ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1. Обзор исследований фильтрации воздуха через ограждающие конструкции в условиях Севера 6
1.1. Разность давлений наружной и внутренней поверхности ограждений 6
1.2. Фильтрация воздуха через ограждающие конструкции 9
1.3. Роль параметров климата, на воздухопроницаемость ограждающих
конструкций 15
1.4. Объект исследования 18
1.5. Вывод по главе 1. Постановка задачи исследования 20
Глава 2. Экспериментальное определение воздухопроницаемости через ограждающую конструкцию 22
2.1. Модель натурных исследований 22
2.2. Методика проведения эксперимента 29
2.3. Обработка результатов экспериментального исследования
воздухопроницаемости ограждающих конструкций 32
2.4. Вывод по главе 2 69
Глава 3. Практическая часть 70
3.1. Оптимизация тепловых потерь через ограждающие конструкции зданий..70
3.2. Угловые теплопотери 75
3.3. Влияние растворных швов кладки на теплопотери стен 78
3.4. Мероприятия по снижению воздухопроницаемости 81
Заключение. Основные результаты и выводы 87
Список использованной литературы 88
Приложение
Влияние фильтрации воздуха на температурный и влажностный режим ограждения весьма значительно. Не меньшее влияние фильтрация оказывает и на температурно-влажностный режим помещений. Этим объясняется то большое внимание, которое уделяется вопросам фильтрации воздуха.
Изучению величин коэффициента воздухопроницаемости было посвящено большое количество экспериментальных и теоретических исследований.
В лаборатории Ф. Ф. Эрисмана в 1896 г. проводились опыты по определению воздухопроницаемости глиняных сырцовых материалов. Позднее проф. К. Я. Илькевич [30] определял воздухопроницаемость различных строительных растворов и песков.
В 30-е годы исследованиями воздухопроницаемости строительных материалов и ограждающих конструкций занимались П.А. Брянцев, Б.Ф. Васильев, С.И. Ветошкин, Д.Д. Галанин, С.И. Идашкин, М.И. Субботкин, П.С. Философов. За рубежом значительные работы в это же время выполнялись Райшом [76].
Наиболее капитальные и систематические экспериментальные работы в строительной отрасли, связанные с определением воздухопроницаемости и законов фильтрации для строительных материалов и ограждающих конструкций, были выполнены P.E. Брилингом в 1936—1937 гг. в лаборатории инфильтрации ЦНИПС [10].
По классификации P.E. Брилинга, кроме сквозной фильтрации, при которой через все сечения, параллельные плоскостям стены, проходит одинаковое количество воздуха, существуют еще два вида фильтрации: продольная и внутренняя.
Явление продольной фильтрации состоит в том, что при воздействии ветра холодный наружный воздух, поступив через наружную поверхность в толщу ограждения, не проникает в помещение, а возвращается обратно по ходам фильтрации (трещинам, зазорам, вентиляционным каналам).
Внутреннюю фильтрацию можно рассматривать как естественную конвекцию в ограниченном пространстве, заполненном материалом с крупными незамкнутыми пустотами. Влияние внутренней фильтрации воздуха на температурный режим наружных стеновых панелей, утепленных воздухопроницаемыми материалами, рассматривается в работе Ю.А. Калядина [32].
Все три вида фильтрации оказывают влияние на теплозащитную способность ограждения.
Исследованиями воздухопроницаемости строительных конструкций материалов в лабораторных и натурных условиях занимались М. В. Артемов, Н. И. Березина, В. Н. Богословский, Ш. Ф. Акбулатов, Г.Н. Прозоровский, Е. И. Семенова, П. А. Теслер, В. П. Титов, Ф. В. Ушков и др. [1, 6, 8, 9, 10, 63, 64, 65, 66].
Метод количественной оценки влияния фильтрации на теплозащитные свойства ограждений изложен в статье В.Г. Гагарина, В.В. Козлова, A.B. Садчикова, И.А. Мехнецова [54], влияние продольной фильтрации рассмотрены в работах [19, 20, 36]. Воздухопроницаемость и фильтрация воздуха так же исследовались в работах Валова В.М., Цвяка А.Н., Пахотина Г.А., Кривошейна А.Д., Г.Г. Максимова, Г.М. Позина, Т.А. Дацюк и др [12-16, 37, 46, 69].
Исследования влияния фильтрации воздуха на тепло-влажностный режим ограждения и воздушный режим помещения представлены в работах [4, 13, 15, 17,32,47,69]. В настоящее время при строительстве жилых зданий в качестве наружных ограждений применяются эффективные многослойные ограждающие конструкции. В основном применяют многослойные стены с эффективным утеплителем [28].
В климатических условиях Сибири важной задачей являются повышение надежности наружных ограждающих конструкций. Для этого необходимо учитывать особенности микроклимата в условиях резко континентального климата. Потери теплоты, зависящие от климатических условий, ограждающих конструкций не отвечают нормативам, имеется перерасход тепла и электроэнергии.
Актуальность: необходимость научной проработки вопросов повышения энергоэффективности зданий за счет сокращения тепловых потерь через ограждающие конструкции.
Цель исследования - анализ изменения воздухопроницаемости в зависимости он расположения, формы и этажности выбранного объекта, а также выбор конструкции тепловой защиты зданий с учетом климатических особенностей Республики Саха (Якутия)
Задачи исследования:
1. Обзор научной литературы, патентный обзор.
2. Выбрать многоэтажные объекты для анализа воздухопроницаемости.
2. На базе выбранных зданий, произвести необходимые измерения с помощью оборудования «Аэродверь» и произвести их анализ.
4. Установить соответствует ли нормам тепловой защиты выбранные объекты.
5. Установить зависимость величины воздухопроницаемости от этажности объектов.
6. Предложить меры по снижению воздухопроницаемости исследованных объектов.
В данной магистерской диссертации была произведена научная проработка вопросов повышения энергоэффективности зданий за счет снижения теплопотерь через ограждающие конструкции. Произведен анализ воздухопроницаемости в зависимости от формы, расположения, а также этажности объектов в Республике Саха (Якутия). В ходе данной диссертационной работе были решены следующие задачи:
1. Произведен обзор научной литературы, патентный обзор.
2. В многоэтажных объектах по адресам: Губина 5/1; Чепалова 45; Автодорожная 4/2 А, был произведен анализ воздухопроницаемости, с помощью оборудования «Аэродверь».
3. Также было установлено, что не все выбранные объекты соответствуют нормативным требованиям. Воздухопроницаемость ограждающих конструкций при закрытых вентиляционных каналах в испытанных помещениях здания и разности давлений внутреннего и наружного воздуха 50 Па обеспечивает воздухообмен кратностью: n50 = 0.67 до 11,76 . В некоторых помещениях из-за не герметичности конструкции окон и наружных стен оборудование не может полностью корректно измерить результат.
4. Установлена зависимость величины воздухопроницаемости от этажности выбранных объектов. Эффективный коэффициент сопротивления экспериментально исследованных конструкций постепенно снижается в зависимости от высоты этажа.
5. Предложены различные меры по снижению воздухопроницаемости выбранных объектов.
1. Артемов М. Д. К вопросу воздухопроницаемости ограждающих конструкций / М. Д. Артемов // Тепловой режим. Теплоизоляция и долговечность зданий : сб. науч. тр. - Москва : НИИСФ, 1981. - С. 51-55.
2. Аравин В. И. Теория движения жидкостей и газов в недеформируемой пористой среде / В. И. Аравин, С. Н. Нумеров. - Москва : Гостехиздат, 1953.-451 с.
3. Аравин В. И. Фильтрационные расчеты гидротехнических сооружений / В. И. Аравин, С. Н. Нумеров. - Москва : Госстройиздат, 1955.-292 с.4.
4. Афонин К. В. Тепловой и воздушный режим зданий и сооружений с легкими ограждающими конструкциями в условиях Западной Сибири : автореф. дис. ...канд. техн. наук / К. В. Афонин. - Тюмень, 2003..- 24 с, 5.
5. Беляев В. С. Теплопередача в наружных стенах при продольной фильтрации воздуха /В. С. Беляев/ Теплотехнические свойства и микроклимат жилых зданий: сб. науч. тр. - Москва, 1982.- С: 18-22.,ч 6.
6. Березина Н. И. Инфильтрация воздуха через неплотности наружных ограждений промышленных зданий : автореф. дис. ... канд. техн. наук / Н. И. Березина. - Москва, 1982.
7. Гаврилова М.К. Климат центральной Якутии. - Якутск: Кн. изд-во, 1973. - 118 с.
8. Богословский В. Н. Строительная теплофизика / В. Н. Богословский. Москва: Высшая шк., 1982. - 416 с.
9. Богословский В. Н. Тепловой режим здания / В. Н. Богословский. Москва : Стройиздат, 1979. - 248 с.
10. Брилинг Р. Е. Воздухопроницаемость ограждающих конструкций и материалов / Р. Е. Брилинг. - Москва: Стройиздат, 1948. - 90 с.
11. Веселовацкая Е. В. Особенности теплопередачи через воздухопроницаемую теплоизоляцию. трехслойных ограждающих конструкций : дис. канд. техн. наук / Е. В. Веселовацкая. - Москва, 1985.-223 с. 98
12. Валов В. М. Животноводческие здания с воздухопроницаемыми ограждающими конструкциями : учеб. пособие / В. М. Валов. - Омск, 1986.-92 с.
13. Валов В. М. К вопросу тепловлажностного режима ограждающих конструкций в условиях знакопеременной фильтрации воздуха / В. М. Валов, Г.
A. Пахотин // Строительные материалы и конструкции : тр. СибАДИ. - Омск : Изд-во СибАДИ, 2001. -Вып. 4, ч. 1. - С. 16-27.
14. Валов В. М. Пути использования воздухопроницаемых ограждающих конструкций в животноводческих зданиях / В. М. Валов // Вопросы механизации животноводства в Западной Сибири : сб. тр. ОмСХИ. Омск, 1983. - С. 37-43.
15. Валов В. М. Температурно-влажностный режим ограждающих конструкций зданий при фильтрации воздуха : учеб. пособие / В. М. Ч:УВалов; Г; А: Пахотам - Омск : СибАДИ, 1982.-95с.
16. Валов В. М. Теплофизические основы проектирования тонкостенных оболочек с воздухопроницаемым слоев утеплителя / В. М. Валов, А. Д. Кривошеий //Изв. вузов. Строительство.-1994.-№12.-С.102-113.
17. Васильев Б. Ф. Натурные исследования температуро-влажностного режима жилых зданий / Б. Ф. Васильев. - Москва : Гостройиздат, 1957. 210 с.
18. Власов О. Е. Основы строительной теплотехники : к курсу отопления и вентиляции / О. Е. Власов. - Москва : Изд-во ВИА РККА, 1938. - 94 с.
19. Гагарин В. Г. Учет продольной фильтрации воздуха при оценке теплозащиты стены с вентилируемым фасадом / В. Г. Гагарин, В. В. Козлов, А.
B. Садчиков // Промышленное и гражданское строительство. -2005.-№6.-С. 42¬45.
20. Гагарин В. Г. О влиянии продольной фильтрации воздуха на теплозащиту стен с вентилируемым, фасадом /В. Г. Гагарин, В., В., Козлов, А. В. Садчиков // Строй-Профиль. - 2005. - № 6(44). - С. 34-36.
21. ГОСТ 26254-84. Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. - Введ. 1985-01-01. - Москва: Изд-во стандартов, 1985. - 24 с.
22. ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. - Введ. 1999-03-01. - Москва: Изд-во стандартов,
1999. - 14 с. 22.
23. ГОСТ 12.3.018-79. Системы вентиляционные. Методы аэродинамических испытаний. - Введ. 1981-01-01. - Москва: Изд-во стандартов, 1979. - 11 с.
24. ГОСТ 12.1.005-88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - Взамен ГОСТ 12.1.005-76; введ. 01.01.89. Москва: Изд- во стандартов, 1991. - 75 с.
25. ГОСТ 31167-2009. Здания и сооружения. Методы определения воздухопроницаемости ограждающих конструкций в натурных - условиях. - Введ. 2011 -03-01 - Москва Стандартинформ. 2011.
26. ГОСТ 26629-85. Здания и сооружения. Метод тепловизионного контроля, качества теплоизоляции ограждающих конструкций. - Введ. 1986-07¬01.- Москва : Изд-во стандартов, 1986. - 14 с.
27. Дружинин Н. И. Метод электродинамических аналогий и его приложение при исследовании фильтрации / Н. И. Дружинин. - Москва: Госэнергоиздат, 1956. - 346 с.
28. Жмарин Е. Н. Технология будущего - строительство облегчённых зданий и сооружений с применением термопрофилей и лёгких балок / Е. Н. Жмарин // Стройпрофиль. - 2004. - № 5(35). - С. 83.
29. Избаш С. В. Основы гидравлики / С. В. Избаш. - Москва: Стройиздат,
1952. -424 с.
30. Илькевич К. Я. Строительные вяжущие вещества / К. Я. Илькевич. Москва, 1915.
31. Калядин Ю. А. Аналитический метод расчета температурного режима стен с учетом фильтрации воздуха / Ю. А. Калядин // Сборник науч. тр. / НИИМОССТРОЙ. - Москва, 1966. - Вып. 3. - С. 156-167.
32. Калядин Ю. А. Исследование влияния внутренней фильтрации воздуха на температурный режим наружных стеновых панелей, утепленных воздухопроницаемыми материалами: автореф. дис. канд. техн. наук / Ю. А. Калядин. - Москва, 1966. - 20 с.
33. Калядин Ю. А. Исследование воздухопроницаемости некоторых теплоизоляционных материалов / Ю. А. Калядин // Сборник науч. тр. / НИИМОССТРОЙ. - Москва, 1969.
34. Калядин Ю. А. Методы учета влияния внутренней фильтрации воздуха
на теплотехнические свойства наружных стен, утепленных
воздухопроницаемыми материалами / Ю. А. Калядин // Сборник науч. тр / НИИМОССТРОЙ. - Москва, 1966. - Вып. 3. - С. 147-155.
35. Калядин Ю. А. Теплотехнический расчет наружных стен утепленных воздухопроницаемыми материалами / Ю. А. Калядин // Сборник науч. тр./НИЙМОССТРОЙ.- Москва, 1969.
36. Козлов В. В. Метод инженерной оценки влажностного состояния современных ограждающих конструкций с повышенным уровнем теплозащиты при учете паропроницаемости, влагопроводности и фильтрации воздуха: автореф. дис. канд. техн. наук / В. В. Козлов. Москва, 2004.
37. Кривошеий А. Д. Производственные сельскохозяйственные здания с
воздухопроницаемыми ограждающими конструкциями: теплотехнические
основы проектирования: дис. канд. техн. наук / А. Д. Кривошеий. - Омск, 1993. - 200 с.
38. Кузьменко Д. В. Ограждающая конструкция на базе легких стальных конструкций / Д. В. Кузьменко // Строительные материалы. - 2009. - № 4.-С. 2-4.
39. Кузьменко Д. В. Ограждающая термопанель с каркасом из термопрофилей /, Д. В. Кузьменко // Жилищное строительство. - 2009. №4.-С 2¬4.
40. Кузьменко Д. В. Ограждающие конструкции «нулевой» толщины для каркасных зданий / Д. В. Кузьменко, Н. И. Ватин // Инженерностроительный журнал. - 2008. - № 1. - С. 13-21.
41. Кузьменко Д. В. Новый тип ограждающий конструкции - термопанель / Д. В. Кузьменко, Н. И. Ватин // Стройпрофиль. - 2008. - № 6(68). - С. 56.
42. Лейбензон Л. С. Движения природных жидкостей и газов в пористой среде / Л. С. Лейбензон // Москва : ОГИЗ, 1947. - 244 с.
43. Лыков А. В. Теоретические основы строительной теплофизики / А. В. Лыков. - Минск : Изд-во АН БССР, 1961. - 519 с.
44. Лыков А. В. Теория переноса энергии и вещества / А. В. Лыков, Ю. А. Михайлов. - Минск: Изд-во АН БССР, 1959. - 332 с.
45. Максимова М. В. Прогнозирование запыления воздухопроницаемых ограждающих конструкций зданий: дис. канд. техн. наук / М. В. Максимова. - Омск, 2000. - 141 с.
46. Мачинский В.Д. Теплотехнические основы строительства / В.Д. Мачинский. - Москва: Госстройиздат, 1949. - 325 с.
47. Медведева Е. В. К расчету нестационарного температурного поля в наружных ограждениях зданий с учетом фильтрации воздуха / Е. В. Медведева, Н. А. Парфентьева, В. Н. Титов // Изв. вузов. Строительство и архитектура. - 1977. - № 11. - С. 144-148.
48. Павловский Н. Н. Собрание сочинений : в 2 т. - Москва : Изд-во АН СССР, 1956. - Т. 2: Движение грунтовых вод. - 771 с.
49. Патрашев А. Н. Гидромеханика / А. Н. Патрашев. - Москва : Воениздат,
1953. -719с.
50. Петриченко M. Т. Среднеквадратичное приближение кривой свободной поверхности в призматическом русле / М. Р. Петриченко // Труды СПбГТУ. - 1998. -№ 475 : Гидротехника, энергетика. - С. 140-146.
51. Петриченко М. Р. Экстремальные задачи для фильтрационных потоков / М. Р. Петриченко, В. Н. Бухарцев. - Saarbruken: Palmarium Academic Publishing, 2012.-84 с.
52. Петрянина Л. Н. Конструкции наружных стен зданий / Л. Н. Петрянина, О. Л. Викторова, О. В. Карпова : учеб. пособие. - Москва : Изд-во Ассоциации строит, вузов, 2006. - 119 с.
53. Полубаринова-Кочина П. Я. Теория движения грунтовых вод / П. Я. Полубаринова-Кочина. - Москва: ГТТИ, 1977. - 676 с.
54. Продольная фильтрация воздуха в современных ограждающих конструкциях / В. Г. Гагарин [и др.] // АВОК. - 2005. - № 8. - С. 60-70.
55. Савин В. К. Метод и методика расчета воздухопроницаемости ограждающих конструкций / В. К. Савин // Окна и двери: информ. бюллетень. -
2000. - № 6(39). - С. 34-36.
56. Соковишин Ю. А. Свободно-конвективный теплообмен: справ. / Ю.А. Соковишин, О. Г. Мартыненко. - Минск: Наука и техника, 1982. - 402 с.
57. Смирнов В.И. Курс высшей I математики А В: И. Смирнов.- Москва: Наука/1969.-Т. 32.-672 с.
58. СП 20.13330.2010. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85 / Госстрой СССР. - Взамен СНиП П-6-74 ; введ. 01.01.87. - Москва: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. 34 с.
59. СП 55.13330.2010 Дома жилые одноквартирные. Актуализированная редакция СНиП 31-02-2001. - Москва : Госстрой России, 2001.
60. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*. - М.: Госстрой России ФГУП ЦПП, 2008. - 70 с.
61. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. - М.: Госстрой России ФГУП ЦПП, 2006. - 26 с.
62. СП 60.13330.2010. Отопление, вентиляция и кондиционирование. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003.; Москва, 2004.
63. Титов В. П. Теплотехнический расчет наружных ограждений зданий учетом воздухопроницания: дис. канд. техн. наук / В. П. Титов. Москва, 1962.¬185 с.
64. Титов В. П. Теплотехнический расчет наружных стен с учетом инфильтрации воздуха / В. П. Титов // Изв. вузов. Строительство и архитектура. - 1962. - № 3. - С. 137-147.
65. Ушков Ф. В. Влияние воздухопроницаемости на теплозащиту стен / Ф. В. Ушков // Строительная промышленность. - 1951. - № 8. - С. 16-19.
66. Ушков Ф. В. Теплопередача ограждающих конструкций при фильтрации воздуха / Ф. В. Ушков. - Москва: Стройиздат, 1969. - 144 с.
67. Фокин К. Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий / К. Ф. Фокин. - Москва : Стройиздат, 1973. - 156 с.
68. Христианович С. А. О движении грунтовых вод, не следующих закону Дарси // Механика сплошной среды / С. А. Христианович. - Москва : Наука, 1981.-С. 302-326.
69. Цвяк А. Н. Разработка ограждающих конструкций с регулируемой воздухопроницаемостью: дис. „.канд. техн. Наук, А. Н. Цвяк, Омск: 2004.-136 с. ч
70. Бугаев Р. Р. Гидравлика / Р: Р. Чугаев. - Ленинград: Энергия, 1970-552с