13 Дек 11 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНО-ВЛАЖНОСТНОГО СОСТОЯНИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

Пример. Определить изменение влажности и температуры теплоизолирующе­го материала многослойных облегченных ограждений, конструкция которых опи­сана выше. Исследования проводят с помощью установки (см. рис. V. l,e).

Параметры климатических воздействий, с помощью которых имитируют ха­рактерные эксплуатационные режимы, приведены в табл. V.3.

Таблица V.3. Параметры характерных режимов эксплуатации, имитируемых В процессе испытаний Характерный режим Темпе­ратура, °С Относи­тельная влаж­ность, % Темпе­ратура, °С Относи­тельная влаж­ность, % Продол­житель­ность имитации Воздуха Режима, сут Наружного Внутреннего

TOC o "1-3" h z Зимний (влагонакопления) —8,5 80 18 95 90

Весенне-осенний (нейтральный) +18 75 +18 90 60

Летний (сушки) +32 60 +22 80 90

При исследовании изменения влажностного режима рассматриваемых ограж­дающих конструкций имитация годового цикла климатических воздействий обязательна, так как влага, накопившаяся в конструкции в зимнее время, удаля­ется в летнее время только в сторону помещения. Учитывая высокую влажность воздуха помещений в вероятных условиях эксплуатации, возможность испаре­ния влаги из конструкций требует экспериментальной проверки теплометрически - ми методами. Плотность тепловых потоков при имитации зимнего режима измеряют по ГОСТ 25380—82. При имитации летнего режима теплометрические измерения проводят устройствами, с помощью которых можно оценить массооб - менную составляющую теплового потока по суммарному значению этого потока, проходящего через высушиваемое ограждение. Устройства (рис. V.7,а) состоят из двух соосно расположенных тепломеров по ГОСТ 25380—82, контактирующих между собой через перфорированную пластину [12]. Тепломер 1 измеряет сухую составляющую теплового потока, а тепломер 2 — результирующий тепловой по­ток, подведенный от исследуемой конструкции к температуровыравнивающей пластине. Плотность потока испаряющейся влаги из конструкции определяют по уравнению, полученному из решения системы уравнений теплового баланса для

Температуровыравнивающей пластины = дт/гг^ = (д2 — qx)~jT~ (1 "і"

+ tfTa)/rf2,

Где qm — массовая составляющая теплового потока; Fj, — суммарная площадь тепломассомерa; Fs — площадь пластины 3.

Тепломассомеры устанавливают в специально подготовленные перфориро­ванные посадочные гнезда в древесной обшивке исследуемой конструкции. По­верхность пластины 3, свободная от тепломера / и обращенная в «помещение»,

Рис. V.7. Устройство тепломассомера (а), коидуктометрических датчиков влаж­ности игольчатого (б) и поверхностного (в) типов и схемы установки их в кон­струкцию (г, д, е):

1,2 — тепломеры, 3 — температуровыравнивающая перфорированная пластина; 4 — утепли­тель исследуемой конструкции; 5 — внутренняя обшивка из древесных листов; б—обойма из диэлектрика; 7 — стальные электроды; 8 — электроизоляционное покрытие.

Полностью покрывают срезом внутренней обшивки конструкции 5. Тепловой контакт обеспечивают нанесением тонкого слоя кварцевой пудры между пласти­ной 3 и обшивкой 5, благодаря чему отверстия пластины 3 образовывают с 5 и 6 своеобразные четочные капилляры (см. рис. У.7,г).

Температурные поля ограждений определяют с помощью медьконстантано- вых термопар (см. с. 132) и автоматизированной системы измерения темпе­ратуры [43]. Влажностные поля определяют с использованием кондуктометри - ческих датчиков влажности, состоящих из двух электродов из нержавеющей стали IXI8H9T, закрепленных в специальной обойме (см. рис. V.7ДеДе). Уста-

Рис. V.8. Распределение влажности (а) и температуры (б) по сечению испыты­ваемого ограждения при имитации зимнего режима его эксплуатации: 1 — в начальный момент времени; 2 — через 30 сут по основному полю; 3 — то же, в зоне теплопроводного включения; 4 — через 60 сут по основному полю; 5 — то же. в зоне вклю­чения; Є — через 90 сут по основному полю; 7 — то же. в зоне включення; 2' ... 7' — содер­жание жидкой влаги в зоне отрицательных температур, соответствующее кривым 2...7.

Навливают датчики в утеплителе в процессе изготовления конструкции. В каче­стве вторичного прибора при измерении электрических сопротивлений утеплителя используют универсальный мост Е7-4, преимущество которого — в возможности измерений сопротивлений переменному току повышенной частоты. Это позволяет существенно снижать полярность электродов, обусловленную ионным характером проводимости влажных материалов, которая искажает результаты измерений на постоянном токе. Относительную влажность воздуха в экспериментальной уста­новке определяют с помощью дистанционной системы измерения температуры и влажности воздуха (см. рис. V.2).

Начальное распределение влажности утеплителя описывается кривой 1 на рис. V.8,а. Средняя начальная влажность утеплителя равна 18,5 %. Через 30 сут имитации зимнего режима влагосодержание утеплителя увеличивается, а распре­деление влажности по его сечению близко к линейному. Вследствие термической неоднородности конструкций влажность утеплителя в зоне теплопроводного вклю­чения (Z-образного профиля с теплоизолирующим бруском) выше влажности утеплителя основного поля конструкции.

Через 40...45 сут имитации зимнего режима распределение влажности приоб­ретает явно нелинейный характер (см. рис. V.8,4...7), что обуславливается обра­зованием твердой фазы влаги в количестве, способном активно влиять на ха­рактер распределения влажности по сечению конструкции. После 90 суток имитации зимнего режима среднее массовое влагосодержание утеплителя кон­струкции повысилось на 10%, а в зоне включения — на 23. Однако увлажнение утеплителя не привело к существенному увеличению тепловых потоков через ис­следуемую конструкцию и разности между температурой внутреннего воздуха и внутренней поверхности (см. рис. V.8,6). Это объясняется тем, что термическое сопротивление ограждения определяется характером распределения влаги в толще утеплителя, а основное количество ее сосредоточено вблизи наружной обшивки,
где температура ниже О °С (см. рис. V.8). При наблюдаемых значениях влаго­содержания теплопроводность резопена в зоне отрицательной температуры ниже, чем в зоне положительной (см. рис. 1.3).

Кондуктометрический метод позволяет определять температуру начала за­мерзания tH.3 влаги в порах материала в зависимости от его общего влагосодер­жания, а также количество незамерзшей w2 влаги в материале при температуре ниже О °С. Эти характеристики находят по уравнениям Ю. Д. Ясина Г341 (см с. 135.

Рис. V.9. Распределение влажности по сечению испытываемого ограждения при имитации весеннего режима его эксплуа­тации:

1 — через 15 сут основное поле; 2 — то же, зона включения; 3 — основное поле и зона включения через 35 сут; 4 — то же, через 60 сут.

0 2D 40 60 601 m

Для утеплителя рассматриваемых ограждений при —10 °С и

15 %^оу<150 %

*и з = (_0,06 w — 3,9) /(0.93 w — 0,57);

W2=8,57+0,07 w—(0,06 w +3,9) /1, где tH.3 — температура начала замерзания влаги в порах материала.

По последнему уравнению построены кривые 2/...7/ на рис. V.8,а, описываю­щие количество влаги в жидком состоянии в зоне отрицательной температуры утеплителя конструкции.

Перенос влаги в весенний (осенний) режим эксплуатации зданий в основ­ном определяется градиентом влагосодержания. Через 15 сут имитации весеннего режима влажность по основному полю утеплителя продолжает увеличиваться, а в зоне включения уменьшается (рис. V.9, кривые 1 и 2). Это происходит по­тому, что влага перемещается не только от внутренних обшивок к наружным, но и от зон теплопроводного включения к основному полю. Приблизительно через 35 сут имитации весеннего режима среднее влагосодержание зон включений и основного поля утеплителя выравниваются и перенос влаги происходит только от наружной обшивки к внутренней в парообразном и жидком состояниях. На 60-е сутки имитации весеннего режима среднее влагосодержание утеплителя (31±2) %.

В летний период эксплуатации тепловой поток, вследствие воздействия сол­нечной инсоляции, большую часть суток направлен от наружной обшивки к внут­ренней. Это приводит к существенному перераспределению влаги в толще утеп­лителя. Через 10 сут имитации летнего режима влагосодержание утеплителя описывают прямыми 1,2 (рис. V.10,a) с ростом влагосодержания по направлению к внутренней обшивке. При этом среднее влагосодержание по основному полю повышается, а в зонах включения понижается. Несмотря на высокую влажность внутреннего воздуха, влага удаляется из конструкции в помещение. Наличие по­тока испаряющейся влаги с поверхности исследованной конструкции четко фик­сируют тепломассомеры (рис. V. ll, a). Зависимость потоков от времени характе­ризует локальный массообмен между поверхностями конструкции и воздухом, но по этим кривым можно установить характер сушки конструкции, так как они качественно совпадают с кривыми скорости сушки (рис. V.11 ,б). В первые 10 сут влага удалялась в основном с внутренних обшивок. Затем в период посто­янной скорости сушки утеплителя, который длился около 50 сут, влага удалялась из его слоев, прилегающих непосредственно к внутренней обшивке конструкции. Период падающей скорости сушки составлял около 30 сут. К концу испытаний поток влаги, испаряющейся с поверхности конструкции, был близок нулю, сле­
довательно процесс естественной сушки конструкции завершился. В результате было установлено, что после имитации годового расчетного цикла приведенная влажность утеплителя равна начальной, среднегодовая приведенная влажность — 24 % по массе, что на 5,5 % выше начальной.

Рис. V.10. Распределение влажности (а) и температуры (б) по сечению ограж­дения с пароизоляционным слоем при имитации летнего режима его эксплуата­ции: 1 — через 10 сут, основное поле; 2 — то же, зона включения; 3 — через 25 сут, основное поле; 4 — то же, зона включения; 5 — через 90 сут, основное поле; 6 — то же зона включения.

В летний период в зданиях с мокрым режимом эксплуатации, ограждения которых имеют паронепроницаемую наружную обшивку и средний слой из фенольно-резольного пенопласта, осушение конструкции происходит путем испа­рения влаги в помещение. Конструктивное решение ограждения с пароизоляци-

О 30 60 Ґ, сут о 30 60 Т, сут

0 б Рис. V.11. Изменение плотности потока испаряющейся влаги с поверхности ис­пытываемого ограждения, измеренной тепломассомерами при имитации летнего режима (а) и кривая скорости сушки его утеплителя (б).

Ности. При условии соответствия начальной влажности среднего слоя из феноль - ных пенопластов и внутренней обшивки из древесных листов значениям СНиП II-3-79 *, этот конструктивный вариант может быть использован в качестве ограждений мобильных (инвентарных) зданий с любым эксплуатационным влаж- ностным режимом. Кроме того, в результате исследований установлены возмож­ные максимальные значения влажности теплоизолирующего материала много­слойной конструкции, что необходимо при оценке показателей ее надежности по теплозащите.