находится на уровне
вытяжной вентиляционной решётки:
для 1-го этажа:
p1 h1 g ( int ext )
для 2-го этажа:
pII hII g ( int ext )
Вывод: в наиболее неблагоприятных условиях находятся помещения последнего этажа.
Скорость движения воздуха в каналах будет такой, чтобы всё располагаемое давление
расходовалось на потери в местных сопротивлениях и потери по длине Rh :
p Rh

49. Организация вытяжки воздуха: вентиляционные каналы

Принцип действия естественной вентиляции
основан на разности плотности воздуха снаружи и
внутри помещения: движущая сила процесса,
(гравитационное давление) пропорциональна
разности температур воздуха и высоте вытяжного
канала.
pII
Кондиционируемые помещения: если температура
внутреннего воздуха ниже температуры наружного
воздуха, то естественная вытяжка по своей
природе невозможна, а зачастую наблюдается
обратная тяга.
Способы улучшения работы естественной вентиляции:
• Увеличение высоты вытяжной трубы
• Установка дефлектора (см. далее)
• Подогрев вытяжных каналов. Для обеспечения расчетного
воздухообмена в течение всего лета достаточно подогреть
вентканал на 15 °С выше температуры наружного воздуха.
Частично канал подогревается теплом кухонной плиты и т.д.
• Увеличение площади приточных и вытяжных отверстий.
вытяжка
1 – вытяжные решётки;
2 – сборный канал;
3 – вытяжная шахта.
приток
Работу естественной вентиляции
ухудшают: стеклопакеты с очень низкой
воздухопроницаемостью;
неблагоприятное направление ветра;
аэродинамическая тень, в которой
может оказаться кровля
(разноуровневые секции); засорение
или несанкционированное изменение
геометрии вытяжного канала; установка
жильцами вытяжных вентиляторов.

50. Аэродинамический коэффициент

давление
разрежение
Аэродинамический коэффициент – это отношение
избыточного статического давления в
рассматриваемой точке наружной поверхности
здания к динамическому давлению ветра:
ce
p
,
pд
где
v02
pд
,
2
v0 – скорость ветра в невозмущённом потоке.
Аэродинамический коэффициент выражает часть
кинетической энергии потока ветра, преобразующуюся в
избыточное статическое давление на поверхности здания.
В зависимости от угла наклона кровли
ce = – 0,6
Избыточное статическое давление, действующее
на поверхность здания в рассматриваемой точке:
v02
p ce
2
при ce > 0 : давление
при ce < 0 : разрежение
Направление
ветра
Эпюры аэродинамических коэффициентов получают
продувкой модели здания в аэродинамической трубе,
измеряя статическое давление в различных точках.

51. Дефлектор и рефлектор

Работа вытяжных труб в потоке ветра
1 – невозмущённый поток ветра;
2 – труба в восходящем потоке, вытяжка усиливается;
3 – труба в нисходящем потоке, вытяжка опрокидывается;
4 – усиление вытяжки с помощью дефлектора;
5 – приток под действием ветрового напора;
6 – действие рефлектора: нагнетание воздуха в трубу;
7 – вытяжка в подветренную сторону;
8 – некоторые считают, что «ветер создаёт разрежение над
трубой», а на самом деле … (?).
Дефлектор преобразует энергию потока набегающего
ветра в разрежение, что усиливает вытяжку.
Вид дефлектора в поперечном разрезе
1 – патрубок;
2 – диффузор;
3 – зонт для защиты от атмосферных осадков;
4 – конусный щиток для защиты от ветра,
направленного снизу вверх;
5 – цилиндр, обеспечивающий работу
дефлектора при любом направлении ветра.
Дефлекторы рекомендуется устанавливать в
наиболее высоких точках, непосредственно
обдуваемых ветром.
Не следует ставить дефлектор в зоне напора
ветра, а также в аэродинамической тени
(например, у стены).

52. Определение разрежения, создаваемого дефлектором

pd
pv
p v2
pd d ext 0
2
pv
v0
v
v
v0
дефлектор
v
v0
– отношение скорости воздуха в патрубке дефлектора к
скорости ветра;
pd
– отношение разрежения, создаваемого дефлектором, к
pv
динамическому (скоростному) давлению ветра;
ext v02
pv
2
зонт

53. Аэрация

Аэрация – это организованный естественный воздухообмен в помещении.
Аэрация не требует затрат энергии и широко
применяется для организации воздухообмена в
производственных зданиях.
Интенсивность и направление аэрации
регулируется площадью (шириной открытия)
приточных и вытяжных проёмов.
Светоаэрационный фонарь – используется
для освещения и аэрации помещений:
Шедовый фонарь (shadow) –
используется для освещения и аэрации
помещений, в которые нежелательно
попадание прямого солнечного света:
Вытяжка будет происходить через наиболее высокий пролёт, в
котором стараются размещать технологические процессы с
интенсивным выделением тепла или загрязнений:

54. Незадуваемые светоаэрационные фонари

«Опрокидывание аэрации» – задувание ветра в
верхние проёмы с последующей вытяжкой
потока с заветренной стороны.
Приток может происходить даже при одинаковой
высоте приточного и вытяжного проёмов:
Это явление нежелательно для помещений с
загазованной верхней зоной, поскольку вредные
вещества поступают в рабочую зону вновь.
Для предотвращения «опрокидывания аэрации»
применяют незадуваемые фонари с защищёнными от
воздействия ветра проёмами:
В чём главный недостаток такой конструкции
незадуваемого фонаря:
приток
выделение тепла

55. Организация воздухобмена

Вытяжную трубу, проходящую через холодную среду, необходимо теплоизолировать,
чтобы предотвратить конденсацию влаги на внутренних стенках и закупоривание льдом.
Естественный воздухообмен в подвале
(погребе) не требует затрат энергии, однако он
прекратится в случае одинаковой или большей
температуры воздуха на улице.
Интенсивность движения воздуха повышается с
увеличением высоты трубы и с понижением
температуры снаружи.

56. Холодный чердак, холодный подвал

Холодный чердак – пространство между неутеплёнными
конструкциями кровли и утепленным перекрытием верхнего этажа,
внутренний воздух которого сообщается с наружным воздухом.
Площадь вентиляционных отверстий
(продухов) в холодном чердаке и в
холодном подвале должна составлять
не менее 0,001 площади перекрытия.
Зачем нужны чердак и подвал?
Зачем их нужно вентилировать?
Холодный подвал – подвал, в котором отсутствуют
источники тепловыделения и пространство которого
сообщается с наружным воздухом.

57. Тепловой напор в многоэтажном здании

Распределение давлений теплового напора в относительно
безветренную погоду:
В верхней части здания – зона положительных
давлений (выше атмосферного), преобладает
удаление воздуха.
В средней части здания – зона неустойчивых
давлений, в зависимости от внешних условий
происходит то приток, то удаление воздуха.
В нижней части здания – зона отрицательных
давлений (ниже атмосферного), преобладает
приток воздуха.
1 – эпюра теплового напора для здания в целом; 2 – эпюра теплового
напора для отдельных этажей; 3 – суммарная эпюра; 4 – эпюра
давления ветра; 5 – нейтральная поверхность при отсутствии ветра
Тёплый воздух поднимается вверх по неплотностям
ограждений и лестничным клеткам
Неорганизованный воздухообмен

58. Организация вытяжки воздуха: вентиляционные каналы

Вентиляционные каналы в здании высотой до 5 этажей:
а – раздельные;
б – объединённые на чердаке
В наружных стенах
вентиляционные каналы не
устраивают.
Вытяжная труба будет работать лучше,
если её расположить рядом с дымовой
трубой (в частном домовладении).
Виды вентиляционных каналов:
Размеры вентиляционных каналов в
кирпичных стенах кратны размерам
кирпича (с учётом швов 10 мм)
а – внутри кирпичной стены;
б – приставные каналы;
в – подвесной короб;
г – вывод на крышу
вентиляционной шахты.

59. Организация воздухообмена

Переток воздуха считается
организованным правильно, если в цепочке
движения воздуха самое загрязненное
помещение расположено последним:
Зазор под дверью
для свободного
движения воздуха
Дверь с переточной
решеткой
Схема организации перетока в
вентилируемом пространстве:
1 – зона притока воздуха
2 – зона перетока воздуха
3 – зона вытяжки воздуха
Естественный приток воздуха через неплотности в оконных и дверных проемах

60. Приточные клапаны

Поступающий
воздух будет сразу
же прогреваться
Регулируемый приточный клапан в
герметичных металлопластиковых окнах

61. Приточные клапаны

Клапан защищает от проникновения шума с улицы.
Клапаны могут быть оснащены фильтрами, а также
датчиками влажности и температуры
Приточный клапан рекомендуется
устанавливать в верхней части помещения.
Большинство приточных клапанов подают 50
или 100 м3/ч свежего воздуха.

62. Организация воздухообмена

утепление
вытяжной шахты
холодный чердак
приточный
клапан
непроветриваемая зона

63. Тёплый чердак

Тёплый чердак – пространство между утеплёнными конструкциями
кровли, наружными стенами и перекрытием верхнего этажа,
обогрев которого осуществляется теплом воздуха, удаляемого из
помещений здания посредством вытяжной вентиляции.
Помещение тёплого чердака должно иметь посекционные перегородки.
Установка двух вытяжных шахт в одной секции не допускается (одна из
них может начать работать на приток).
Применение тёплого чердака позволяет:
• Исключить «опрокидываение вытяжки» на
верхних этажах (задувание ветра);
Расчётная температура тёплого чердака: для 6 - 8-этажных зданий 14 °С,
для 9 - 12-этажных зданий 15 - 16 °С, для 14 - 17-этажных зданий 17 - 18 °С.
• Уменьшить толщину утеплителя чердачного
перекрытия (или снизить теплопотери).

64. Лабораторная работа № 3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПАРОПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ ПО ЕВРОПЕЙСКИМ НОРМАМ

65. Коэффициент сопротивления диффузии

Коэффициент сопротивления диффузии
водяного пара (безразмерная величина)
показывает, во сколько раз больше
сопротивление диффузии водяного пара
через слой материала, чем через слой
воздуха той же толщины:
d
d
d
воздуха
d
материала
d
d
Rvp ( воздуха )
Rvp ( материала)
;
Rvp
d
Rvp – сопротивление паропроницанию
слоя (мг/м·ч·Па);
– коэффициент паропроницаемости
материала (мг/м·ч·Па)
d
У слоя торможения водяного пара d = 10 000 – 100 000

66. Переход от  к d

Переход от к d
В практических расчетах принимают
возд = 0,72 мг/м·ч·Па
тогда
d
Материалы
0,72
;
Коэфф-т паропроницания
Коэффициент паропроницаемости воздуха при 23 С
возд (мг/м·ч·Па)
1,4 d
, мг/м·ч·Па
Коэфф-т
сопротивления
диффузии
d
ЭППС
0,005
0,72/0,005 = 144
ППС
0,05
0,72/0,05 = 14,4
МВП
0,3
0,72/0,3 = 2,4
СВП
0,5
0,72/0,5 = 1,4
Атмосферное давление, гПа
Нормальное атмосферное давление 1013,25 гПа

67. Паропроницаемость плёнки W и эквивалентная толщина слоя воздуха Sd

Паропроницаемость W слоя материала (плёнки)
показывает, сколько водяного пара (г) проходит
через 1 м2 за сутки при разности парциального
давления на поверхностях в 1 кПа:
W = 1000 г/м2·сут – паропроницаемый слой
W = 20 г/м2·сут – паробарьер (пароизоляция)
W = 3 г/м2·сут – герметичный слой
Rvp
м 2 ч Па
мг
Материалы
W
24
г
Rvp м 2 сут
Эквивалентная толщина слоя воздуха по
диффузии водяного пара Sd – толщина
неподвижного слоя воздуха (м), обладающего
таким же сопротивлением паропроницанию,
что и слой материала толщиной :
S d d [м]
Переход к
сопротивлению
паропроницанию:
Sd
Rvp
0,71
1,4
Сопротивление
паропроницанию
Rvp, м2·ч·Па/мг
Паропроницаемость
W, г/м2·сут
Эквивалентная
толщина слоя воздуха
Sd, м
0,016
24/0,016 = 1500
0,016/1,4 = 0,01
Рубероид
1,1
24/1,1 = 20
1,1/1,4 = 0,80
Полиэтилен
7,3
24/7,3 = 3,2
7,3/1,4 = 5,2
Картон

68. Определение характеристик паропроницаемости материалов

Наименование
продукта
, мм
,
мг/м·ч·Па
ISOVER HB
0,4
0,1
ISOVER VS 80
0,42
ISOVER VARIO KM
Duplex UV
0,22
OSB-3
18
Rvp,
м2·ч·Па/мг
W,
г/м2·сут
Sd, м
8,4
0,3 – 5,0
280
d
Тип
материала

69. Определение характеристик паропроницаемости материалов

Наименование
продукта
,
мм
,
мг/м·ч·Па
Rvp,
2
м ·ч·Па/мг
W, г/м2·сут
Sd, м
d
Тип материала
ISOVER HB
0,4
0,1
0,0004/0,1
= 0,004
24/0,004 =
6000
0,004/1,4
= 0,0028
0,72/0,1
= 7,2
паропроницаемая
мембрана
ISOVER VS 80
0,42
0,00005
8,4
2,86
6
14 285
пароизоляционная
мембрана
ISOVER VARIO
KM Duplex UV
0,22
0,00052 –
0,00003
0,42 – 7,0
57 – 3,4
0,3 – 5,0
1363 –
22727
мембрана с
переменной
паропроницаемостью
OSB-3
18
0,000064
280
0,086
200
11 100
паробарьер

70. Лекция 6 ТЕПЛООТДАЧА КОНВЕКЦИЕЙ И ИЗЛУЧЕНИЕМ

Процессы теплопередачи

71. Закон Ньютона-Рихмана

Основной закон стационарного
теплообмена поверхности со средой –
закон Ньютона-Рихмана:
Тепловой поток на внутренней и наружной
поверхностях ограждения
пропорционален разности температур в
пограничном слое ( t = t1 – t2) и
коэффициенту теплообмена ( в , н):
q (t1 t 2 )
где t1 – более высокая температура.
Теплообмен осуществляется
конвекцией и излучением, поэтому
коэффициент теплообмена включает
две составляющие – конвективную к и
лучистую л :
к л
Например:
Определим теплопотери человека с
открытых частей тела с температурой 24 С:
температура воздуха в комнате: tв = 20 С,
температура поверхности стены:
А) в = 16 С ( t = tв – в = 4 С)
Б) в = 8 С
( t = 12 С)
коэффициенты теплоотдачи:
к = 10 Вт/м2· С , л = 7 Вт/м2· С
А) при перепаде температур 4 С
q = к (24 – 20) + л (24 – 16) = 40 + 56 = 96 Вт/м2
Б) при перепаде температур 12 С
q = к (24 – 20) + л (24 – 8) = 40 + 112 = 152 Вт/м2
Вывод: Возле холодной поверхности
будет ощущение дискомфорта, даже
при нормальной температуре воздуха

72. Нормативные значения перепада температур по СП 50.13330.2012

t
tв t н
t н
R0 в

73. Область комфортных температур

Радиационная температура –
это средняя температура
внутренних поверхностей
помещения.

74. Коэффициент конвективного теплообмена ограждающей конструкции

Коэфф-т к зависит в основном от скорости
движения воздуха у поверхности.
У внутренней поверхности ограждения –
естественная конвекция, вызванная разностью
температур t воздуха tв и ограждения в.
У внешней поверхности ограждения –
вынужденная конвекция, вызванная скоростью
ветра v, м/с.
Эмпирические формулы:
(кв )
температура поверхностей стенки
в = 12 С, н = -23 С;
скорость ветра v = 5 м/с
У внутренней поверхности:
tв = 18 С
3
(формула
В.Н.Богословского)
1,66 t
t tв в ;
в = 12 С
(кв) 1,66 3 t
1,66 3 18 12 3,02
Вт
м 2 С
У наружной поверхности:
для зимних условий:
(кн ) 7,34 v 0,656 3,78 е 1,91v
(формула Франка)
Например:
температура воздуха
tв = 18 С, tн = -25 С;
0
tн = -25 С
(кн) 7,34 v 0,656
н = -23 С
7,34 50,656 21,10
v = 5 м/с
Вт
м 2 С

75. Законы излучения

Для всех видов излучения справедливы общие законы распространения, отражения и преломления волн.
Длина волн, мкм
Вид излучения
0,02 … 0,4
ультрафиолетовое
0,4 … 0,8
видимое (световое)
0,8 … 800
тепловое (инфракрасное)
Распределение энергии излучения:
Е0 – падающая
ЕR – отражённая
энергия
ЕA – поглощённая
ЕD – проходящая
E0 E A E R E D ;
E A ER ED
1;
E0 E0 E0
Абсолютно чёрное тело поглощает всё
падающее на него излучение:
EA
1;
E0
или
1;
где – степень черноты (emissivity) поверхности;
зависит от вида материала, температуры и состояния
его поверхности, длины волны.

76. Зависимость степени черноты от длины волны

С увеличением длины волны степень черноты
диэлектриков повышается, а металлов – снижается.
пенобетон
красный кирпич
силикатный кирпич
Длина волн, мкм
Вид излучения
0,02 … 0,4
ультрафиолетовое
0,4 … 0,8
видимое (световое)
0,8 … 800
тепловое (инфракрасное)

77. Зависимость степени черноты от длины волн излучения

Степени черноты поверхностей материалов
по отношению к инфракрасному излучению
Степени черноты поверхностей материалов по
отношению к солнечному излучению
Поверхность
Степень черноты
Поверхность
Степень черноты
Асбестоцементные листы, сталь оцинкованная
0,65
Бетон
0,63
Кирпич красный, бетон
0,7
Стекло
0,94
Кирпич силикатный
0,6
Кирпич
0,93
Окраска известковая белая
0,3
Штукатурка
0,91
Сталь, окрашенная белой масляной краской
0,45
Сажа
0,95
то же, зелёной
0,6
Лак черный матовый
0,96
то же, красной
0,8
Лак белый, вода
0,90
Рубероид, асфальт
0,9
Краска белая масляная
0,92
Алюминий
0,3…0,5
Снег
0,98
МВП
0,76
Алюминий
0,05
В видимой части спектра
малую степень черноты
имеют белые материалы
( = 0,3…0,6).
В инфракрасной области (5…15 мкм), соответствующей излучению
поверхностей с температурой от -50 С до +100 С, большинство
материалов имеет степень черноты на уровне 0,9, за исключением
полированного металла (фольги), для которых степень черноты
составляет 0,02…0,05 (коэффициент отражения 98…92%).

78. Длины волн, на которые приходится максимум энергии излучения

Закон смещения В.Вина, 1893 г.:
С ростом температуры максимум
энергии излучения смещается в сторону
коротких волн.
max
2 898
, мкм
Т
Т – температура поверхности, К;
max – длина волны, на которую
приходится максимум излучения, мкм.
Например:
Излучение с поверхности Солнца (T = 5500 К):
max
2 898
0,5 мкм
5 500
(максимум приходится на видимую часть спектра)
Излучение электронагревателя (T = 1100 К):
max
Длина волн, мкм
Вид излучения
0,02 … 0,4
ультрафиолетовое
0,4 … 0,8
видимое (световое)
0,8 … 800
тепловое (инфракрасное)
2 898
2,6 мкм
1 100
(энергия светового излучения ничтожна в
сравнении с энергией инфракрасного излучения)

79. Тепловизионный контроль

Определяют длину
волны, на которую
приходится максимум
излучения, а по ней –
температуру
поверхности:
Т
2 898
max

80. Тепловизионный контроль

81. Тепловизионный контроль

82. Энергия излучения

Закон Стефана-Больцмана (1879, 1881 г.):
Энергия излучения абсолютно чёрного тела
пропорциональна 4-й степени его температуры
4
T
E С0
,
100
где С0 – излучающая способность абсолютно
чёрного тела; С0 = 5,67 Вт/(м2· К4) .
где
Снег на солнце :
с = 0,90 (в инфракрасной области)
Приток тепла от солнечного излучения:
q c I 0,15 1 1400 210 Вт/м 2
где - коэффициент пропускания солнечного излучения
атмосферой; I = 1400 Вт/м2 – солнечная постоянная.
Для остальных материалов
T
E С0
100
Например:
снег в горах с температурой 0 С
степень черноты снега:
с = 0,15 (в видимой области)
4
T t 273
q = 210 + 197 – 283 = 124 Вт/м2
Приток тепла от излучения неба
(температура неба t = -30 С, = 1):
4
30 273
2
q 1 5,67
197 Вт/м
100
Отток тепла из-за собственного излучения:
4
Снег в тени или под
малым углом :
q = 0 + 197 – 283 = -86 Вт/м2
0 273
2
q 0,9 5,67
283 Вт/м
100

83. Коэффициент лучистого теплообмена

4
t1 273
С0
100
л
1 1
t1
1
1 2
При определении коэффициента теплоотдачи
излучением л обычно используется модель
теплообмена двух параллельных поверхностей:
t 2 273
100
t2
4
где С0 – излучающая способность (коэффициент излучения) абсолютно черного тела: С0 = 5,76 Вт/(м2· С4);
1 , 2 и t1 , t2 – степени черноты и температуры (в С) поверхностей (t1 и 1 относятся к поверхности с
более высокой температурой).
Сокращённая
форма записи:
л С0 red m
red
где
red – приведённая степень черноты;
1
1 1
1
1 2
4
t1 273
100
m
t1
m – температурный коэффициент,
зависящий только от средней
температуры поверхностей (t1 + t2)/2
t 2 273
100
t2
4
(t1 + t2)/2, С
+25
+20
+15
+10
+5
0
-5
-10
-15
-20
-25
m
1,06
1,01
0,96
0,91
0,86
0,81
0,77
0,73
0,69
0,65
0,61

84. Определение коэффициента теплоотдачи на поверхностях стены излучением

У внутренней
поверхности:
red
1
1
0,835 ;
1 1
2
1
1
1 2
0,91
4
tв = 18 С
t1 273
100
m
t1
в = 12 С
в = 0,91
(штукатурка)
У наружной
поверхности:
t1 273
100
m
t1
н = -23 С
н = 0,93
(кирпич)
4
4
Вт
4
Вт
м 2 С
Коэффициент теплоотдачи
наружной поверхности стены:
4
t 2 273
23 273 25 273
100 0,618
100 100
23 ( 25)
t2
(лн) С0 red m 5,76 0,93 0,618 3,31
3,02 4,59 7,61
Нормативное значение: ____
t1 t 2
24 C
2
4
в (кв ) (лв)
м 2 С
1
1
0,93 ;
1 1
1
1
1 1
1 2
0,93
4
tн = -25 С
4
t 2 273
18 273 12 273
100 100 100 0,956
t2
18 12
(лв) С0 red m 5,76 0,835 0,956 4,59
red
Коэффициент теплоотдачи
внутренней поверхности стены:
t1 t2 18 12
15 C
2
2
Вт
н (кн ) (лн )
21,10 3,31 24,41
Вт
м 2 С
Нормативное значение: ____
м 2 С
(t1 + t2)/2, С
+25
+20
+15
+10
+5
0
-5
-10
-15
-20
-25
m
1,06
1,01
0,96
0,91
0,86
0,81
0,77
0,73
0,69
0,65
0,61

85. Нормативные значения коэффициентов теплоотдачи по СП 50.13330.2012

86. Выводы

Внутренний
пограничный
слой
Наружный
пограничный
слой
1) доля участия излучения в коэффициенте в
составляет 60%, а в коэффициенте теплоотдачи
н только 14%;
2) величина коэффициента теплоотдачи н
оказалась в 3,2 раза больше величины
коэффициента в , что является следствием
воздействия ветра на наружную поверхность
стены;
3) на величину коэффициента теплоотдачи в
главное влияние оказывают разность
температур внутреннего воздуха и
внутренней поверхности ограждения и
коэффициенты излучения поверхностей;
4) на величину коэффициента теплоотдачи н
главное влияние оказывает скорость ветра:
нормативное значение н = 23 справедливо
Толщина пограничного слоя:
R
погр.сл. R возд .
возд.
при скоростях ветра не более 5 м/с.
0,025
0,025
в
0,003 м;
н
0,001 м;
7,8
23

87. Лабораторная работа № 4 ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ЧЕРЕЗ ЗАМКНУТЫЕ ВОЗДУШНЫЕ ПРОСЛОЙКИ

88. Теплопередача через замкнутые воздушные прослойки

Теплопередача в замкнутой воздушной прослойке осуществляется всеми
тремя видами: теплопроводностью, конвекцией, излучением.
Количество тепла, передаваемого через прослойку:
q q qк q л
q qк ( 1 2 ) к
где к – условный коэффициент теплопроводности воздуха, при
q л ( 1 2 ) л
где л – коэффициент теплоотдачи излучением:
наличии конвекции он будет выше, чем коэффициент
теплопроводности неподвижного воздуха = 0,024 Вт/(м· С);
4
Циркуляция воздуха
(естественная конвекция)
q
1
В итоге:
2
1 > 2
q
1 273
С0
100
л
1 1
1
1
1 2
2 273
100
2
4
л
q к л ( 1 2 ) к
экв
где экв – эквивалентный коэффициент теплопроводности
воздушной прослойки:
экв к л

89. Теплопередача через замкнутые воздушные прослойки

Термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки:
Rвп
экв
Разность
температур
1
,
к л к л
где
к
к
Коэффициенты к , Вт/(м· С) для замкнутых вертикальных воздушных прослоек
при толщине прослойки в см
( 1 - 2), С
1
2
3
5
7
10
12
15
20
25
1
0,024
0,024
0,034
0,049
0,063
0,081
0,093
0,112
0,140
0,163
2,5
0,024
0,031
0,042
0,062
0,079
0,104
0,117
0,140
0,174
0,206
5
0,024
0,037
0,050
0,073
0,094
0,123
0,141
0,166
0,207
0,241
10
0,026
0,044
0,059
0,087
0,112
0,145
0,165
0,198
0,248
0,297
15
0,028
0,049
0,065
0,097
0,123
0,160
0,184
0,219
0,274
0,321
20
0,030
0,052
0,071
0,104
0,133
0,173
0,198
0,235
0,294
0,345
25
0,033
0,056
0,074
0,109
0,141
0,183
0,209
0,249
0,312
0,365
30
0,034
0,058
0,078
0,115
0,147
0,191
0,221
0,261
0,326
0,383
В нормах приводятся значения Rвп 0,14...0,15
м 2 С
Вт
(в случае вертикальной прослойки и положительной
температуре воздуха в прослойке, табл. Е1 СП 50)

90. Термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек

СП 50.13330.2012
Тонкая прослойка (5…10 мм)
Горизонтальная прослойка при потоке
тепла сверху вниз: конвекции нет
восходящий и нисходящий
потоки воздуха взаимно
тормозятся, конвекции нет
q
q
q
q

91. Решение задач

Задача 1. Определить эквивалентный коэффициент теплопроводности воздушной
прослойки в керамическом кирпиче. Найти долю тепла, передаваемого излучением.
Толщина прослойки = 90 мм;
разность температур поверхностей прослойки = 10 С;
средняя температура поверхностей:
степень черноты поверхностей
= 90
q
q
а) ср = 10 С,
1 = 2 = 0,93 (кирпич).
б) ср = -10 С;

92. Решение задач

= 90 мм
= 10 С
ср = 10 С
red
1 = 2 = 0,93
4
4
экв к л 0,134 0,09 4,54
Вт
0,134 0,409 0,543
м С
экв
4
t 2 273
15 273
100 100
t2
15
л С0 red m 5,76 0,869 0,907 4,54
Rвп
(по интерполяции)
2 = 5 С
t1 273
100
m
t1
Вклад лучистой
составляющей:
Вт
м С
1
1
0,869
1 1
2
1
1
1 2
0,93
1 = 15 С;
0,409
0,75 (75%)
0,543
к 0,134
При = 10 и = 9 см по таблице определяем
0,09
м 2 С
0,166
0,543
Вт
4
5 273
100 0,907
5
Вт
м 2 С
или
к
Rвп
к 0,134
Вт
1,49 2
0,09
м С
1
1
м 2 С
0,166
к л 1,49 4,54
Вт

93. Особенности теплопередачи через замкнутые воздушные прослойки

Главная доля тепла (60…80%), проходящего через прослойку, передается
излучением.
Теплопередача излучением не
зависит от толщины
прослойки.
Вклад конвективной составляющей возрастает с увеличением толщины
прослойки и разности температур на её поверхностях.
Чем меньше средняя
температура поверхностей
прослойки ср, тем меньше она
Максимальная доля передачи тепла конвекцией составляет только 20%
полного количества тепла, проходящего через прослойку.
Чем толще прослойка, тем больше она передаёт тепла. Прослойки большой
толщины нерациональны.
передаёт тепла.
У прослоек толщиной 10 мм и менее коэффициент теплопроводности такой
же, как и у неподвижного воздуха. Прослойки меньше 10 мм устраивать
нецелесообразно.
Эквивалентный коэффициент теплопроводности прослоек в материале не
должен быть больше, чем у самого материала. Толстые прослойки
целесообразно заполнять малотеплопроводными материалами.
Вид теплопередачи
Определяющие факторы
Доля передаваемого тепла, %
в прослойках
малой толщины
в прослойках
большой толщины
воздуха
40
-
Конвекция
, , расположение прослойки
-
20
Излучение
ср , степень черноты поверхностей
60
80
Теплопроводность воздуха

94. Решение задач

Задача 3. Определить термическое сопротивление воздушной прослойки
стеклопакета толщиной = 20 мм, установленного в оконном проёме.
температуры внутренних поверхностей стеклопакета 1 = 5,5 С, 2 = -10,1 С;
степень черноты 1 = 2 = 0,94 (стекло).
3
1 2
1
Вт
м С
к
экв к л
Rвп
2
red
1
1 1
1
1 2
4
1 273
100
m
1
4
2 273
100
2
л С0 red m
экв

95. Решение задач

= 20 мм
1 = 5,5 С
1 2 5,5 ( 10,1) 15,6 С
к 0,049
При = 15 и = 2 см по таблице определяем
Вт
м С
2 = -10,1 С
1 = 2 = 0,94
red
1
1
0,887
1 1
2
1
1
1 2
0,94
4
t1 273
100
m
t1
4
л С0 red m 5,76 0,887 0,794 4,06
экв к л
Вт
0,049 0,02 4,06 0,130
м С
Rвп
экв
4
4
t 2 273
5,5 273 10,1 273
100
100 100
0,794
t2
5,5 ( 10,1)
0,02
м 2 С
0,154
0,130
Вт
Вт
м 2 С
или
к
Rвп
к 0,049
Вт
2,45 2
0,02
м С
1
1
м 2 С
0,154
к л 2,45 4,06
Вт

96. Стеклопакеты (ГОСТ 24866-99)

Толщина стекла: 4, 5, 6 мм.
Зазор в стеклопакете: однокамерном: 12, 14, 16 мм; двухкамерном – 6…16 мм.
Для улучшения звукоизоляции зазоры в одном стеклопакете могут быть разными,
чтобы не попасть в резонанс.
Зазор менее 10 мм устраивать нецелесообразно. Почему?
Чем больше зазор, тем теплее окно, или наоборот?
Дистанционная рамка,
выполняется перфорированной,
внутри помещён осушитель

97. Стеклопакеты

Замена воздуха в межстекольном пространстве
более плотным газом снижает конвективные
теплопотери.
Криптон ( = 0,0095) значительно более дорогой
по сравнению с аргоном ( = 0,0164) газ.
Мягкие низкоэмиссионные покрытия стекол и
заполнение межстекольного пространства
инертными газами дают эффект только при
совместном применении (увеличение
сопротивления теплопередаче до 30%).
К мягким селективным покрытиям относят
покрытия с тепловой эмиссией менее 0,15.

98. Энергосберегающие стеклопакеты

99. Энергосберегающие стеклопакеты

100. Лабораторная работа № 5 ОТРАЖАЮЩАЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ

101. Отражающая теплоизоляция

Для сокращения количества тепла, передаваемого
излучением, одну из поверхностей прослойки
рекомендуется покрывать алюминиевой фольгой. Это один
из немногих материалов с очень высокой отражающей
способностью – до 97% (в инфракрасной области).
Покрытие фольгой обеих поверхностей практически не
приводит к дальнейшему уменьшению теплопотерь.

102. Вспененный полиэтилен – пенофол фольгированный

В качестве отражающей
теплоизоляции используются
плёнки из вспененного
полиэтилена толщиной 4 мм,
покрытые с одной или двух
сторон алюминиевой фольгой.
Изготовитель – завод ЛИТ
(г.Переславль-Залесский)
Рабочие температуры
применения – от минус 60 до
+200 С.
Сопротивление теплопередаче
по данным завода-изготовителя
– не менее 1…1,2 м2· С/Вт (в
зависимости от толщины)

103. Вспененный полиэтилен – пенофол фольгированный

Если верить
производителю, тонкий
материал толщиной 4 мм
способен заменить по
теплотехническим
характеристикам
брусовую стену
толщиной 150 мм:
0,15
м 2 С
R
1,67
0,09
Вт
0,051
м 2 С
R
1,08
0,047
Вт

104. Отражающая теплоизоляция

Работает только в воздушной прослойке.
Эффективна при высокой разности
температур на поверхностях.
Отражающую сторону желательно
направлять навстречу тепловому потоку.
Задача 1. По представленным экспериментальным
данным определить термическое сопротивление и
коэффициент теплопроводности воздушной прослойки

105. Отражающая теплоизоляция: экспериментальные данные

Тепловой поток q = 15,6 Вт/м2
Эксперимент:
5,4
м 2 С
R
0,346
q 15,6
Вт
к 0,024
Расчёт:
л 0,22
Вт
м С
Вт
R
экв
к 0,024
л 3,81
м 2 С
экв 0,024 0,01 0,22 0,026
2,1
м 2 С
R
0,135
q 15,6
Вт
Вт
м С
0,01
м 2 С
0,385
0,026
Вт
Вт
м С
Вт
м 2 С
экв 0,024 0,01 3,81 0,062
R
экв
Вт
м С
0,01
м 2 С
0,161
0,062
Вт

106. «Утеплённый балкон»

Задача 2. Определить температуру внутренней поверхности стенки и температуру на
границе слоёв.
Температура воздуха tв = 16 С, tн = -20 С;
Кирпичная стенка = 120 мм; = 0,81 Вт/(м· С).
Варианты: а) без утеплителя; б) с замкнутой воздушной прослойкой толщиной 45 мм;
в) с замкнутой воздушной прослойкой 45 мм и отражающей теплоизоляцией.
-20 С
+16 С
+16 С
= 55%
= 55%
-20 С
Сопротивление замкнутой воздушной
прослойки: R1 = 0,14 м2· С/Вт;

107. Решение задач: «Утеплённый балкон»

Сопротивление теплопередаче ограждения:
R0
1 1
в н
Температурный перепад:
t
tв tн
R0 в
Температура внутренней поверхности:
в tв t
Сопротивление замкнутой воздушной прослойки: R1 = 0,14 м2· С/Вт;
R0
1
1
R1
в
н
в tв t tв
1 tв
tв tн
R0
tв tн
R0 в
1
R1
в

108. Решение задач: «Утеплённый балкон»

а)
1
1
1 0,12 1
м 2 С
R0
0,115 0,148 0,043 0,306
int ext 8,7 0,81 23
Вт
t t
16 ( 20)
Вт
q int ext
117 ,6 2
R0
0,306
м
t
eint = 1816·0,55 = 999 Па
Точка росы:
tр = +7 С
tint text
1
117 ,6
q
13,5
R0 int
int
8,7
Температура внутренней поверхности:
int tint t 16 13,5 2,5
б) Сопротивление замкнутой воздушной прослойки: R1 = 0,14 м2· С/Вт
1
1
м 2 С
R0
R1
0,306 0,14 0,446
int
ext
Вт
q
tint = +16 С; = 55%
tint text 16 ( 20)
Вт
80,7 2
R0
0,446
м
int tint t tint
q
16 9,3 6,7
int
1
1 tint q
R1
int
16 80,7 0,115 0,14 16 20,6 4,6
в) Сопротивление замкнутой воздушной
прослойки с алюминиевой фольгой:
R1 = 0,3 м2· С/Вт
м 2 С
R0 0,306 0,3 0,6
Вт
16 ( 20)
Вт
q
60,0 2
0,6
м
int 16 60,0 0,115 16 6,9 9,1
1 16 60,0 0,115 0,3
16 24,9 8,9

109. Лабораторная работа № 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНОЙ ОГРАЖДАЮЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ

110. Методика определения термического сопротивления неоднородной ограждающей конструкции

1) Разрезаем конструкцию плоскостями, параллельными направлению
теплового потока; среднее термическое сопротивление
RII
FI FII FIII ...
FI FII FIII
...
RI RII RIII
2) Разрезаем конструкцию плоскостями, перпендикулярными
направлению теплового потока; средний коэффициент
теплопроводности слоя, в котором нарушена однородность
материала:
ср
1F1 2 F2 3 F3 ...
F1 F2 F3 ...
Расчёт даёт преувеличенные значения
R, так как в действительности за счёт
искривления теплового потока
количество проходящего тепла больше
Термическое сопротивление:
R R1 R2 R3 ...
Окончательно термическое сопротивление:
R
RII 2 R
3
1, 2 – результаты расчёта по способам 1 и 2;
3 – данные эксперимента

111. Определение термического сопротивления многопустотной плиты

d 2
а
4
RI 2 1 Rв.п.
1
RII
R2
R
Rв.п.
RII
2
2
FI FII
FI FII
RI RII
R1 R3
ср
1
1
1
экв
2
Rв.п.
1F1 экв F2
F1 F2
2
ср
RII 2 R
3
R R1 R2 R3

112. Лабораторная работа № 7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВНУТРЕННЕГО ВОЗДУХА ИЗ УСЛОВИЯ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

113. Методика определения температуры воздуха в помещении

Коэффициент теплопередачи k – величина,
обратная сопротивлению теплопередаче R0:
k
Qвозд (t н t х ) W cвозд
Q2 (tн t х ) k 2 A2
1
R0
Q0
Количество тепла, проходящее через
ограждающую конструкцию площадью A
(тепловой поток, Вт):
t t
Q q A в н А (tв tн ) k A
R0
Количество тепла, затрачиваемое на нагрев
поступающего наружного воздуха до
температуры tx :
Qвозд (t н t х ) W cвозд
где W – количество поступающего воздуха, кг/с;
свозд = 1000 Дж/кг· С – удельная теплоёмкость воздуха.
Q0 – дополнительные теплопоступления (от
трубы отопления, от хранения овощей).
tв
tн
tх
Q1 (tв t х ) k1 A1
Уравнение теплового баланса помещения:
Q1 Q2 ... Q0 Qвозд 0
Из решения уравнения находим температуру
воздуха в помещении:
t k A t k A ... Wcвозд tн Q0
tx 1 1 1 2 2 2
k1 A1 k 2 A2 ... Wcвозд

114. Лекция 7 ПРОЦЕССЫ ВЛАГОПЕРЕНОСА

115. Виды влаги в ограждающих конструкциях

Строительная влага (начальная, технологическая)
Эксплуатационная влага
Вносится в конструкцию при возведении:
применение влажных материалов, «мокрые»
процессы (бетонирование, кирпичная кладка,
цементная штукатурка).
Протечки воды (в санузлах и др.).
Защита: просушивание конструкций
Грунтовая влага
Проникает из грунта вследствие капиллярных
процессов. Может подниматься на высоту до 2,5 м.
Защита: гидроизоляция цоколя, пола подвала
Атмосферная влага
Косой дождь, протечки кровли, брызги.
Защита: водонепроницаемая наружная
поверхность стен, гидроизоляция кровли, вынос
карнизов
Защита: гидроизоляция пола, стен
Гигроскопическая (сорбированная) и
конденсированная влага
Влага из водяного пара внутреннего воздуха.
Защита: пароизоляция у внутренней
поверхности, теплоизоляция ограждения
Конденсированная
на поверхности
конструкции
Конденсированная
в толще
конструкции

116. Перемещение влаги в материале

Перемещение влаги в материале
Парообразная
Парообразнаявлага
влага
Жидкая
Жидкаявлага
влага––свободная
свободная(несвязанная),
(несвязанная),
образовавшаяся
образовавшаясявврезультате
результатеконденсации
конденсацииводяного
водяного
пара
или
непосредственного
впитывания
пара или непосредственного впитыванияводы
воды
перемещается
перемещаетсяпод
под
действием
действиемперепада
перепада
парциальных
парциальныхдавлений
давлений
водяного
водяногопара
пара e
e
перемещается
перемещаетсяпод
поддействием
действиемградиента
градиентавлажности
влажности w
w
(от
большей
влажности
к
меньшей)
(от большей влажности к меньшей)
Капиллярная диффузия –
перемещение влаги в газовой фазе
Фильтрация – перемещение
влаги в жидкой фазе
(кроме влаги в порах материала
находятся воздух и водяной пар)
(капилляры полностью заполнены
водой)
Капиллярный подъём
(С уменьшением радиуса капилляра
область когезии становится меньше, а
область адгезии сохраняется той же,
поэтому жидкость поднимается выше)
Термодиффузия – перемещение влаги в направлении
понижения температуры
(с повышением температуры уменьшается поверхностное натяжение
жидкости, а следовательно, увеличивается её давление)

117. Влажность (влагосодержание) материала

Весовая (массовая) влажность материала – это отношение
веса (массы) влаги, содержащейся в образце, к весу (массе)
образца в сухом состоянии (возможно, выраженное в %) :
mводы mвл. м. mсух. м.
mсух. м
mсух. м
где mвл.м и mсух.м. – масса образца до и после высушивания, кг.
Объёмная влажность материала – это отношение объёма
влаги, содержащейся в образце, к объёму образца V
(возможно, выраженное в %) :
V
0
об воды
V
1000
где 0 – плотность образца в сухом состоянии, кг/м3.
V
m
0
об воды воды 0
V
воды mсух. м. 1000
воды 1000 кг / м 3 ;
mводы mсух.м.

118. Влажность древесины

• мокрая древесина с влажностью более 100%, а при
непосредственном контакте с водой до 260% (топляк);
• сырая древесина с влажностью более 30%, в том числе
свежесрубленная (влажная) с влажностью 50…100%;
• воздушно-сухая (атмосферно-сухая, товарная) древесина с
влажностью 15…30%, в том числе высушенная на атмосферном
воздухе под навесом в течение года и не увлажнённая осадками
15…20%; значение влажности 22% считается пределом
биостойкости;
• комнатно-сухая (строительно-сухая) древесина с влажностью
8…15%, длительно находящаяся в отапливаемом помещении, в
том числе в виде изделий и мебели;
• мебельно-сухая (камерной сушки) древесина с влажностью 4…
8%, специально сушёная в сушильных камерах при температуре
70…100°С;
• абсолютно сухая древесина с влажностью менее 4%,
практически полностью лишённая влаги в результате
длительной сушки в сухом воздухе при температуре выше
100°С.
Влажность древесины
По отношению
к массе
влажного
материала
По отношению
к массе сухого
материала w
0
0
5
5,3
10
11,1
15
17,7
20
25
25
33,3
30
12,9
40
66,7
50
100
60
150
75
300
80
400
100
-
Древесина в воде w = 100…260%
Свежесрубленная w = 50…100%
Воздушно-сухая w = 15…30%
Комнатно-сухая w = 8…15%
Камерной сушки w = 4…8%

119. Механизм испарения воды

Наиболее
Наиболеебыстрые
быстрыемолекулы
молекулыводы,
воды,
преодолевая
преодолеваяэнергетический
энергетическийбарьер,
барьер,
вылетают
вылетаютссповерхности
поверхностиводы
водыиимогут
могут
безвозвратно
безвозвратноудалиться
удалиться
Вылетающие
Вылетающиемолекулы
молекулыводы
водысталкиваются
сталкиваются
ссмолекулами
воздуха
молекулами воздуха
Часть
Частьвылетевших
вылетевшихиз
изводы
водымолекул
молекул
возвращается
возвращаетсяобратно
обратно
••У тёплой воды более подвижные молекулы,
У тёплой воды более подвижные молекулы,
испарение
испарениебольше.
больше.
••При высокой скорости испарения вода
При высокой скорости испарения вода
заметно
заметноохлаждается.
охлаждается.
••Давление паров воды е в пограничном слое
Давление паров воды е в пограничном слое
воздуха
воздухаууповерхности
поверхностиводы
водыравно
равнодавлению
давлению
насыщенного
пара
Е
насыщенного пара Е
••Молекулы воды тем быстрее покидают
Молекулы воды тем быстрее покидают
пограничный
пограничныйслой,
слой,чем
чемниже
нижеабс.
абс.влажность
влажностьее
воздуха
воздухаиивыше
вышескорость
скоростьобдува
обдуваvv
••Испарение – когда вылетевших молекул
Испарение – когда вылетевших молекул
больше,
больше,чем
чемвернувшихся,
вернувшихся,конденсация
конденсация––
когда
когданаоборот
наоборот

120. Сушка поверхностей

Способы
Способыускорения
ускорениясушки
сушкиповерхности:
поверхности:
Скорость испарения (конденсации) воды:
G e (159 297 v) 10 3 , г / м 2 ч
где е – перепад парциальных давлений
водяного пара в воздухе и у мокрой
поверхности, Па;
v – скорость движения воздуха, м/с.
••Повышение температуры поверхности
Повышение температуры поверхности
••Снижение абс. влажности воздуха
Снижение абс. влажности воздуха
••Увеличение скорости обдува поверхности
Увеличение скорости обдува поверхности
Например:
Определить время сушки 1 м2 мокрой
поверхности с температурой = 20 С
толщина слоя воды = 1 мм
температура воздуха tв = 20 С
относительная влажность воздуха в = 50%
скорость обдува v = 1 м/с
E20 2338 Па
eв в Eв 0,5 2338 1169 Па
e E eв 2338 1169 1169 Па
G 1169 (159 297 1) 10 3 533 г / м 2 ч
При обдуве поверхности более горячим
(более влажным) воздухом вместо испарения
может происходить конденсация.
m воды 0,001 1000 1 кг / м 2 1000 г / м 2
t
m 1000
1,88 ч (113 мин, 1 ч 53 мин)
G 533

121. Сорбция. Сорбированная (гигроскопическая) влага

Сорбция – это процесс поглощения пористым
материалом влаги из окружающего воздуха.
Физическая модель процесса: молекулы водяного
пара притягиваются поверхностью пор материала и
прилипают к ней (адсорбируются):
Обратный процесс называется десорбцией или
сушкой.
Влага, поглощённая материалом из воздуха,
называется сорбированной или гигроскопической.
Процесс сорбции происходит вследствие различия
влажности материала и воздуха и не требует
разности температур. По мере выравнивания
влажности процесс затухает.
При изменении относительной влажности воздуха
(вследствие изменения Е или е) процесс
начинается вновь и продолжается до тех пор, пока
не достигнет динамического равновесия.
Мономолекулярная плёнка – один слой молекул
(высокий энергетический уровень связи);
полимолекулярная плёнка – несколько слоёв
(более низкий уровень связи).

122. Равновесная влажность. Изотерма сорбции

Равновесная влажность материала р –
влагосодержание (влажность) материала
при установившемся равновесии процесса
влагообмена с окружающей средой.
Предел гигроскопичности – влажность, ниже
которой начинается усушка древесины
изотермы сорбции древесины
Изотерма сорбции – зависимость
равновесной влажности р материала от
относительной влажности воздуха при
постоянной температуре.
Влияние температуры для некоторых материалов
незначительно.
Изотермы сорбции и десорбции не совпадают:
материал вбирает влагу легче, чем отдаёт.
1 сорбция ( < р)
2 десорбция =
сушка ( > р)
Нормальная влажность древесины w = 12%
соответствует стандартным климатическим
условиям жилых помещений (t = 20 С, = 65%)

123. Формы связи влаги в материале

заполнение крупных
капилляров влагой
вогнутый участок: материал
поглощает из воздуха больше
влаги по сравнению с увеличением
влажности самого воздуха
заполнение мелких
капилляров влагой
(капиллярная
конденсация)
свободная
влага
удаляемая
влага
р – равновесная
влажность
равновесная
влага
полимолекулярный
слой влаги
(капиллярная связь)
мономолекулярный
слой влаги
(адсорбционная связь)
- влажность
воздуха
физически
связанная
влага
химически связанная
влага (удаляемая при
нагреве)
изотерма сорбции лёгкого бетона ( 0 = 1400 кг/м3)

124. Сорбционная активность материала

Характер изотерм сорбции и сорбционная активность
бывают различными для разных материалов.
Предел
Пределгигроскопичности
гигроскопичности(
( 100100):):
•• 30-35% (древесина и др. органические
30-35% (древесина и др. органические
материалы
материалырастительного
растительногопроисхождения);
происхождения);
•• 4-6% (бетон);
4-6% (бетон);
•• 0,7% (хорошо обожженный кирпич,
0,7% (хорошо обожженный кирпич,
керамика,
керамика,минеральная
минеральнаявата).
вата).
Изотермы сорбции:
1 – несмачиваемых материалов (гидрофобных – битума,
минеральной ваты) ;
2 – ограниченно смачиваемых материалов;
3 – смачиваемых материалов (гидрофильных – гипса,
силикатного кирпича, бетона).
Условия
эксплуатации
Относительная
влажность воздуха
А
80%
Б
97%
За величину влажности материала для условий
эксплуатации А и Б принимают значение сорбционной
влажности материала при относительной влажности
воздуха соответственно 80 и 97 % и температуре 25 С.
смачиваемый
материал
несмачиваемый
материал

125. Усадка

Усадка – уменьшение линейных размеров и объёма
материала вследствие потери им влаги.
При быстрой сушке массивный бетон высыхает
снаружи, а внутри ещё долго остаётся
влажным.
Усадка проявляется, например, при твердении бетона,
обжиге керамических материалов, сушке древесины.
Неравномерная усадка вызывает
растягивающие напряжения в наружных слоях
конструкции и появление трещин:
Удаление влаги из крупных пор и капилляров
материала не сопровождается его усадкой.
Усадка начинается при удалении влаги из капилляров
радиусом менее 10-7 м вследствие повышения
капиллярного давления, сближающего частицы.
Чем выше капиллярная пористость материала и чем
меньше средний радиус капилляров, тем больше
капиллярная усадка.
Капиллярная усадка обычно является обратимой: с
повышением влажности среды начинается набухание.
Ограничение (стеснение) деформаций усадки
приводит к появлению усадочных трещин.
1 – фрагмент бетонной балки; 2 и 3 –
продольные и поперечные усадочные трещины;
4 – высохший слой; 5 – влажный слой; 6 –
растягивающие напряжения.

126. Усадочные трещины при твердении бетона

127. Предотвращение усадочных трещин

Мероприятия по предотвращению усадочных трещин
Ограничение скорости сушки
Увлажнение поверхностного слоя
бетона в период твердения
Замазывание торцов брёвен при сушке
Устройство
противоусадочных швов
Устройство в ц/п штукатурке
фасадов температурноусадочных швов через 12-15 м
Ограничение деформаций усадки
Армирование поверхностного слоя бетона
Добавление крупного заполнителя в бетон,
наполнителя в глину при обжиге

128. Усушка и усадка древесины

Усушка древесины неодинакова: в тангенциальном
направлении она составляет 8…12%, в радиальном
- 4…6%, в продольном – лишь 0,3%.
Стеснённую усушку древесины называют усадкой.
Сушка досок в зажатом состоянии предотвращает их
искривление. Если доска покоробится, при увлажнении
(распаривании) ей можно придать новую форму. Трещины
же устранить невозможно.
Боковые доски с
«горизонтальными»
годовыми кольцами
постоянно будут
пытаться приобрести
закруглённую форму.

129. Усадочные трещины при периодическом увлажнении и высушивании

130. Лабораторная работа №8 ОПТИМАЛЬНАЯ ТОЛЩИНА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

131. Решение задач

Задача 1. Найти затраты на отопление в год, компенсирующие теплопотери через 1 м 2
кирпичной стены толщиной = 0,51 м, с коэффициентом теплопроводности = 0,81
Вт/(м· С), пункт строительства – г. Москва.
Продолжительность отопительного периода zот = 214 сут./год
Средняя температура отопительного периода tот = -3,1 С
Расчётная температура внутреннего воздуха tв = 18 С
Стоимость тепловой энергии С = 3,6 руб./кВт·ч
t t
1
К q zот (0,024 С ) в от zот (0,024 С ) ГСОП (0,024 С )
R0
R0
где ГСОП – градусо-сутки отопительного периода, С·сут./год;
0,024 – размерный коэффициент, кВт·ч/ (Вт·сут);
1
k – коэффициент теплопередачи.
R0
ГСОП (tв tот ) zот ;

132. Оценка экономической эффективности повышения теплозащиты ограждающих конструкций зданий

Основным критерием приемлемости технического решения с
экономической точки зрения является условие окупаемости:
или
К k
К р Э
где
где К – единовременные затраты на техническое решение,
руб./ед.изделия; р – годовая ставка за банковский кредит, доли
ед./год; Э – годовая прибыль, получаемая за счёт реализации
технического решения, руб./ед.изделия·год.
Если неравенство не выполняется, реализация технического
решения никогда не окупится.
Если под техническим решением понимать дополнительное
повышение теплозащиты ограждающей конструкции, то в качестве
ед.изделия принимается 1 м2 (например, стены), а неравенство
принимает вид:
К р ГСОП k (0,024 С )
где ГСОП – градусо-сутки отопительного периода, С·сут./год; k –
снижение коэффициента теплопередачи при дополнительном
утеплении ограждения, Вт/(м2· С); С – цена тепловой энергии,
руб./кВт·ч; 0,024 – размерный коэффициент, кВт·ч/ (Вт·сут).
ГСОП (0,024 С ) руб. С
,
р
Вт
- предельное значение удельных
единовременных затрат
(макроэкономический параметр
региона строительства);
К и k – параметры, зависящие от
конструктивного решения;
k
1
1
1
1
R ут R0,сущ R0,сущ R ут
R0,сущ – сопротивление теплопередаче
существующей конструкции; Rут –
термическое сопротивление
дополнительного слоя утеплителя.

133. Решение задач

Задача 2. Найти оптимальную по окупаемости толщину слоя утеплителя наружной стены здания
• Вид утеплителя – плиты минераловатные (МВП)
• Расходы на утеплитель – Цут = 10 000 руб./м3
(стоимость утеплителя 5000 руб./м3 + столько же работа)
Коэффициент теплопроводности утеплителя = 0,045 Вт/(м· С).
ГСОП = 5000 С·сут./год
Учётная ставка р = 20% (0,2)
Стоимость тепловой энергии С = 3,6 руб./кВт·ч
ГСОП (0,024 С ) руб . С
,
р
Вт
К
k
K Ц ут ут
k
ут
ут
Ц ут ут
ут / ут
ут
ут
Ц ут

134. Лабораторная работа №9 ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ШВЫ

135. Деформационные швы в зданиях

Деформационные швы в зданиях
Температурные
Осадочные
Антисейсмические
Делят здание на отсеки,
температурные напряжения в
которых не достигают опасных
значений
Делят здание на отсеки, осадка
которых различна.
Применяются при значительной
разнице нагрузок на фундаменты
Делят здание на отсеки,
исключающие их взаимные
удары при землетрясении
Проходят через все
конструкции, кроме
фундаментов
Проходят через все
конструкции, включая
фундаменты
Проходят через все
конструкции, кроме
фундаментов

136. Деформационные швы

• Деформационные швы различного назначения могут
быть совмещены в одном сечении.
• Отсеки, на которые швы делят здание, должны быть
простой, симметричной формы.
• Расстояние между температурными швами в
отапливаемых зданиях, как правило, не должно
превышать:
150…230 м для стальных каркасов;
60…72 м для железобетонных конструкций;
50…90 м для кладки из глиняного кирпича;
35…60 м для кладки из силикатного кирпича;
• Деформационные швы должны разделять все
конструкции и слои, включая отделочные.
• Ширина антисейсмического шва должна быть:
не менее суммы двух амплитуд колебаний смежных
отсеков;
не менее 30 мм (при высоте здания до 5 м);
не менее 30 + 20 мм на каждые следующие 5 м.

137. Деформационные швы

в каменных конструкциях
в конструкции кровли

138. Деформационный шов в покрытии пола

139. Лабораторная № 10 ДЕФЕКТЫ МНОГОСЛОЙНЫХ НАРУЖНЫХ СТЕН

140. 26 марта 2013 года. Ростовская область. Новочеркасск. С десятого этажа отвалилась часть кирпичной облицовки фасада

Дом построен в 2009 году

141.

142. Москва

143. 1. Отсутствие в лицевом слое вертикальных деформационных швов

Вертикальные и горизонтальные деформации
кладки наружного слоя наружных стен могут
значительно отличаться от деформаций
внутреннего слоя и перекрытий. Для
компенсации температурно-влажностных
деформаций должны выполняться вертикальные
деформационные швы. Их отсутствие приводит
к образованию и раскрытию вертикальных
трещин в лицевом слое из кирпичной кладки .
Трещины возникают преимущественно на углах
здания и развиваются в течение длительного
времени.
Вертикальные деформационные швы в
наружном слое практически всегда отсутствуют.
В лучшем случае места расположения этих швов
совпадают с межсекционными
деформационными швами. Положение
усугубляется при отсутствии в уровне
перекрытий горизонтальных деформационных
швов.

144. Замоноличивание стыка колонны

145. 2. Отсутствие в лицевом слое горизонтальных деформационных швов

Для компенсации разности
вертикальных деформаций
наружного и внутреннего слоев
наружных стен, а также каркаса
здания, должны выполняться
горизонтальные
деформационные швы. Их
отсутствие или некачественное
исполнение приводит к
разрушению кирпичей лицевого
слоя в уровне перекрытий.
Другими причинами могут
являться размораживание
плитки и кирпича вследствие
увлажнения атмосферными
осадками и конденсатом пара,
поступающего из помещения.

146. «Разморозка» кладки

Журнал "Технологии строительства" 1(63)/2009

147. Замоноличивание стыка колонны

148. Терморазъёмы (термовкладыши)

149. 3. Неудовлетворительное крепление наружного слоя из кирпичной кладки к внутренним слоям

Известны случаи, когда гибкие связи
выполнялись из обычной полосовой стали
вообще без антикоррозийного покрытия.
Естественно, что располагаемая в слое
утеплителя связь через несколько лет
полностью корродирует. В свою очередь,
это неминуемо приведёт к обрушению
лицевого слоя кладки.
Часто связи выполняются из оцинкованной
сетки или гнутых арматурных стержней.
Качество покрытия их бывает настолько
неудовлетворительным, что ещё при
укладке в стену на них видны следы
коррозии. Более надёжными с точки зрения
стойкости к коррозии, на первый взгляд,
являются связи из стекловолокна. Однако,
и они подвержены коррозии в щелочной
среде, которая присутствует в растворных
швах.

150. 4. Дефекты утепляющего слоя

Одним из основных требований к утепляющим слоям является
отсутствие в них сквозных зазоров, вызываемых как
некачественной укладкой утеплителя, так и свойствами самого
материала – усадкой, проседанием в течение какого-то
времени.
При укладке плитного утеплителя его нарезка осуществляется
в построечных условиях по месту. В большинстве обследуемых
случаев подгонка плит, особенно из пенополистирола,
производилась некачественно. Зазоры между плитами часто
достигали нескольких сантиметров. Нередко швы между
утеплителем заполнялись кладочным раствором. Часто зазоры
между низом плиты перекрытия и плитным утеплителем, либо
кладкой внутреннего слоя из ячеистобетонных камней
достигали нескольких сантиметров.
Плиты утеплителя из минваты легче подогнать друг к другу или
конструкциям стены. Однако, в случае использования плит с
недостаточной жёсткостью они со временем могут проседать с
образованием горизонтальных пустот. То же относится и к
засыпным и заливочным утеплителям. В последнем случае
следует также опасаться усадки утеплителя.

151. 01.04.2007. Московская обл. Обрушение фрагмента стены жилого дома

01 апреля 2007 года. Московская
обл., город Железнодорожный.
Обрушился фрагмент кирпичной
облицовки стены 16-этажного жилого
дома по ул. Автозаводская, 4.
Обрушение произошло между
седьмым и восьмым этажами. Никто
не пострадал. Дом был сдан с
многочисленными недоделками.
Ранее из фасада вываливались
отдельные кирпичи, никто не
обращал внимания.

152. Обрушение облицовочного слоя