CC BY
15УДК 675.017.623: 692.23
Ю.С. ВЫТЧИКОВ, канд. техн. наук, Самарский государственный архитектурно-строительный университет; В.М. ГОРИН, канд. техн. наук, генеральный директор, С.А. ТОКАРЕВА, директор, ЗАО «НИИКерамзит» (Самара)
Исследование теплофизических характеристик стеновых камней из беспесчаного керамзитобетона
Для реализации национального проекта «Доступное и комфортное жилье — гражданам России» требуются относительно недорогие долговечные стеновые строительные материалы, обладающие повышенными теплозащитными характеристиками. К таким материалам относятся стеновые камни из беспесчаного керамзитобетона.
Согласно ГОСТ 530—2007 [1] теплопроводность кладки из керамзитобетонных камней должна определяться в климатической камере.
Для проведения данного вида испытаний необходимо выполнить фрагмент кладки из керамзитобетонных камней на цементно-песчаном или «теплом» растворе.
Эксперимент по определению сопротивления теплопередаче кладки из стеновых материалов проводится примерно через три недели после естественной сушки. В процессе эксперимента регистрируется влажность камней. По результатам испытаний в климатической камере устанавливается зависимость теплопроводности фрагмента кладки наружной стены от влажности материала.
Испытания в климатической камере требуют значительных материальных и временных затрат, и поэтому их следует проводить на стадии проведения сертификационных испытаний строительных материалов после выпуска опытной партии на действующей линии.
Для предварительной оценки теплопроводности ке-рамзитобетонных камней можно рекомендовать упрощенную методику, разработанную в центре «Энергосбережение в строительстве» при Самарском государственном архитектурно-строительном университете.
Сущность ее заключается в том, что теплопроводность кладки из керамзитобетонных камней определяется по температурным полям, полученным с помощью специализированного программного комплекса THERM 5.2. При обработке результатов расчета используется методика, изложенная в СНиП 23-02—2003 [2]. В качестве исходных данных используются значения коэффициентов теплопроводности строительных материалов, полученные экспериментальным путем с помощью измерителя теплопроводности ИТП МГ-4 «250» в соответствии с требованиями ГОСТ 7076—99 [3].
Увлажнение материала производится в соответствии с методикой, изложенной в [4].
Паропроницаемость строительных материалов оценивается по методике, приведенной в [5]. Для определения эквивалентного коэффициента паропроницаемо-сти стеновых камней предлагается использовать поля
упругостей водяного пара, полученные с помощью программного комплекса THERM 5.2, базирующегося на применении метода конечных элементов [6].
Предложенные методики определения теплопроводности и паропроницаемости в настоящее время используются в центре «Энергосбережение в строительстве» СГАСУ для предварительной оценки теплофизических характеристик кладок из стеновых материалов.
При их использовании достаточно иметь в наличии всего лишь 2—3 камня из керамзитобетона. Образцы для определения коэффициентов теплопроводности и па-ропроницаемости керамзитобетона вырезаются непосредственно из стеновых камней.
После окончательного выбора состава керамзитобе-тонного камня необходимо провести испытания фрагмента наружной стены в климатической камере для определения теплопроводности кладки.
Сравнение результатов предложенного численного эксперимента по определению теплопроводности стеновых камней с данными, полученными в климатической камере, показывает расхождение числовых значений в пределах 10%.
По изложенной выше методике определялись значения коэффициентов теплопроводности кладок из стеновых камней, изготовленных из беспесчаного керам-зитобетона.
В качестве примера приведем расчет коэффициента теплопроводности кладки из керамзитобетонных камней на «теплом» растворе с применением керамзитового песка (в условиях эксплуатации А).
На рис. 1 представлена расчетная схема керамзито-бетонного камня.
Значения теплофизических характеристик материалов, используемых для изготовления блока, представлены в таблице.
На рис. 2 представлено температурное поле в приведенном выше керамзитобетонном камне, определенное с помощью программного комплекса THERM 5.2.
Приведенный коэффициент теплопроводности рассматриваемого камня определяем по формуле:
Ь =-¡-, Вт/(м-°С), (1)
D 1 1
<Хв а„
где 8 — толщина керамзитобетонного камня, м; ав, ан — коэффициенты теплоотдачи со стороны внутренней
Наименование материала Плотность материала в сухом состоянии, кг/м3 Расчетные коэффициенты (при условиях эксплуатации)
теплопроводности, Вт/(м . оС) паропроницаемости, мг/ (м . ч . Па)
сух А Б А, Б
Беспесчаный керамзитобетон D 600 600 0,125 0,138 0,148 0,14
Беспесчаный керамзитобетон D 500 490 0,12 0,13 0,14 0,16
Цементно-песчаный раствор 1800 0,58 0,76 0,93 0,09
42
научно-технический и производственный журнал
август 2011
j "А ®
1.1 ,-2' и- 36.1 1-
' "V ^ ^ ^ '
—) шшш о 4
'' ^ "'С- ^ ^ ^ ^ ^
4 \ 3
2
1
14,4 7,8 1,1 -5,5 -12,2 -18,9 -25,5
11
-2,2
8,9
-15
-22,2
-28,9
Рис. 1. Расчетная схема керамзитобетонного камня: 1, 3 - беспесча- Рис. 2. Температурное поле в керамзитобетонном камне в условиях ный керамзитобетон D 600; 2 - беспесчаный керамзитобетон D 500; эксплуатации А 4 - цементно-песчаный раствор
15 / /220/
365
,/20/
Рис. 3. Конструкции фрагмента наружной стены: 1, 3 - беспесчаный керамзитобетон D 600; 2 - беспесчаный керамзитобетон D 500; 4 - це-ментно-песчаный раствор; 5 - «теплый» раствор на керамзитовом песке
и наружной поверхностей соответственно, Вт/(м2-°С); Я0 = — сопротивление теплопередаче камня,
У
м2-оС/Вт; q - удельный тепловой поток, Вт/м2.
9 = ав-01в-%), Вт/м2,
где \ - средняя температура внутренней поверхности камня, оС, определяемая по температурному полю; «в — коэффициенты теплоотдачи с внутренней стороны поверхности при 20оС.
Находимое значение коэффициента теплопроводности керамзитобетонного камня для условий эксплуатации А.
д =ав(гв -%)=8,7-(20-18,2)=15,66 Вт/м2;
_20-(-30)
Яп
х=
15,66 0,42
3,19—-1-— 1
= 3,19 м2-оС/Вт; = 0,138 Вт/(моС).
8,7 23
14,4
7,7
17
17,
17,
11
4,4
1,1 -5,6 -12,2 -18,9 -25,5
-2,
-15,
-22,2
-28
Рис. 4. Температурное поле в кладке из керамзитобетонных камней в условиях эксплуатации А
Коэффициент теплопроводности кладки из керамзитобетонных камней в условиях эксплуатации А определяем по формуле:
Х = -
0,42
Дп
2,88-0,0435-0,1149
=0,154 Вт/(моС).
Далее определяем значение коэффициента теплопроводности кладки из керамзитобетонных камней, руководствуясь требованиями к фрагменту, изложенными в ГОСТ 530-2007 [1].
Конструкция фрагмента наружной стены приведена на рис. 3.
Температурное поле в кладке из керамзитобетонных камней определялось по изложенной выше методике.
Результаты расчета представлены на рис. 4.
___
0 <*в ан
Приведенная методика используется для исследования теплофизических характеристик стеновых камней из беспесчаного керамзитобетона.
Ключевые слова: стеновые камни, теплопроводность, температурное поле, сопротивление теплопередаче. Список литературы
1. ГОСТ 530-2007. Кирпич и камень керамические. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2007. 34 с.
2. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. М.: Госстрой России, 2004. 40 с.
3. ГОСТ 7076-99. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном режиме. М.: Минстрой России, 1999. 29 с.
4. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий. М.: Госстрой России, 2004. 140 с.
5. ГОСТ 25898-83. Материалы и изделия строительные. Методы определения сопротивления паропро-ницанию. М.: Госстрой СССР, 1984. 24 с.
6. Горин В.М., Токарева С.А., Вытчиков Ю.С. Современные ограждающие конструкции из керамзитобетона для энергоэффективных зданий // Строительные материалы. 2011. № 3. С. 34-36.
Г; научно-технический и производственный журнал
^ ® август 2011 4з"
