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



Инженерные системы в строительстве

Математическое моделирование нестационарного влажностного режима ограждений с применением ­дискретно-континуального подхода

  • Гагарин Владимир Геннадьевич - Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук (НИИСФ РААСН); Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
  • Зубарев Кирилл Павлович - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ); Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук (НИИСФ РААСН)
DOI: 10.22227/1997-0935.2020.2.244-256
Страницы: 244-256
Введение. Рассмотрены математические модели влажностного режима, которые разработаны К.Ф. Фокиным, А.В. Лыковым, В.И. Лукьяновым, В.Н. Богословским, Х.М. Кюнцелем. Показаны преимущества использования потенциала влажности по сравнению с раздельным учетом потенциалов переноса. Приведено выражение для потенциала влажности F, разработанное В.Г. Гагариным и В.В. Козловым. Материалы и методы. Сформулировано дифференциальное уравнение влагопереноса с постоянными во времени коэффициентами и описаны краевые условия. Получено аналитическое выражение для определения потенциала влажности с помощью дискретно-континуального подхода. Результаты. Проведено сравнение отдельных методов расчета по теории потенциала влажности F для однослойной ограждающей конструкции из газобетона, двухслойной кирпичной стены, а также двух систем фасадных теплоизоляционных композиционных с наружными штукатурными слоями с утеплителем из минеральной ваты и пенополистирола. Рассмотрено решение нестационарного уравнения влагопереноса методом конечных разностей по явной разностной схеме, решение стационарного уравнения влагопереноса, решение нестационарного уравнения влагопереноса дискретно-континуальным методом. Выводы. Распределение влажности, получаемое с помощью дискретно-континуального подхода и количественно, и качественно совпадает с распределением влажности по методу конечных разностей, однако данное распределение получается по конечной формуле без использования численного метода, что упрощает расчет. Научная новизна исследования заключается в разработке математической модели, основанной на потенциале влажности F, а также в решении уравнения нестационарного влагопереноса с помощью дискретно-континуального подхода. Практическая значимость состоит в возможности получения распределения влаги по толще ограждающей конструкции по полученной формуле.
  • энергосбережение;
  • ограждающая конструкция;
  • математическая модель;
  • дискретно-континуальный метод;
  • тепло-влагоперенос;
  • влажностный режим;
  • влажность;
  • влагоперенос;
  • увлажнение;
  • массоперенос;
Литература
  1. Мусорина Т.А., Заборова Д.Д., Петриченко М.Р. Математический аппарат для определения термического сопротивления однородной скалярной среды // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. Вып. 8. С. 1037–1045. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.8.1037-1045
  2. Poddaeva O., Kubenin A., Gribach D. Measures of improving the accuracy of the calculation of energy efficiency and energy saving of construction transport infrastructure // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2018. Vol. 692. Pp. 490–497. DOI: 10.1007/978-3-319-70987-1_52
  3. Козлов В.В. Вопросы точности расчета приведенного сопротивления теплопередаче и температурных полей // Строительство и реконструкция. 2018. № 3 (77). С. 62–74.
  4. Иванов В.В., Карасева Л.В., Тихомиров С.А. Теплообмен в пограничных слоях на излучающих поверхностях при градиентном течении // Инженерный вестник Дона. 2017. № 3 (46). С. 10.
  5. Дацюк Т.А., Аншукова Е.А. Влияние тепловлажностного режима теплых чердаков на состояние ограждающих конструкций // Вестник гражданских инженеров. 2019. № 5 (76). С. 160–165. DOI: 10.23968/1999-5571-2019-16-5-160-165
  6. Перехоженцев А.Г. Проектирование наружных стен высотных зданий с заданным температурно-влажностным режимом // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Сер. Строительство и архитектура. 2017. № 48 (67). С. 48–60.
  7. Береговой А.М., Береговой В.А. Температурно-влажностное состояние наружных ограждений в условиях фазовых переходов влаги и агрессивных воздействий среды // Региональная архитектура и строительство. 2017. № 3 (32). С. 99–104.
  8. Гороховский А.Г., Шишкина Е.Е., Старова Е.В., Миков А.А. Анализ процессов сушки древесины существенно неизотермическими режимами // Лесной журнал. 2018. № 2 (362). С. 88–96. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.2.88
  9. Мусорина Т.А., Петриченко М.Р. Математическая модель тепломассопереноса в пористом теле // Строительство: наука и образование. 2018. Т. 8. Вып. 3. С. 35–53. DOI: 10.22227/2305-5502.2018.3.3
  10. 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
  11. 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
  12. Hroudova J., 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
  13. Almeida R.M.S.F., Barreira E. Monte Carlo simulation to evaluate mould growth in walls: The effect of insulation, orientation, and finishing coating // Advances in Civil Engineering. 2018. P. 8532167. DOI: 10.1155/2018/8532167
  14. Guimaraes A.S., Ribeiro I.M., de Freitas V.P. 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. P. 1365572. DOI: 10.1080/23311916.2017.1365572
  15. Guimaraes A.S., Ribeiro I.M., Freitas T.S. TRHUMIDADE — A water diffusivity model to predict moisture content profiles // Cogent engineering. 2018. Vol. 5. Issue 1. P. 1459007. DOI: 10.1080/23311916.2018.1459007
  16. 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
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. 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
  21. 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
  22. 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
  23. Пастушков П.П. Влияние влажностного режима ограждающих конструкций с наружными штукатурными слоями на энергоэффективность теплоизоляционных материалов : дис. … канд. техн. наук. М., 2013. 169 с.
  24. 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. № 1 (17). С. 20–28.
  25. 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.
  26. Kupriyanov V.N., Shafigullin R.I. Protective characteristics of enclosing structures exposed to electromagnetic radiation // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 463. P. 022061. DOI: 10.1088/1757-899X/463/2/022061
  27. Petrov A.S., Kupriyanov V.N. Determination of humidity conditions of enclosing structures by the color indicator method // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 463. P. 022064. DOI: 10.1088/1757-899X/463/2/022064
  28. Петров А.С., Юзмухаметов А.М., Куприянов В.Н., Андрейцева К.С. Определение характера увлажнения ограждающих конструкций экспериментальным методом цветовой индикации // Строительные материалы. 2019. № 6. С. 24–28. DOI: 10.31659/0585-430X-2019-771-6-24-28
  29. Ельчищева Т.Ф. Безопасная эксплуатация наружных ограждающих конструкций зданий при неблагоприятном воздействии среды // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. Вып. 5 (128). С. 570–588. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.5.570-588
  30. Ельчищева Т.Ф., Ерофеев В.Т., Лобанов В.А. Определение солесодержания в материале наружных стен здания промышленного предприятия // Строительные материалы. 2019. № 6. С. 34–39. DOI: 10.31659/0585-430X-2019-771-6-34-39
  31. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. М. : АВОК-ПРЕСС, 2006. 256 с.
  32. Лыков А.В. Теоретические основы строительной теплофизики. Минск : Изд-во академии наук БССР, 1961. 525 с.
  33. Künzel H.M. Simultaneous heat and moisture transport in building components. One- and two-dimensional calculation using simple parameters. Stuttgart : IRB Verlag, 1995. 65 p.
  34. Лукьянов В.И. Нестационарный массоперенос в строительных материалах и конструкциях при решении проблемы повышения защитных качеств ограждающих конструкций зданий с влажным и мокрым режимом : дис. … д-ра техн. наук. М., 1993. 653 с.
  35. Богословский В.Н. Основы теории потенциала влажности материала применительно к наружным ограждениям оболочки зданий : мон. М. : МГСУ, 2013. 112 с.
  36. Гагарин В.Г., Козлов В.В., Зубарев К.П. Анализ расположения зоны наибольшего увлажнения в ограждающих конструкциях с различной толщиной теплоизоляционного слоя // Жилищное строительство. 2016. № 6. С. 8–12.
  37. Гагарин В.Г., Зубарев К.П. Применение теории потенциала влажности к моделированию нестационарного влажностного режима ограждений // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. Вып. 4 (127). С. 484–495. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.4.484-495
  38. Gagarin V., Akhmetov V., Zubarev K. Assessment of enclosing structure moisture regime using moisture potential theory // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 193. P. 03053. DOI: 10.1051/matecconf/201819303053
  39. Gagarin V., Akhmetov V., Zubarev K. Moisture behavior calculation of single-layer enclosing structure by means of discrete-continuous method // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 170. P. 03014. DOI: 10.1051/matecconf/201817003014
  40. Gagarin V.G., Akhmetov V.K., Zubarev K.P. Unsteady-state moisture behavior calculation for multilayer enclosing structure made of capillary-porous materials // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 177. P. 012021. DOI: 10.1088/1755-1315/177/1/012021
СКАЧАТЬ (RUS)