|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы воды [II.9, 11.141. В последнее время Т. А. Литвинова 111.71. экспериментально показала (рис. 11.12), что для строительных материалов «н.в несколько увеличивается с возрастанием начальной влажности. Зпо явление объясняется адсорбцией жидкой влаги на поверхности льда, образующегося в порах материала, и другими явлениями. Особенности фазового равновесия и поведения влаги в мерзлом материале хорошо согласуются с состоянием влаги, объясняемым с позиций потенциала влажности [11.11]. В качестве примера на рис. II.II приведены равновесные влагосодержания газобетона р = 800 кг/м, полученные способом разрезной неизотермической колонки, вдиапазоне температур от -10 до 4-30°С. Сплошные кривые и = /(/) по длине колонки выражают общее влагосодержание. Штриховые линии характеризуют распределение по длине колонЙ! незамерзшей воды. Постановка задачи о нестационарной влагопередаче, основанная на потенциале влажности, обладает рядом достоинств (возможность расчета многослойных конструкций в произвольном диапазоне влажности и температуры при сложных граничных условиях). Однако в практике строительного проектирования и в нормативных методах в настоящее время используются теории диффузии пара в сорбирующей среде и влагопроводности. Для них в справочных пособиях имеются необходимые характеристики материалов и другие данные. Удается в определенной мере обходить известные недостатки этих теорий (ограниченность областей допустимого их применения). Разработаны расчетные приемы, которые дают удовлетворительное совпадение с наблюдениями и удобны в инженерной практике. Ниже дано краткое описание этих теорий. § П.6. ДИФФУЗИЯ водяного ПАРА В СОРБИРУЮЩЕЙ СРЕДЕ Теория диффузии пара в сорбирующей среде рассматривает (11.13) процессы влагопередачи только при гигроскопической влажности строительных материалов. Предполагается, что перемещение влаги происходит посредством диффузии под влиянием градиента упругости водяного пара во влажном воздухе, заполняющем поры материала. За потенциал влажности в этой теории принимают упругость водяных паров, предполагая, что сорбированная материалом влага прочно связана с ним и в жидком состоянии неподвижна. Поток влаги i; г/(м • ч), в произвольном сечении материала принимают равным ( = -(хуе, (11.59) где (X - коэффициент паропроницаемости кг/(м • ч . Па) [г/(м • мм рт. ст.)]; Ve - градиент упругости водяных паров, Па/м (мм рт. ст./м).  Рис. 11.13. Изотермы сорбции пенобетона (/) и красного кирпича (2) Процесс паропроницания осложнен поглощением (сорбцией) влаги материалом при увеличении упругости водяных паров в порах материала и отдачей (десорбцией) влаги при уменьшении упругости. На рис, П. 13 приведены изотермы сорбции для пенобетона и красного кирпича [11.7]. Предполагается, что изменение влажности материала происходит мгновенно следом за изменением упругости пара в его порах (равенство потенциалой пара и воды) и зависимость между ними полностью определяется соответствующими изотермами сорбции и десорбции. С увеличением упругости водяного пара на величину Ае влажность материала увеличивается на Аи, т. е. Аи = 1е, (11.60) где Аи - изменение влажности в произвольном сечении материала, г/кг; I - удельная пароемкость материала, равная тангенсу угла наклона касательной к изотерме сорбции (или десорбции), построенной относительно упругости водяных паров, г/ (кг • Па) [г/(кг • мм рт. ст.)]; Ае - изменение парциального давления водяного пара в этом сечении. Па (мм рт. ст.). Уравнения (11.59) и (11.60) полностью аналогичны основным двум закономерностям процесса теплопроводности (11.1) и (11.4), и дифференциальное уравнение диффузии пара в сорбирующей среде имеет вид Удельная пароемкость значительно зависит от изменений температуры и влажности, что затрудняет решение уравнения аналитическими методами. Поэтому для получения численных решений обычно используют расчетные приемы, основанные на применении конечных разностей (численный метод, метод аналогии, расчеты на ЭВМ). Обычно при расчете условно принимают стационарное распределение температуры. Решая уравнение (11.61), определяют значения упругости водяного пара в различных сечениях конструкции на некоторые моменты времени и, пользуясь изотермами сорбции (десорбции), переводят их в соответствующие равновесные влажности. В процессе расчета может оказаться, что к некоторому моменту времени в отдельных сечениях ограждения упругость водяного пара достигает значений, соответствующих максимальным при температуре в этих сечениях. Это определяет начало выпадения конденсата. Расчетом по уравнению (11.61) можно установить количество выпадающего конденсата в предположении, что жидкая влага остается неподвижной. Для расчета перемещения влаги при сверхгигроскопической влажности обычно пользуются уравнениями теории влагопроводности. § П.7. ВЛАГОПРОВОДНОСТЬ В теории влагопроводности [II.8] в качестве потенциала влажности принимают влагосодержание материала. В общем случае в изотермических условиях считают, что поток влаги i, кг/(м* • ч), при любом соотношении между парообразным и жидкостным перемещениями пропорционален градиенту влагосодержания V«, кг влаги на 1 кг сухого материала, т. е. = -PV«, (11.62) где k - коэффициент проводимости влаги в материале, мч; р - объемная масса абсолютно сухого материала, кг/м*. В неизотермических условиях во влажном материале предполагают поток влаги if, вызванный градиентом температуры. Это явление называют термовлагопроводностью. Поток влаги г< пропорционален градиенту температуры и равен (11.63) Из уравнений (П.62) и (И.63) следует, что в сечении, где поток г„ равен и противоположен по знаку потоку i,, коэффициент термовла-гопроводности б определится зависимостью " (П.64) Дифференциальное уравнение термовлагопроводности имеет вид ди д dz дх /, ди k + -(kb-]. (П.65)- (1х \ дх J Область применения уравнения (П.65) ограничена однородными однослойными конструкциями и потому уравнение (П.65) сравнительно редко используется для расчета влажностного режима строитель-. ных конструкций. Им пользуются только для расчета перемещения жидкой влаги при сверхгигроскопической влажности. Температурный градиент в конструкциях обычно небольшой, поэтому уравнение влажностного поля при сверхгигроскопической влажности принимают в виде ди д dz ex k -). (11.66) dx / Влияние температуры на интенсивность перемещения влаги учитывают, принимая численные значения коэффициента k в зависимости не только от влажности материала, но и от температуры. Расчеты по этому уравнению обычно проводят [101 так же, как и при решении уравнения (П.61), методами, основанными на применении конечных разностей. § П.8. РАСЧЕТ ВЛАГОПЕРЕДАЧИ ЧЕРЕЗ ОГРАЖДЕНИЕ НА ОСНОВЕ ПОТЕНЦИАЛА ВЛАЖНОСТИ В настоящее время имеется ряд методов расчета влагопередачи •через ограждение, основанных на теории диффузии пара и влагопроводности. Однако они имеют недостатки, отмеченные в § П.6 и П.7, которые затрудняют их использование для расчета многослойных 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 [ 39 ] 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 |