Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Брянская государственная

инженерно-технологическая академия»

Кафедра «Строительное производство»

Методические указания

для практических занятий по дисциплине

«Инженерные изыскания, инвентаризация и реконструкция застройки»

для студентов дневной и заочной форм обучения специальности

270105 «Городское строительство и хозяйство»

специализации 270105.02 «Техническая эксплуатация

и реконструкция зданий и жилой застройки»

Брянск 2012

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Брянская государственная

инженерно-технологическая академия»

Кафедра «Строительное производство»

Утверждены научно-методическим советом БГИТА

протокол №

Д.А. Викторов

Методические указания

для практических занятий по дисциплине

«Инженерные изыскания, инвентаризация и реконструкция застройки»

для студентов дневной и заочной форм обучения специальности

270105 «Городское строительство и хозяйство»

специализации 270105.02 «Техническая эксплуатация

и реконструкция зданий и жилой застройки»

Брянск 2012

Составители:

Викторов Д.А., ассистент кафедры «Строительное производство»

Рецензент:

Плотников В.В., д.т.н., зав. кафедрой «Строительное производство»

Рекомендовано учебно-методической комиссией строительного факультета, протокол №

Содержание

	Введение	6
1	Определение сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции	7
2	Определение тепло-влажностных характеристик помещения и проведение тепловизионного обследования	12
3	Аналитический и графический методы расчёта распределения температуры внутри ограждающей конструкции	17
4	Расчет влажностного состояния ограждающих конструкций	21
5	Определение теплопроводности теплоизоляционных материалов	26
6	Расчет теплоусвоения полов	30
7	Определение прочности строительных конструкций	32
8	Определение показателей надежности конструктивных элементов и реальных сроков службы в условиях эксплуатации	35
	Список источников	38
	Приложение А Варианты заданий	39
	Приложение Б Технические характеристики теплоизоляции	49

Введение

Целью изучения дисциплины является подготовка специалиста для практической работы, связанной с разработкой проектов реконструкции и реставрации старой жилой застройки и отдельных объектов на застроенной территории.

В процессе изучения дисциплины студент должен получить необходимые знания на уровне умения и навыков решения задач по оценке существующей ситуации и выбора практического решения при реконструкции городской застройки, зданий и сооружений.

Практическая работа № 1

«Определение сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции»

Цель работы – вычислить сопротивление теплопередаче наружной стены по результатам измерения температур внутреннего и наружного воздуха и плотностей теплового потока, проходящего через данную конструкцию.

Задачи:

1 Познакомиться с приборами ИТП-МГ4.03 «ПОТОК» и Raynger ST 60.

2 Изучить метод определения теплотехнических показателей ограждающих конструкций в натурных (эксплуатационных) зимних условиях.

3 Выполнить измерения, заполнить таблицу 1.1 и произвести расчеты.

4 Провести анализ полученных результатов.

Таблица 1.1 – Результаты инструментального обследования

№	Дата	Время	q1, Вт/м2	q2, Вт/м2	q3, Вт/м2	t’int, °C	t’ext, °C	Δt, °C	R1, м2×°С/Вт	R2, м2×°С/Вт	R3, м2×°С/Вт
1
2
3
4
5
Среднее значение

Радиационным термометром фиксируется температура τ’_int на поверхности установленных датчиков теплового потока.

R₁, R₂ и R₃ – средние экспериментальные значения сопротивления телопередаче, °С, вычисляемые по формуле:

R₀ = (t’_int-t’_ext)/q = Δt/q , (1.1)

где t’_int и t’_ext – средняя температура соответственно внутреннего и наружного воздуха в период измерения, °С;

q – средняя плотность теплового потока, проходящего через ограждающую конструкцию, Вт/м².

За общее экспериментальное значение принимается среднее арифметическое значение результатов вычисления:

R₀ = (R₁+R₂+R₃)/3 . (1.2)

Полученное значение необходимо сравнить с нормируемым и сделать вывод об уровне теплозащиты данной конструкции.

Нормируемое сопротивление теплопередаче, м²∙°С/Вт:

R₀^req = (a∙D_d+b)×n , (1.3)

где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице 6 СНиП 23-02-2003 [15];

D_d – градусо-сутки отопительного периода, °С∙сут:

D_d = (t_int-t_ht)∙z_ht , (1.4)

где t_int – расчетная средняя температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая для расчета ограждений жилых и общественных зданий по минимальным значениям оптимальной температуры по ГОСТ 30494-96 [11]; производственных – ГОСТ 12.1.005-88 [2]; а также другим нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений.

t_ht, z_ht – средняя температура наружного воздуха, °С и продолжительность отопительного периода, сут, принимаемые для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 8 °С по СНиП 23-01-99* [14] или территориальным строительным нормам (ТСН) соответствующего региона.

Неконтактный инфракрасный термометр Raynger ST 60 предназначен для дистанционного измерения температуры бесконтактным методом.

Конструктивно прибор выполнен в виде корпуса с оптической системой, преобразователем, дисплеем, лазерным целеуказателем и батарейным отсеком (рисунок 1.3).

Принцип работы прибора основан на измерении энергетической яркости части инфракрасного излучения, прошедшего через оптическую систему радиационного термометра и поглощенного его приемником излучения, определении температуры по измеренному значению.

Рисунок 1.3 – Общий вид и конструктивная схема прибора Raynger ST 60

Таблица 1.3 – Технические характеристики Raynger ST 60

Наименование характеристики	Показатель
Диапазон измерения температуры, °С	-32…+600
Предел допускаемой основной абсолютной погрешности, °С - в диапазоне температур измеряемого объекта -32...-26 °С - в диапазоне температур измеряемого объекта -26...-18 °С - в диапазоне температур измеряемого объекта -18…+23 °С - в диапазоне температур измеряемого объекта +23…+100 °С	±3 ±2,5 ±2 ±1
Предел допускаемой основной относительной погрешности, % - в диапазоне температур измеряемого объекта +100…+600 °С	±1
Показатель визирования	1:30
Спектральный интервал, мкм	8...14
Коэффициент излучения	0,1…1,0
Время установления показаний (95 %), с	0,5
Объем архивируемой информации, значений	12
Время непрерывной работы, не менее, час - с лазером и подсветкой - без лазера и подсветки	20 40
Габаритные размеры, мм	200x160x55
Масса, г	320
Условия эксплуатации - температура окружающего воздуха, °С - относительная влажность воздуха, %	0…+50 10…95

Измеритель плотности тепловых потоков и температуры ИТП-МГ4.03 «Поток» предназначен для измерения плотности тепловых потоков, проходящих через однослойные и многослойные ограждающие конструкции зданий и сооружений по ГОСТ 25380-82 [7], через облицовку и теплоизоляцию энергообъектов при экспериментальном исследовании и в условиях эксплуатации. Прибор позволяет измерять температуру воздуха внутри и снаружи помещения, а также определять сопротивление теплопередаче и термическое сопротивление ограждающих конструкций и изделий по ГОСТ 26254-84 [9].

Конструктивно прибор выполнен в виде электронного блока и соединенных с ним посредством кабелей трех преобразователей теплового потока и двух преобразователей температуры (рисунок 1.1).

Принцип работы прибора основан на измерении перепада температуры на «вспомогательной стенке» (пластине) при прохождении через неё теплового потока. Этот температурный перепад, пропорциональный в направлении теплового потока его плотности, преобразуется в электрический сигнал с помощью ленточной термопары, расположенной внутри пластины. «Вспомогательная стенка» и ленточная термопара образуют преобразователь теплового потока.

Структурная схема прибора приведена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.1 – Общий вид прибора ИТП-МГ4.03 «Поток»

1 – контролируемая ограждающая конструкция; 2 – преобразователь теплового потока;

3, 4 – преобразователи температуры; 5 – усилитель; 6 – аналого-цифровой преобразователь;

7 – вычислительное устройство; 8 – арифметическо-логическое устройство;

9 – оперативное запоминающее устройство; 10 – программное устройство;

11 – клавиатура; 12 – запоминающее устройство; 13 – индикатор

Рисунок 1.2 – Структурная схема прибора ИТП-МГ4.03 «Поток»

Таблица 1.2 – Технические характеристики ИТП-МГ4.03 «Поток»

Наименование характеристики	Показатель
Диапазон измерения плотности тепловых потоков, Вт/м2	2…999
Предел допускаемой основной относительной погрешности измерения плотности тепловых потоков - в диапазоне 10…999 Вт/м2 - в диапазоне 2…10 Вт/м2	±6 ±10…15
Предел допускаемой дополнительной относительной погрешности измерения плотности тепловых потоков, % - вызванной изменением температуры воздуха, окружающего блок электронный, в диапазоне - 20…+40 °С - вызванной изменением температуры преобразователя теплового потока в диапазоне -30…0 °С	±1,0 на каждые 10 °С ±0,83 на каждые 10 °С
Диапазон измерения температуры, °С	-30…+100
Предел допускаемой основной абсолютной погрешности измерения температуры, °С	±0,2
Диапазон определения термического сопротивления и сопротивления теплопередаче, м2·К/Вт	0,05…8
Предел допускаемой основной относительной погрешности определения термического сопротивления и сопротивления теплопередаче, %	±10
Время установления показаний, мин, не более - плотности теплового потока - температуры	5,0 3,0
Объем архивируемой информации, значений	2000
Длительность наблюдения, ч	1…360
Интервал измерений в режиме наблюдения, мин	1...180
Термическое сопротивление преобразователя теплового потока, м2·К/Вт	3·10-3
Длина соединительного кабеля, м	5,0
Габаритные размеры, мм - блока электронного - преобразователя теплового потока - преобразователя температуры	175x90x30 Ø27x2 Ø12x4
Масса, не более, г - с преобразователями	750
Условия эксплуатации для электронного блока: - температура окружающего воздуха, °С - относительная влажность воздуха, % - атмосферное давление, кПа (мм рт. ст.) для преобразователей теплового потока и температуры: - температура окружающего воздуха, °С - относительная влажность воздуха, % - атмосферное давление, кПа (мм рт. ст.)	-20…+40 10…80 84...106,6 (630…800) -30…+70 10…80 84...106,6 (630…800)

Практическая работа № 2

«Определение тепло-влажностных характеристик помещения и

проведение тепловизионного обследования»

Цель работы – определить тепловлажностные характеристики помещения и получить картину распределения температуры на поверхности наружной ограждающей конструкции.

Задачи:

1 Познакомиться с приборами ТГЦ-МГ4 и Testo 882.

2 Изучить метод определения температуры и относительной влажности внутреннего воздуха и температуры точки росы.

3 Выполнить измерения, заполнить таблицу 2.1 и произвести расчеты.

4 Произвести тепловизионную съемку наружной ограждающей конструкции

5 По полученным термограммам определить приведенное сопротивление теплопередачи наружной стены

6 Провести анализ полученных результатов.

Таблица 2.1 – Результаты инструментального обследования

tint, °С	φ, %	td, °С

Температура и относительная влажность внутреннего воздуха измеряется в центре помещения на высоте 1,5 м от пола.

В воздухе всегда содержится определенное количество влаги, которое характеризуется упругостью водяного пара е. При определенной температуре и давлении в воздухе не может содержаться больше определенного количества водяных паров, которое носит название максимальной упругости водяного пара Е. Рост температуры вызывает увеличение максимальной упругости водяного пара. Отношение фактической упругости водяного пара е к максимальной Е характеризует степень насыщения воздуха влагой и выражается через относительную влажность, %:

φ = е/Е 100 % , (2.1)

При снижении температуры максимальное значение упругости водяного пара Е будет уменьшаться, а относительная влажность φ увеличиваться. Температура, при которой воздух при данной влажности достигает полного насыщения водяным паром и влага из парообразного состояния переходит в капельно-жидкое, называется точкой росы t_d, °С.

При эксплуатации, а также при проектировании зданий необходимо обеспечить условия, препятствующие выпадению конденсата. Для этого определяют температуру на внутренней поверхности τ_int, сравнивают ее точкой росы t_d (приложение Р СП 23-101-2004 [16]) и устанавливают возможность образования конденсата.

Тепловизионное обследование проводится при устойчивой работе системы отопления при наружной температуре близкой к среднесуточной. Оптимальное время для тепловизионной съемки – поздний вечер (21⁰⁰…24⁰⁰) или раннее утро (6⁰⁰…8⁰⁰) при отсутствии: атмосферных осадков, тумана, смога и задымленности.

Обследуемые поверхности должны быть очищены от: грязи, плесени, наледи, снега и других налетов, несвойственных материалам исследуемых конструкций; не должны подвергаться в процессе измерений воздействию прямого и отраженного солнечного облучения, а также отопительных приборов.

Термографирование проводится последовательно по предварительно намеченным участкам с покадровой записью термограмм в перпендикулярном направлении к стене (возможные отклонения от этого направления не должны превышать 30°). Измерения по возможности должны производиться с фиксированного расстояния.

Обработка результатов тепловизионного обследования заключается в определении температурных полей по поверхности и расчете значений сопротивления теплопередаче интересующих участков ограждающих конструкций.

Приведенное сопротивление теплопередаче R₀^r ограждающей конструкции, имеющей неравномерность температур поверхностей, м²∙°С/Вт:

R₀^r = А/(ΣA_i/R_0.i) , (2.3)

где А – площадь испытываемой ограждающей конструкции, м²;

А_i – площадь характерной изотермической зоны, м²;

R_0.i – сопротивление теплопередаче характерной зоны, м²×°С/Вт:

R_0.i = R₀×(t’_int-τ_int)/(t’_int-τ_int.i) , (2.4)

Термогигрометр ТГЦ-МГ4 предназначен для контроля и регистрации текущих значений температуры и относительной влажности воздуха.

Конструктивно прибор выполнен в виде электронного блока и выносного зонда с первичным преобразователем. Первичный преобразователь включает датчики температуры и влажности (рисунок 2.1).

Принцип работы прибора основан на измерении изменений емкости и сопротивления чувствительных элементов первичного преобразователя в зависимости от относительной влажности и температуры анализируемой среды.

Рисунок 2.1 – Общий вид прибора ТГЦ-МГ4

Таблица 2.2 – Технические характеристики ТГЦ-МГ4

Наименование характеристики	Показатель
Диапазон измерения влажности, %	0…99,9
Предел допускаемой основной абсолютной погрешности измерения влажности, %	±4
Предел допускаемой дополнительной абсолютной погрешности измерения влажности, вызванной изменением температуры анализируемого газа от нормального значения (+20±2°С) до предельных рабочих значений, %	±1,5 на каждые 10 °С
Диапазон измерения температуры, °С	-30…+85
Предел допускаемой основной абсолютной погрешности измерения температуры, °С	±0,5
Время установления показаний, с	30…100
Объем архивируемой информации, значений	99
Время непрерывной работы, не менее, ч	40
Габаритные размеры, мм - блока электронного - выносного зонда	160x70x27 Ø22x250
Масса, не более, г - с выносным зондом	350
Условия эксплуатации для электронного блока: - температура окружающего воздуха, °С - относительная влажность воздуха, % - атмосферное давление, кПа (мм рт. ст.) для выносного зонда: - температура анализируемого газа, °С - абсолютное значение давления анализируемого газа, кПа (мм рт. ст.)	-20…+50 10…80 84...106,6 (630…800) -30…+85 40…133,3 (300…1000).

Тепловизор Testo 882 предназначен для бесконтактного определения и визуализации распределения температуры на поверхностях (рисунок 2.2).

Область применения тепловизора Testo 882:

- инспектирование зданий (отопление, системы вентиляции и кондиционирования воздуха, отделы главных технологов компаний, технические и экспертные отделы); оценка энергоемкости зданий;

- ППР (сервисное обслуживание, контроль механических и электрических свойств и параметров систем и механического оборудования);

- контроль производства, контроль производственных процессов.

Рисунок 2.2 – Общий вид прибора Testo 882

Таблица 2.3 – Технические характеристики Testo 882

Характеристика	Значения
Измерение
Температурный диапазон (может быть изменен)	Измерительный диапазон 1
	-20-0 °С (-4-212 °F)
	Измерительный диапазон 2
	0-350 °С (32 -662 °F)
	Измерительный диапазон 3
	350-550 °С (662-1022 °F)
Точность	При активном режиме измерения 1 для показаний в диапазоне минус 20-0 °С (минус 4-212 °F)
	±2 С (±3,6 F) или ±2% от показания (наивысшее из указанных значений)
	При активном режиме измерения 2 для показаний в диапазоне 0-350 °С (32-662 °F):
	±2 °С (±3,6 °F) или ±2 % от показания (наивысшее из указанных значений)
	При активном режиме измерения 3 для показаний в диапазоне 35-550 °С (662-1022 °F):
	±3 % от показания

Продолжение таблицы 2.3

Воспроизводимость	±1 °С(±1,8 °F) или ±1% (наивысшее из указанных значений)
Минимальный диаметр точки измерения	5 мм с расстояния 1 м
Время обработки (формирования образа)	30 с
Компенсация отраженной температуры	ручное
Установка коэффициента излучения	0,01…1,00
Объектив
Широкоугольный объектив	32°х23°
Апертурное отверстие	0,95
Вывод термограммы
Поле обзора/мин. Фокусное расстояние	Стандартный объектив: 32х23/0,2 м (0,66 фут.)
Температурная чувствительность	< 60 мК при 30 °С (86 °F)
Геометрическое разрешение	Стандартный объектив: 1,7 мрад
Частота обновления	33 Гц на территории ЕЭС, 9 Гц – вне территории ЕЭС
Фокусировка	Ручная + моторизованная
Тип детектора	FPA 320х240 пикселей, а.Si
Спектральный	8-14
Вывод визуального изображения
Поле обзора/мин. фокусное расстояние	33х25/0,4 м (1,31 фут.)
Размеры изображения	640х480 пикселей
Частота обновления	8-15 Гц
Представление изображения
Дисплей	Ж/к, 3.5``, 320х240 пикселей
Параметры дисплея	Термограмма/реальное изображение/инфракрасное и реальное изображение
Видеопоток	25 Гц
Цветовые палитры	9 вариантов
Хранение изображений
Формат файла	.bmt Параметры экспорта в bmp, jpg и. csv
Съемная память	Карта SD
Объем памяти	Комплект поставки: 2 Гб (прибл.на 1000 изображений)
Физические характеристики
Размеры	152х108х262мм (5,98х4,17х10,31)
Масса	900 г (с аккумулятором)
Классификация лазера	635 нм, класс 2
Класс защиты	IP 54
Вибрация	Макс.2 G

Практическая работа № 3

«Аналитический и графический методы расчёта распределения температуры внутри ограждающей конструкции»

Познакомиться с основными теоретическими выкладками за короткий промежуток времени можно в учебном фильме «Теплообмен» [18].

Наружное ограждение, ограничивающее помещение, соприкасается с внутренним воздухом с температурой t_int и с наружным воздухом с температурой t_ext. При разности температур между внутренним и наружным воздухом происходит передача теплоты через ограждающую конструкцию. Процесс теплопередачи можно разделить на три этапа (рисунок 3.1):

1) передача теплоты от воздуха помещения внутренней поверхности ограждения, происходящая конвекцией и излучением:

2) передача теплоты через толщу ограждающей конструкции за счет теплопроводности (при отсутствии воздушных прослоек);

3) передача теплоты наружной поверхностью ограждения окружающей среде за счет конвекции и излучения.

а) в однородной ограждающей конструкции

б) в многослойной ограждающей конструкции

Рисунок 3.1 – Распределение температуры в ограждении

при стационарном режиме теплопередаче

Приведенное сопротивления теплопередаче, м²∙°С/Вт:

R₀^r = (1/α_int +∑(δ_i/λ_i)+1/α_ext)×r , (3.1)

где α_int, α_ext – коэффициенты теплоотдачи соответственно внутренней и наружной поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м²×°С), принимаемые по таблице 7 СНиП 23-02-2003 [15] и таблице 8 СП 23-101-2004 [16] соответственно;

δ_i – толщина i-того слоя, м;

λ_i – расчетный коэффициент теплопроводности материала i-того слоя, Вт/(м×°С), принимаемый по приложению Д СП 23-101-2004 [16];

r – коэффициент теплотехнической однородности, принимаемый по таблице 8 СТО 00044807-001-2006 [20].

Температурные перепады (t_int-τ_int) и (τ_ext-t_ext) изменяются в небольших пределах, что объясняется однообразными условиями теплообмена у внутренней и наружной поверхностей ограждения. В связи с этим для всех типовых строительных конструкций могут быть приняты заранее вычисленные и проверенные опытом эксплуатации значения коэффициентов теплоотдачи внутренней α_int и наружной α_ext поверхности ограждающих конструкций.

Однако, если нарушены нормативные условия эксплуатации наружных ограждений или ограждающая конструкция не является типовой, следует отдельно вычислить конвективную и лучистую составляющие коэффициентов теплообмена внутренней и наружной поверхностей (рисунок 3.2).

Для того, чтобы вычислить коэффициент теплообмена внутренней поверхности ограждения α_int = α_c+α_r , Вт/(м²×°С), необходимо:

1) вычислить температурный перепад Dt_int. = t_int-τ_int, °С;

2) найти среднее значение температур t_am = (t_int+τ_int)/2, °С;

3) по рисунку 3.2, а определить коэффициент теплообмена внутренней поверхности ограждения конвекцией α_c, Вт/(м²×°С) (для потолков полученное значение умножают на 1,3, а для полов на 0,7);

4) по рисунку 3.2, б определить коэффициент теплообмена внутренней поверхности ограждения излучением α_r, Вт/(м²×°С).

Рисунок 3.2 – Значения коэффициента теплообмена конвекцией (а)

и излучением (б) поверхностей ограждающих конструкций

При оценке теплозащитных характеристик наружных ограждений необходимо знать температуру на внутренней поверхности ограждения, а также распределение температур внутри конструкции.

Температура на внутренней поверхности ограждения, °С:

τ_int = t_int-(t_int-t_ext)/α_int R₀^r , (3.2)

где t_ext – расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, °С, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01-99* [14].

Температура внутренней поверхности ограждающей конструкции, °С, при расчетных температурных условиях:

τ_int = t_int-(t_int-τ”_int)×α’_int/α_int , (3.3)

где τ”_int – температура внутренней поверхности ограждения_, °С, без учета изменения коэффициента теплоотдачи α_int:

τ”_int = t_int-(t^’_int-τ^’_int)×(t_int-t_ext)/(t^’_int-t^’_ext) , (3.4)

τ^’_int – средняя температура внутренней поверхности ограждения, °С, в рассматриваемой точке в период измерения.

Пример. В результате измерения при t^’_int = 20,7 °С и t^’_ext = -10,5 °С получена температура внутренней поверхности ограждающей конструкции τ^’_int = 13,2 °С. Определить τ_int при расчетных t_int = 20,0 °С и t_ext = -26,0 °С.

Температура внутренней поверхности без учета изменения α_int:

τ”_int = 20-(20,7-13,2)×(20+26)/(20,7+10,5) = 8,9 °С.

Коэффициент теплообмена внутренней поверхности конвекцией:

при Dt = t’_int-τ’_int = 20,7-13,2 = 7,5 °С α’_c = 3,2 Вт/(м²×°С);

при Dt = t_int-τ”_int = 20,0-8,9 = 11,1 °С α_c = 3,7 Вт/(м²×°С);

Коэффициент теплообмена внутренней поверхности излучением:

при t_am = (t’_int+τ’_int)/2 = (20,7+13,2)/2 = 17,0 °С α’_r = 4,7 Вт/(м²×°С);

при t_am = (t_int+τ”_int)/2 = (20,0+8,9)/2 = 14,4 °С α_r = 4,5 Вт/(м²×°С);

Коэффициент теплообмена внутренней поверхности:

α'_int = α’_c+α’_r = 3,2+4,7 = 7,9 Вт/(м²×°С);

α_int = α_c+α_r = 3,7+4,5 = 8,2 Вт/(м²×°С);

Температура внутренней поверхности:

τ_int = 20-(20-8,9)×7,9/8,2 = 9,3 °С.

Задание 3.1. Вычислить температуру внутренней поверхности ограждения при расчетных температурных условиях, используя результаты измерений, полученные в работах № 1 и № 2.

Температура определенного слоя ограждения, °С:

τ_n = t_int-(1/α_int +∑R)×(t_int-t_ext)/R₀^r , (3.5)

где ∑R – сумма термических сопротивлений (n-1) слоев ограждения, считая нумерацию слоев от внутренней поверхности ограждения, м²×°С/Вт.

Количество теплоты, проходящей через n-й слой ограждения, Вт/м²:

q = (τ_n-τ_n+1)/R_n = tg β , (3.6)

Тепловой поток, проходящий через ограждение, одинаков по величине в любом слое и представляет собой тангенс угла наклона температурной прямой к горизонтали, который лежит в основе графического метода определения температуры в ограждении (рисунок 3.4).

При графическом методе на горизонтальной оси, соответствующей нулевой температуре, откладывают последовательно в некотором масштабе величину 1/α_int, термические сопротивления отдельных слоев ограждения и величину 1/α_ext. Сумма отложенных отрезков дает в том же масштабе величину сопротивления теплопередаче R₀ по всей толще. Через полученные точки проводят вертикальные прямые и на крайних отмечают в определенном масштабе отрезки, соответствующие температурам внутреннего t_int и наружного t_ext воздуха. Положительные температуры откладывают вверх от горизонтальной оси, отрицательные вниз. Полученные точки t_int и t_ext соединяют прямой линией. Точки пересечения прямой с вертикальными линиями дают отрезки, выражающие величины температур на границе слоев ограждения.

Рисунок 3.3 – Графический метод построения распределения температур

в толще ограждающей конструкции

Задание 3.2. Вычислить значения температур на границах слоев и построить распределение температур в толще наружной стены при t_int = 20 °С, t_ext = -26 °С для варианта, приведенного в приложении А.

Практическая работа № 4

«Расчет влажностного состояния ограждающих конструкций»

Большое влияние на теплозащитные свойства наружных ограждений оказывает влажностное состояние материала конструкции. Увеличение влажности материала вызывает увеличение коэффициента теплопроводности и, следовательно, уменьшение сопротивления теплопередаче (рисунок 4.1). Очень часто конденсация влаги является основной причиной повышения влажности ограждения. Увеличение влажности материала способствует развитию плесени и грибков, коррозии, ухудшению морозостойкости и долговечности конструкций. В связи с этим правильная оценка влажностного режима ограждения и вовремя проведенные мероприятия по его улучшению позволяют повысить теплозащитные и эксплуатационные характеристики наружных ограждающих конструкций.

В строительных конструкциях могут содержаться различные виды влаги: строительная, грунтовая, метеорологическая, эксплуатационная, гигроскопическая и конденсационная.

Рисунок 4.1 – График зависимости коэффициента теплопроводности

газосиликатных блоков от их влажности

При разности парциальных давлений водяных паров внутреннего и наружного воздуха в толще ограждения возникает их диффузия. Способность материала пропустить водяные пары называется паропроницаемостью, которая характеризуется коэффициентом μ. При диффузии через ограждение водяной пар понижает свою упругость (парциальное давление) из-за сопротивления паропроницанию ограждающей конструкции R_vp, м²×ч×Па/мг:

R_vp = ∑d_i/m_i , (4.1)

где m_i – расчетный коэффициент паропроницаемости материала i-того слоя, мг/(м×ч×Па), принимаемый по приложению Д СП 23-101-2004 [16].

Сопротивление паропроницанию следует определять в пределах от внутренней поверхности до плоскости возможной конденсации. Согласно пункту 9.1 СНиП 23-02-2003 [15] плоскость возможной конденсации в однородном ограждении располагается на расстоянии, равном 2/3 толщины конструкции от ее внутренней поверхности, а в многослойной совпадает с наружной поверхностью утеплителя. Сопротивление паропроницанию воздушных прослоек в ограждениях следует принимать равным нулю.

Не требуется проверять на соответствие требованиям по паропроницанию

а) однородные (однослойные) наружные стены помещений с сухим и нормальным режимами;

б) двухслойные наружные стены помещений с сухим и нормальным режимами, если внутренний слой стены имеет сопротивление паропроницанию более 1,6 м²×ч×Па/мг.

Нормируемое сопротивление паропроницанию R_vp^req, м²×ч×Па/мг:

- из условия недопустимости накопления влаги в ограждающей конструкции за годовой период эксплуатации

R_vp1^req = R_vp^e∙(e_int-E)/(E-e_ext) ; (4.2)

- из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха

R_vp2^req = 0,0024∙z₀∙(e_int-E₀)/(r_w∙d_w∙Dw_av+h) , (4.3)

где R_vp^e – cопротивление паропроницанию, м²×ч×Па/мг, части ограждающей конструкции, расположенной между наружной поверхностью и плоскостью возможной конденсации;

e_int, e_ext – парциальное давление водяного пара соответственно внутреннего и наружного воздуха, Па, определяемое по формулам

е_int = (j_int/100)∙E_int , (4.4)

е_ext = (j_ext/100)∙E_ext , (4.5)

где j_int, j_ext – относительная влажность соответственно внутреннего и наружного воздуха, %;

E_int, E_ext – парциальное давление насыщенного водяного пара, Па, принимаемое при температуре соответственно t_int и t_ext по приложению С СП 23-101-2004 [16];

Е – парциальное давление водяного пара, Па, в плоскости возможной конденсации за годовой период эксплуатации, определяемое по формуле

Е = (Е₁∙z₁+E₂∙z₂+Е₃∙z₃)/12 , (4.6)

E₁, Е₂, Е₃ – парциальные давления водяного пара, Па, принимаемые по температуре в плоскости возможной конденсации, определяемой при средней температуре наружного воздуха соответственно зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов по приложению С СП 23-101-2004 [16];

z₁, z₂, z₃, – продолжительность, мес, соответственно зимнего, весенне-осеннего и летнего периодов;

z₀ – продолжительность, сут, периода влагонакопления, принимаемая равной периоду с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха по таблице 1* СНиП 23-01-99* [14];

E₀ – парциальное давление водяного пара, Па, в плоскости возможной конденсации, определяемое при средней температуре наружного воздуха периода месяцев с отрицательными средними месячными температурами по приложению С СП 23-101-2004 [16];

r_w – плотность материала увлажняемого слоя, кг/м³, принимаемая по приложению Д СП 23-101-2004 [16];

d_w – толщина увлажняемого слоя ограждающей конструкции, м, принимаемая равной 2/3 толщины однородной стены или толщине теплоизоляционного слоя многослойной ограждающей конструкции;

Dw_av – предельно допустимое приращение расчетного массового отношения влаги в материале увлажняемого слоя, за период влагонакопления, %, принимаемое по таблице 12 СНиП 23-02-2003 [15];

h – коэффициент, определяемый по формуле

h = 0,0024∙z₀∙(Е₀-е₀^ext)/R_vp^e , (4.7)

где е₀^ext – среднее парциальное давление водяного пара наружного воздуха, Па, периода месяцев с отрицательными среднемесячными температурами, определяемыми по таблице 5* СНиП 23-01-99* [14].

Независимо от результатов расчета по формулам (4.2)-(4.3) нормируемые сопротивления паропроницанию R_vp1^req и R_vp2^req во всех случаях должны приниматься не более 5 м²×ч×Па/мг.

Упругость водяного пара на границе n-го слоя ограждения, Па:

e_n = e_int-∑R_vp×(e_int-e_ext)/R_vp , (4.8)

где ∑R_vp – суммма сопротивления паропроницанию (n-1) первых слоев ограждения, считая от внутренней поверхности, м²×ч×Па/мг.

Явление поглощения влаги из воздуха пористыми ограждающими конструкциями называется сорбционным увлажнением. Зависимость между сорбционной влажностью материала и относительной влажностью воздуха определяется экспериментально и изображается в виде изотерм сорбции (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 – Определение значений температуры и относительной влажности воздуха, обеспечивающих постоянство влагосодержания капиллярно-пористых материалов,

на основе анализа изотерм сорбции [22]

Падение упругости водяного пара и понижение температуры внутри ограждения создает условия для образования конденсата в его толще.

Рисунок 4.3 – Влажностный режим ограждения

а – схема влажностного режима ограждения; б – схема для определения зоны конденсации;

в – влияние пароизоляции на распределение действительной упругости водяного пара

Расчет на конденсацию влаги в толще ограждения проводят следующим образом (рисунок 4.3). В ограждении строят линию распределения температур (линия τ). По полученным значениям τ проводят кривую изменения максимальной упругости водяного пара (линия Е). Затем по вычисленным значениям e_int и e_ext проводят линию действительной упругости водяного пара (линия е). Если линии Е и е не пересекаются, то конденсации в ограждении нет, так как в любом сечении е < E. Если они пересекаются, то в толще ограждения может возникнуть конденсация.

Для установления местоположения зоны конденсации из точек e_int и e_ext проводят касательные к линии Е. Зона конденсации будет находится между точками пересечения касательных линией Е. По линиям е и Е можно построить кривую относительной влажности воздуха в порах материала φ. По полученным линиям можно по изотермам сорбции построить кривую изменения влажности в зависимости от массы материала ограждения ω. Таким образом, данный метод позволяет представить общие закономерности распределения влажности в толще ограждений.

Пример. Рассчитать сопротивление паропроницанию и определить возможность образования конденсата в толще наружной стены, выполненной из силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной 640 мм с внутренним оштукатуриванием слоем раствора толщиной 10 мм в г. Трубчевске Брянской области.

e_int = (60/100)×2338 = 1403 Па;

e_ext = (80/100)×517 = 414 Па;

Е = (545∙3+988∙3+1267∙6)/12 = 1017 Па;

R_vp^e = 0,200/0,110 = 1,818 м²×ч×Па/мг;

R_vp1^req = 1,818×(1403-1017)/(1017-414) = 1,164 м²×ч×Па/мг.

h = 0,0024×134×(743-396)/1,818 = 61,38.

R_vp2^req = 0,0024×134×(1403-743)/(1800×0,44×2+61,38) = 0,129 м²×ч×Па/мг.

R_vp = 0,020/0,090+0,640/0,110 = 6,040 м²×ч×Па/мг.

При сравнении полученного значения R_vp с нормируемым устанавливаем, что R_vp > R_vp1^req > R_vp2^req.

Следовательно, ограждающая конструкция удовлетворяет требованиям СНиП 23-02-2003 [15] в отношении сопротивления паропроницанию.

Рисунок 4.2 – График распределения парциального давления водяного пара

по толще стены при температуре наружного воздуха минус 2 °C

Линия распределения максимального парциального давления E водяного пара и кривая изменения действительного парциального давления e водяного пара по толще стены, построенные в масштабе сопротивлений паропроницанию его слоев, не пересекаются, что доказывает невозможность образования конденсата в ограждении.

Задание 4.1. Рассчитать сопротивление паропроницанию и определить возможность образования конденсата в толще наружной стены при t_int = 20 °С, t_ext = -26 °С для варианта, приведенного в приложении А.

Практическая работа № 5

«Определение теплопроводности теплоизоляционных материалов»

Цель работы – изучить прибор и метод определения теплопроводности и термического сопротивления различных строительных материалов; научиться определять теплопроводность различных строительных материалов; провести анализ полученных результатов.

Задачи:

1 Познакомиться с прибором ИТП-МГ4 «100».

2 Изучить метод определения теплопроводности материалов при стационарном тепловом режиме.

3 Выполнить измерения образца в сухом состоянии, заполнить таблицу 5.1 и произвести расчеты.

4 Изучить метод определения влажности строительных материалов с помощью компланарного преобразователя.

5 Выполнить измерения образца во влажном состоянии, заполнить таблицу 5.1 и произвести расчеты.

6 Провести анализ полученных результатов.

Таблица 5.1 – Результаты инструментального обследования

№	Дата	Время	H, мм	λ, Вт/м2∙°С	Tн, °C	Tх, °C	q, Вт/м2	R, м2∙°С/Вт	w, %

Измеритель теплопроводности ИТП-МГ4«100» предназначен для определения теплопроводности и термического сопротивления строительных материалов, а также материалов, предназначенных для тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов при стационарном тепловом режиме по ГОСТ 7076-99 [12].

Конструктивно прибор выполнен в виде электронного блока и установки для нагрева (охлаждения) образца с блоком управления (рисунок 5.1). Нагревательная установка прибора включает блок управления нагревателем и холодильником, а также источник питания. В верхней части установки размещен прижимной винт, снабженный отсчетным устройством для измерения толщины образца и динамометрическим устройством с трещоткой для создания постоянного усилия прижатия испытываемого образца.

Принцип работы прибора заключается в создании стационарного теплового потока, проходящего через плоский образец определенной толщины и направленного перпендикулярно к лицевым граням образца, измерении толщины образца, плотности теплового потока и температуры противоположных лицевых граней.

Рисунок 5.1 – Общий вид прибора ИТП-МГ4«100»

Рисунок 5.2 – Конструктивная схема прибора ИТП-МГ4«100»

Таблица 5.2 – Технические характеристики ИТП-МГ4«100»

Наименование характеристики	Показатель
Диапазон определения: - коэффициента теплопроводности, Вт/м2∙°С -термического сопротивления, м2∙°С/Вт	0,02...1,5 0,01...1,5
Предел допускаемой основной относительной погрешности измерения коэффициента теплопроводности	±5%
Предел допускаемой дополнительной относительной погрешности измерения коэффициента теплопроводности, вызванная изменением температуры окружающего воздуха от нормального значения (20±2°С) до предельных рабочих значений	±0,5% на каждые 5°С
Предел допускаемой основной относительной погрешности измерения термического сопротивления	не более ±5%
Предел допускаемой дополнительной относительной погрешности измерения термического сопротивления, вызванная изменением температуры окружающего воздуха от нормального значения (20±2°С) до предельных рабочих значений	±0,5% на каждые 5°С
Допускаемая толщина образца размером в плане, мм	100x100 - 3...28

Продолжение таблицы 5.2

Диапазон регулирования температур, °С: - холодильника Тх - нагревателя Тн	(5... 25) ± 0,1 (25...60)± 0,1
Средняя температура образца, °С.	15...42,5
Время одного измерения, мин	не более 90
Габаритные размеры, мм: - установка для нагрева - электронный блок	155x200x210 175х90х30
Условия эксплуатации - температура окружающего воздуха, °С - диапазон рабочих температур, °С - относительная влажность воздуха, % - атмосферное давление, кПа (мм рт. ст.)	20 ± 2°С +15...+30 40...60 84...106,6 (630…800)

Влагомер-МГ4 предназначен для оперативного производственного контроля влажности строительных материалов и изделий, пилопродукции и деревянных деталей диэлькометрическим методом по ГОСТ 21718-84 [5] и ГОСТ 16588-91 [3].

Конструктивно прибор выполнен в виде электронного блока и компланарного и коаксиального преобразователей (рисунок 5.2).

Принцип работы прибора основан на диэлькометрическом методе измерения влажности, а именно – на корреляционной зависимости диэлектрической проницаемости материала от содержания в нем влаги при положительных температурах. При взаимодействии с измеряемым материалом емкостный преобразователь вырабатывает сигнал пропорциональный диэлектрической проницаемости, который регистрируется измерительным блоком и преобразуется в значение влажности.

Рисунок 5.2 – Общий вид прибора Влагомер-МГ4

Таблица 5.3 – Технические характеристики Влагомер-МГ4

Наименование характеристики	Показатель
Диапазон показаний, %	1...100
Диапазон измерения влажности в зависимости от плотности материала, % - бетона тяжелого плотностью 2200...2500 кг/м3 на плотных природных заполнителях - бетона легкого плотностью 1600...1800 кг/м3 на искусственных пористых заполнителях, цементно-песчаного раствора и кирпича силикатного - бетона легкого плотностью 1400...1500 кг/м3 на искусственных пористых заполнителях, кирпича керамического кирпича - бетона легкого плотностью 1000...1400 кг/м3на искусственных пористых заполнителях - бетона ячеистого (газо-, пенобетона) без металлических примесей плотностью 400...1000 кг/м3 - сыпучих строительных материалов - пилопродукции и деревянных деталей хвойных лиственных пород	1...6 1...15 1...18 1...25 1...45 1...25 2...45
Предел допускаемой абсолютной погрешности в зависимости от вида контролируемого материала, % тяжелый бетон, цементно-песчаный раствор и кирпич - в диапазоне 1...6 - в диапазоне 6...8 легкий и ячеистый бетон - в диапазоне 1...10 - в диапазоне 10...20 - в диапазоне 20...45 сыпучие материалы при использовании коаксиального преобразователя - в диапазоне 1...10 - в диапазоне 10...15 - в диапазоне 15...25 пиломатериалы и деревянные детали - в диапазоне 2...12 - в диапазоне 12...30 - в диапазоне 30...45	±0,8 ±1,5 ±2,0 ±3,0 ±4,0 ±1,0 ±1,5 ±2,0
Время единичного измерения, не более, с	10
Габаритные размеры, мм: - электронный блок - преобразователь компланарный - преобразователь коаксиальный	175x90x30 Ø70х45 Ø110х100
Масса, не более, г - электронный блок - преобразователь компланарный - преобразователь коаксиальный	250 200 500
Условия эксплуатации - диапазон рабочих температур, °С - относительная влажность воздуха, % - атмосферное давление, кПа (мм рт. ст.)	+5...+40 до 80 86...106,7 (630...800)

Практическая работа № 6

«Расчет теплоусвоения полов»

Человек, находящийся в помещении, может испытывать чувство дискомфорта не только потому, что температура в помещении или на внутренней поверхности ограждения ниже нормируемой, но и в случае, если происходят периодические колебания этих температур. Во всех этих вопросах большое значение имеет свойство материала ограждения в большей или меньшей степени воспринимать теплоту при периодическом колебании теплового потока или температуры воздуха. Это свойство называют теплоусвоением и учитывают при выборе материала ограждающей конструкции.

При маленьком коэффициенте теплоусвоения (теплопроницания) меньше тепла проникает в единицу времени в материал, при этом остается больше тепловой энергии для нагревания воздуха в помещении. Показатель теплоусвоения имеет решающее значение для полов вследствие непосредственного контакта с телом человека. Например, если взять две конструкции пола междуэтажного перекрытия с одинаковыми температурами на поверхностях: в одной конструкции пол паркетный, в другой – бетонный. Бетонный пол покажется более холодным, так как тепловые потери через ногу человека будут значительно больше, чем при соприкосновении с паркетным.

Поверхность пола жилых и общественных зданий, вспомогательных зданий и помещений промышленных предприятий и отапливаемых помещений производственных зданий (на участках с постоянными рабочими местами) должна иметь расчетный показатель теплоусвоения Y_f^des, Вт/(м²×°С), не более нормируемой величины Y_f^req, установленной в таблице 13 СНиП 23-02-2003 [15].

Не нормируется показатель теплоусвоения поверхности пола:

а) имеющего температуру поверхности выше 23 °С;

б) в отапливаемых помещениях производственных зданий, где выполняются тяжелые физические работы;

в) в производственных зданиях при условии укладки на участке постоянных рабочих мест деревянных щитов или теплоизолирующих ковриков;

г) помещений общественных зданий, эксплуатация которых не связана с постоянным пребыванием в них людей (залов музеев и выставок, в фойе театров, кинотеатров и т.п.).

Затухание температурных колебаний в каком-либо слое ограждающей конструкции зависит от свойств материала соседних слоев. Расчет затухания температурных колебаний внутри слоистой конструкции следует начинать с последнего конструктивного слоя, приближаясь к слою, непосредственно воспринимающего тепловые воздействия. Расчет затухания температурных колебаний в ограждающей конструкции сводится к расчету коэффициента теплоусвоения, на порядок определения которого влияет тепловая инерция D.

D = R₁∙s₁+R₂∙s₂+...+R_n∙s_n, (6.1)

где R₁, R₂, ..., R_n – термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м²∙°С/Вт;

s₁, s₂, ... , s_n – расчетные коэффициенты теплоусвоения материала отдельных слоев ограждающей конструкции, Вт/(м²∙°С), принимаемые по приложению Д СП 23-101-2004 [16] (при условии эксплуатации А).

Если покрытие пола (первый слой конструкции пола) имеет тепловую инерцию D₁ = R₁s₁ ³ 0,5, то показатель теплоусвоения поверхности пола:

Y_f^des = 2∙s₁; (6.2)

В ограждающих конструкциях с тонким внешним слоем на коэффициент теплоусвоения большое влияние оказывает материал, расположенный под этим слоем. Поэтому, если первые n слоев конструкции пола имеют суммарную тепловую инерцию D₁+D₂+...+D_n < 0,5, но тепловая инерция (n+1) слоев D₁+D₂+...+D_n+1 ³ 0,5, то показатель теплоусвоения поверхности пола Y_f следует определять последовательно расчетом показателей теплоусвоения поверхностей слоев конструкции, начиная с n-го до первого:

- для n-го слоя: Y_f^des = (2∙R_n∙s_n²+s_n+1)/(0,5+R_n∙s_n+1) ; (6.3)

- для i-го слоя (i = n-1; n-2; ...; 1): Y_i = (4∙R_i∙s_i²+Y_i+1)/(1+R_i∙Y_i+1) . (6.4)

Показатель теплоусвоения поверхности пола Y_f^des принимается равным показателю теплоусвоения поверхности первого слоя Y₁.

Если Y_f^des > Y_f^req, то следует взять другую конструкцию пола или изменить толщины некоторых его слоев до удовлетворения требованиям Y_f^des £ Y_f^req. Обеспечение относительного постоянства температуры в слое слоя резких колебаний достигается применением теплоустойчивых материалов с малым теплоусвоением (например, деревянных и паркетных полов). При применении настилов полов из синтетических материалов следует проводить обоснование их выбора с точки зрения их теплоусвоения.

Пример 6.1 Определить показатель теплоусвоения поверхности пола подвала жилого дома, имеющего конструкцию, представленную на рисунке 6.1.

1 – линолеум, 2 – мастика водостойкая, 3 – стяжка из цементно-керамзитового раствора,

4 – теплоизоляция из экструзионного пенополистирола, 5 – бетонный подстилающий слой

Рисунок 6.1 – Конструкция пола

Таблица 6.1 – Физико-механические характеристики составляющих пола

№ п/п	Материал	Толщина слоя, м	Плотность материала в сухом состоянии, γс,кг/м3	Коэффициенты при условии эксплуатации А		Термическое сопротивление, R, м2ºС/Вт
				Тепло-проводность, λ, Вт/м∙ºС	Теплоусвоение, s, Вт/м2∙ºС
1	Линолеум	0,003	1 600	0,33	7,52	0,009
2	Мастика водостойкая	0,001	1 000	0,18	4,56	0,006
3	Стяжка из цементно-керамзитового раствора	0,030	1 200	0,47	6,16	0,060
4	Теплоизоляция из плит «Пеноплэкс»	0,020	35	0,03	0,36	0,670
5	Бетонный подстилающий слой	0,080	2 400	1,74	16,77	0,046

Определяем тепловую инерцию каждого слоя:

D₁ =  0,009∙7,52 = 0,068;

D₂ =  0,006∙4,56 = 0,025;

D₃ =  0,060∙6,16 = 0,370;

D₅ = 0,046∙16,77 = 0,770.

Так как суммарная тепловая инерция первых трех слоев D₁+D₂+D₃=0,068+0,025+0,370 = 0,463 < 0,5, а суммарная тепловая инерция трех плюс пятый слой D₁+D₂+D₃+D₅ = 0,463+0,770 = 1,23 > 0,5; следовательно, показатель теплоусвоения пола Y_n следует определять последовательно расчетом показателей теплоусвоения поверхностей слоев конструкции, начиная с третьего слоя:

Y₃ = (2∙0,060∙6,16²+16,77)/(0,5+0,060∙16,77) = 21,30/1,50 = 14,20;

Y₂ = (4∙0,006∙4,56²+14,20)/(1+0,006∙14,20) = 14,68/1,07 = 13,70;

Y₁ = (4∙0,009∙7,52²+13,70)/(1+0,009∙13,70) = 15,73/1,12 = 14,00 > 12.

Требования СНиП 23-02-2003 [15] не выполняются, поэтому вводим в конструкцию пола дополнительный слой из плит «Пеноплэкс»:

Y₃ = (2∙0,060∙6,16²+0,36)/(0,5+0,060∙0,36) = 4,91/0,52 = 9,44;

Y₂ = (4∙0,006∙4,56²+9,44)/(1+0,006∙9,44) = 9,94/1,06 = 9,38;

Y₁ = (4∙0,009∙7,52²+9,38)/(1+0,009∙9,38) = 11,42/1,08 = 10,57 < 12.

Таким образом, выбранная конструкция отвечает требованиям СНиП для зданий и помещений всех трех групп.

Задание 6.1. Определить теплоусвоение пола для варианта, приведенного в приложении А.

Практическая работа № 7

«Определение прочности строительных конструкций»

Цель работы – изучить прибор и метод определения прочности ограждающих и несущих конструкций, а также отдельных материалов; научиться определять класс и марку материалов конструкций; провести анализ полученных результатов.

Задачи:

1 Познакомиться с прибором ИПС-МГ4.03.

2 Изучить метод определения прочности строительных конструкций.

3 Выполнить измерения, заполнить таблицу 7.1 и произвести расчеты.

4 Провести анализ полученных результатов.

Таблица 7.1 – Результаты инструментального обследования

№	Дата	Время	Напр. удара	Конструкция	Материал	R, МПа	Класс бетона B	V, %

Измеритель прочности ИПС-МГ4.03 предназначен для определения прочности бетона, раствора и строительной керамики методом ударного импульса в соответствии с ГОСТ 22690-88 [6]. Прибор позволяет также оценивать физико-механические свойства строительных материалов в образцах и изделиях (прочность, твердость, упруго-пластические свойства), выявлять неоднородности, зоны плохого уплотнения и др.

Конструктивно прибор выполнен в виде электронного блока и склерометра (преобразователя) (рисунок 7.1). На лицевой панели блока электронного размещены графический индикатор и клавиатура, предназначенная для управления прибором. Клавиатура прибора содержит 7 функциональных кнопок и отдельную кнопку включения и выключения источника питания. В верхней части блока электронного находится гнездо для подключения склерометра и отверстие для доступа к регулировочному элементу.

Испытания проводятся на участке размером не менее 100 см² при толщине конструкции не менее 50 мм. Количество и расположение контролируемых участков при испытании конструкций должно соответствовать ГОСТ 18105-86 [4] или указываться в стандартах и технических условиях на сборные конструкции, в рабочих чертежах на монолитные конструкции. При определении прочности бетона обследуемых конструкций число и расположение участков должно быть не менее трех. Число испытаний на участке должно быть не менее 10.

Граница участка испытания должна быть не ближе 50 мм от края конструкции. Расстояние между точками испытания (место нанесения удара) должно быть не менее 15 мм. Расстояние мест проведения испытаний до арматуры должно быть не менее 50 мм. Места измерений на поверхности изделия необходимо выбирать между гранулами щебня и между крупными раковинами.

Рисунок 7.1 – Общий вид прибора ИПС-МГ4.03

Таблица 7.2 – Технические характеристики ИТП-МГ4«100»

Диапазон определения прочности		3...100МПа
Основная относительная погрешность определения прочности, не более		±8 %
Дискретность индикации прочности		0,1 МПа
Время, затрачиваемое на измерение прочности участка (10 промежуточных измерений), не более		15 сек
Энергия удара		0,16 Дж
Продолжительность работы	от элементов AALR6	50...60 часов
	от элементов 6LR61	25...30 часов
Габаритные размеры	- блока электронного	175x90x30 мм
	- склерометра	125x85x30 мм
Масса, не более	- блока электронного	0,260 кг
	- склерометра	0,550 кг
Количество запоминаемых результатов измерения, участков/всего		999/15000

Диапазон рабочих температур от минус 10 °С до плюс 40 °С относительная влажность воздуха до 80 %, атмосферное давление от 630 до 800 мм рт. ст. (86...106,7 кПа).

Задание 7.1. Сравнить полученный результат с характерным для данного элемента и, в случае отличия, указать возможные причины. Определить какой марке бетона про прочности соответствует полученный класс [8, 10].

Практическая работа № 8

«Определение показателей надежности конструктивных элементов

и реальных сроков службы в условиях эксплуатации»

Об эксплуатационных свойствах конструктивных элементов и здания в целом судят по показателям их надежности. Основные показатели безотказности: параметр потока отказов λ (t), вероятность безотказной работы Р (t) и плотность вероятностей f (t) определяют, располагая статистическими данными об отказах, сгруппированными по временной оси.

Для получения этих данных в эксплуатационных подразделениях должен быть налажен научно обоснованный сбор информации о дефектах и отказах конструкций, о развитии их по времени. Такая работа пока не ведется. Однако для первоначальной оценки параметров безотказности может быть использована статистика о потребности в ремонте конструктивных элементов, так как потребность в ремонте является, как правило, следствием возникновения отказов.

Первичные эксплуатационные организации ежегодно заполняют стандартные ведомости «Потребность в ремонте строительных конструкций и инженерного оборудования по результатам общего весеннего осмотра». Математическая обработка этого статистического материала позволяет получить количественные показатели параметров безотказности: λ (t), P (t), f (t).

Для определения удельного веса отказов конкретных конструктивных элементов необходимо:

а) определить объем эксплуатационных отказов и развитие их во времени (отсчет вести от года постройки или года проведения последнего капитального ремонта);

б) подсчитать параметры безотказности;

f (t) = накопительные объемы работ / общий объем работ (8.1)

λ (t) = объем ремонтов за год / общий объем работ (8.2)

P (t)=1-f(t) (8.3)

Систематизация и обработка статистики об отказах отдельных конструкций позволяет уточнить их реальные межремонтные сроки службы, которые, как правило, не совпадают с нормативными сроками. Это объясняется влиянием большого количества случайных факторов, учет которых при создании нормативов практически невозможен. Сюда в первую очередь относятся фактор качества строительных материалов и монтажа. Факторы качества работ значительное влияние оказывают на эксплуатационные показатели (в том числе и реальные сроки службы) полносборных зданий.

Пример расчета среднего срока службы пола из линолеума на войлочной подоснове (используется способ наименьших квадратов, методика которого подробно изложена в учебном пособии [21]).

Пример. В домах серии П-18 обследовано 42 430 м² пола, покрытого линолеумом на войлочной подоснове, из анализа дефектных ведомостей подсчитано, что для группы домов отказы наблюдались: через 12 мес. на площади 370 м²; через 24 мес. отказы зарегистрированы дополнительно на площади 1 040 м²; через 48 мес. – на 1 570 м²; через 60 мес. – на 2913 м²; через 72 мес. – 7 150 м²; и через 84 мес. – на 7 430 м. На основании этих данных можно определить частоту отказов полов в шести точках временной оси.

F(t) = n₀/N , (8.4)

где N – количество всех обследованных элементов; n₀ – количество отказавших элементов к моменту t.

По значению F(t) определяем статистическую вероятность безотказной работы Р(t) и соответствующий ей квантиль нормального распределения (таблица 8.1).

Частота отказов F (t):

через 12 мес. – 370/42430 = 0,009;

через 24 мес. – 0,009+1040/42430 = 0,033;

через 48 мес. – 0,033+1570/42430 = 0,070;

через 60 мес. – 0,070+2913/42430 = 0,139;

через 72 мес. – 0,138+7150/42430 = 0,307;

через 84 мес. – 0,307+7430/42430 = 0,483.

Таблица 8.1 – Определение квантилей

№ точек	Время t, мес.	Частота отказов F(t)	Вероятность безотказной работы Р(t) = 1–F(t)	Квантиль ui
1 2 3 4 5 6	12 24 48 60 72 84	0,0087 0,033 0,070 0,138 0,307 0,480	0,9913 0,967 0,930 0,862 0,693 0,520	2,36 1,84 1,47 1,085 0,505 0,06

Конкретное значение срока службы, зарегистрированное в процессе эксплуатации, может быть представлено как

t_i = T_ср-u_i∙σ , (8.5)

где Т_ср – средний срок службы элемента; σ – среднеквадратическое отклонение.

Исходя из этого, запишем систему уравнений:

12 = T_ср-2,360∙σ;

24 = T_ср-1,840∙σ;

48 = T_ср-1,470∙σ;

60 = T_ср-1,085∙σ;

72 = T_ср-0,505∙σ;

84 = T_ср-0,060∙σ.

Сложим уравнения почленно:

300 = 6∙T_ср–7,320∙σ, откуда Т_ср = (300+7,320∙σ)/6 мес.

Следуя способу наименьших квадратов, умножаем каждый член составленных уравнений на соответствующий квантиль.

Получаем новую систему уравнений:

28,32 = 2,360∙T_ср-5,570∙σ;

44,16 = 1,840∙T_ср-3,380∙σ;

70,56 = 1,470∙T_ср-2,160∙σ;

65,10 = 1,085∙T_ср-1,177∙σ;

36,36 = 0,505∙T_ср-0,255∙σ;

5,04 = 0,060∙T_ср-0,004∙σ.

Сложим уравнения почленно:

249,54 = 7,320∙T_ср–12,553∙σ

Подставим значение T_ср и определим среднеквадратичное отклонение:

249,54 = 7,320∙(300+7,320∙σ)/6–12,553∙σ;

249,54 = 366+8,930∙σ-12,553∙σ;

116,46 = 3,655∙σ;

Σ = 31,86 мес.

Определим средний срок службы линолеумного пола:

T_ср = [300+7,320 31,86]/6 = 88,87 мес. ~ 7 лет.

Задание 8.1. Сравнить полученный результат с нормативным сроком службы данного элемента [1] и, в случае отличия, указать возможные причины.

Список источников

1 ВСН 58-88(р). Положение об организации и проведении реконструкции, ремонта и технического обслуживания зданий объектов коммунального и социально-культурного назначения.

2 ГОСТ 12.1.005-88. Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

3 ГОСТ 16588-91. Пилопродукция и деревянные детали. Методы определения влажности.

4 ГОСТ 18105-86. Бетоны. Правила контроля прочности.

5 ГОСТ 21718-84. Материалы строительные. Диэлькометрический метод измерения влажности.

6 ГОСТ 22690-88. Бетоны. Определение прочности механическими методами неразрушающего контроля.

7 ГОСТ 25380-82. Метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции.

8 ГОСТ 25820-2000. Бетоны легкие. Технические условия.

9 ГОСТ 26254-84. Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.

10 ГОСТ 26633-91. Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия.

11 ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.

12 ГОСТ 7076-99. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме.

13 МДС 13-20.2004. Комплексная методика по обследованию и энергоаудиту реконструируемых зданий.

14 СНиП 23-01-99*. Строительная климатология.

15 СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.

16 СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий.

17 СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений.

18 Теполобмен [Видеозапись] / А. Бахирев. – Санкт-Петербург, 2009.

19 ТСН 23-327-2001. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. Нормативы по энергопотреблению и теплозащите.

20 СТО 00044807-001-2006. Теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий.

21 Порывай, Г.А. Организация, планирование и управление эксплуатацией зданий. – М.: Стройиздат, 1983.

22 Сизов, Б.Т. Теплофизические аспекты сохранения памятников архитектуры / «АВОК», 2002. – № 1.

Нормативная литература представлена в виде электронного ресурса, доступ – из информационной системы «СтройКонсультант».

Приложение А

Варианты заданий

Для заданий использованы конструктивные решения, разработанные унитарным предприятием «Институт НИПТИС».