WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


На правах рукописи

Хуторной Андрей Николаевич

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ НОВЫХ НЕОДНОРОДНЫХ НАРУЖНЫХ СТЕН ЗДАНИЙ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ИХ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ

05.23.03 – Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тюмень – 2009 РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В ТОМСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНОМ УНИВЕРСИТЕТЕ _________________________________________________________________________________________________________ Научный консультант доктор технических наук, профессор Цветков Николай Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Терехов Виктор Иванович доктор технических наук, профессор Моисеев Борис Вениаминович доктор технических наук, профессор Степанов Владимир Сергеевич Ведущая организация Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет

Защита состоится «12» марта 2009 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.272.01 в Тюменском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 625001, г. Тюмень, ул. Луначарского, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тюменского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан «___» ____________ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент Я.А. Пронозин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность работы. Проблема энергосбережения относится к приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники Российской Федерации. Особое место в решении данной проблемы отводится наружным стенам гражданских зданий, теплотехнические характеристики которых не обеспечивают требуемый уровень теплозащиты.

Обеспечить современные требования по приведенному сопротивлению теплопередаче наружных стен зданий, используя однослойные и однородные конструкции, при соблюдении приемлемых толщин не представляется возможным. Поэтому становится очевидным необходимость в разработке новых технических решений неоднородных наружных стен зданий из штучных элементов, бетонов и древесины с повышенными теплозащитными свойствами, особенно для районов с холодными климатическими условиями. При теплотехнических расчетах таких неоднородных ограждающих конструкций в первую очередь необходимо иметь достоверную информацию о закономерностях формирования в них полей температуры и тепловых потоков.

Эта необходимость определяет актуальность теоретико-экспериментальных исследований закономерностей нестационарного двумерного и трехмерного теплопереноса в неоднородных наружных стенах зданий с мало- и высокотеплопроводными включениями в виде утепляющих вставок, гибких связей, металлических профилей и деревянного каркаса. Такая информация даст возможность повысить точность теплотехнических расчетов ограждающих конструкций и, как следствие, уменьшить расход строительных материалов и изделий при возведении зданий без нарушения требований к теплотехническим показателям наружных стен.

Актуальность диссертационных исследований подтверждается выполнением их в рамках следующих госбюджетных тем: программы «Архитектура и строительство» (тема 2.3.12.1 – 1998–1999 гг. – «Разработка технологии проволочных коннекторов для наружных стен из штучных материалов и несъемных опалубок»,); гранта по фундаментальным исследованиям в области архитектуры и строительных наук (1999–2000 гг. – «Теоретическое обоснование и теплофизические испытания конструкций наружных стен из штучных материалов с использованием коннекторов»);

межотраслевой программы Министерства образования РФ (тема ТО2-01.2881 –2002–2003 гг. – «Алгоритмизация управления тепловыми процессами теплопроводности в составных телах при радиационно-конвективном подводе теплоты»); гранта Президента РФ для поддержки молодых российских ученых и ведущих научных школ (тема МК-1812.2003.08 – 2003–20гг. – «Исследование тепломассопереноса в плоских системах с попереч ными и продольными включениями»); ведомственной научной программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (код проекта №7756 – 2005 г. – «Развитие естественно-научных основ перспективных технологий строительства, реконструкции и ремонта наружных ограждающих конструкций зданий»); гранта Президента РФ для поддержки молодых российских ученых и ведущих научных школ (тема МК 5186.2006.8 – 2006–20гг. – «Развитие теории тепломассопереноса в неоднородных теплоэффективных наружных стенах зданий»); гранта Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 06-08-96916-р_офи – 2006–2007 гг. – «Развитие научных основ перспективных энергосберегающих технологий строительства и реконструкции наружных ограждений деревянных зданий»); государственного контракта № 4808р/7038 от 16 января 2007 г. – «Разработка клееных деревянных ограждающих конструкций с улучшенными теплозащитными свойствами для элитного домостроения».

Объектом исследования являются неоднородные наружные стены зданий из штучных элементов, бетонов и древесины с мало- и высокотеплопроводными включениями.

Предметом исследования является тепловлажностное состояние и закономерности формирования температурных полей и тепловых потоков в неоднородных наружных стенах зданий из штучных элементов, бетонов и древесины с мало- и высокотеплопроводными включениями.

Целью работы является развитие теоретических основ и создание методологии расчета и прогнозирования теплозащитных свойств перспективных неоднородных наружных стен зданий из штучных элементов, бетонов и древесины.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) разработать методологию создания оптимальной ограждающей конструкции, удовлетворяющей прочностным, теплотехническим, технологическим, экологическим, экономическим и архитектурно-эстетическим требованиям;

2) разработать перспективные технические решения неоднородных наружных стен зданий из штучных элементов, бетонов и древесины;

3) провести экспериментальные исследования надежности крепления гибких металлических и стеклопластиковых связей в кладочном растворе кирпичной кладки;

4) разработать физико-математические модели нестационарного теплопереноса в перспективных неоднородных наружных стенах зданий с мало- и высокотеплопроводными включениями;

5) разработать математическую модель и выполнить численное исследование процессов нестационарного тепловлагопереноса в деревянных наружных стенах зданий;

6) провести теоретическое исследование закономерностей формирования полей температуры и тепловых потоков в неоднородных наружных стенах зданий в области расположения включений в широком диапазоне изменения их теплофизических и геометрических характеристик;

7) разработать средства измерения и методики по определению коэффициентов теплопроводности строительных материалов и изделий и локальных тепловых потоков через наружные ограждения;

8) провести экспериментальное исследование теплозащитных свойств разработанных новых технических решений неоднородных ограждающих конструкций из штучных элементов, бетонов и древесины с мало- и высокотеплопроводными включениями;

9) разработать пакеты прикладных программ для теплофизического обоснования и прогнозирования теплозащитных свойств неоднородных наружных стен зданий;

10) усовершенствовать инженерную методику расчета приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных наружных стен зданий с фасадными системами утепления на гибких связях, металлических профилях и на деревянном каркасе.

Методы исследований. Физическое и математическое моделирование физических процессов; системный подход и оптимизация; многовариантные расчеты; сравнительный анализ; экспериментальные исследования в климатической камере объемом 58 м3 с использованием современного оборудования и приборов неразрушающего контроля.

Научная новизна исследований заключается в развитии теоретических положений тепломассопереноса применительно к новым техническим решениям неоднородных наружных стен зданий, что конкретизируется следующим.

1. Разработан методологический подход создания перспективных неоднородных наружных ограждающих конструкций зданий на основе решения задач тепломассопереноса с использованием информационных технологий при обеспечении прочностных, технологических, экологических, экономических и архитектурно-эстетических требований.

2. Предложены новые технические решения неоднородных наружных стен зданий из штучных элементов, бетонов и древесины, позволяющие обеспечить требуемый уровень теплозащиты при минимальной толщине и массе.

3. На основе результатов численного и экспериментального исследования двумерного и трехмерного теплопереноса в неоднородных стенах с мало- и высокотеплопроводными включениями постоянного поперечного сечения выявлены новые закономерности формирования температурных полей и тепловых потоков:

– в неоднородной стене с включением распределение перепадов температуры между температурами на оси включения и температурами вне зоны его влияния в направлении теплового потока имеет два экстремума, расположенных в плоскостях (на линиях), ограничивающих толщину утепляющего слоя или диаметр утепляющей вставки;

– зона влияния металлического коннектора диаметром 0,004 м на температурное поле стены не превышает 0,06 м, а металлического профиля толщиной 0,0015 м и деревянного бруска каркаса толщиной 0,05 м не превышает 0,1 м;

– трансмиссионный тепловой поток в разных сечениях по длине включения переменен и имеет один экстремум, причем для высокотеплопроводных включений в точке экстремума он максимальный, а для малотеплопроводных включений – минимальный.

4. Установлено, что тепловые потери через наружные стены при одинаковой толщине утепляющего слоя в фасадной системе утепления на металлических профилях меньше, чем в случае использования деревянного каркаса (для климатических условий г. Томска при утеплении керамзитобетонной стены эта разница достигает более 26 %).

5. Установлено, что для условий Западной Сибири при равновеликих площадях поперечных сечений утеплителя и древесины теплозащитная эффективность утепленного бруса более чем на 15 % выше утепленного бревна.

6. На основе результатов численного исследования совместного тепловлагопереноса в брусчатой стене за пятилетний цикл ее эксплуатации установлено, что неучет термовлагопроводности приводит к изменению среднего влагосодержания стены до 10 %.

7. Усовершенствована методика расчета приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных наружных стен зданий, утепленных фасадными системами с включениями в виде гибких связей, металлических профилей и деревянного каркаса, путем введения поправочных коэффициентов, определенных для различных геометрических и теплофизических характеристик материалов конструкций.

Достоверность основных положений и выводов подтверждается достаточной их обоснованностью, правомерностью сделанных допущений и обеспечена:

– тестированием программных модулей путем сравнения результатов численного решения с известными аналитическими решениями для стационарного теплопереноса;

– сопоставлением результатов, полученных численным методом, с результатами экспериментов;

– применением современных методов и средств расчета, приборов и научного оборудования с необходимым объемом статистики, обеспечивающих достаточный уровень надежности результатов математического моделирования, экспериментальных исследований и измерения теплофизических свойств материалов;

– отсутствием в полученных результатах противоречий с общепризнанными теоретическими представлениями.

Теоретическая значимость полученных результатов заключается в развитии положений о закономерностях теплопереноса в неоднородных наружных стенах зданий с мало- и высокотеплопроводными включениями и научном обосновании методики расчета приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных наружных стен зданий с фасадными системами утепления на гибких связях, металлических профилях и на деревянном каркасе.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

– разработаны новые технические решения неоднородных наружных стен зданий из штучных элементов, бетонов и древесины, позволяющие обеспечить требуемый уровень теплозащиты при минимальной толщине и массе;

– доказано, что с теплотехнической точки зрения использование систем фасадного утепления на металлических профилях более выгодно по сравнению с системами фасадного утепления на деревянном каркасе;

– усовершенствована методика инженерного расчета приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных наружных стен зданий с системами фасадного утепления на гибких связях, металлических профилях и на деревянном каркасе;

– разработана конструкция тепломера, позволяющая снизить влияние осевой теплопроводности и повысить чувствительность преобразователя теплового потока;

– разработаны пакеты прикладных программ для теплофизического обоснования и прогнозирования теплозащитных свойств неоднородных наружных стен зданий;

– разработаны таблицы поправочных коэффициентов, учитывающих перераспределение теплоты внутри неоднородных конструкций с системами фасадного утепления на металлических профилях и на деревянном каркасе;

– установлено, что усилия вырыва металлических коннекторов с изгибом их заделочной части на угол 90° из кладочного раствора кирпичной кладки составляют 5,7–6,4 кН;

– установлены зоны влияния высокотеплопроводных включений в виде коннекторов, металлических профилей и деревянных брусков каркаса на температурное поле стены.

Реализация результатов исследования. Основные положения работы и полученные результаты нашли отражение в Территориальных строительных нормах Томской области «Отопление, вентиляция и кондиционирование», в которых автор является одним из основных разработчиков и приняты к использованию следующими проектными и строительными организациями: Томским проектно-сметным бюро, «Энергострой», «Томпред», «Лесинвест», «Профлес», «Стройиндустрия 2000», «АКФЭС».

Использование в производстве патентов, рекомендаций и разработок диссертанта позволило подготовить: технические условия на клееный деревянный брус с утепляющими вставками; проектную документацию на устройство фасадных систем утепления для пяти жилых многоэтажных зданий в г. Томске.

Результаты исследований используются в курсовом и дипломном проектировании Томского государственного архитектурно-строительного университета и Алтайского государственного технического университета.

В Томском государственном архитектурно-строительном университете отдельные теоретические результаты включены в лекционные курсы «Строительная теплофизика» и «Тепломассообмен» для специальности 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция». Разработанные установки и приборы используются в лабораторных работах студентов и при выполнении энергетических обследований зданий жилого и общественного назначения.

На защиту выносятся:

– методология теплофизического обоснования и прогнозирования теплозащитных свойств ограждающих конструкций зданий на основе решения задач тепломассопереноса с использованием информационных технологий при обеспечении прочностных, технологических, экологических, экономических и архитектурно-эстетических требований.

– новые технические решения неоднородных наружных стен зданий из бетонов и древесины с повышенными теплозащитными свойствами;

– физико-математические модели нестационарного двумерного и трехмерного теплопереноса в неоднородных наружных стенах зданий с повышенными теплозащитными свойствами;

– закономерности формирования полей температуры и плотностей тепловых потоков в зонах влияния мало- и высокотеплопроводных включений в наружных стенах зданий;

– обоснование надежности крепления металлических и пластиковых коннекторов в кладочном растворе кирпичной кладки;

– расчетные зависимости для определения приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных наружных стен зданий с мало- и высокотеплопроводными включениями.

Пути дальнейшей реализации работы связаны с организацией производства по выпуску тонкостенных полиэтиленовых труб с пенополиуретановой тепловой изоляцией для использования в малоэтажном монолитном домостроении и организацией производства по выпуску клееного деревянного элемента и бруса на его основе для коттеджного строительства и возведения мансард при реконструкции зданий.

Апробация работы в виде докладов и обсуждений основных положений и результатов исследования проходила на следующих семинарах и конференциях: на Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительного материаловедения» (г. Томск, 1998 г.);

на научно-технической конференции «Архитектура и строительство. Наука, образование, технологии, рынок» (г. Томск, 1999 г.); на Международной научно-технической конференции «Проблемы международного сотрудничества в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды» (г. Хаммамет, 2000 г.); на Всероссийском совещании «Энергосбережение и энергетическая безопасность регионов России» (г. Томск, 2000 г.); на I всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Материалы и технологии XXI века» (г. Бийск, 2000 г); на научнотехнической конференции «Архитектура и строительство. Наука, образование, технологии, рынок» (г. Томск, 2002 г.); на Международной научнопрактической конференции «Архитектура, строительство, экология» (г. Барселона, 2002 г.); на Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы архитектуры и строительства» (г. Майорка, 2003 г.); на Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы архитектуры и строительства» (г. Лимассол, 2003 г.); на VIII международной научно-практической конференции «Качество – стратегия XXI века» (г. Томск, 2003 г.); на XXVII сибирском теплофизическом семинаре (г. Москва–Новосибирск, 2004 г.); на Международной конференции «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии» (г. Томск, 2004 г.); на Международной конференции «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии» (г. Горно-Алтайск, 2004 г.); на региональной научно-методической конференции «Проблемы инженерного образования» (Томск, 2004 г.); на Международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции» (г. Москва, 2005 г.); на научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительства и экологии в Западной Сибири» (г. Тюмень, 20г.); на V всероссийской конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (г. Томск, 2006 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» (г. Тюмень, 2006 г.); на научно-технической конференции «Строительная физика в XXI веке» (г. Москва, 2006 г.).

Работа в полном объеме докладывалась в Институте теплофизики СО РАН (г. Новосибирск), Томском, Новосибирском, Тюменском и Нижегородском государственных архитектурно-строительных университетах, Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (г. Омск), Иркутском ГТУ, Восточно-Сибирском ГТУ (г. Улан-Удэ), Якутском государственном университете им. Аммосова, Институте физико-технических проблем Севера СО РАН (г. Якутск).

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликована 71 печатная работа, в том числе 1 монография, 31 статья (13 статей из перечня ВАК, 4 статьи в журнале «ИФЖ»), 27 публикаций в виде материалов конференций и тезисов докладов, 2 свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ и 10 патентов на полезные модели.

Личный вклад автора заключается в создании методологии теплофизического обоснования неоднородных наружных стен зданий, разработке новых технических решений неоднородных наружных стен зданий из бетонов и древесины, построении физико-математических моделей тепломассопереноса, проведении теоретических и экспериментальных исследований, в анализе и обобщении полученных результатов исследования, формулировке выводов и рекомендаций, разработке методики расчета приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных наружных стен зданий с мало- и высокотеплопроводными включениями.

Автор выражает благодарность за помощь в разработке алгоритмов и программ расчета д.ф.-м.н., профессору Кузину Александру Яковлевичу.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, выводов по диссертации, списка использованной литературы и приложения. Работа имеет общий объем 358 страниц текста, содержит 33 таблицы, 150 рисунков, список использованной литературы из 345 наименований и приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определена цель и задачи исследования, описана научная новизна полученных результатов и их практическая значимость.

В первой главе выполнен обзор современных несветопрозрачных ограждающих конструкций, выполненных из бетонов, штучных элементов и древесины с повышенными теплозащитными свойствами. Представлен анализ существующих способов инженерного расчета теплотехнических характеристик неоднородных наружных стен зданий с различными типами теплопроводных включений и анализ научных работ, посвященных исследованию закономерностей тепломассопереноса в наружных стенах зданий с мало- и высокотеплопроводными включениями. Существенный вклад в развитие этого направления внесли ученые К.Ф. Фокин, В.Д. Мачинский, О.Е. Власов, В.Н. Богословский, Р.Е. Брилинг, Ю.Я. Кувшинов, В.Г. Гагарин, А.Г. Перехоженцев, А.В. Лыков, В.И. Бодров, В.М. Ильинский, В.М. Валов, Ю.А. Матросов, А.И. Ананьев, А.Ф. Шаповал, Д.Ю. Хромец, Ю.А. Табунщиков, С.Н. Булгаков, М.М. Бродач, С.М. Кулагин, П.А. Ребиндер, В.И. Терехов, Ф.В. Ушков, Э.Р. Эккерт, Р.М. Дрейк, J.P. Brazel, O. Krisher, F.J. Norton, W.C. Thomas и многие другие.





Однако развитие строительной отрасли требует дальнейших исследований, направленных на разработку способов повышения теплоэффективности наружных стен существующих зданий, на обоснование и разработку новых конструкций с повышенными теплозащитными свойствами.

На кафедре теплогазоснабжения Томского государственного архитектурно-строительного университета разработаны новые технические решения неоднородных бетонных и деревянных брусчатых наружных стен зданий с утепляющими вставками (рис. 1).

а) б) 2 Патент №56430, 57311 Патент №49067, 470Рис. 1. Клееный деревянный брус (а) и керамзитобетонная неоднородная стена (б):

1 – древесина; 2 – утеплитель; 3 – керамзитобетон; 4 – герметик;

5 – влагонепроницаемая опалубка При анализе известных исследований, связанных с теплозащитными свойствами деревянных стен, выявлена необходимость дальнейшего углубления теории тепломассопереноса применительно к новым неоднород ным деревянным наружным ограждениям с использованием последних достижений теории тепловлажностной обработки различных сортов древесины, вклад в развитие которой внесли Г.С. Шубин, Б.Н. Уголев, И.В.

Кречетов, Б.С. Чудинов, J.P. Maclean, T. Maku, C.P. Hedlin.

Аналогичные выводы получены и для других новых технических решений неоднородных наружных стен зданий с мало- и высокотеплопроводными включениями.

Анализ методов исследования тепломассопереноса в сложных неоднородных системах показал, что в последнее время преимущественно используются методы математического моделирования, поскольку с быстрым развитием вычислительной техники появилась возможность создавать мощные программы, позволяющие проводить численные расчеты сложных неоднородных конструкций. Надежность таких расчетов определяется адекватностью физико-математических моделей, корректностью выбора физических параметров, определяющих закономерности тепло- и массопереноса в конструкциях. Адекватные математические модели для решения задач оптимизации, энергосбережения и проектирования в строительном комплексе могут быть реализованы только с помощью эффективных численных методов и быстродействующей компьютерной техники. Говоря о развитии численных методов решения многомерных задач тепло- и массопереноса, следует прежде всего отметить Н.Н. Яненко, А.М. Гришина, О.М. Алифанова, С.К. Годунова, В.Н. Берцуна, Д. Норри.

Проведенный анализ существующих физико-математических моделей тепло- и массопереноса в неоднородных наружных стенах зданий с включениями показал, что для корректного математического моделирования этих процессов в многослойных неоднородных наружных ограждениях необходимо повышать адекватность математических моделей. Это, в свою очередь, приводит к их разумному усложнению и необходимости развития эффективных численных технологий решения задач тепломассопереноса. Учет нестационарности и многомерности процессов тепло- и массопереноса в составных телах различной геометрической формы, являющихся элементами современных наружных ограждений, значительно усложняет математические модели и делает численные методы единственным способом их решения. Однако достоверность получаемых результатов расчета должна быть при этом подтверждена экспериментальными данными.

Выполненный анализ позволил обосновать цель и задачи исследования.

Во второй главе приведены физико-математические постановки задач нестационарного двумерного и трехмерного теплопереноса применительно к разработанным новым техническим решениям неоднородных наружных стен зданий из штучных элементов, бетонов и древесины с мало- и высокотеплопроводными включениями в виде гибких связей (коннекторов), металлических профилей и деревянного каркаса. Разработаны численные алгоритмы решения этих задач и исследованы закономерности формирования полей температуры и плотностей тепловых потоков в широком диапазоне варьирования теплофизических и геометрических параметров конструкций. Численный алгоритм решения задач теплопроводности основан на методе расщепления Н.Н. Яненко, а полученные в результате расщепления одномерные уравнения теплопереноса в однослойных и многослойных областях решаются эффективным итерационно-интерполяционным методом (ИИМ). Приведена разностная схема ИИМ и выражения для плотностей тепловых потоков на внутренней и наружной поверхностях ограждающих конструкций.

Исследовался теплоперенос через плоскую неоднородную систему с малотеплопроводным включением, состоящую из стенового материала 1 с осевым отверстием, заполненным утеплителем 2 (рис. 2). Форма стенового материала и утеплителя – прямые параллелепипеды, поперечные сечения которых – прямоугольники со сторонами 1 и 2 соответственно. Известны теплофизические характеристики (ТФХ) материалов системы ( i, i, сi, i =1, 2 ), зависящие в общем случае от координат и времени, ее геометрические размеры, температуры наружной (tg,e) и внутренней (tg,ins) сред и коэффициенты теплоотдачи на наружной ( w ) и внутренней ( 0 ) поверхностях ограждения.

Адиабатные y условия Yк tg,ins tg,e Y 0 w Y x XX1 Xк Адиабатные условия Рис. 2. Схема поперечного сечения неоднородного фрагмента стены:

1 – стеновой материал; 2 – утеплитель Теплоперенос в поперечном сечении неоднородного фрагмента стены в областях 1 и 2 в общем случае описывается двумерными нелинейными нестационарными уравнениями теплопроводности в декартовой системе координат ti ti ( c)i ti = + , i =1, 2. (1) i i x x y y Система уравнений (1) замыкается начальными и граничными условиями t = tin (x, y); (2) =t- 1 x=0 = 0 (tg,ins - t0); (3) x t1 x= X к = w(tg,e - tw); (4) x t= 0 ; (5) y=y t= 0 ; (6) y=Yк y t1 tt1 x= X1 =t2 x= X1, 1 x= X1 = 2 x= X1, Y1 y Y2 ; (7) x x t1 tt1 x= X 2 =t2 x= X 2, 1 x= X 2 = 2 x= X 2, Y1 y Y2 ; (8) x x t1 tt1 y=Y1 = t2 y=Y1, 1 y=Y1 = 2 y=Y1, X1 x X ; (9) y y t1 tt1 y=Y2 =t2 y=Y2, 1 y=Y2 = 2 y=Y2, X1 x X. (10) y y На рис. 3–5 представлены типичные результаты численного исследования нестационарного двумерного теплопереноса на примере деревянного утепленного бруса с продольной утепляющей вставкой при следующих исходных данных: материал бруса – сосна, бс = 0,2 м, дс = = 0,14 Вт/(мК), сдс = 2300 Дж/(кгК), дс = 500 кг/м3, ут = 0,1 м, ут = = 0,029 Вт/(мК), сут = 1470 Дж/(кгК), ут = 40 кг/м3, tg,e = - 40 °С, tg,ins = = 20 °С, tin = 20 °С, w = 23 Вт/(м2К), 0 = 8,7 Вт/(м2К).

Как видно из рис. 3, 4, наибольшее возмущение температурного поля происходит на границах контакта внутреннего (x = 0,05 м) и внешнего (x = 0,15 м) слоев бруса с утеплителем. После выхода системы на стацио нарный режим теплопередачи (кривая 3 на рис. 4) распределение перепадов температуры между температурами на оси малотеплопроводного включения и температурами вне зоны его влияния в направлении теплового потока имеет два экстремума, расположенных в плоскостях, ограничивающих толщину утепляющей вставки.

y, м 12,0,0,-25, -17,0,-10,5,0-2,-32,0,0,0,00 0,04 0,08 0,12 0,16 x, м Рис. 3. Изотермы в поперечном сечении утепленного бруса в конечный момент времени к = 168 ч tY, С 2 -2 --0,00 0,05 0,10 0,15 0, x, м Рис. 4. Перепад температур tY =t(Yк, x)-t(Yк 2, x) для утепленного (1-3) и однородного (4) брусьев в различные моменты времени , ч:

1 – 12; 2 – 24; 3, 4 – 1 На рис. 5 представлены графики распределения плотностей тепловых потоков в поперечном сечении бруса. Линия 1 построена для однородного бруса. Кривая 4 характеризует распределение плотностей теплового потока в стационарном режиме теплопередачи в неоднородном брусе и имеет минимум в центре фрагмента, что обусловлено влиянием утепляющей вставки.

qx, Вт/м 15 0,00 0,05 0,10 0,15 0, x, м Рис. 5. Распределения плотностей тепловых потоков по x в сечении y = Yк/2 для однородного (1) и утепленного (2-4) брусьев в различ- ные моменты времени , ч: 1, 4 – 168; 2 – 12; 3 – Таким образом, совместный анализ рисунков 4, 5 позволил установить, что в центре неоднородного фрагмента стены в утепляющей вставке располагается сечение с минимальным значением трансмиссионной теплоты, до которого основная часть теплоты отводится от плоскости симметрии утеплителя в область, расположенную между утепляющими вставками, а после этого сечения наблюдается обратный процесс.

Исследовался теплоперенос в радиальном сечении деревянного бревна с малотеплопроводным включением (цилиндрическая утепляющая вставка), являющегося составной частью наружного стенового ограждения с изменяющейся по окружной координате тепловой нагрузкой на границе r () (рис. 6). Форма однородного бревна и утеплителя – прямые соосные цилиндры с радиусами r1 и r2. В нижней части бревна имеется вырез, обусловленный технологическими условиями сборки бревенчатой стены.

Известны радиусы бревна и утеплителя, расстояние между центрами О и О1 поперечных сечений соседних бревен HОО 1, теплофизические характеристики древесины и утеплителя ( r,i, ,i, i, сi, i =1, 2 ), зависящие в общем случае от температуры. На внешней (CD) и внутренней (AB) границах радиального сечения бревна выполняются граничные условия третьего рода, на линиях AD и BC - условия адиабатичности. Заданы температуры внешней и внутренней сред, коэффициенты теплоотдачи на наружной и внутренней поверхностях бревна.

Адиабатные условия В С tg,ins r2 r1 tg,e O Рис 0 w s А D HОО М Адиабатные O1 r2 условия Рис. 6. Схема радиального сечения утепленного бревна:

1 – древесина; 2 – утеплитель Координата границы верхнего бревна r () в нижней его части в месте стыка с нижним бревном по линии AD является переменной величиной, зависящей от угла . Угол s, длина радиус-вектора ОМ произвольной точки М на линии AD с углом [-s,s ], r() и площадь поперечного сечения бревна Fбв определялись из геометрических соображений.

Теплоперенос в радиальном сечении утепленного бревна описывается нелинейными двумерными уравнениями теплопроводности для однородного бревна и утеплителя в цилиндрической системе координат 1 ti 1 ti r (c)i ti = + ,i , i =1,2, (11) r,i r r r r2 с начальными и граничными условиями ti =0 = tin (r,), i =1,2 ; (12) tr,1 = w(tg,e -tw), s - s ; (13) r r =r tr,1 = 0 (tg,ins - t0), + s 2 - s ; (14) r r =r t= 0, ( 2 - s < < s ) ( - s < < + s ); (15) r r =r t2 r =0 = f (); (16) ti =0 = ti =2, i = 1, 2; (17) t1 tt1 r =r = t2 r =r, r,1 = r,2. (18) 2 r r r =r r =r 2 В рамках рассматриваемой постановки задачи нестационарного теплопереноса в неоднородном бревне, ввиду переменности тепловой нагрузки по обводу, условие симметрии в точке r = 0 не выполняется. Замена этого условия граничным условием четвертого рода при расчете температуры насквозь через центр по всему диаметру также недостаточно корректна ввиду зависимостей, получаемых в этой точке температур от направления диаметра. Поэтому для определения температуры в центре был разработан специальный итерационный алгоритм, основанный на решении на каждом временном слое уравнения теплового баланса для элементарного цилиндра с осью r = 0 и радиусом поперечного сечения, значительно меньшим радиуса бревна. Поступающий (уходящий) через боковую поверхность элементарного цилиндра тепловой поток расходуется на его нагревание (охлаждение), и полученная таким образом температура в центре бревна используется в качестве граничного условия первого рода при расчете температуры в направлении r для разных .

На рис. 7 представлены результаты расчета теплового состояния утепленного бревна. Расчеты выполнены при следующих исходных данных: rбв = 0,1 м, rут = 0,05 м, HОО 1 = 0,18 м, дс = 0,14 Вт/(мK), дс = о = 500 кг/м3, сдс = 2300 Дж/(кгК), tg,ins = 20 С; tg,e = - 40 °С; tin = = 20 °С; w = 23 Вт/(м2К), 0 = 8,7 Вт/(м2К). Материал древесины – сосна, утеплителя – пенополисторол и пенополиуретан с бльшей (кривая 2) и меньшей (кривая 3) теплопроводностью.

Как видно из рис. 7, увеличение толщины утеплителя приводит к уменьшению тепловых потоков. Это уменьшение более значительно для менее теплопроводных утеплителей. При этом видно, что теплозащитная эффективность утепленного бруса примерно на 15–20 % выше, чем утепленного бревна. Вертикальная штриховая кривая на рис. 7 показывает максимально возможное значение отношения радиусов rут/rбв, соответствую щее предельно допустимым нагрузкам на утепленные деревянные конструкции.

Qн, Вт 8 rут/rбв 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,Рис. 7. Тепловые потоки через утепленное бревно (сплошные кривые 1–3) и утепленный брус (штриховая кривая 2) в зависимости от отно- шения радиусов утеплителя и бревна:

1 – ут = 0,06 Вт/(мK); 2 – ут = 0,04 Вт/(мK); 3 – ут = 0,029 Вт/(мK);

кривые 2 получены для равновеликих площадей утеплителя и древесины В работе выполнено исследование закономерностей нестационарного двумерного теплопереноса в неоднородных наружных стенах зданий с высокотеплопроводными включениями в виде коннекторов.

Плоская трехслойная система состоит из внутреннего и наружного слоев ограждения, а средний слой – утеплитель (рис. 8). Концы коннектора заделаны во внутренний и наружный слои ограждения. Заданы геометрические размеры слоев ограждения и коннектора. Известны теплофизические характеристики материалов стены ( , , сi, i =1,4 ), зависящие в i i общем случае от температуры. Индексы 1–3 характеризуют внутренний, средний и наружный слои ограждения, а индекс 4 – коннектор. Заданы температуры наружной и внутренней сред, а также коэффициенты теплоотдачи на наружной и внутренней поверхностях ограждения. Вне зоны влияния коннектора известен профиль температуры по толщине ограждения, полученный из аналитического решения одномерной стационарной задачи теплопроводности. Начало координат расположено на внутренней поверхности стены. Ось x направлена по нормали к стене, ось r – вдоль внутренней поверхности стены. Ось коннектора совпадает с осью x.

При численном решении математическую область определения задачи {0 x , 0 r < , 0 к} заменяем замкнутой расчетной об- r Rк tg,ins tg,e 1 0 w r0 X1 XX3 X4 Xк x Рис. 8. Схема трехслойного наружного ограждения с коннектором:

1–3 – внутренний, средний и наружный слои ограждения;

4 – коннектор ластью D{0 x Xк, 0 r Rк, 0 к}. Расчетную геометрическую область разбиваем на четыре подобласти: 1–3 – это внутренний, средний и наружный слои стены без коннектора, 4 – коннектор.

Теплоперенос в каждой из рассматриваемых подобластей описывается двумерным нелинейным нестационарным уравнением теплопроводности в цилиндрических координатах ti 1 ti t i (c) = , i = 1,4, x,r, D. (19) i r i + i r r r x x Система уравнений (18) замыкается начальными и граничными условиями:

ti =0 = tin(x), x D, i = 1,4 ; (20) t- 1 = 0(tg,ins - t0), 0 r Rк ; (21) x x=t 3 = w (tg,e - tw), 0 r Rк ; (22) x x= X к ti = 0, i =1,3,4, 0 x Xк ; (23) r r =ti = 0, i =1,3, 0 x Xк ; (24) r r =R к t1 t t1 x= X1 = t, 1 = , 0 r r4 ; (25) 4 x= Xx x x= X1 x= Xt tt4 x= X = t, = , 0 r r4 ; (26) 3 4 4 x= X 4 x x x= X x= X 4 t1 t t1 x= X = t, 1 = 2 2, r4 r Rк ; (27) x= X 2 2 x x x= X x= X 2 t tt = t, = , r4 r Rк ; (28) 2 3 x= X x= X3 3 x x x= X3 x= X t tt = t1 r =r, = 1, X1 x X ; (29) 4 4 r =r 4 4 r r r =r4 r =rt t 4 t = t2 r =r, = , X2 x X3 ; (30) 4 4 r =r 4 r r r =r4 r =r t tt = t 3 r =r, = , X3 x X, [0, ]. (31) 4 4 3 4 к r =r 4 r r r =r4 r =r На рис. 9, 10 представлены результаты численного исследования закономерностей двумерного теплопереноса в трехслойной кирпичной стене с коннектором при следующих исходных данных: в.с = н.с = 0,8 Вт/(мK), в.с = н.с = 1800 кг/м3, св.с = сн.с = 880 Дж/(кгК), X1 = 0,325 м, X2 = 0,38 м, X3 = 0,53 м, X4 = 0,585 м, Xк = 0,65 м, Rк = 0,2 м, rкон = 0,002 м, 0 = 8,7 Вт/(м2К), w = 23 Вт/(м2К), tg,ins = 20 °С, tg,e = – 40 °С, к = 240 ч.

На рис. 9 показано влияние ТФХ материала коннектора на распределение перепадов температур t = t (x,r) - t (x,r) в различных R r = r = сечениях x. Кривая 1 соответствует коннектору, выполненному из арматурной стали (кон = 58 Вт/(мK), кон = 7850 кг/м3, скон = 482 Дж/(кгК)), кривая 2 – коннектору из нержавеющей стали (кон = 20 Вт/(мK), кон = 5000 кг/м3, скон = 800 Дж/(кгК)), кривая 3 – коннектору из углепластика (кон = 0,55 Вт/(мK), кон = 1350 кг/м3, скон = 1062 Дж/(кгК)).

Из рис. 9 видно, что наибольшие возмущения температурного поля происходят в плоскостях контакта внутреннего (x = 0,38 м) и внешнего (x = 0,53 м) слоев стены с утеплителем. Максимальное возмущение вносит коннектор, выполненный из арматурной стали, а минимальное – коннектор из углепластика.

tR, °С ---- х, м 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,Рис. 9. Распределение перепада температур tR = t(x,r) - t(x,r) в r = r = в зависимости от теплопроводности коннектора кон, Вт/(мК):

1 – 58; 2 – 20; 3 – 0,Распределение перепадов температуры, как и в случае с малотеплопроводными включениями (см. рис. 4), между температурами на оси коннектора и температурами вне зоны его влияния в направлении теплового потока имеет два экстремума, расположенных в плоскостях, ограничивающих толщину утепляющего слоя (рис. 9).

Расчет плотностей тепловых потоков в направлении x по формуле Qx(x) = (x,r)ds q x Fкон позволил определить количество теплоты, проходящее через радиальное сечение ограждения с площадью, равной площади радиального сечения коннектора Fкон, в функции координаты x для коннекторов из арматурной стали с двумя разными радиусами (рис. 10). Видно, что трансмиссионный тепловой поток в разных сечениях по длине включения переменен и в центре коннектора имеет максимальное значение.

Таким образом, совместный анализ рис. 9, 10 позволил установить, что основная часть теплоты до сечения x = 0,45 м поступает в коннектор через его боковые поверхности и торец. Затем в зоне отрицательных температур теплота отводится от коннектора через его боковые поверхности и торец к материалам наружной стены, что говорит о перераспределении теплоты внутри конструкции.

Qx, Вт 0,0,0,0,0,0, 0, x, м 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,Рис. 10. Количество теплоты, проходящее через радиальное сечение ограждения с радиусом rкон для различных значений x в момент вре- мени = 240 ч:

1 – rкон = 2 мм, 2 – rкон = 4 мм Расчет перепадов температур tr = t (x, r)- t (x, r) позволил усr = тановить, что зона влияния на температурное поле стены коннектора диаметром 4 мм, выполненного из нержавеющей стали, составляет около 0,03 м, а такого же коннектора из арматурной стали – примерно 0,06 м.

В работе выполнено исследование закономерностей нестационарного трехмерного теплопереноса в неоднородных наружных стенах зданий при совместном использовании мало- и высокотеплопроводных включений.

Расчетный фрагмент состоит из стенового материала 1 с вертикальным отверстием, заполненным утеплителем 4, утеплителя фасадной системы утепления 2 и обшивки 3 (рис. 11). Стеновой материал с обшивкой соединен металлическим профилем 5. Форма стенового материала, внутреннего утеплителя, металлического профиля, утеплителя фасадной системы утепления и обшивки – прямые параллелепипеды, поперечные и продольные сечения которых в общем случае представляют собой разносторонние прямоугольники. Известны теплофизические характеристики материалов системы ( i, i, сi, i =1,5 ), зависящие в общем случае от температуры, геометрические размеры системы, температуры наружной и внутренней сред, коэффициенты теплоотдачи на наружной и внутренней поверхностях ограждения.

Теплоперенос в неоднородном фрагменте стены описывается в декартовой системе координат системой пяти нелинейных нестационарных трехмерных уравнений теплопроводности z Zк Zy ZYк Y Y х 0 X2 X3 XX1 Xк Рис. 11. Схема неоднородного фрагмента стены с металлическим профи- лем (деревянным каркасом):

1 – стеновой материал; 2 – утеплитель фасадной системы утепления;

3 – обшивка; 4 – внутренний утеплитель; 5 – металлический профиль (деревянный каркас) ti ti ti (c)i ti = + i +, i = 1,5, (32) i i x x y y z z с начальными и граничными условиями ti =0= tin(x, y, z), i =1,5, x, y, z{0 x Xк,0 y Yк,0 z Zк}; (33) - x,1 t1 x=0 = 0 (tg,ins - t0), y, z{0 y Yк, 0 z Zк}; (34) x t = w (tg,e - tw), y, z{0 y Yк, 0 z Zк}; (35) x= Xк x,x На внешних границах расчетной области D {0 x Xк, 0 y Yк, 0 z Zк} при x = 0 и x = Xк используются граничные условия третьего рода (34), (35); при y = 0, y = Yк и z = 0, z = Zк заданы условия симметрии.

На внутренних плоскостях расчетной области в местах стыка фрагментов из различных материалов использовались граничные условия четвертого рода.

Численное исследование теплового состояния проводилось для неоднородной керамзитобетонной стены с системой фасадного утепления на металлических профилях и на деревянном каркасе при следующих исходных данных: tg,ins = 20 С, tg,e = - 40 С, 0 = 8,7 Вт/(м2K), w = 23 Вт/(м2K);

кб = 0,92 Вт/(мK), кб = 1800 кг/м3, скб = 840 Дж/(кгК), ут.с = = 0,03 Вт/(мK), ут.с = 28 кг/м3, сут.с = 1340 Дж/(кгК), н.с = 0,55 Вт/(мK), н.с = 1350 кг/м3, сн.с = 1062 Дж/(кгК), ут = 0,05 Вт/(мK), ут = 45 кг/м3, сут = 1470 Дж/(кгК), пр = 58 Вт/(мK), пр = 7850 кг/м3, спр = 482 Дж/(кгК), X1 = 0,2 м, X2 = 0,3 м, X3 = 0,4 м, X4 = 0,5 м, Xк = 0,510 м, Y1 = 0,12425 м, Y2 = 0,12575 м (для металлического профиля), Y1 = 0,1 м, Y2 = 0,15 м (для деревянного каркаса), Yк = 0,250 м, Z1 = 0,075 м, Z2 = 0,175 м, Zк = 0,250 м.

Анализ полученных результатов расчета подтверждает установленные ранее закономерности теплопереноса в стенах с мало- и высокотеплопроводными включениями, а именно указывает на наличие двух экстремумов перепадов температур в толще керамзитобетонного слоя стены, расположенных в горизонтальной плоскости, и двух экстремумов перепадов температур в фасадной системе утепления, но расположенных в вертикальной плоскости (рис. 12). Данное обстоятельство указывает на перераспределение теплоты внутри конструкции. Причем это перераспределение происходит более интенсивно внутри стены с металлическими профилями (кривая 1 на рис. 12).

t, Y °С ---x, м 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,Рис. 12. Перепад температур tY = t(x,Yк, Zк 2) - t(x,Yк 2, Zк 2) по тол- щине керамзитобетонного фрагмента с деревянным каркасом (2) и металлическим профилем (1) в конечный момент времени к = 168 ч Расчет перепадов температур t = t(X, y, Zк 2) - t(X,Yк 2,Zк 2) y 3 позволил установить, что зона влияния металлического профиля толщиной 0,0015 м и деревянного бруска каркаса толщиной 0,05 м на температурное поле стены не превышает 0,1 м.

Исследование теплозащитных свойств неоднородного керамзитобетонного фрагмента с фасадной системой утепления на металлических профилях и на деревянном каркасе показывает (рис. 13), что после выхода процесса теплопереноса на стационарный режим тепловые потоки через внутреннюю и наружную поверхности фрагмента уравниваются, что служит одним из подтверждений достоверности результатов расчетов.

Q2,, н Вт 1,8 1,1,1,1,0,0 30 60 90 120 150 , ч Рис. 13. Тепловые потоки через внутреннюю (2, 4) и наружную (1, 3) по- верхности керамзитобетонного фрагмента с деревянным каркасом (1, 2) и металлическими профилями (3, 4) Сравнительный анализ результатов расчета, представленных на рис. 13, показал, что тепловые потоки через расчетный фрагмент стены с фасадным утеплением на деревянном каркасе выше, чем тепловые потоки через этот же фрагмент стены, но с использованием высокотеплопроводного металлического профиля (для климатических условий г. Томска эта разница достигает более 26 %). Это объясняется большей площадью поперечного сечения (более чем в 30 раз) деревянного каркаса в сравнении с металлическим профилем и более интенсивным перераспределением теплоты внутри конструкции при использовании металлического профиля (см. рис. 12, кривая 1).

В третьей главе представлена методика и результаты экспериментальных исследований теплозащитных свойств неоднородных кирпичных, деревянных брусчатых и керамзитобетонных стен с мало- и высокотеплопроводными включениями в климатической камере объемом 58 м3. Испытание каждого опытного фрагмента проводилось после выхода конструкции на стационарный режим теплопередачи.

Для автоматической регистрации температуры и плотностей тепловых потоков использовался измерительный комплекс «Терем-4,0» производства НПП «Интерприбор» (г. Челябинск). Измерение температур осуществлялось с помощью хромель-копелевых и хромель-алюмелевых тер мопар, а для измерения плотностей тепловых потоков использовались преобразователи теплового потока производства НПП «Интерприбор».

Экспериментальные исследования теплозащитных свойств неоднородных наружных стен зданий с малотеплопроводными включениями в виде утепляющих вставок проведено на брусчатом и керамзитобетонном фрагментах стены.

Размеры опытного фрагмента брусчатой стены составляли 24002000160 мм. Стена складывалась из неоднородных утепленных брусьев с размерами поперечных сечений 160 мм (ширина) 180 мм (высота). В качестве утеплителя использовался пенопласт с размерами поперечного сечения 50 мм (ширина) 65 мм (высота).

Испытания проводились при температуре воздуха в теплом отсеке камеры 20,6 ± 0,2 С, а в холодном - минус 18,7 ± 0,2 °С. Термопары в брусе располагались как в плоскости симметрии утеплителя, так и в плоскости, расположенной между утепляющими вставками (рис. 14).

5 1 2 3 4 II 8 I 10 11 13 14 x, м 0,0 0,055 0,08 0,105 0,0,0275 0,13Рис. 14. Схема размещения термопар в брусе:

1–15 – номера и месторасположение точек, в которых производились измерения;

I и II – номера плоскостей В табл. 1 представлены результаты расчета и эксперимента по распределению температуры в толще брусчатой неоднородной стены, а также вычисленные и измеренные значения плотностей тепловых потоков.

Сопоставление результатов численного расчета плотности теплового потока через брусчатый фрагмент стены с экспериментальными значениями показало, что их отличие не превышает 10 %.

II I Таблица Результаты расчета и эксперимента по распределению температуры в толще брусчатой стены и локальных плотностей тепловых потоков Метод Численный Эксперимент исследования расчет Плоскость I II I II 0 18,1 17,9 18,0 ± 0,6 17,6 ± 0,0,0275 12,6 11,8 12,6 ± 0,5 11,7 ± 0,0,055 7,9 5,9 8,1 ± 0,5 5,9 ± 0,0,08 0,2 0,2 0,0 ± 0,6 0,1 ± 0,0,105 -7,5 -5,5 -8,0 ± 0,4 -5,8 ± 0,0,1325 -12,1 -11,4 -12,6 ± 0,7 -11,5 ± 0,0,16 -17,6 -17,5 -17,7 ± 0,3 -17,2 ± 0,Плотность теплового 21,2 22,0 ± 0,потока, Вт/мРазмеры опытного фрагмента керамзитобетонной стены составляли 20002000300 мм (рис. 15), для возведения которого использовалась керамзитобетонная смесь марки М100. В качестве утепляющих вставок использовались 7 тонкостенных полиэтиленовых труб, предварительно заполненных пенопластом.

I II 12120Рис. 15. Вид неоднородной керамзитобетонной стены в плане:

I и II – номера плоскостей Испытания проводились при температуре воздуха в теплом отсеке камеры 25,3 ± 0,7 С, а в холодном - минус 14,9 ± 0,6 °С. Термопары в стене, как и в случае с брусчатой стенкой, располагались как в плоскости симметрии утеплителя (плоскость I), так и в плоскости, расположенной между утепляющими вставками (плоскость II). В табл. 2 представлены результаты расчета и эксперимента по распределению температуры в толЗначения температур t, С Координаты x, м 3 ще керамзитобетонной неоднородной стены, а также вычисленные и измеренные значения плотностей тепловых потоков.

Таблица Результаты расчета и эксперимента по распределению температуры в толще керамзитобетонной стены и локальных плотностей тепловых потоков Метод Численный Эксперимент исследования расчет Плоскость I II I II 0 16,4 16,0 16,2 ± 0,4 15,9 ± 0,0,05 13,5 12,6 13,7 ± 0,4 12,5 ± 0,0,1 11,7 8,5 11,9 ± 0,5 8,5 ± 0,0,15 4,2 4,2 4,7 ± 0,4 5,1 ± 0,0,2 -3,0 0,2 -2,3 ± 0,4 1,0 ± 0,0,25 -4,9 -4,0 -4,2 ± 0,4 -3,1 ± 0,0,3 -7,7 -7,3 -7,6 ± 0,4 -7,4 ± 0,Плотность теплового 53,9 56,5 56,1 ± 2,7 59,7 ± 2,потока, Вт/мСопоставление результатов численного расчета плотности теплового потока через керамзитобетонный фрагмент стены с экспериментальными значениями показало, что их отличие не превышает 10 %.

Таким образом, сопоставительный анализ результатов численного и физического экспериментов для брусчатой и керамзитобетонной стены с внутренними утепляющими вставками показал их удовлетворительное согласие, что подтверждает адекватность предложенной физикоматематической модели нестационарного двумерного теплопереноса в декартовой системе координат и возможность при расчете конструкций со вставками, имеющими круглое поперечное сечение, производить их замену на равновеликое квадратное.

В работе выполнено экспериментальное исследование теплозащитных свойств кирпичной трехслойной стены размерами 24502800660 мм с высокотеплопроводными включениями в виде коннекторов.

В стене на расстоянии 400 мм друг от друга были заложены 18 коннекторов из стеклопластика диаметром 6 мм и 18 металлических диаметром 4 мм. Толщина внутреннего слоя стены составляла 380 мм, наружного 120 мм, слоя утеплителя 140 мм. На внутреннюю поверхность стены был нанесен слой штукатурки толщиной 20 мм. В качестве утеплителя использовался пенопласт ПХВ-1.

Значения температур t, С Координаты x, м Испытания проводились при температуре воздуха в теплом отсеке камеры 20,1 ± 0,4 °С, а в холодном - минус 20,1 ± 0,4 °С. Термопары закреплялись как на поверхности коннекторов, так и вне зоны их влияния.

В табл. 3 представлены результаты расчета и эксперимента по распределению температуры в толще кирпичной стены.

Таблица Результаты расчета и эксперимента по распределению температуры в толще кирпичной стены Метод Численный Эксперимент исследования расчет Плоскость 0 18,1 18,1 18,18,3 ± 0,4 18,3 ± 0,3 18,3 ± 0,0,02 17,8 17,8 17,18,1 ± 0,4 18,1 ± 0,4 18,1 ± 0,0,35 10,5 12,9 12,13,9 ± 0,4 14,9 ± 0,5 15,0 ± 0,0,4 7,7 11,8 12,10,7 ± 0,5 13,1 ± 0,4 13,3 ± 0,0,47 -2,8 -2,8 -2,8 -2,6 ± 0,3 -2,4 ± 0,4 -2,5 ± 0,0,54 -13,4 -17,4 -17,8 -15,4 ± 0,4 -17,7 ± 0,5 -17,9 ± 0,0,59 -16,5 -18,6 -18,6 -17,4 ± 0,5 -18,5 ± 0,3 -18,5 ± 0,0,66 -19,5 -19,5 -19,5 -19,3 ± 0,4 -19,4 ± 0,3 -19,3 ± 0,Экспериментальные значения плотностей тепловых потоков составили 14,7 ± 0,8 Вт/м2 – на участке стены с металлическими коннекторами и 14,5 ± 0,8 Вт/м2 – на участке стены с коннекторами из стеклопластика.

Расчетные значения плотностей тепловых потоков соответственно составили 13,5 Вт/м2 и 13,1 Вт/м2. Рассогласование этих результатов не превышает 15 %, что подтверждает адекватность предложенной физико-математической модели нестационарного двумерного теплопереноса в трехслойной стене с коннектором и возможность использования разработанной программы расчета для практических целей.

В работе выполнено экспериментальное исследование теплозащитных свойств брусчатой и керамзитобетонной стены при совместном использовании мало- и высокотеплопроводных включений.

Испытание неоднородной брусчатой стены проводилось с использованием системы фасадного утепления на деревянном каркасе из брусков Между Между пласт-го метал-го коннектора коннектора коннектора коннектора Ось пласт-го Поверхность Поверхность Ось метал-го коннекторами коннекторами Значения температур t, С Координаты x, м толщиной 20 мм. Размеры опытного фрагмента составляли 20002400261,5 мм. В качестве утеплителя фасадной системы использовался утеплитель URSA толщиной 100 мм, в качестве обшивки – пластиковый сайдинг.

Испытания проводились при температуре воздуха в теплом отсеке камеры 21,7 ± 0,5 С, а в холодном - минус 19,8 ± 0,5 С. Схема расположения термопар в брусе представлена на рис. 14. Размещение термопар в наружном утепляющем слое осуществлялось в плоскостях I и II на деревянном каркасе.

В табл. 4 представлены результаты расчета и эксперимента по распределению температуры в толще испытываемого фрагмента, а также вычисленные и измеренные значения плотностей тепловых потоков.

Таблица Результаты теоретического и экспериментального исследований теплопереноса в неоднородной брусчатой стене с фасадным утеплением на деревянном каркасе Метод Численный Эксперимент исследования расчет Плоскость I II I II 0,00 20,4 20,3 20,2 ± 0,3 20,1 ± 0,0,0275 17,7 17,3 17,4 ± 0,5 16,9 ± 0,0,055 15,3 14,2 15,0 ± 0,4 13,7 ± 0,0,08 11,1 11,1 10,2 ± 0,3 10,1 ± 0,0,105 6,8 8,0 5,6 ± 0,4 7,1 ± 0,0,1325 4,0 4,6 3,1 ± 0,3 3,9 ± 0,0,16 0,3 0,5 -0,1 ± 0,4 0,1 ± 0,0,21 -9,1 -9,0 -9,0 ± 0,5 -8,8 ± 0,0,26 -18,8 -18,8 -18,7 ± 0,3 -18,8 ± 0,0,2615 -18,9 -18,9 -19,2 ± 0,4 -19,1 ± 0,Плотность теплового потока, 11,3 13,1 ± 1,Вт/мСопоставление результатов численного расчета плотности теплового потока через неоднородный брусчатый фрагмент стены с фасадным утеплением с экспериментальными значениями показало, что их отличие не превышает 20 %.

При исследовании теплозащитных свойств неоднородной керамзитобетонной стены использовалась система фасадного утепления на металЗначения температур t, С Значение координаты x, м лических профилях. Размеры опытного фрагмента стены составляли 20002000401,5 мм.

Испытания проводились при температуре воздуха в теплом отсеке камеры 23,6 ± 0,7 С, а в холодном - минус 16,7 ± 0,7 С. Размещение термопар в толще стены и в наружном утепляющем слое осуществлялось в плоскостях I и II (см. рис. 15).

В табл. 5 представлены результаты расчета и эксперимента по распределению температуры в толще испытываемого фрагмента, а также вычисленные и измеренные значения плотностей тепловых потоков.

Таблица Результаты теоретического и экспериментального исследований теплопереноса в неоднородной керамзитобетонной стене с фасадным утеплением на металлических профилях Метод Численный Эксперимент исследования расчет Плоскость I II I II 0 22,1 22,0 21,3 ± 0,43 21,2 ± 0,0,05 21,3 21,0 20,8 ± 0,42 20,5 ± 0,0,10 20,7 20,0 20,2 ± 0,57 19,2 ± 0,0,15 18,7 18,7 18,5 ± 0,50 18,6 ± 0,0,20 16,7 17,4 16,8 ± 0,50 17,8 ± 0,0,25 16,0 16,3 16,3 ± 0,48 16,8 ± 0,0,30 10,0 10,0 10,6 ± 0,37 10,7 ± 0,0,35 0,6 0,6 0,7 ± 0,65 0,7 ± 0,0,40 -8,9 -8,9 -7,8 ± 0,68 -7,8 ± 0,0,4015 -15,1 -15,1 -15,2 ± 0,5 -15,2 ± 0,Плотность теплового потока, 14,0 15,3 16,1 ± 1,2 17,6 ± 1,Вт/мСопоставление результатов численного расчета плотности теплового потока через неоднородный керамзитобетонный фрагмент стены с фасадным утеплением с экспериментальными значениями показало, что их отличие не превышает 19 %.

Таким образом, выполненный сопоставительный анализ результатов численного расчета и эксперимента для брусчатой и керамзитобетонной стены при совместном использовании мало- и высокотеплопроводных включений показал их удовлетворительное согласие между собой, что подтверждает адекватность предложенной физико-математической модели нестационарного трехмерного теплопереноса в неоднородной стене с фаЗначения температур t, С Значение координаты x, м садной системой утепления на металлических профилях (деревянном каркасе) и позволяет рекомендовать к практическому использованию разработанную программу расчета.

В настоящее время при устройстве фасадных систем утепления на гибких связях широкое применение получили коннекторы из стеклопластика. Для более надежного их закрепления в стене заделочные концы таких коннекторов выполняют в виде «ласточкиного хвоста» или с круглым переменным сечением. Использование металлических коннекторов с неизменным поперечным сечением требует соответствующего обоснования.

Для исследования этого вопроса в лаборатории железобетонных конструкций Томского государственного архитектурно-строительного университета была создана экспериментальная установка.

Испытания проведены на 50 образцах кирпичных секций. Каждая секция представляет собой два кирпича с коннектором между ними, скрепленных цементно-песчаным раствором марки М100.

Испытана надежность крепления 8 прямых коннекторов из стеклопластика диаметром 6 и 8 мм, заложенными в раствор на глубину 60 мм. Результаты испытаний показали, что усилие вырыва составляло до 0,92 кН.

Испытаны 42 секции кирпичей с металлическими коннекторами диаметром 4 и 5 мм, заложенными в раствор на глубину 40…60 мм.

Заделочные концы для 8 коннекторов были прямыми, а для коннекторов изгибались на угол 90°, и длина изогнутой части варьировалась в пределах 1…3 см.

Установлено, что металлические коннекторы диаметром 4 мм без изгиба заделочной части вырывались из раствора с усилием до 0,7 кН, а с изгибом заделочной части, длина которой составляла 20 мм, и глубиной заложения в раствор, равной 50 мм, – с усилием в 5,7–6,4 кН. Это доказывает преимущество металлических коннекторов по обеспечению надежности их крепления в кладочном растворе путем изгиба заделочной части по сравнению с коннекторами из стеклопластика.

Для защиты коннекторов от теплового воздействия в случае пожара разработана и запатентована конструкция коннектора с огнезащитным покрытием из фиброэттрингитобетона (патент №19393), обеспечивающего прочность защитной оболочки при воздействии пламени.

В четвертой главе представлены результаты исследования нестационарного тепловлагопереноса в деревянной брусчатой наружной стене за пятилетний цикл ее эксплуатации.

Для описания процессов тепловлагопереноса в наружной брусчатой стене используется система уравнений теплопроводности и влагопереноса t 2t 0с = + Qф, (36) xw w t = [k( + kt )]. (37) x x x Система уравнений (36) – (37) замыкается начальными и граничными условиями t = tin, w = win, (38) =0 =t - = 0(tg,ins - t0), (39) x x=t = w(tg,e - tw), (40) x x= w t - k( + kt ) = 0( pins - p0), (41) x x x=w t k( + kt ) = w( pe - pw), (42) x x x= (w - wс.ж ) Qф = 0 rв.л, = 0 при w < wс.ж; = 1 при t < tзам; w > wс.ж;

= -1 при t tзам; w > wс.ж, где rв.л – удельная теплота фазового перехода воды-льда, кДж/кг.

Взаимосвязь влагосодержания древесины w, относительной влажности воздуха и температуры t определяется изотермами сорбции. С увеличением величины от нуля сначала идет увеличение адсорбированной влаги, а при > 0,7 начинают заполняться микрокапилляры. При = 0,количество связанной влаги достигает максимального значения ws, получившего название предела гигроскопичности. Эта часть изотермы сорбции не зависит от породы древесины и для 0,45 может быть записана в виде:

w = 0,512 [0,217 - ((273+ t) /1000)2]/ (1,22 - ). (43) При дальнейшем увеличении от 0,99 до 1,0 идет заполнение макрокапилляров, и влагосодержание увеличивается до максимального значения wmax. Величина wmax в отличие от ws не зависит от температуры, но зависит от породы древесины. Эта часть диаграммы сорбции представляется линейной зависимостью:

w = ws +100(wmax - ws )( - 0,99). (44) При температурах меньше нуля часть влаги переходит в лед, и поэтому (43) дополняется зависимостью от температуры количества незамерзшей связанной влаги wс.ж wс.ж = (ws - 0,195) + 0,195exp(0,055t). (45) Величину wс.ж называют также пределом гигроскопичности при t < 0 °С.

Коэффициент влагопроводности k зависит от температуры, направления относительно волокон, породы древесины и при t = 0 °С имеет разрыв. Термоградиентный коэффициент kt зависит только от влажности и температуры, причем при w < ws его зависимостью от температуры можно пренебречь.

Для целей настоящего исследования эти результаты были представлены в виде следующих зависимостей:

k = k(+) (1+ t/273)10 при t > 0 °С, k = k(-)(1+ t/273)29 при t < 0 °С, kt = 0,08sin2(0,8w).

Здесь индексы (+) и (–) характеризуют области положительных и отрицательных температур. В направлении перпендикулярно волокнам для сосны k(+) =1,2310-10 м2/с, k(-) = 0,19410-10 м2/с.

Численное исследование закономерностей тепловлагопереноса в деревянной брусчатой стене проводилось при следующих исходных данных:

cдс = 2,1 кДж/(кг°С), 0 = 470 кг/м3, дс = 0,18 Вт/(м°С) (сосна); 0 = = 8,7 Вт/(м2°С); w = 23 Вт/(м2°С); 0 = 1,0410-8 кг/(м2сПа); w = = 2,0910-8 кг/(м2сПа); g,ins = 50 %; tg,ins = tin = 20 °С; win = 0,133; бс = 0,2 м.

Температура и относительная влажность наружного воздуха принимались для условий г. Томска. Расчет проводился для пятилетнего цикла, начиная с января.

Рис. 16 позволяет оценить роль термовлагопроводности в общем процессе влагопереноса. Видно, что неучет термовлагопроводности приводит к снижению влагосодержания по толщине стены до 10 %. Также установлено, что внутренняя поверхность стены отдает влагу с апреля по август и поглощает влагу в остальные месяцы года. При этом максимум отдачи влаги – в июле, а максимум поглощения – в декабре. Наружная поверхность стены отдает влагу с сентября по июнь с максимумом отдачи в апреле, а принимает - с июля по август с максимумом поглощения в августе. В зимний период года при отрицательных температурах наружного воздуха влагоотдача с наружной поверхности практически отсутствует.

0,1wср 0,10,10,10,10,10,10 12 24 36 48 , мес Рис. 16. Среднее влагосодержание стены в течение пяти лет эксплуатации с учетом (кривая 1) и без учета (кривая 2) термовлагопроводности В пятой главе приведены результаты исследований, связанных с разработкой методов и устройств контроля малых тепловых потоков для применения в измерительных ячейках установок по определению теплопроводности строительных материалов и преобразователях тепловых потоков.

Для исследования теплопроводности строительных материалов разработаны два типа измерительных ячеек, реализующих метод стационарного плоского неограниченного слоя в соответствии с ГОСТ 7076.

В первом случае для измерений используется один образец, размещаемый между нагревателями с прикрепленными к ним тепломерами. При испытании измеряется тепловой поток, создаваемый нагревателями, и перепад температуры по толщине образца.

Эта измерительная ячейка усовершенствована (патент №36730) путем замены тепломеров известных конструкций и термопар высокочувствительными терморезисторами, напыленными на токонепроводящие пластины с двух сторон. Блок принятия сигналов обеспечивает обработку результатов измерения четырех терморезисторов и вычисляет теплопроводность с выводом результатов на ЭВМ.

Во второй измерительной ячейке, реализующей метод Фогеля– Алексеева, используются два идентичных образца, между которыми помещается электрический тонкопленочный плоский нагреватель. При проведении эксперимента производится непрерывное измерение перепада температур между температурой нагревателя и температурой поверхностей исследуемых образцов в зоне контакта их с теплообменниками во времени, что позволяет определять как теплопроводность, так и температуропроводность материалов.

Разработана новая конструкция тепломера (патент №35010), использующего от 200 до 600 последовательно включенных термопар (например, медь-константановых), спаи которых расположены с обеих сторон тепломера. Тепломер изготовлен из пластины двухстороннего фольгированного гетинакса, на поверхностях которой предварительно методом химического травления были сформированы токопроводящие полоски. Проводники термопар из материала с меньшей теплопроводностью (константановые) пересекают тело пластины в рабочей зоне, а проводники термопар из материала с большей теплопроводностью (медные) размещены на поверхностях пластины с обеих ее сторон и соединены медными перемычками на ее торцах, пересекающими тело пластины вне рабочей зоны. При таком выполнении тепломера сформированные токопроводящие полоски, расположенные с каждой из сторон пластины, находятся в соответствующей изотермической поверхности, что позволило снизить влияние осевой теплопроводности и повысить чувствительность тепломера в 50 раз.

В шестой главе приведены сведения о практическом использовании полученных результатов исследования. Доказана целесообразность применения брусчатых и керамзитобетонных наружных стен зданий с внутренними утепляющими вставками. Оценка экономической эффективности устройства утепляющих вставок производилась методом дисконтирования. На примере одноэтажных зданий показано, что за расчетный 15летний период для стен из керамзитобетона, возводимых монолитным способом, индекс доходности составит 1,79, а для брусчатых неоднородных стен за расчетный 10-летний период – 1,33. Это свидетельствует об эффективности вложения инвестиций. Полная окупаемость дополнительных затрат на устройство утепляющих вставок для керамзитобетонных стен наступает на 11-м году, а для брусчатых стен – на 8-м году их эксплуатации для условий г. Томска.

Разработана методика расчета приведенного сопротивления теплопередаче неоднородных кирпичных, бетонных и деревянных брусчатых наружных стен зданий с фасадными системами утепления на гибких связях, металлических профилях и на деревянном каркасе.

На рис. 17 представлены расчетные схемы для определения термического сопротивления утепляющего слоя фасадной системы утепления неоднородных наружных зданий.

Эффективная теплопроводность утепляющего слоя с включениями определяется по формуле:

[Fвкл вкл + (Fфр - Fвкл) ут.с ] вкл =, (46) ут.с Fфр где вкл – теплопроводность включения;

ут.с – теплопроводность утеплителя фасадной системы;

Fвкл – площадь поперечного сечения включения;

Fфр – площадь расчетного фрагмента стены, определяемая по формуле:

Fфр = hст Zст, (47) где hст – высота расчетного фрагмента стены;

Zст – ширина расчетного фрагмента стены.

Zст Zст а) б) hст hст dкон hд.к Zст в) А-А ут.с А пр hст hпрhпр А пр Рис. 17. Расчетные фрагменты утепляющего слоя наружной стены:

а – с деревянным каркасом;

б – с коннектором;

в – с металлическим перфорированным профилем При использовании системы утепления на деревянном каркасе (рис. 17, а) площадь поперечного сечения включения определяется по формуле:

Fвкл = hд.к Zст, (48) где hд.к – толщина деревянного бруска каркаса.

В случае использовании коннекторов (рис. 17, б) площадь поперечного сечения включения определяется по формуле:

dкон Fвкл = Fкон =, (49) где dкон – диаметр коннектора.

При использовании системы фасадного утепления на металлических профилях (рис. 17, в) могут применяться перфорированные профили, и тогда площадь поперечного сечения включения может быть определена по формуле:

Fвкл = hпр Zст, (50) где hпр – условная высота металлического перфорированного профиля, определяемая по формуле:

2hпр1 пр hпр = п (пр + ), (51) ут.с где hпр1 – длина части профиля, прилегающей к наружному или внутреннему слою стены;

пр – толщина профиля;

ут.с – толщина утепляющего слоя стены;

п – коэффициент, учитывающий уменьшение площади сечения профиля при его перфорации.

При отсутствии перфорации коэффициент п = 1.

Термическое сопротивление утепляющего слоя стены с включением определяется по формуле:

ут.с вкл Rут.с =. (52) вклс ут.

Аналогичным образом рассчитываются остальные характерные слои неоднородной стены, в которых расположены теплопроводные вклюпр чения. Приведенное сопротивление теплопередаче Rан такой конструкции определяется суммой термических сопротивлений однородных и неоднородных слоев стены с учетом термических сопротивлений на ее наружных поверхностях.

Простота расчетных зависимостей (46) – (52) позволяет при значительном сокращении временных затрат выполнять теплотехнический расчет неоднородных ограждающих конструкций. Однако «средневзвешенная» величина эффективной теплопроводности характерных слоев стены, определяемая с учетом площадей стены с различными значениями теплопроводности, не отражает влияния теплопроводных включений при большой разнице в их коэффициентах теплопроводности.

Для исключения этого недостатка на основе совместного использования разработанных расчетных зависимостей (46) – (52) и разработанного аппарата математического моделирования для широкого диапазона изменения геометрических и теплофизических характеристик гибких связей, металлических профилей, деревянного каркаса и утеплителя фасадной системы утепления определены поправочные коэффициенты . И тогда корректный расчет приведенного сопротивления теплопередаче неоднородной конструкции можно произвести по формуле пр пр R0 = Rан , где – табулированный коэффициент, учитывающий разницу тепловых потоков через ограждение, определенных численно и с использованием зависимостей (46) – (52).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1. Разработана методология теплофизического обоснования и прогнозирования теплозащитных свойств ограждающих конструкций зданий на основе решения задач тепломассопереноса с использованием информационных технологий при обеспечении прочностных, технологических, экологических, экономических и архитектурно-эстетических требований.

2. Разработаны новые технические решения перспективных неоднородных наружных стен зданий с утепляющими вставками, позволяющие по сравнению с однородными конструкциями для климатических условий Западной Сибири при одинаковой их толщине уменьшить тепловые потери через керамзитобетонные стены до 51 % и через брусчатые стены до 40 % при одновременном снижении их массы до 28 и до 48 % соответственно.

3. На основе теоретико-экспериментального исследования нестационарного теплопереноса в неоднородных наружных стенах зданий с мало- и высокотеплопроводными включениями постоянного поперечного сечения доказано, что в неоднородной стене с включением распределение перепадов температуры между температурами на оси включения и температурами вне зоны его влияния в направлении теплового потока имеет два экстремума, расположенных в плоскостях (на линиях), ограничивающих толщину утепляющего слоя или диаметр утепляющей вставки.

4. Установлено, что трансмиссионный тепловой поток в разных сечениях по длине включения переменен и имеет один экстремум, причем для высокотеплопроводных включений в точке экстремума он максимальный, а для малотеплопроводных включений – минимальный.

5. Разработаны пакеты прикладных программ для теплофизического обоснования и прогнозирования теплозащитных свойств неоднородных наружных стен зданий.

6. Усовершенствована инженерная методика расчета приведенного сопротивления теплопередаче применительно к неоднородным кирпичным, бетонным и деревянным брусчатым наружным стенам зданий с фасадными системами утепления на гибких связях, металлических профилях и на деревянном каркасе путем введения поправочных коэффициентов, учитывающих перераспределение теплоты внутри конструкции. Составлены таблицы значений этих коэффициентов для различных теплофизических и геометрических характеристик металлических профилей, деревянного каркаса и утеплителя фасадной системы утепления.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Хуторной, А.Н. Теплозащитные свойства неоднородных наружных стен зданий : монография / А.Н. Хуторной, Н.А. Цветков, А.Я. Кузин. – Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун.-та, 2006. – 287 с.

2. Кузин, А.Я. Теплоперенос в трехслойной конструкции с высокотеплопроводной вставкой при циклическом изменении температуры внешней среды / А.Я. Кузин, А.Н. Хуторной, Т.А. Мирошниченко, С.В. Хон // Теплофизика и аэромеханика. – 2005. – Том 12, № 1. – С. 85–94.

3. Хуторной, А.Н. Теплоперенос в плоской трехслойной системе с теплопроводным несквозным включением / А.Н. Хуторной, Н.А.

Цветков, С.И. Скачков // Инженерно-физический журнал. – 2002. – Т. 75, № 5. – С. 146–148.

4. Хуторной, А.Н. Теплоперенос в плоской трехслойной системе с поперечным несквозным включением / А.Н. Хуторной, Н. А. Цветков, А.Я. Кузин, А. В. Колесникова // Инженерно-физический журнал. – 2005. – Т. 78, № 2. – С. 29–35.

5. Хуторной, А.Н. Нестационарный теплоперенос в неоднородном утепленном брусе / А.Н. Хуторной, А.Я. Кузин, С.В. Хон // Инженерно-физический журнал. – 2006. – Т. 79, № 3. – С. 20–25.

6. Кузин, А.Я. Нестационарный теплоперенос в деревянных цилиндрических сортиментах / А.Я. Кузин, Н.А. Цветков, А.Н. Хуторной, С.В. Хон, Т.А. Мирошниченко // Инженерно-физический журнал. – 2006. – Т. 79, № 5. – С. 74–79.

7. Хуторной, А.Н. Эффективность теплозащитных свойств наружных стен с коннекторами / А.Н. Хуторной, Н.А. Цветков, О.И. Недавний // Известия вузов. Строительство. 2000. – № 6. – С. 13–17.

8. Хуторной, А.Н. Исследование температурных полей в конструкциях наружных стен с коннекторами / А.Н. Хуторной, Н.А. Цветков, М.А.

Игнатьев // Известия вузов. Строительство. – 2001. – № 2–3. – С. 132–136.

9. Хуторной, А.Н. Исследование температурных полей в конструкции кирпичной стены с наружным утеплением / А.Н. Хуторной, Н.А.

Цветков // Известия вузов. Строительство. 2002. – № 10. – С. 4–8.

10. Хуторной, А.Н. Теплозащитные свойства неоднородных керамзитобетонных наружных стен зданий / А.Н. Хуторной, А.В. Колесникова // Известия вузов. Строительство. 2004. – № 7. – С. 18–20.

11. Хуторной, А.Н. Эффективность теплозащитных свойств керамзитобетонных наружных стен зданий / А.Н. Хуторной, А.В. Колесникова, Н.А. Цветков // Известия вузов. Строительство. – 2004. – № 9. – С. 10–15.

12. Хуторной, А.Н. Оценка влияния глубины заложения и теплопроводности коннекторов на теплозащитные свойства кирпичных и керамзитобетонных наружных стен / А.Н. Хуторной, А.В. Колесникова // Известия вузов. Строительство. – 2004. – № 10. – С. 4–8.

13. Кузин, А.Я. Теплоперенос в неоднородной брусчатой наружной стене с фасадным утеплением / А.Я. Кузин, А.Н. Хуторной, С.В.

Хон // Известия вузов. Строительство. – 2005. – № 11–12. – С. 4–10.

14. Хуторной, А.Н. Теплоперенос в неоднородных керамзитобетонной и брусчатой наружных стенах зданий / А.Н. Хуторной, С.В. Хон, А.В.

Колесникова, А.Я. Кузин, Н.А. Цветков // Известия вузов. Строительство. – 2006. – № 2. – С. 9–14.

15. Хуторной, А.Н. Теплоэффективные свойства многослойных наружных кирпичных стен с коннекторами / А.Н. Хуторной, Н.А. Цветков, О.И. Недавний // Строительные материалы. – 2002. – № 7. – С. 18– 19.

16. Кузин, А.Я. Математическое моделирование нестационарного двумерного теплопереноса в неоднородных деревянных наружных ограждениях / А.Я. Кузин, А.Н. Хуторной, Н.А. Цветков, С.В. Хон, Т.А. Мирошниченко // Известия Томского политехнического университета. – 2006. – Том 309, № 1. – С. 138–142.

17. Хуторной, А.Н. Двумерный нестационарный теплоперенос в неоднородной керамзитобетонной стене / А.Н. Хуторной, А.Я. Кузин, А.В. Колесникова, Н.А. Цветков // Известия Томского политехнического университета. – 2006. – Том 309, № 2. – С. 188–192.

18. Хуторной, А.Н. Нестационарный пространственный теплоперенос в неоднородной керамзитобетонной стене / А.Н. Хуторной, А.Я. Кузин, Н.А. Цветков, Т.А. Мирошниченко, А.В. Колесникова // Известия Томского политехнического университета. – 2006. – Т. 309, № 4.

– С. 113–116.

19. Хуторной, А.Н. Теплофизические аспекты режимов работы металлических коннекторов с защитной оболочкой в условиях пожара / А.Н. Хуторной, И.Б. Салкова, Н.А. Цветков, С.И. Скачков // Вестник ТГАСУ. – 2000. – № 1. – С. 198–203.

20. Хуторной, А.Н. Параметрический анализ термического сопротивления керамзитобетонных наружных стен с вертикальными пустотами / А.Н. Хуторной, Т.И. Макейкина // Вестник ТГАСУ. – 2002. – №1. – С. 89–93.

21. Хуторной, А.Н. Экспериментальное исследование тепловых процессов и прочностных свойств наружных стен из штучных материалов с применением коннекторов / А.Н. Хуторной, Н.А. Цветков, О.И.

Недавний // Материалы и технологии XXI века : материалы I Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых (Бийск, 22–24 марта 2000 г.). – М. : ЦЭИ «Химмаш», 2000. – С. 283– 285.

22. Хуторной, А.Н. Эффективное повышение теплозащитных свойств наружных стен зданий / А.Н. Хуторной // Архитектура и строительство. Наука, образование, технологии, рынок : тезисы докладов научно-технической конференции (Томск, 11–12 сентября 2002 г.). – Томск : Изд-во ТГАСУ, 2002. – С. 21–22.

23. Хуторной, А.Н. Теплоперенос в теплоэффективных монолитновозводимых наружных стенах зданий с фасадным утеплением / А.Н.

Хуторной // Строительная физика в XXI веке : материалы научнотехнической конференции под ред. И.Л. Шубина (Москва, 25–сентября 2006 г.). – Москва : НИИ СФ РААСН, 2006. – С. 91–94.

24. Хуторной, А.Н. Закономерности теплопереноса в неоднородных теплоэффективных стенах зданий / А.Н. Хуторной // Строительная физика в XXI веке : материалы научно-технической конференции, под ред. И.Л. Шубина (Москва, 25–27 сентября 2006 г.). – Москва :

НИИ СФ РААСН, 2006. – С. 95–98.

25. Хуторной, А.Н. Теплоперенос в керамзитобетонной наружной стене с вертикальными теплоизоляционными вставками // А.Н. Хуторной, А.В. Колесникова, А.Я. Кузин, Н.А. Цветков // Материалы международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции» ; под общей научной редакцией:

проф., д.т.н., Прохорова В.И., проф., д.т.н., Кувшинова Ю.Я., проф., к.т.н., Махова Л.М. (Москва, 23–25 ноября 2005 г.). – Москва :

МГСУ, 2005. – С. 76–81.

26. Хуторной, А.Н. Энергоресурсосбережение при возведении и эксплуатации наружных керамзитобетонных стен при монолитном домостроении / А.Н. Хуторной, Т.И. Макейкина // Архитектура, строительство, экология : программа, доклады и сообщения Международной научно-практической конференции (Барселона, 18–25 мая 2002 г.). Томск : Изд-во ТГАСУ, 2002. – С. 13–14.

27. Хуторной, А.Н. Исследование теплопереноса в неоднородных брусчатых наружных стенах зданий / А.Н. Хуторной, Н.А. Цветков, А.Я.

Кузин, С.В. Хон, А.Г. Козырев // Архитектура и строительство. Наука и образование как фактор оптимизации среды жизнедеятельности: материалы Международной научной-практической конференции-семинара (Хаммамет, 11–16 октября 2004 г.). – Волгоград :

ВолгГАСУ. – 2004. – С. 101–104.

28. Хуторной, А.Н. Численное и экспериментальное исследование теплозащитных свойств неоднородной брусчатой наружной стены / А.Н. Хуторной, С.В. Хон, А.Я. Кузин, Н.А. Цветков, Д.Н. Цветков // Вестник Красноярской гос. архит.-строит. акад. : сборник научых трудов Всероссийской научной практической конференции «Сибири – новые технологии в архитектуре, строительстве и жилищнокоммунальном хозяйстве». Вып. 8 / под ред. В.Д. Наделяева. (Красноярск, 2005 г.). - Красноярск : КрасГАСА, 2005. – С. 230–235.

29. Хуторной, А.Н. Нестационарный трехмерный теплоперенос в монолитно возводимых наружных стенах зданий с фасадным утеплением / А.Н. Хуторной, А.В. Колесникова // Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» / под общей редакцией д.т.н., проф. Шаповала А.Ф., д.ф.-м.н., проф.

Кутушева А.Г. (Тюмень, 13–14 апреля 2006 г.). – Тюмень : ИПЦ «Экспресс», 2006. – С. 154–157.

30. Хуторной, А.Н. Теплоперенос в неоднородной брусчатой стене с фасадным утеплением / А.Н. Хуторной, А.Я. Кузин, С.В. Хон // Материалы V Всероссийской конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (Томск, 3–5 октября 2006 г.). – Томск : Изд-во Томского ун.-та, 2006. – С. 557–558.

31. Хуторной, А.Н. Экспериментальное исследование теплофизических свойств строительных материалов / А.Н. Хуторной, Н.А. Цветков, А.В. Колесникова // Проблемы и перспективы архитектуры и строительства : доклады Международной научно-технической конференции (Лимассол, 2–9 ноября, 2003 г.). - Томск : Изд-во ТГАСУ, 2003.

– С. 40-41.

32. Кузин, А.Я. Нестационарный тепло- и влагоперенос в наружных стенах зданий / А.Я. Кузин, А.В. Жуков, А.Н. Хуторной, Т.А. Мирошниченко, Д.Н. Цветков // Материалы V Всероссийской конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики» (Томск, 3–5 октября 2006 г.). – Томск : Изд-во Томского ун.та, 2006. – С. 529–530.

33. Хуторной, А.Н. Теплозащитные свойства кирпичных стен с гибкими связями / А.Н. Хуторной // Сантехника, отопление, кондиционирование. – 2006. – № 2. – С. 4–8.

34. Хуторной, А.Н. Физико-математические модели нестационарного теплопереноса в неоднородных теплоэффективных стенах зданий / А.Н. Хуторной. – Томск, 2006. – 20 с. – Деп. в ВИНИТИ РАН 06.03.06, № 220-В2006.

35. Хуторной, А.Н. Нестационарный трехмерный теплоперенос в теплоэффективных наружных стенах зданий с фасадными системами утепления / А.Н. Хуторной, А.В. Колесникова. – Томск, 2006. – 27 с.

– Деп. в ВИНИТИ РАН 27.03.06, № 319-В2006.

36. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2005610045. Российская Федерация. Теплоперенос в трехслойной стене с коннектором / А.Я. Кузин, А.Н. Хуторной, Н.А. Цветков ;

опубл. 11.01.2005.

37. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2005613006. Российская Федерация. Нестационарный трехмерный теплоперенос в неоднородной стене с фасадным утеплением / А.Я.

Кузин, А.Н. Хуторной, Н.А. Цветков, Т.А. Мирошниченко ; опубл.

21.11.2005.

38. Деревянный брус : пат. 38793 Рос. Федерация : МПК E04C 3/292 / Хуторной А.Н., Хон С.В., Козырев А.Г., Колесникова А.В., Недавний О.И., Кузин А.Я., Цветков Н.А. ; опубл. 10.07.2004, Бюл. №19. – 2 с.

39. Утепленный деревянный брус : пат. 49053 Рос. Федерация: МПК E04C 3/292 / Хуторной А.Н., Хон С.В., Цветков Н.А., Кузин А.Я., Цветков Д.Н., Парфирьева О.Ю. ; опубл. 10.11.2005, Бюл. №31.– 2 с.

40. Деревянный брус : пат. 56430 Рос. Федерация : МПК E04C 3/292 / Хуторной А.Н., Цветков Н.А., Козырев А.Г., Кузин А.Я., Цветков Д.Н., Жуков А.В. ; опубл. 10.09.2006, Бюл. №25.– 2 с.

41. Клееный строительный элемент: пат. 57311 Рос. Федерация : МПК E04C 3/292 / Хуторной А.Н., Цветков Н.А., Козырев А.Г., Кузин А.Я., Цветков Д.Н., Жуков А.В.; опубл. 10.10.2006, Бюл. №28. – 2 с.

42. Стена : пат. 40344 Рос. Федерация : МПК E04В 2/06 / Хуторной А.Н., Хон С.В., Козырев А.Г., Недавний О.И., Кузин А.Я., Цветков Н.А., Колесникова А.В. ; опубл. 10.09.2004, Бюл. №25. – 2 с.

43. Тепломер : пат. 35010 Рос. Федерация : МПК G01К 7/00 / Хуторной А.Н., Недавний О.И., Цветков Н.А., Колесникова А.В. ; опубл.

20.12.2003, Бюл. №35. – 2 с.

44. Измеритель коэффициента теплопроводности материалов : пат.

36730 Рос. Федерация : МПК G01К 7/00 / Хуторной А.Н., Недавний О.И., Цветков Н.А., Колесникова А.В. ; опубл. 20.03.2004, Бюл. №8.

– 2 с.

45. Монолитная бетонная стена: пат. 49067 Рос. Федерация : МПК E04G 11/08 / Хуторной А.Н., Колесникова А.В., Цветков Н.А., Кузин А.Я.;

опубл. 10.11.2005, Бюл. №31. – 2 с.

46. Монолитная бетонная стена (варианты) : пат. 47034 Рос. Федерация : МПК E04G 11/08 / Колесникова А.В., Хуторной А.Н., Цветков Н.А., Кузин А.Я.; опубл. 10.08.2005, Бюл. №22. – 2 с.

47. Коннектор : свидетельство на полезную модель 19393 Рос. Федерация МПК 7 Е 04 В 1/21 / Салкова И.Б., Хуторной А.Н., Недавний О.И., Цветков Н.А. ; опубл. 27.08.2001, Бюл. № 24. – 2 с.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ с - коэффициент теплоемкости, Дж/(кгК); d – диаметр, м; F – площадь, м2;

hст – высота расчетного фрагмента стены, м; hд.к – толщина деревянного бруска каркаса, м; hпр – условная высота металлического перфорированного профиля, м; hпр1 – длина части профиля, прилегающей к наружному или внутреннему слою стены, м; HОО 1 – расстояние между центрами соседних бревен, м; j – поток влаги, г/(м2·ч); k - коэффициент влагопровод ности, м2/с; kt - термоградиентный коэффициент, °С-1; k(+), k(-) – эмпирические коэффициенты; п – коэффициент, учитывающий уменьшение площади сечения профиля при его перфорации; p - парциальное давление водяного пара, Па; q – плотность теплового потока, Вт/м2; Q – тепловой поток, Вт; Qф – источник (сток) теплоты за счет фазовых переходов, Дж/(м3·с); r – радиус, радиальное направление, м; r – координата внешней границы бревна, зависящая от , м; rв.л – удельная теплота фазового пр перехода воды-льда, кДж/кг; R0 – приведенное сопротивление теплопередаче стены, (м2·К)/Вт; Rк – верхняя граница расчетной области по r, м;

пр Rан – приведенное сопротивление теплопередаче неоднородной конструкции, рассчитанное по расчетным зависимостям, (м2·К)/Вт; t – темпера тура, °С; w – влагосодержание материала по массе, %; x, y, z – независимые переменные декартовой системы координат, м; Xi, Yi, Zi – координаты внутренних границ расчетных подобластей по x, y, z, м; Zст – ширина расчетного фрагмента стены, м; – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К); – коэффициент влагообмена, кг/(м2·сПа); – толщина, м; tY - разность между температурами на периферии и оси расчетного фрагмента в плоскости x0y, °С; ty - разность между температурами в точке с текущей координатой y и на оси расчетного фрагмента в произвольном сечении x, °С;

t - разность между температурами на периферии и оси коннектора, °С;

R tr - разность между температурами в точке с текущей координатой r и на оси коннектора в произвольном сечении x, °С; – коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К); - плотность, кг/м3; 0 – плотность сухой древесины, кг/м3; – время, ч; – окружная переменная цилиндрической системы координат, рад; относительная влажность воздуха, %; s - половинный угол адиабатной границы, рад; – параметр, учитывающий теплоту фазовых переходов; – коэффициент, учитывающий перераспределение теплоты внутри конструкции.

Индексы:

бв – бревно; бс – брус; вкл – включение; в.с – внутренний слой стены; дс – древесина; зам – замерзшая жидкость; к – конечное состояние; кб – керамзитобетон; кон – коннектор; н – неоднородная конструкция; н.с – наружный слой стены; пр – металлический профиль; с.ж – связанная жидкость;

ут – утеплитель; ут.с – утеплитель фасадной системы утепления; фр – фрагмент; e – внешняя среда; g – воздух; i – номера расчетных областей;

in – начальное состояние; ins – внутренняя среда; max – максимальное значение; min – минимальное значение; r – радиальное направление; s – предел гигроскопичности; w – внешняя поверхность; x, y, z – направление по осям x, y и z, соответственно; – окружное направление; 0 – внутренняя поверхность.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.