Методика расчета снеговых отложений для оценки естественного освещения и теплового режима светопрозрачных элементов купольных покрытий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат наук Константинов, Александр Петрович

• Константинов, Александр Петрович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Константинов, Александр Петрович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

ГЛАВА 1. Анализ конструктивных решений светопрозрачных покрытий и их эксплуатации в зимнее время

1.1. Конструктивные решения светопрозрачных покрытий

1.2. Проблемы эксплуатации светопрозрачных покрытий в зимнее время

1.3. Анализ существующих исследований процессов накопления и стаивания снеговых отложений па покрытиях отапливаемых зданий

1.4. Формирование и учет снеговых нагрузок на светопрозрачные

покрытия

Выводы по главе 1

Глава

Экспериментальные исследования характера накопления снеговых отложений на светопрозрачных покрытиях отапливаемых зданий

2.1. Натурные наблюдения светопрозрачного купола административного здания МИД РФ (г. Москва)

2.2. Натурные эксперименты по исследованию кровельного остекления, покрытого снегом

2.2.1. Исследование процесса накопления и стаивания снеговых отложений с поверхности кровельного остекления

2.2.2. Исследования светопропускания системы «стеклопакет-снег»

2.3. Исследования теплозащитных характеристик кровельного остекления (термического сопротивления воздушной прослойки) при

изменении угла наклона к горизонту

Выводы по главе 2

Глава

Разработка методики расчета снеговых отложений, скапливающихся на свегопрозрачных покрытиях

3.1. Снег и его свойства

3.2. Методика расчета снеговых отложений, скапливающихся на светопрозрачных покрытиях

3.2.1. Методика расчета снеговых отложений, скапливающихся на наклонных участках кровельного остекления. Численные эксперименты

3.2.2. Методика расчет снеговых отложений, скапливающихся на горизонтальных участках кровельного остекления. Численные эксперименты

3.2 Сравнение данных натурных и численных экспериментов

Выводы по 3 главе

ГЛАВА

Рекомендации по проектированию светопрозрачных купольных покрытий исходя из зимних условий эксплуатации

4.1. Оценка величины снеговой нагрузки на светопрозрачные купольные покрытия отапливаемых зданий на основе методики расчета снеговых отложений (для условий г. Москвы)

4.2. Рекомендации по проектированию светопрозрачных купольных покрытий отапливаемых зданий из условия обеспечения естественного освещения в зимнее время

Общие выводы и результаты работы

Список использованной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика расчета снеговых отложений для оценки естественного освещения и теплового режима светопрозрачных элементов купольных покрытий»

Введение

Актуальность работы. В настоящее время в России, большинство территорий которой характеризуется долгой и продолжительной зимой, возведено и эксплуатируется достаточно большое количество общественных зданий с большепролетными светопрозрачными покрытиями атриума. Основное функциональное назначение таких конструкций - круглогодичная защита от погодных воздействий внутреннего пространства атриума и обеспечение естественного освещения примыкающих к нему помещений.

Результаты наблюдений показывают эффект снижения естественной освещенности в зимнее время за счет скопления снега на покрытии. Удаление снега при эксплуатации таких конструкций связано с разработкой дорогостоящих конструктивных решений (ходовых мостиков), использования технической оснастки и служб промышленного альпинизма, выделения дополнительных мощностей энергии для стеклопакетов с электрообогревом

Кроме того, в действующих нормативных документах и методах расчетов, используемых в практическом проектировании светопрозрачных покрытий атриумных зданий, не существует однозначной ясности по поводу оценки расчетных величин снеговых нагрузок. В большинстве большепролетных светопрозрачных покрытий, возведенных в настоящее время в нашей с фане, можно 01 метить значительный перерасход материала в несущих конструкциях Таким образом, теряется зрительная легкость и архитектурная эстетика, изначально предполагаемая в подобных сооружениях

Решение указанных задач может быть найдено в результате комплексного исследования влияния снегового покрова на технические и функциональные характеристики свегопрозрачных покрытий. До настоящего времени подобных системных исследований в нашей стране не проводилось.

Цель работы - разработка методики расчета снеговых отложений и периода их воздействия на светопрозрачные покрытия отапливаемых зданий атриумного типа для оценки естественного освещения и теплового режима рабочего пространства.

При выполнении работы необходимо было решить следующие задачи:

• Провести натурные наблюдения на здании атриумного типа для изучения характера накопления и продолжительности нахождения снеговых отложений на различных участках кровельного остекления;

• Провести натурные эксперименты процессов накопления и стаивания снеговых отложений на поверхности кровельного остекления; определить светопропускающую способность снежного покрова;

• Выполнить теоретические исследования процесса накопления и оттаивания снеговых отложений с поверхности остекления путем математического моделирования;

• Обобщить результаты натурных и теоретических исследований и разработать рекомендации по рациональному проектированию конструкций светопрозрачных купольных покрытий отапливаемых зданий и их технической эксплуатации.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• Путем натурных наблюдений и исследований изучен режим формирования снеговых отложений на светопрозрачных купольных покрытиях отапливаемых зданий;

• Определена характерная схема распределения снеговых отложений по поверхности купольного покрытия в условиях снегопада и после его окончания с учетом максимальной толщины снега в различных зонах;

• Предложена физическая модель процесса накопления, оттаивания и удаления снежного покрова с поверхности остекления;

• Разработана методика расчета снеговых отложений и периода времени их нахождения на различных участках светопрозрачных покрытий

отапливаемых зданий на основе численных расчетов нестационарного теплообмена с учетом теплоты фазовых переходов и переменной толщины снежного покрова;

• Определено влияние снежного покрова на снижение пропускания видимого света стеклопакетом.

Практическая значимость работы заключается в использовани рекомендаций по проектированию и эксплуатации светопрозрачных купольных покрытий для г. Москва исходя из зимних условий эксплуатации. Результаты исследований внедрены: • При реконструкции административного здания МИД РФ (г. Москва, Смоленская-Сенная площадь, д.32/34); Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

Тринадцатой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство -формирование среды жизнедеятельности», г. Москва, ФГБОУ ВПО «МГСУ», 2010 г.;

- Международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании», г. Москва, ФГБОУ ВПО «МГСУ», 2011 г.;

- НТС кафедры «Архитектура гражданских и промышленных зданий» ФГБОУ ВПО «МГСУ» (2013 г.).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по диссертации, библиографического списка использованной литературы из 94 наименований. Работа имеет общий объём в 124 страницы машинописного текста, содержит 10 таблиц, 47 рисунков.

Основные положения диссертационной работы содержатся в следующих публикациях:

Статьи, опубликованные в рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Процесс накопления снега па эксплуатируемых стеклянных куполах. -Журнал «Жилищное строительство», 11/2010 - М.: «Стройматериалы», 2010. -стр. 38-40;

2. Снежный покров на стеклянных купольных покрытиях отапливаемых зданий (на примере г. Москва). - "Вестник МГСУ", 1/2011 т.1 - М.: МГСУ, 2011. - стр. 120-126;

3. Снег на светопрозрачных кровлях отапливаемых зданий. - "Вестник МГСУ", 4/2012-М.: МГСУ, 2012. - стр. 51-55.

Статьи, опубликованные в других научных журналах и изданиях:

4. Снеговые нагрузки на светопрозрачные кровли. В сборнике докладов тринадцатой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов. - М: МГСУ АСВ, 2010.-стр. 121-124.

5. Влияние снеговых отложений на естественное освещение отапливаемых зданий со светопрозрачными кровлями. В сборнике докладов международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании». - М: МГСУ АСВ, 2011. стр. 212-215.

6. Особенности эксплуатации стеклянных кровель атриумных зданий. В сборнике докладов II всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Устойчивость, безопасность и энергоресурсосбережение в современных архитектурных, конструктивных, технологических решениях и инженерных системах зданий и сооружений» У.М.Н.И.К. 2011. - М: МГСУ АСВ, 2011. - стр. 109-113.

ГЛАВА 1.

Анализ конструктивных решений свегопрозрачных покрытий и их эксплуатации в зимнее время

1Л. Конструктивные решения светопрозрачных покрытий

Применение светопрозрачных фасадов и покрытий в архитектуре современных зданий и сооружений с каждым годом приобретает все большую распространенность. Новые идеи в области дизайна и архитектуры, связанные применением стекла, широко распространяются по всей стране и реализуются на объектах, возводимых в различных климатических зонах.

Идея использования стекла в конструкциях большепролетных покрытий относительно молода; в различные периоды развития и становления она сдерживалась как развитием технологий, так и несовершенством методов расчетов.

Первые светопрозрачные покрытия с большой долей светопрозрачного заполнения (стекла) и минимальным количеством непрозрачных частей -появились только в начале XIX века. Их разработчиком был английский инженер Джозеф Пэкстон (1801-1865), предложивший в 1831 году принципиально новые решения «стеклянных» крыш с несущими конструкциями из дерева и металла, позволяющие перекрывать большие пространства. Первыми построенными объектами Пэкстона были оранжереи (1836-1840) и «Дома лилий» (1849-1850) (Рис. 1 А) [90].

В 1851 году для Всемирной Выставки, проходившей в Гайд Парке, Джозеф Пэкстон при участии инженера Чарльза Фокса спроектировал и построил знаменитый выставочный павильон, получивший название «Хрустальный дворец» (Рис. 1Б). Впервые в мировой практике появилось внушительных размеров сооружение из металла и стекла — павильон имел

длину 563 м и ширину 138 м, площадь остекленных поверхностей составляла 84 ООО м2.

В 1882 г. в Австрии, в дворцовом комплексе Шенбрунна была возведена самая большая на тот момент оранжерея в Европе. Сооружение, построенное архитектором Францем Ксавером Зенгеншмидтом, имело длину 110 м и ширину 30 м (Рис. 1В) [82]. Это блестящее сооружение своего времени до сих пор является одной из самых больших оранжерей Европы.

Однако это были единичные, уникальные примеры применения такого количества стекла в архитектуре. Массового внедрения стекла в строительстве еще не наблюдалось.

К середине XIX века, благодаря крупным социальным изменениям, в обществе западных стран, круг запросов людей резко расширился. Возникла потребность в зданиях с большими и просторными залами. Обеспечить требуемую освещенность подобных сооружений только за счет бокового освещения не представлялось возможным. Необходимо было искать новые архитектурные идеи и конструктивные решения.

Это фактически определило начало применения большепролетных светопрозрачных покрытий в архитектуре общественных зданий. Во второй половине XIX века здания со свегопрозрачными покрытиями - торговые пассажи (московский ГУМ), музеи (музей искусств Д'Орсэ), выставочные павильоны (миланская галерея Виктора Эммануила II) (Рис. 2А-Г) -появляются во многих европейских городах.

Уже в то время конструктивные схемы светопрозрачных покрытий были достаточно хорошо продуманы. Несущие конструкции выполнялись из стальных или деревянных элементов; в качестве светопрозрачного заполнения использовалось плоское листовое стекло.

Примечательно, что купола и своды были первой геометрической формой, примененной для свегопрозрачных покрытий. В первых сооружениях XIX века они представлялись наиболее привлекательными для инженеров. Покрытия имели большой уклон; это способствовало быстрому удалению с их поверхности дождевых осадков и снега. Из-за отсутствия надежных систем герметизации в этот период не возводились малоуклонные кровли.

Расширение использования светопрозрачных покрытий в строительстве, вплоть до начала XX века сдерживало фактическое отсутствие промышленных способов изготовления листового стекла. Оно было очень дорогим и трудоемким в изготовлении, выпускалось тонким, малогабаритным. Из-за малой прочности было недостаточно безопасным при монтаже и эксплуатации.

Б)

Рис. 1. - Первые реализованные проекты зданий со светопрозрачными покрытиями

A) Большая оранжерея в С/га^'Н'огГ/г, 1840 (уничтожена в 1920), арх. Дж. Пэкстон;

Б) «Хрустальный дворец», 1851 (уничтожен в 1936), арх. Дж. Пэкстон

B) «Пальмовый дом», 1882, арх. Фр. Кс. Зенгеншминдт

В) Г)

Рис. 2. — Здания со светопрозрачными покрытиями, возведенные во второй половине XIX века

А) Торговый пассаж ГУМ в Москве, 1896, арх. Померанцев А. М., инж. Шухов В. Г. Б) Музей искусств Д'Орсэ. В) Миланская галерея Виктора Эммануила II, 1867, арх. Д. Менгони. Г) Дом собраний в Гизе, 1860

Только в 1905 году, благодаря изобретению метода вытягивания, появилась возможность массового производства относительно качественного недорогого листового стекла [29]. Архитекторы и строительные инженеры получили дополнительные возможности использования этого материала в покрытиях.

Однако из-за I мировой войны, экономической депрессии 30-х годов и последующей II мировой войны реализация таких проектов на время прекратилась [56].

После II мировой войны началось активное внедрение светопрозрачных покрытий в архитектуру общественных зданий различного назначения. Наибольшую известность получили здания С. Гугенхайма в Нью-Йорке (Рис. ЗА) и фонда Форда «Дир Уэст» (Рис. ЗБ). За счет «стеклянных» покрытий архитекторы создавали огромные освещенные естественным светом пространства, защищенные от негативных воздействий окружающей среды. Эти пространства служили местами сбора людей, их общения.

Пик популярности атриумных зданий с внутренним пространством под светопрозрачным куполом пришелся на период нефтяного кризиса. Идея «крытого двора», хорошо известная в холодных регионах России, и реализованная в Европе и Америке на уровне престижных общественных зданий, позволила сэкономить значительные ресурсы на отоплении. Большепролетные свегопрозрачные покрытия давали возможность обеспечить эффективное освещение как непосредственно пространства атриума, так и примыкающих к нему помещений.

Законодателем моды на атриумы стал американский архитектор Дж. Портмен, который в 1970-х гг. запроектировал целый ряд небоскребов в Атланте с большими атриумами (Рис. 4А). Всего же в этот период было возведено несколько сотен атриумных зданий. Из всемирно известных атриумов того времени можно выделить Итон-центр в Торонто (Рис. 4Б) и административный корпус Ллойда в Лондоне (Рис. 4В).

Во второй половине XX века, наряду со стеклом, в конструкции относительно небольших фонарей верхнего естественного освещения, в качестве светопрозрачного заполнения начали применяться полимерные материалы - органическое стекло, поликарбонат и др. В силу ряда причин, включая высокую пожароопасность, это техническое решение не нашло применения в покрытиях ответственных сооружений.

А) Б)

Рис. 3. - Атриумные здания со светопрозрачными покрытиями 50-60 гг. XX века. А) Атриум музея Гугенхайма, 1959. Б) Здание фонда Форда «Дир Уэст», 1967, К. Рош и Дж. Динкелу

А) Б) В)

Рис. 4. - Атриумные здания со светопрозрачными покрытиями 70-80 гг. 20 века А) «Хайатт-отель», 1967, арх. Дж. Портман. Б) Итон центр, 1979, арх. Брегман, Хамман, Зидлер. В) Административный комплекс Ллойда, 1980, Арх. Р. Роджерс

Современное конструктивное решение светопрозрачного покрытия предусматривает применение профильных систем из алюминия и стали, с заполнением конструктивных ячеек герметичными стеклопакетами [55]. Возможности архитектурного формообразования значительно расширились.

Легкие несущие пространственные конструкции современных покрытий, массово применяемые в европейских странах, отражают фактически неограниченные возможности для архитектора. Красивые и зрительно легкие кровельные оболочки являются неотъемлемым конструктивным элементом торговых центров (Рис.5А), музеев, административных зданий, аэропортов и вокзалов (Рис.5Б).

Б1

Рис. 5. - Примеры современных светопрозрачных покрытий А) Торговый комплекс, г. Милан. Б) Терминал аэропорта г. Дортмунд

Большепролетные свегопрозрачные покрытия являются распространенным архитектурным решением при реконструкции и модернизации памятников архитектуры и объектов культурного наследия.

Использование в композиционном решении реконструируемых зданий большепролетного «стеклянного» покрытия позволяет не только значительно расширить их функции, но и относительно безболезненно модернизировать архитектурный облик. Примерами подобного подхода могут служить реконструкция здания Рейхстага в Берлине (Рис. 6А) и Гостиного двора в Москве (Рис. 6Б).

А) Б)

Рис. 6. - Использование светопрозрачных покрытий при реконструкции зданий. А) Реконструированное здание Рейхстага, 1998; Б) Реконструированное здание Гостиного двора, 1998

Таким образом, мы можем увидеть тенденции в развитии архитектурных идей и концепций, отражающие стремление создать максимально легкую, зрительно невесомую прозрачную оболочку из стекла, обеспечивающую перекрытие больших пролетов, круглогодичный высокий уровень естественной освещенности помещений и одновременно их защиту от внешней среды.

Конструктивно это обеспечивается за счет применения эффективных несущих конструкций, как правило, из стали, реже - из дерева, и наружной оболочкой, образуемой элементами профильных систем и светопрозрачного заполнения - стеклопакетов.

Конструктивные требования к элементам профильных систем для светопрозрачных покрытий в целом не отличаются от аналогичных для светопрозрачных фасадов, за исключением канавок для отвода конденсата и пологих прижимных планок, не препятствующих стеканию с кровли дождевой воды (рис.7А). Для создания пологих поверхностей без выступов в конструкциях светопрозрачных покрытий могут быть применены системы структурного остекления со стеклопакетом, вклеенным в профильный элемент (рис.7Б).

ивам щц

ртчх.

5.1РМ

№!1

у «.'Л

СШ»

1

2

3

4

2

5

Рис. 7А. — Пример выполнения конструктивного узла светопрозрачного покрытия. Закрепление стеклопакета на элементах профильной системы при помощи пологих прижимных планок.

1 — прижимная планка; 2 — уплотнитель стеклопакета; 3 — стеклопакет; 4 - уплотнитель для отвода влаги; 5 - несущий профиль системы.

Рис. 7Б. — Прилгер выполнения конструктивного узла светопрозрачного покрытия. Структурное кровельное остекление

1 — герметик; 2 —стеклопакет; 3 — уплотнитель стеклопакета; 4 — несущий профиль системы с каналом для отвода влаги.

В качестве светопрозрачного заполнения используются стеклопакеты, в конструкции которых могут быть использованы различные стекла. Выбор типа стекол и их комбинаций для стеклопакетов, используемых в кровельном остеклении, в сложившейся практике проектирования производится на основании следующих требований.

1. Показателей пропускания видимого света [59;62;73];

2. Показателей тепловой защиты в зимних условиях [57;61;67;68;71;75];

3. Защиты от тепловой солнечной радиации в летнее время [58];

4. Несущей способности при действии сочетания равномерно распределенных нагрузок: а) от перепадов давлений и температур в воздушной прослойке (климатические нагрузки); б) ветрового давления; в) равномерно распределенной нагрузки от снега;

Для учета всех перечисленных факторов на стадии проектирования, в Европе разработаны как инженерные методы расчета, так и нормативные документы. В настоящее время большинство их положений последовательно переносится в отечественную нормативную базу, однако при этом далеко не всегда корректно учитывается специфика российских климатических условий.

1.2. Проблемы эксплуатации светопрозрачных покрытий в зимнее время.

Климатические условия России существенно отличаются от стран центральной и северной Европы, применительно к которым разработаны расчетные эксплуатационные условия подавляющего большинства светопрозрачных конструкций, применяемых в нашей стране. Для России характерны продолжительные и суровые зимы [63;70] с низкими

температурами наружного воздуха, а так же интенсивными и частыми

*

снегопадами.

Поэтому, при проектировании светопрозрачных покрытий в климатических условиях России, определяющими являются именно зимние условия эксплуатации. Неправильный их учет при проектировании приводит к ряду проблем, в основном связанных со скоплением снега на покрытии.

Скопление снежного покрова на наружной поверхности остекления, приводит к полной или частичной потере светопрозрачности покрытия (рис.8 и рис.9). При этом, как показывают наблюдения, снежный покров в условиях г. Москвы может оставаться на покрытии длительное время - вплоть до нескольких недель.

А) Б)

Рис. 8. - Скопление снежного покрова на светопрозрачных покрытиях, А) Покрытие т. ц. «Золотой Вавилон», г. Москва; Б) Светопрозрачный купол музея-квартиры им. А. С. Пушкина, г. Москва

А) Б) В)

Рис. 9. - Светопрозрачный купол учебно-лабораторного корпуса МГСУ. Температура наружного воздуха в течение наблюдений -15 °С. А) Вид купола снизу на 2-ой день после снегопада; Б) Вид купола снизу на 4-й день после снегопада; В) Вид купола снизу на 6-й день после снегопада. Как видно, не произошло никаких видимых изменений в распределении снежного покрова

За счет подтаивания снега в светопрозрачных покрытиях возникают протечки. Как правило, они наблюдаются в местах его наибольшего скопления - на пологих участках, а также в нижних зонах, куда скатывается подтаявший снег.

Существующие способы удаления снега со «стеклянного» покрытия достаточно трудоемки, требуют применения специальных дорогостоящих проектных решений (рис.10), а при их отсутствии - небезопасны для обслуживающего персонала. Системы электрообогрева стеклопакетов, рассчитанные на удаление инея и наледи, при сильных снегопадах неэффективны и могут выйти из строя.

Таким образом, существует необходимость разработки нового решения, которое не может быть найдено без понимания особенностей формирования снеговых отложений на поверхности светопрозрачного покрытия: прогнозирования характера распределения снега, максимально возможной толщины снежного покрова, продолжительности его нахождения на покрытии при различных погодных условиях, описания физических процессов растаивания и т.д.

Рис. 10. — Передвижной ходовой мостик для обслуживания светопрозрачного купола служебного здания МИД РФ.

Другой проблемой, возникающей при эксплуатации «стеклянных» покрытий, является появление инея и изморози на наружной поверхности остекления. Это явление происходит, как правило, в ночное время суток, когда температура наружного воздуха резко падает. При этом, как показывают зарубежные исследования [88;89], появление инея и изморози

преимущественно происходит на стеклопакетах с относительно высоким значением сопротивления теплопередаче.

1.3. Анализ существующих исследований процессов накопления и стаивания снеговых отложений на покрытиях отапливаемых зданий

Применительно к светопрозрачным покрытиям, основной объем как отечественных, так и зарубежных теплотехнических исследований, сконцентрирован на вопросах выпадения конденсата и инея на внутренней и наружной поверхностях стеклопакета [86;87]. Результаты этих исследований справедливы для чистой незаснеженного покрытия, однако не описывают процессы теплообмена в системе «стеклопакет- снег», которые формируются в условиях снегопада.

Отечественными учеными проведено большое количество исследований, касающихся вопроса назначения снеговых нагрузок на покрытия отапливаемых зданий [1;2;12;27;32;44;45;46;77]. Данной проблемой занимались Айзен A.M., Ротштейн Д.М., Дашков А.Г., Виноградов О.Г., Каган A.M., Кошутин Б.Н., Строкатов Б.П., Отставнов В.А., Розенберг JI.C., Лебедева И.В., Пашинский В.А., Пичугин С.Ф. и др. В данных работах процессы подтаивания снежного покрова за счет действия теплового потока из подкровельного пространства не рассматривались.

Можно отметить очень ограниченное количество исследований, где этот фактор был изучен. Основные направления этих исследований были связаны с особенностями формирования снеговых отложений на хорошо утепленных покрытиях и его влиянием на сопротивление теплопередаче кровельных конструкций [14;31;36;38;43;53]. Данные работы выполнены Ледовским И. В., Павловым В. А., Кузнецовым Б. Н., Пиховкиным В.А., Розенбергом Л.С. и др.

В работе Дедовского И. В. и Павлова В. А. [39] отмечается, что толщина снежного покрова, скапливающаяся на покрытиях отапливаемых зданий меньше, чем в то же самое время на земле. Причиной этому является таяние снега, лежащего на покрытии, за счет теплового потока из внутренней части здания. В данной работе рассматривается задача о том, с какой скоростью будет происходить таяние снега и насколько уменьшится при этом толщина снежного покрова на покрытии под влиянием теплового потока из подкровельного пространства. Процесс таяния снега при этом рассматривается с некоторыми допущениями. Считается, что в ходе снегопада не происходит таяние снега, а момент начала таяния совпадает с окончанием снегопада. В данной модели не учитывается тепловая инерция системы, а сам процесс протекает стационарно. Данные вычислений, полученные при использовании модели показывают, что процесс таяния снега будет иметь длительный характер. При температуре наружного воздуха -10 °С, температуре внутреннего воздуха +20 °С и сопротивлением теплопередаче покрытия 1 м К/Вт таяние снега будет происходить с интенсивностью порядка 1,0 см/сутки.

В работе Кузнецова Б. Н. [36] исследуется вопрос определения снеговых нагрузок на покрытия отапливаемых зданий. В работе отмечается, что при определенных условиях снежный покров, скапливающийся на покрытиях отапливаемых зданий, может таять. Тогда снеговая нагрузка на них будет меньше, чем на аналогичных покрытиях неотапливаемых зданий. В работе исследуется процесс накопления снежного покрова на покрытиях отапливаемых зданий в двух случаях: 1. Снег на покрытии тает; 2. Таяние снега не происходит. Исследования показывают, что таяние снега будет происходить лишь на покрытиях с относительно малым показателем

■у

сопротивления теплопередаче (ниже 1,5 м~ К/Вт). При этом снеговые нагрузки на такие покрытия будут в среднем на 30 % меньше, чем на аналогичные покрытия неотапливаемых зданий.

В работе Пиховкина В. А. [53] отмечается, что явление подтаивания снега на покрытиях отапливаемых зданий будет наблюдаться даже в районах крайнего севера.

Аналогичные исследования производились и зарубежными учеными. Так в работе Гертиса [88] обсуждался вопрос влияния снежного покрова на характер тепловых потерь через утепленное покрытие. Кроме того, в этой работе исследовалось влияние солнечного излучения на процессы таяния снежного покрова. Однако в российских условиях это явление не будет существенно влиять на процесс таяния снежного покрова, т. к. интенсивность солнечного излучения в зимнее время на большинстве территории России крайне мала (в несколько раз меньше, чем в Европе) [15].

Ценность рассмотренных работ заключается в том, что в них введено понятие граничной, равновесной толщины снежного покрова. Эта величина является критерием таяния скопившегося на поверхности снега. Пока толщина снежного покрова будет меньше равновесного значения, снег не будет таять, а будет происходить лишь его накопление на поверхности покрытия. При толщине снежного покрова больше равновесного, будет наблюдаться таяние снега. Равновесная величина снежного покрова будет зависеть от сопротивления теплопередаче конструкций покрытия, а также температур наружного воздуха и воздуха подкровельного пространства.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Константинов, Александр Петрович, 2013 год

Список использованной литературы

1. Айзен A.M., Ротштейн Д.М. К вероятностной оценке снеговой нагрузки. Строительная механика и расчет сооружений. 1981. №5, с. 7-9

2. Айзен A.M., Дашков А.Г., Ротштейн Д.М. Характеристики снеговой нагрузки на здания и сооружения в районе Уренгоя. В кн. Проблемы прикладной механики и строительных конструкций. Тюмень, 1978, вып. I.

3. Александров Ю.П., Гликин С.М., Дроздов В.А., Тарасов В.П. Конструкции с применением стеклопакетов. М. Стройиздат. 1978. - 193 с.

4. Багров H.A. О распределении месячных сумм осадков. - Труды ЦИП, 1965, вып. 139, с.3-23

5. Бакина О.П., Корулина JI.T. «Статистические характеристики суточных сумм осадков на территории СССР. Под ред. к.г.н. Мамонтова Н.В.». М. Гидрометеоиздат, 1980 г. - 224 с.

6. Беховых JI.A., Мокарычев C.B., Шорина И.В. Основы гидрофизики. Учебное пособие. Барнаул. Азбука. 1997 г. - 172 с.

7. Богословский В.Н. Тепловой режим здания. М. Стройиздат. 1979. - 248 с.

8. Бондарев К.Т. Стекло в строительстве. Киев. Будивельник. 1969. - 345 с.

9. Борискина И.В., Плотников A.A., Захаров A.B. Проектирование современных оконных систем гражданских зданий: Учебное пособие. Санкт-Петербург. Выбор, 2008 г. - 360 с.

10. Борискина И.В., Шведов Н.В., Захаров A.B. Современные светопрозрачные конструкции гражданских зданий. Справочник проектировщика, НИУПЦ «МИО». Санкт-Петербург., 2005 г. - 319 с.

11. Борискина И.В., Шуров А.Н., Плотников A.A. Окна для индивидуального строительства. Техническое руководство по проектированию современных окон из ПВХ для объектов коттеджного строительства и зданий малоэтажной застройки. М. 2010 г. - 320 с.

12. Виноградов О.Г. Фактические сведения о распределении снеговых нагрузок. Надежность и качество строительных конструкций. Куйбышев. 1982. с. 4-98

13. Винокур Р.Ю., Копылов К.П. Шумо- и теплозащитные свойства клееных стеклопакетов. Сб. МНИТЭП «Звукоизоляция и защита от шума жилых и общественных зданий» М. 1983г.

14. Вопросы уточнения снеговых нагрузок. - Строительная промышленность, 1954, №12, с. 22-23

15. Гамбург П.Ю. Расчет солнечной радиации в строительстве. М. 1966

16. Гордеев В.Н., Лантух-Лященко А.И., Пашинский В.А., Перельмутер А.В„ Пичугин С.Ф . Нагрузки и воздействия на здания и сооружения. М. 2007 г. -476 с.

17. ГОСТ 111-2001 «Стекло листовое. Технические условия».

18. ГОСТ 22233-2001 «Профили прессованные из алюминиевых сплавов для светопрозрачных ограждающих конструкций. Технические условия».

19. ГОСТ 24866-99 «Стеклопакеты клееные строительного назначения. Технические условия».

20. ГОСТ 30698-2000 «Стекло закалённое строительное. Технические условия».

21. ГОСТ 30733-2000 «Стекло с низкоэмиссионным твёрдым покрытием. Технические условия».

22. ГОСТ 30779-2001 «Стеклопакеты строительного назначения. Метод определения сопротивления атмосферным воздействиям и оценки долговечности»

23. ГОСТ 30826-2001 «Стекло многослойное строительного назначения. Технические условия».

24. Здания и сооружения со светопрозрачными фасадами и кровлями. Под общей редакцией И.В. Борискиной, Санкт-Петербург, «Любавич», 2012. -396 с.

25. Зеленой И.К. Классификация снега. - Метеорология и гидрология, 1939, № 10-11

26. Ильинский В. М. Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат зданий). М. Высшая школа. 1974. - 320 с.

27. Каган A.M. Снеговые нагрузки на покрытия промышленных зданий южного Урала. - Промышленное строительство, 1964, №10, с. 26-29

28. Кондратьева A.C. Теплопроводность снежного покрова и физические процессы, происходящие в нем под воздействием температурного градиента. В кн.: Физико-механические свойства снега и их использование в аэродромном и дорожном строительсве. -М. - Л., 1945, с. 14-28

29. Клиндт Л., Кляйн В. Стекло в строительстве. Свойства. Применение. Расчеты. Пер. с нем. Глазунова П.И., Гусевой Т.Ф., Липкинда З.А. Под ред. Трохимовской И.П., Шехтера Ф.Л. М. Стройиздат. 1981. - 287 с.

30. Копанев И. Д. Методы изучения снежного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1971 -226 с.

31. Кошутин Б.Н., Строкатов Б.П. О возможности снижения расчетных снеговых нагрузок на плосие и пологоскатные покрытия производственных зданий. - В кН.: Проблемы оптимизации и надежности в строительной механике. М., 1983, с. 48.

32. Кошутин Б.Н., Строкатов Б.П. Исследование снеговых нагрузок на плоские покрытия производственных зданий с зенитными фонарями. -Промышленное строительство, 1984 , №5, с. 6-8

33. Криксунов Л. 3. Справочник по основам инфракрасной техники. М. Сов. Радио. 1978.-400 с.

34. Кудрявцев Б.П. о связи между изменениями температуры и точки росы во времени. - В кН.: Физика атмосферы и океана. М., 1967, т. 3, №4, с. 409-414.

35. Кузьмин П.П. Физические свойства снежного покрова. . - Л. Гидрометеоиздат, 1957, - 179 с.

36. Кузнецов Б.Н. Определение снеговых нагрузок на покрытия отапливаемых зданий и сооружений // Строительная механика и расчет сооружений. 1982. №3. с. 18-22

37. Лед и снег. Свойства, процессы, использование. М. 1966.

38. Дедовской И.В. К расчету снеговых нагрузок на покрытия отапливаемых зданий

39. Дедовской И.В., Павлов В.А. К вопросу о снижении снеговой нагрузки на покрытие здания за счет таяния снега // Надежность и качество строительных конструкций. Куйбышев: изд-во КГУ, 1982. с. 137-142

40. Мамонтов Н.В. О поверхностях распределения температуры и относительной влажности воздуха. - Труды НИИАК, 1965, вып. 33, с.69-79.

41. МДС 31-8.2002 Рекомендации по проектированию и устройству фонарей для естественного освещения помещений, М. 2003

42. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам - Вып 3., 4.1. метеорологические наблюдения на станциях. -Д.: Гидрометеоиздат, 1963. -308 с.

43. Окулов П.Д. Анализ совместного воздействия нагрузок от подвесных кранов и снега на металлические конструкции покрытия промышленных зданий. Автореферат дис. канд. техн. наук. - М.: МИСИ, 1984. - 237 с.

44. Отставнов В.А., Лебедева И.В., Розенберг Л.С. Методика нормирования снеговых нагрузок для о-ва Сахалин. Сейсмостойкое стр-во. Безопасность сооружений. 2003. №3. - С. 25-28

45. Отставнов В. А., Розенберг Л.С. Некоторые особенности учета направления ветра при рассмотрении перераспределения снега на покрытиях. Тр. ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко «Исследования по строительной механике и надежности строительных конструкций». М. ЦНИИСК. 1991- С. 72-84

46. Отставнов В.А., Розенберг Л.С. Усовершенствование методики определения веса снежного покрова. В кн. Методика определения нагрузок на здания и сооружения. М., Госстройиздат, 1963. 156 с.

47. Пашинский В.А. Представление атмосферных нагрузок в виде дифференцируемых случайных процессов. Строительная механика и расчет сооружений. - 1992. №1. - с.92-96

48. Петров С.Е. Аспекты идентификации параметров снежного покрова для математического описания движения транспортно-технологических машин по снегу. Материалы международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию МГТУ «МАМИ».с. 258-261

49. Пичугин С.Ф., Пашинский В.А. О возможности представления снеговой нагрузки в виде стационарного случайного процесса. Экспериментальные исследования инженерных сооружений. К. 1981. - С.98

50. Плотников А.А.Расчет температурного режима вечномерзлых оснований. Энергетическое строительство" №8 1978.

51. Плотников A.A. Численное решение задач теплопроводности в мёрзлых грунтах энтальпийным методом Сб. "Термодинамические аспекты механики мёрзлых грунтов: Наука, М., 1988.

52. Рихтер Т.Д. Снежный покров, его формирование и свойства. - М. - Д.: АН СССР, 1945,- 120 с.

53. Пиховкин В. А. Покрытия и кровли промышленных зданий на Севере. Л. Стройиздат. 1978. - 136 с.

54. Розенберг Л.С. Методика и некоторые данные экспериментального исследования таяния снега на покрытиях отапливаемых зданий. - Труды ЦНИИСК, вып. 45, с. 112-126

55. Рольф Шааль. «Конструкции навесных стен», пер. с нем. Издательство литературы по строительству, М, 1965.

56. Саксон Р. Атриумные здания. М. Стройиздат, 1987. - 136 с.

57. СанПиН 2.1.2.1002-00 «Санитарно-эпидемиологические требования к жилым зданиям и помещениям».

58. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01 «Гигиенические требования к инсоляции и солнцезащите помещений жилых и общественных зданий и территорий».

59. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещённому освещению жилых и общественных зданий».

60. Снег. Справочник под ред. Грея Д.М., Мэйла Д.Х. Пре. С анг. Под ред. Котлякова В. М. Л. Гидрометеоиздат. 1986 г. - 752 с.

61. СНиП П-3-79* «Строительная теплотехника».

62. СНиП П-4-79 «Естественное и искусственное освещение»

63. СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика»

64.СНиП 2.01.04-85 «Теплицы и парники»

65. СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия».

66. СНиП 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».

67. СНиП 2.08.01-89* «Жилые здания».

68. СНиП 2.08.02-89* «Общественные здания и сооружения».

69. СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений».

70. СНиП 23-01-99 «Строительная климатология».

71. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

72. СНиП 23-03-2003 «Защита от шума».

73. СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение».

74. СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».

75. СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».

76.СП 33-101-2003 «Определение основных расчетных гидрологических характеристик»

77. Строкатов, Б. П. Закономерности формирования снеговых нагрузок на плоских покрытиях и учет их особенностей при расчете металлического каркаса производственных зданий. Автореф. Дис. Канд. Техн. наук. М., 1984. - 171 с.

78. Теория тепломассообмена. Под.ред. А.И.Леонтьева, Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, М. 1997.

79. Техническое руководство AGC, YourGlassPocket.

80. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. М. Стройиздат. 1973. - 288 с.

81. Холщевников В.В., Луков A.B. «Климат местности и микроклимат помещений», М.,АСВ, 2001.

82. Шебер Ульрика. Замки и дворцы Европы. Пер. с нем. М.:БММ АО. 2003. - 416 с.

83. ASCE 7-05 «Building Code Requirements for Minimum Design Loads in Buildings and Other Structures» («Строительные нормы и правила для минимальных расчетных нагрузок на здания и другие сооружения»)

84. Becker Gabor. The morphology of the glass roof. Periodica polytechnica. 38/2 2007. c. 73-79

85. EN 1991-1-4. Eurocode 1: Actions on structures — General actions

86. EN 13474 «Glass in building - Design of glass panes - Part 1: General basis of design»

87. DIN 1055-4: 2005-03 «Воздействия на сооружения»

88. Gertis К. Der Wärmehaushalt von Räumen unterhalb beschneiter Dächer. Klima-kälte-technik 1/73. c.29-32

89. Glaser. H.Y. Jarge area glas coating ISBN 3-00-8849-13-3. Von Ardennc Anlagentechnik GMBH. Union Druckerei Dresden GMBH.

90. Jan Wurm. Glas Structures. Basel-Boston-Berlin. Birkhaeser.2007. - 242 c.

91. Malcolm Mellor. Engineering properties of snow. Jornal of Glaciology, Vol. 19, No 81, 1977

92. Surapong Chirarattananon. Modeling Heat Transmission through Roof with Radiant Barrier. Energy Field of Study School of Environment, Resources and Development Asian Institute of Technology

93. TRAV ("Technichen Regeln für die Verwendung von absturzsichernden Verglasungen" - «Технические правила по проектированию безопасного остекления»),

94. TRLV Technichen Regeln für die Verwendung von linienformig gelagerten Verglasungen" - «Технические правила по проектированию ленточного и панорамного остекления».