Расчет тепловлагопереноса через огораждающие конструкции здания с внешним слоем утеплителя

1Киев - 2014

ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕПЛОФИЗИКИ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК УКРАИНИ

докладчик: Давыденко Б.В.

2

Цель работы: определение динамики изменения влажно-температурного состояния строительных ограждающих конструкций в зависимости от внешних климатических условий и повышение срока эксплуатации строительных конструкций путем их термомодернизации

Задачи исследования: - разработка расчетной модели тепло-влагопереноса через ограждающие конструкции сооружений;- расчет распределения температуры и влагосодержания по толщине ограждающих конструкций зданий;- исследование закономерностей влияния характеристик материала ограждающих конструкций и характеристик теплоизоляционного материала на распределение температуры и влагосодержания.

3

Модель тепло-влагопереноса через строительные ограждающие конструкции

4

Уравнение массопереноса:

( ) vvav Hgw +−∇=

∂∂

τ

- уравнение переноса водяного пара:

( )avg−∇=0 - уравнение переноса воздуха:

- уравнение переноса капельной жидкости:

( ) vll Hgw −−∇=

∂∂

τ

)( vava

va FgradD

gζ

ρ−=

- закон Фика для диффузии водяного пара в капиллярно-пористом теле

vaav gg −=

- коэффициент сопротивления диффузии паров воды в пористом материале ζ

)()( vvv

vava pgradmpgrad

TR

Dg ⋅−=−=

ζm - коэффициент паропроницаемости

)( cll pgradKg −=- закон Дарси для переноса жидкой влаги в капиллярно-пористом теле

5

Уравнение массопереноса: - уравнение переноса влаги:

vl www +=;

∇+∇∇=

∂∂

vava

v

vcl

l

l FDw

pKww

ζρ

ρρτ

)],(ln[ TFTRp vavlc ϕρ= - закон Кельвина

);,(

)(111

,

0 TF

TpFR

R

pva

satvvav

a

ϕϕ =

+

−

= ;

1)(

1

1

,

0

a

v

satv

va

RR

Tpp

F

−

⋅+

=

ϕ

6

Уравнение массопереноса:

∇

∂∂+∇

∂∂+∇=

∂∂⋅

∂∂+

∂∂⋅

∂∂

TT

pK

wF

F

pK

wDwT

T

wF

F

wа c

ll

lva

va

cl

l

lva

v

vlva

va

l

ρρζρ

ρττ)

∇

∂∂+

∂∂+∇

∂∂+

∂∂∇=

∂∂

TT

pK

w

T

FDww

w

pK

w

w

FDwwc c

ll

lvava

v

vl

l

cl

l

l

l

vava

v

v

ρζρ

ρρζρ

ρτ)

∇

∂∂+∇

∂∂+∇=

∂∂⋅

∂∂+

∂∂⋅

∂∂

TT

FDwp

p

FDwK

wT

T

wp

p

wb vava

v

vc

c

vava

v

vl

l

lc

c ζρ

ρζρ

ρρττ)

Уравнение теплопереноса:

( ) ( ) ( ) ( )avllvvaavvll IgIgIgqIwIwIwI ∇+∇−∇−−∇=+++∂∂

ммρτ

( ) ( )

( )

∇∇⋅+∇∇+

+∇⋅

−

∇+

∇=

∂∂+++

vava

v

vэфф

avvava

v

vlcl

l

laavvllmm

FDw

rT

TССFDw

СpKwT

СwСwСwC

ζρ

ρλ

ζρ

ρρτρ

7

Граничные условия:

;1

1+

=

−

=

−

∂∂

+

−−=

=

∂∂−

∂∂

∂∂+

∂∂

∂∂−

n

FD

w

F

w

n

FDw

n

T

T

p

n

F

F

pK

w

vava

v

v

val

l

Ssvava

v

vSs

cva

va

cl

l

lgl

ρρρ

ζρ

ρρ

( ) ;1

П1 lSsva

va

va

l

lvasg

v

vl

l

lm n

F

F

Dwr

n

T

n

Tww=

++−

∂∂

−−

∂∂−=

∂∂

++−− ρ

ρλλ

ρλ

ρλ

)( ∞

++ −=

∂∂−= TTn

Tq sva αλ )( ,, ∞

+

−=

∂∂−= vsvva

vav FFn

FDg βρ

3/2LeaC

αβ =a

aavaCD

λρ=Le

( ) );/(П/ 00 valvall FFww ρρρρ −−= ( ) );/(П/ 0 vallvv Fww ρρρρ −−=

8

Характеристики влагопереноса керамического кирпича*:

* H. Derluyn, H. Janssen, P. Moonen, and J. Carmeliet. Moisture transfer across the interface between brick and mortar joint. In Proceedings of the 8th Symposium on Building Physics in the Nordic Countries, Copenhagen, Denmark, 2008.

Результаты расчета распределения температуры и влагосодержания по толщине ограждающих конструкций различной температуре наружного воздуха

9

Распределение температуры и влагосодержания по толщине кирпичной стенки без утеплителя при tвн= 20 оС; φвн=0,7; φн=0,7; 1 - tн= 0 оС; 2 - tн= - 10 оС;

Распределение парциального давления пара по толщине кирпичной стенки без утеплителя

tн= 0 оС; tн= - 10 оС;

Результаты расчета распределения температуры и влагосодержания по толщине ограждающих конструкций при различной температуре наружного воздуха

10

Распределение температуры по толщине бетонной стенки без утеплителя при tвн= 20 оС; φвн=0,7; φн=0,9; 1 - tн= - 10 оС; 2 - tн= - 15 оС;

Распределение парциального давления пара по толщине бетонной стенки без утеплителя

tн= - 10 оС; tн= - 15 оС;

бетон

Результаты расчета распределения температуры и влагосодержания по толщине ограждающих конструкций без утеплителя и с утеплителем

11

Распределение температуры по толщине бетонной стенки при tвн= 20 оС; φвн=0,7; φн=0,9; tн= - 15 оС;

1- без утеплителя; 2 – с утеплителем (маты прошивные)

Распределение парциального давления пара по толщине бетонной стенки с утеплителем

Распределение влагосодержания по толщине бетонной стенки без утеплителя

Распределение относительной влажности воздуха температуры по толщине бетонной стенки

Влияние коэффициентов теплоотдачи на распределение температуры и парциального давления пара по толщине ограждающих конструкций

12

без утеплителя с утеплителем

без утеплителя с утеплителем

tвн= 20 оС; φвн=0,7; φн=0,9; tн= - 15 оС

Влияние теплопроводности материала несущей конструкции на распределение парциального давления пара и влагосодержания по толщине ограждений без утеплителя

13

Стена без утеплителя

Стена без утеплителя

Влияние теплопроводности материала несущей конструкции на распределение температуры и влагосодержания по толщине ограждений с одинаковым утеплителем

14

утеплитель

стена

стена

Влияние теплофизических характеристик материала несущей конструкции на распределение парциального давления пара в стене без утеплителя

15

Распределение парциального давления пара по толщине стены без утеплителя

Взаимное влияние теплофизических характеристик несущей конструкции и теплоизоляционного материала на распределение температуры в ограждении

16

Распределение температуры по толщине стены

Взаимное влияние теплофизических характеристик несущей конструкции и теплоизоляционного материала на тепло-влагоперенос через ограждения

17

Распределение парциального давления пара по толщине стены с утеплителем

18

Распределение температуры и влагосодержания по толщине сендвтч-панели без утеплителя

19

Распределение температуры и влагосодержания по толщине сендвтч-панели с утеплителем

20

Влияние харктеристик теплоизоляионного материала на теплопотери через ограждающие конструкции

№ п/п материал теплопроводность паропроницаемость

1 ППС-25 0,05 0,05

2 ППС-35 0,047 0,05

3 ППСЕ 0,049 0,02

4 БВ 0,045 0,5

5 ППУ 0,025 0,05

6 Пеностекло 0,073 0

ВЫВОДЫ

1. Понижение температуры наружного воздуха или увеличение влажности воздуха внутри помещения может быть причиной накопления влаги на поверхности или внутри ограждающих конструкций.

2. Установка дополнительной теплоизоляции на внешней поверхности ограждающих конструкций предотвращает образование конденсата как на поверхности, так и внутри ограждающих конструкций.

3. Коэффициент паропоницаемости утеплителя должен быть выше, чем коэффициент паропоницаемости материала несущей конструкции

4. Паропроницаемость материалов, используемых для утепления, должна повышаться по направлению изнутри - наружу

5

22

Спасибо за внимание!