Определение требуемых теплозащитных качеств полов по грунту в условиях жарко-влажного климата тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.03, кандидат технических наук Фам Дык Хань

• Фам Дык Хань
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фам Дык Хань

Введение

1. Особенности климата и строительных конструкций гражданских зданий Вьетнама.

1.1. Особенности влажного климата Вьетнама.

1.2. Конструктивные особенности ограждающих конструкций зданий и особенности конденсации влаги на их поверхности.

1.3. Существующий уровень теоретического и экспериментального исследования полов по грунту. 1.4. Анализ результатов натурных исследований, выполненных в экспериментальном павильоне в период 1990 - 1995 г. в г. Ханое (Вьетнам).

1.5. Обзор работ, посвященных исследованиям закономерностей тепло - и влагообмена при конденсации водяного пара на горизонтальных и вертикальных поверхностях.

1.5.1. Тепло- и массообмен при конденсации водяного пара из воздуха.

1.5.2. Краткий обзор исследований закономерностей тепло - и влагообмена при конденсации водяного пара на горизонтальных и вертикальных поверхностях.

1.6. Обзор методов расчета нестационарных температурных полей ограждений.

1.7. Обзор методов теплотехнического расчета конструкций пола.

1.8. Выводы по первой главе.

2. Постановка задачи расчета на ЭВМ трехмерных нестационарных температурных полей многослойных ограждений и пола по грунту при конденсации водяного пара на их поверхностях.

2.1. Постановка задачи о температурном режиме пола по грунту отдельно стоящего здания.

2.1.1. Массив расчета и тепловой баланс помещения.

2.1.2. Граничные условия для поверхностей ограждений здания и полос грунта за пределами помещения.

2.1.3. Граничные условия для поверхностей в помещении.

2.2. Решение дифференциального уравнения теплопроводности на ЭВМ методом конечных разностей.

2.2.1. Расчётные формулы для решения нестационарной задачи теплопроводности методом конечных разностей.

2.2.2. Граничные условия математической модели пола по грунту.

2.3. Выводы по второй главе.

3. Алгоритм и последовательность расчёта нестационарного температурного поля.

3.1. Последовательность выполнения расчётов.

3.2. Требуемый ресурс компьютера.

3.3. Вывод по третьей главе.

4. Результаты расчётов. Инженерная методика определения толщины тепловой изоляции, предотвращающей конденсацию водяного пара на поверхности пола.

4.1. Сравнение результатов измерений и расчетов.

4.2. Оценка влияния параметров климата на тепловой режим помещения и пола.

4.2.1. Оценка влияния параметров климата на тепловой режим помещения.

4.2.2. Оценка влияния параметров климата на тепловой режим пола по грунту.

4.2.3. Оценка влияния параметров климата на тепловой режим пола по грунту в сезоне «Ном».

4.3. Оценка влияния воздухообмена на тепловой режим помещения и щ пола по грунту.

4.4. Результаты проверки конденсации водяного пара на поверхности пола по грунту.

4.5. Результаты расчетов температурного режима пола с различными значениями термического сопротивления утепляющего слоя.

4.6. Инженерный метод расчёта конструкций пола по грунту для устранения конденсации водяного пара на его поверхности.

4.6.1. Требования к инженерному методу расчета.

4.6.2. Порядок расчета.

4.6.3. Пример. i# 4.7. Выводы по четвертой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Определение требуемых теплозащитных качеств полов по грунту в условиях жарко-влажного климата»

Актуальность.

Климат Вьетнама относится к жаркому и влажному, тропическому. Его особенности определяются влиянием муссонов. В течение года сохраняется высокая влажность воздуха, почти одинаковая для разных местностей страны. Среднемесячная влажность воздуха составляет 80 -95%, в отдельные периоды года достигается и полное насыщение.

На севере Вьетнама зимой и весной ветры холодные, имеют северное и северо-восточное направления, летом южные и юго-восточные, жаркие. Под влиянием холодного ветра охлаждаются конструкции зданий и поверхностные слои грунта. С марта по апрель происходит переход от холодного к жаркому периоду года, сопровождающийся частой сменой направлений ветра. Холодные северные ветры сменяются тёплыми южными ветрами. Весной такая смена происходит часто, холодные северные или северо-восточные ветры могут смениться тёплыми и влажными южными или юго-восточными ветрами в течение нескольких часов. Охлажденные ограждения зданий при поступлении теплого океанского воздуха нагреваются медленно, их температура часто бывает ниже точки росы, поэтому происходит конденсация водяного пара на их поверхностях. Наибольшей тепловой инерционностью обладают традиционные для Вьетнама конструкции полов по грунту. Конденсация влаги на поверхности пола может продолжаться от 2 до 7 дней. Продолжительность этого нежелательного явления зависит не только от разности температур теплого и холодного ветра, но и от продолжительности периода холодных ветров, предшествующих потеплению. Конденсация влаги на полу прекращается сразу после того, как холодные ветры, приносящие более сухой воздух, возвращаются.

Предотвращение конденсации водяного пара на полах по грунту и на внутренних поверхностях ограждающих конструкций зданий является актуальным вопросом для Вьетнама. Целью настоящей работы является яшре^ся исследование теплового режима полов по грунту в условиях жаркого, влажного климата Вьетнама, разработка мероприятий и конструкций полов по грунту, позволяющие эффективно бороться с конденсацией влаги на их поверхности. Основной целью работы является:

- исследование нестационарного теплового режима пола по грунту в условиях конденсации водяных паров на поверхности;

- разработка численных методов расчёта теплового режима пола по грунту, выполнение расчетов, результаты которых позволят предложить конкретные конструкции пола, позволяющие устранить конденсацию водяного пара на его поверхности.

- поставленная цель соответствует актуальному для Вьетнама научному направлению: нестационарный тепловой режим ограждений здания в жарком и влажном климате.

Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:

- создать методику расчета трёхмерных нестационарных температурных полей в многослойных конструкциях пола по грунту в условиях периодически имеющей место конденсацию водяных паров, учитывающую влияние ограждающих конструкций, солнечной радиации и кратности воздухообмена на формирование параметров воздуха в помещении и на температурное поле пола;

- разработать алгоритм и программу расчёта трёхмерных нестационарных температурных полей в многослойных полах по грунту на ЭВМ, учитывающую конденсацию влаги на поверхности, влияние ограждающих конструкций и кратности воздухообмена, солнечной радиации на температурное поле пола и параметры воздуха в помещении;

- провести исследование влияния колебаний температуры в весенний период на тепловой режим пола по грунту, традиционного для

Вьетнама;

- провести расчет теплового режима пола по грунту, выполнить анализ возможностей устранения конденсации водяного пара на поверхности традиционного пола по грунту для Вьетнама;

- разработать инженерный метод расчета теплозащитных свойств конструкций пола по грунту, исключающих конденсацию водяного пара на поверхности;

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана методика расчета трёхмерных нестационарных Д температурных полей в многослойном полу по грунту в условиях периодически имеющей место конденсацию, учитывающую влияние ограждающих конструкций, солнечной радиации и кратности воздухообмена на параметры воздуха в помещении и на температурное поле пола;

- составлена программа расчета трёхмерного нестационарного температурного поля в многослойных конструкций пола по грунту, учитывая влияние ограждающих конструкций и кратности воздухообмена, солнечной радиации на температурное поле пола и параметры воздуха в помещении;

- проведено обобщение исследований конденсации водяного пара из воздуха на твердой поверхности, предложен выбор коэффициентов влагообмена и условных коэффициентов теплообмена для расчета теплового режима при конденсации влаги на поверхности пола;

- проведен анализ влияния параметров жарко-влажного климата на тепловой режим помещения и конструкций пола по грунту;

- проведен анализ влияния теплотехнических показателей конструкций пола на возможность устранения конденсации водяного пара на поверхности;

- разработана инженерная методика расчета теплозащиты пола, предотвращающего конденсацию водяного пара на его поверхности; Практическая значимость работы заключается в следующем:

- разработана программа расчета нестационарного температурного поля многослойных конструкций зданий;

- разработана инженерная методика проектирования полов по грунту, на поверхности которых конденсации влаги в условиях влажного и жаркого климата отсутствует;

- разработаны номограммы для быстрого подбора требуемой толщины теплоизоляционного слоя для полов по грунту;

Внедрение результатов работы.

Результаты работы использованы при проектировании пола, предотвращающего конденсацию влаги на его поверхности, в Хюэском музее королевских искусств.

Апробация работы. По содержанию диссертации опубликованы две печатные работы в Москве. Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы 153 страницы, включая иллюстрации, и таблицы. На защиту выносятся:

Заключение диссертации по теме «Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение», Фам Дык Хань

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ особенностей климата Вьетнама показал, что причиной конденсации водяных паров на поверхности ограждений и, в частности, на поверхности полов по грунту являются высокая относительная влажность воздуха и резкие перепады температуры наружного воздуха весной (явление или период «Ном»).

2. По результатам натурных экспериментов в опытном павильоне и анализа применяемых во Вьетнаме конструкций полов по грунту установлено значительное воздействие на тепловой режим пола температуры толщи грунта. Наличие утепляющего слоя позволяет уменьшить негативное влияние грунта на тепловой режим собственно пола и уменьшить или предотвратить конденсацию влаги на поверхности.

3. Анализ результатов работ, посвященных исследованиям закономерностей конденсации влаги на твердой плоской поверхности показал, что наиболее пригодны для решения поставленной задачи результаты экспериментальных исследований О. Пурцеладзе.

4. Анализ опубликованных работ и программ, посвященных расчетам нестационарных трехмерных температурных полей выявил их недостаточность для решения поставленной задачи и необходимость разработки методики и алгоритма расчёта трёхмерных температурных полей многослойных строительных конструкций.

5. Проведено сравнение результатов измерений и расчетов суточных колебаний температур поверхности пола при конденсации влаги и в отсутствии конденсации. Полученные результаты хорошо совпадают друг с другом, что подтвердило достоверность предлагаемого метода и результатов компьютерного моделирования.

6. По результатам анализа влияния кратности воздухообмена на тепловой режим пола сделан вывод об увеличение интенсивности и продолжительности периода конденсации водяного пара на поверхности с возрастанием кратности воздухообмена.

7. Анализ влияния ориентации наружного ограждений на стороны света установлено, что у части поля, граничащей с стенами восточной и западной ориентации изменения температуры поверхности пола промеходят быстрее, чем у стен иной ориентации. Конденсация водяного пара в центральной части пола наблюдается более продолжительное время и тепловой режим этой части пола должен быть выбран в качестве расчетного при разработке инженерной методики расчета.

8. Выполненными расчетами установлено, что конструкция пола, исключающая конденсацию водяного пара на поверхности, должна иметь значение коэффициента теплоусвоения поверхности меньше 19 (Вт/м2.град), термическое сопротивление конструкции пола (Rn) больше д-48

0,7 (Вт/м. град), перепада средних температур поверхности и воздуха ср больше 0,8 град.

9. Установлено существенное влияние теплотехнических ствойств настильного слоя на коэффициент теплоусвоения пола, что правило к выводу о необходимости разработки индивидуальных номограмм по подбору толщины для различных видов утеплителей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фам Дык Хань, 2005 год

1. Абрамов Б.В. Влияние комплекса температурно-влажностных воздействий окружающей среды на влажностный режим и теплозащитные свойства ограждающих конструкций. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. -М.: 1980.

2. Александров А.А., Трахтенгерц М.С. теплофизические свойства воды при атмосферном давлении. М.: 1977.

3. Беляев Н.М., Рядно А.А. Методы теории теплопроводности. Учеб. пособие для вузов. В 2-х частях. - М., Высшая школа, 1982.

4. Богословский В.Н. Строительная теплофизика: учебник для вузов. -2-е изд, перераб. и доп., М., Высшая школа, 1982.

5. Богословский В.Н. Тепловой режим здания. М., стройиздат, 1979.

6. Брдлик Б.М. Конденсация водяного пара из паро-воздушной смеси в солнечных опреснителях. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. М., 1955.

7. Гагарин В.Г. Совершенствование методик определения влажностных характеристик строительных материалов и метод расчёта влажностного режима ограждающих конструкций. /05.23.03/. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук, М., 1984.

8. Гагарин В.Г. Теория состояния и переноса влаги в строительных материалах и теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий. /05.23.01/. /05.23.03/. Диссертация на соискание, ученой степени д-ра.техн.наук, М., 2000.

9. Гиндоян А.Г. Исследование теплотехнических свойств стен из туфовых камней. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. М., 1961.

10. Гиндоян А.Г. Тепловой режим конструкций полов. М: Стройиздат, 1984.

11. Гухман А.А. Применение теории подобия к исследованиюпроцессов тепло-массообмена. -М: Высшая школа, 1967.

12. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. Учебник для вузов по спец. «конструир. и произв. радио-аппаратуры». -М.: Высшая школа, 1984.

13. Еремкин А.И., Королева Т.И. тепловой режим зданий. Учебное пособие. М.: изд. Ассоциации строительных вузов, 2001.

14. Ильинский В.М. Проектирование ограждающих конструкций зданий (с учетом физико-климатических воздействий). 2-е переработ. И доп. Изд. М.: Стройиздат, 1964.

15. Ильинский В.М. Строительная теплофизика (ограждающие конструкции и микроклимат зданий), учеб. пособие для инж-строит. вузов и фак.. М.: Высшая школа, 1974.

16. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача: учебник для вузов. 4-е изд, перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1981.

17. Исаченко В.П. Теплопередача при конденсации. М.: Энергия, 1977.

18. Китайцев А.В. Тепло- и массообменные процессы на открытой поверхности во вентилируемых помещениях (На примере крытых плавательных бассейнов для массовых занятий плаванием.). /05.23.03/. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. М., 1989.

19. Козлов В.А. Наружные ограждающие конструкции зданий с повышенной влажностью воздуха внутри помещений. /05.23.03/. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. Рос. Академия архитектуры и строит, наук. М., 1998.

20. Кувшинов Ю.Я., Цырепова С.С. Моделирование нестационарного теплообмена в помещении. Изв.вузов. Строительство -архитектура, 1991, №6, с. 86-90.

21. Кувшинов Ю.Я. К расчёту нестационарной теплопроводности при периодических и разовых граничных условиях. Изв. Вузов. Строительство, 1995. №12, с. 90-92.

22. Кудаленки В.Ф. Исследование трения и тепломассообмена на поверхности растворов резольных смол в этиловом спирте. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. М., 1965.

23. Купфер A.M. Программирование на языке Фортран (учебное пособие).-М.: 2000.

24. Кушакова Н.П. Теплообмен в плоском канале и окружающей его многослойной системе строительных материалов и грунтов. /05.23.03/. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. 1998.

25. Кутателадзе С.С. Теплопередача при конденсации и кипении. М. -Л.: Машгиз, 1952.

26. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М. - JL: Машгиз, 1962.

27. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Новосибирск.: Наука, Сибирск, 1970.

28. Кэйс В. М. Конвективный тепло- и массообмен. М., Энергия, 1972.

29. Леонтьев А.И. Теория тепло-массообмена. М.: изд. МГТУ, 1997. -683 с.

30. Лойцянский Л.Г. Ламинарный пограничный слой. М.: Фиматгиз,

31. Лукьянов В.И. Нестационарный массоперенос в строительных материалах при решении проблемы повышения защитных качеств ограждающих конструкций зданий. /05.23.03/. Автореф. дисс. на соискание ученой степени д-ра.техн.наук. НИИ строит, физики. 1991.

32. Лунин, А.И. Импульский метод определения теплофизических характеристик влажных материалов. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. М., 1972.

33. Лыков А.В. Тепло-массообмен в процессах сушки. М. Госэнергоиздат, 1956.

34. Лыков А.В. Тепломассообмен (справочник). М.: 1978.

35. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М. Госэнергоиздат, 1952. 392 с.

36. Лыков А.В. Теория теплопроводности, (учеб. пособие для теплотех. спец. вузов). М.: Высшая школа, 1967.

37. Лыков А.В., Михайлов Ю.А. Теория и массопереноса. М. Госэнергоиздат, 1963.

38. Мак-Адаме В.Х. Теплопередача. М.: Металлургиздат, 1961. -686с.

39. Матросов Ю.А. Теплотехнический расчет неоднородных ограждающих конструкций с применением ЭВМ техники. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. М.: 1982.

40. Михеев М.А. Основы теплопередачи. М.: Госэнергоиздат, 1957.

41. Мучник Г.Ф. Рубашов И.Б. Методы теории теплообмена. Ч. 1. М.:1. Высшая школа, 1970.

42. Нгуен Чонг Тхать. Исследование влажностного режима помещения на основе теории потенциала влажности.(применительно к условиям Вьетнама). /05.23.03/. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. М., 1982.

43. Пурцеладзе О.Г. Экспериментальное исследование тепло и массообмена при конденсации водяного пара из воздуха в условиях вынужденной конвекции. /05.23.03/. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. М.: 1968.

44. Русаков H.JI. Тепловой режим грунта под слоем эффективной теплоизоляции. /05.23.03/. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. Новосибирск, 1987.

45. Рыжиков Ю.И. программирование на Фортране PowerStation для инженеров. Санкт-Петербург: Корона-принт, 1999.

46. Самарский А.А. Гулин А.В. Устойчивость разных схем. М.: Наука, 1973.

47. Самарский А.А. Гулин А.В. Численные методы. (Учеб. пособие для вузов). М.: Наука, 1989.

48. Семеин В.М. Исследование теплоотдачи влажного воздуха при конденсации пара. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. Иваново, 1954.

49. Сергазин Ж.Ф. Экспериментальное исследование тепло- и массообмена при конденсации пара из влажного воздуха. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. М.: 1965.

50. Сергеев Г.Г. ИФЖ, VI, №12, 1963.

51. Смолький Б.М. Внешний тепломасообмен в процессе конвективной сушки. Минск. 1957.

52. Табунщиков Ю.А., Хромец Д.Ю., Матросов Ю.А. Тепловая защита ограждающих конструкций зданий и сооружений. М.: стройиздат, 1986.

53. Табунщиков Ю.А. Расчёты температурного режима помещения и требуемой мощности для его отопления и охлаждения. М.: Стройиздат, 1981.

54. Табунщиков Ю.А. Матросов Ю.А. Программа расчёта нестационарного теплового режима помещений жилых гражданских и промышленных зданий в летних условиях. М.: ЦНИПИАСС, Госстроя СССР, 1977.

55. Табунщиков Ю.Я. Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий. / Ю.Я. Табунщиков, М.М. Бродач/. М.: АВОК - пресс, 2002.

56. Тертичник Е.И. Исследование влажностного состояния наружных ограждений зданий на основе потенциала влажности. /05.23.03/. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. М., 1966.

57. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. (Учеб. пособие для вузов, изд. 5-е). М.: Наука, 1977.

58. Ушков Ф.В. Теплотехнические свойства крупнопанельных зданий и расчет стыков. М.: 1967.

59. Фам Тат Дак, Фам Нгок Тоан. Климат Вьетнама. Ханой, изд-во Наука и техника, 1975.

60. Фам Н.Д., Фам Д.Н., Лыонг Н. Строительная физика. Ханой, изд-во Строительства, 1981.

61. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1973.

62. Фомина В.В. Исследование процессов тепловлагообмена вблизи заглубленного в грунт трубопровода. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. Тюмень, 2001.

63. Хоанг Х.М. Улучшение микроклимата в условиях Вьетнама. -Ханой: Строительство, 1998.

64. Цодиков В.Я. Вентиляция и теплоснабжение метрополитенов. М.: Недра, 1968.

65. Цодиков В.Я. Вентиляция и теплоснабжение метрополитенов. М.: Недра, 1975.

66. Цодиков В.Я. Вентиляция и теплоснабжение метрополитенов. М.: Недра. 1981.

67. Чинь С.М., Хоанг Х.М. и др. Отчет-1 темы «Ном». Институт строительных наук и технологий. Ханой, 1993.

68. Чинь С.М., Хоанг Х.М. и др. Отчет-2 темы «Ном». Институт строительных наук и технологий. Ханой, 1996.

69. Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов. -М.: Физматгиз, 1962.

70. Чудновский А.Ф. Теплофизика почв. М.: Наука, 1976.

71. Шлихтинг Г. теория пограничного слоя. М.: Наука, 1956.

72. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1969.

73. Шкловёр A.M. Теплопередача при периодических тепловых воздействиях. Изд. 2-е, перераб. и доп. М. -JL: Госэнергоиздат, 1961.

74. Эккерт Э.Р. Введение в теорию тепло- и массообмена. -М. -JL: Госэнергоиздат, 1957.

75. Эккерт Э.Р., Дрейк P.M. Теория тепло- и массообмена. М.: Госэнергоиздат, 1961.

76. СНиП И-3-79*: «Строительные нормы и правила строительная теплотехника». Госстрой России. -М.: 1998.

77. СНиП (TCVN) -4088-85: «Строительные нормы и правила по климатологии». Ханой: изд-во «Наука и техника», 1985.

78. СНиП (TCVN) -5937-1995: «Качество воздуха для жилых зданий -нормы проектирования». Ханой: изд-во «Наука и техника», 1995.

79. Adjali М.Н., Davies М., Ni Riain С., Littler J.G. In situ measurements and numerical simulation of heat transfer beneath a heated ground floor slab. Energy and Buildings, №33,2000, p. 75-83.

80. Blomberg T. Computer Modelling of Building Physics Applications. Report TVBH-1008, ISBN 91-88722-05-8, Department of Building physics. Lund University, Sweden. 1996. 205p.

81. Chapra S.C., Canale R.P. Numerical Methods for Engineers. McGraw-Hill Book Co. New York, 1985.

82. Clausing A.M. Numerical method in heat transfer, in "Advanced heat transfer", Chao B.T., USA, 1969, p. 157-195.

83. Hoffman M., Schwartz B. Computation of steady and time dependence temperature distribution for building elements. A general three-dimension solution. Building and Environment, vol. 15, №1, 1980, p. 63-72.

84. Liebmann G. A new electrical analog method for the solution of transient heat conduction problems. Transaction of the American Society of

85. Mechanical Engineers, vol. 78, №3, 1956, p. 655-665.

86. Tamaki A. Report inst. Induct. Science University Tokyo vol. 18. 1951.

87. Thermal structural analysis programs. A survey and evaluation. The American Society of mechanical engineers, 1972, 107 p.

88. Verhoeven A.C., Liem Т.Н. Thermal bridges calculations for anti-condensation standard. Building Research and Practice, 8-1978, p 224-235.