ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Инженерные системы в строительстве

Применение теории потенциала влажности к моделированию нестационарного влажностного режима ограждений

  • Гагарин Владимир Геннадьевич - Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук (НИИСФ РААСН)
  • Зубарев Кирилл Павлович - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2019.4.484-495
Страницы: 484-495
Введение. Исследованы известные методы оценки нестационарного влагопереноса в ограждающих конструкциях, предложенные К.Ф. Фокиным. Первый из них описывает влагоперенос в сорбционной зоне, а второй позволяет проводить расчет и в сверхсорбционной зоне. Описано введение В.Н. Богословским «термодинамического потенциала влажности» материалов ограждающих конструкций. Показано развитие В.Г. Гагариным и В.В. Козловым потенциала влажности F, который позволяет единообразно описывать движение водяного пара и жидкой влаги в материале. Научная новизна исследования заключается в разработке метода расчета, основанного на потенциале влажности F. Практическая значимость состоит в возможности получения расчетным путем значений эксплуатационной влажности материалов ограждений для практической инженерной работы. Материалы и методы. На основе физических представлений о процессе выведено уравнение влагопереноса. Сформулирована математическая модель, состоящая из уравнения теплопроводности, полученного уравнения влагопереноса, пространственно-временной области, краевых и начальных условий. Распределение потенциала влажности в стенах зданий получено по методу конечных разностей. Результаты. Проведены расчеты по разработанной математической модели для четырех видов ограждений: однослойной газобетонной стены; стены с основанием из газобетона и облицовкой из глиняного кирпича; стены с основанием из газобетона и утеплителем из минеральной ваты с тонким слоем штукатурки; стены с основанием из газобетона и утеплителем из пенополистирола с тонким слоем штукатурки. Выводы. Полученная эксплуатационная влажность материалов ограждающих конструкций зданий по расчету оказалась ниже, чем указано в нормативных документах. Представленные результаты дают возможность уточнить определение тепловых потерь здания и проектирование системы отопления. В рамках разработанной теории доказаны ранее полученные данные по определению положения плоскости максимального увлажнения: для конструкций с основанием из газобетона и утеплителем из минеральной ваты положение максимума влаги приходится на стык слоев утеплителя и штукатурки; для конструкций с основанием из газобетона и утеплителем из пенополистирола положение максимума влаги находится в толще слоя утеплителя. Благодарности. Авторы выражают благодарность кандидату технических наук В.В. Козлову и доктору технических наук, профессору В.К. Ахметову за обсуждение и полезные замечания в ходе выполнения работы.
  • энергосбережение;
  • ограждающая конструкция;
  • математическая модель;
  • тепло-влагоперенос;
  • температурно-влажностный режим;
  • влажностный режим;
  • влажность;
  • влагоперенос;
  • увлажнение;
  • массоперенос;
Литература
  1. Gamayunova O., Musorina T., Ishkov A. Humidity distributions in multilayered walls of high-rise buildings // E3S Web of Conferences. 2018.Vol. 33. P. 02045. DOI: 10.1051/e3sconf/20183302045
  2. Melin C.B., Hagentoft C.E., Holl K., Nik V.M., Kilian R. Simulations of moisture gradients in wood subjected to changes in relative humidity and temperature due to climate change // Geosciences. 2018.Vol. 8. Issue 10. P. 378. DOI: 10.3390/geosciences8100378
  3. GuimarãesA.S., Ribeiro I.M., Freitas T.S. TRHUMIDADE — A water diffusivity model to predict moisture content profiles // Cogent engineering. 2018.Vol. 5. Issue 1.Pp. 1–14. DOI: 10.1080/23311916.2018.1459007
  4. GuimarãesA.S., Ribeiro I.M., Freitas T.S. Numerical models performance to predict drying liquid water in porous building materials: Comparison of experimental and simulated drying water content profiles // Cogent engineering. 2017.Vol. 4. Issue 1.Pp. 1–17. DOI: 10.1080/23311916.2017.1365572
  5. Ricardo M.S., Almeida R., Barreira E. Monte Carlo simulation to evaluate mould growth in walls: the effect of insulation, orientation, and finishing coating // Advances in civil engineering. 2018.Vol. 2018.Pp. 1–12. DOI: 10.1155/2018/8532167
  6. HroudováJ., Korjenic A., Zach J., Mitterböck M. Entwicklung eines Wärmedämmputzes mit Naturfasern und Untersuchung des Wärme- und Feuchteverhaltens // Bauphysik. 2017.Vol. 39. Issue 4.Pp. 261–271. DOI: 10.1002/bapi.201710030
  7. Latif E., Wijeyesekera D.C., Mohammad S. Impact of moistened bio-insulation on whole building energy use // MATEC Web of Conferences. 2017.Vol. 103. P. 03020. DOI: 10.1051/matecconf/201710303020
  8. Kaczmarek A., Wesolowska M. Factors affecting humidity conditions of a face wall layer of a heated building // Procedia Engineering. 2017.Vol. 193.Pp. 205–210. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.06.205
  9. Мусорина Т.А., Петриченко М.Р. Математическая модель тепломассопереноса в пористом теле // Строительство: наука и образование. 2018. Т. 8. № 3. С. 35–53. DOI: 10.22227/2305-5502.2018.3.3
  10. Перехоженцев А.Г. Проектирование наружных стен высотных зданий с заданным температурно-влажностным режимом // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер. : Строительство и архитектура. 2017. Т. 67. № 48. С. 48–60.
  11. Ельчищева Т.Ф. Определение влажностного режима помещений зданий при наличии в стеновом материале гигроскопических солей // Строительные материалы. 2017. № 6. С. 14–18. DOI: 10.31659/0585-430X-2017-749-6-14-18
  12. Пастушков П.П., Гринфельд Г.И., Павленко Н.В., Беспалов А.Е., Коркина Е.В. Расчетное определение эксплуатационной влажности автоклавного газобетона в различных климатических зонах строительства // Вестник МГСУ. 2015. № 2. С. 60–69. DOI: 10.22227/1997-0935.2015.2.60-69
  13. Алексеенко В.Н., Михеева Ю.Л. Воздействия климатических факторов на температурно-влажностный режим ограждающих конструкций православных храмов XVIII–XIX веков // Биосферная совместимость: человек, регион, технологии. 2017. Т. 17. № 1. С. 20–28.
  14. Алексеенко В.Н., Михеева Ю.Л. Результаты исследования температурно-влажностного режима Петропавловского собора в городе Симферополе // Промышленное и гражданское строительство. 2017.№ 7. С. 46–51.
  15. Petrov A.S., Kupriyanov V.N. Determination of humidity conditions of enclosing structures by the color indicator method // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018.Vol. 463. P. 022064. DOI: 10.1088/1757-899X/463/2/022064
  16. Georget F., Prevost J.H., Huet B. Impact of the microstructure model on coupled simulation of drying and accelerated carbonation // Cement and Concrete Research. 2018.Vol. 104.Pp. 1–12. DOI: 10.1016/j.cemconres.2017.11.008
  17. Hoseini A., Bahrami A. Effects of humidity on thermal performance of aerogel insulation blankets // Journal of Building Engineering. 2017.Vol. 13.Pp. 107–115. DOI: 10.1016/j.jobe.2017.07.001
  18. Jin H.Q., Yao X.L., Fan L.W., Xu X., Yu Z.T. Experimental determination and fractal modeling of the effective thermal conductivity of autoclaved aerated concrete: Effects of moisture content // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2016.Vol. 92.Pp. 589–602. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.08.103
  19. Belkharchouche D., Chaker A. Effects of moisture on thermal conductivity of the lightened construction material // International Journal of Hydrogen Energy. 2016.Vol. 41. Issue 17.Pp. 7119–7125. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.01.160
  20. Wu Z., Wong H.S., Buenfeld N.R. Transport properties of concrete after drying-wetting regimes to elucidate the effects of moisture content, hysteresis and microcracking // Cement and Concrete Research. 2017.Vol. 98.Pp. 136–154. DOI: 10.1016/j.cemconres.2017.04.006
  21. Kupriyanov V.N., Shafigullin R.I. Protective characteristics of enclosing structures exposed to electromagnetic radiation // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018.Vol. 463. P. 022061. DOI: 10.1088/1757-899X/463/2/022061
  22. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. М. : АВОК-ПРЕСС, 2006. 256 с.
  23. Богословский В.Н. Основы теории потенциала влажности материала применительно к наружным ограждениям оболочки зданий / под ред. В.Г. Гагарина. М. : МГСУ, 2013. 112 с.
  24. Лыков А.В. Теоретические основы строительной теплофизики. Минск : Изд-во Академии наук БССР, 1961. 520 с.
  25. Kiessl K. Kapillarer und dampfförmiger Feuchtetransport in mehrschichtigen Bauteilen. Rechnerische Erfassung und bauphysikalische Anwendung. Diss. Essen. 1983. 124 p.
  26. Künzel H.M. Simultaneous heat and moisture transport in building components. One- and two-dimensional calculation using simple parameters: PhD Thesis. Stuttgart, 1995. 65 p.
  27. Гагарин В.Г., Козлов В.В. Математическая модель и инженерный метод расчета влажностного состояния ограждающих конструкций // Academia. Архитектура и строительство. 2006. № 2. C. 60–63.
  28. Козлов В.В. Метод инженерной оценки влажностного состояния современных ограждающих конструкций с повышенным уровнем теплозащиты при учете паропроницаемости, влагопроводности и фильтрации воздуха : дис. … канд. техн. наук. М., 2004. 155 с.
  29. Гагарин В.Г., Зубарев К.П., Козлов В.В. Определение зоны наибольшего увлажнения в стенах с фасадными теплоизоляционными композиционными системами с наружными штукатурными слоями // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2016. Т. 54.№ 1. С. 125–132.
  30. Gagarin V.G., Akhmetov V.K., Zubarev K.P. Assessment of enclosing structure moisture regime using moisture potential theory // MATEC Web of Conferences. 2018.Vol. 193. P. 03053. DOI: 10.1051/matecconf/201819303053
СКАЧАТЬ (RUS)