Размещено на http://www.allbest.ru/

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ПОМЕЩЕНИЯ БАССЕЙНА

Специальность 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование

воздуха, газоснабжение и освещение

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

СМИРНОВ Владимир Викторович

МОСКВА - 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

РЫМАРОВ АНДРЕЙ ГЕОРГИЕВИЧ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

БОДРОВ ВАЛЕРИЙ ИОСИФОВИЧ

кандидат технических наук, доцент

КИТАЙЦЕВ АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт строительной физики (НИИСФ) РААСН

Защита состоится "____" декабря 2009 г. в "____" часов на заседании диссертационного совета Д.212.138.10 при ГОУ ВПО Московском государственном строительном университете по адресу: 129337, г.Москва, Ярославское шоссе, д.26, ауд. № ____.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан "____ " ______________ 2009 года.

Ученый секретарь диссертационного

совета Орлов В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последнее время в нашей стране значительно ухудшилась ситуация с эксплуатацией и долговечностью зданий бассейнов. Особенно остро это касается ранее построенных спортивных сооружений. В помещении бассейнов формируется воздушная среда с повышенным значением относительной влажности и температуры, вода обеззараживается путем добавления в воду хлора, который, растворяется в воде, а затем хлоропроизводные испаряются в воздух помещения бассейна вместе с молекулами воды. Водяной пар с молекулами хлора и хлоропроизводными взаимодействует с наружными и внутренними ограждающими конструкциями, что приводит к коррозии данных конструкций, снижая их прочность и долговечность. Повышенная температура и относительная влажность внутреннего воздуха с примесями хлоропроизводных - благоприятная среда для активной коррозии материалов наружных и внутренних ограждающих конструкций. Суровый климат России приводит к тому, что в холодный период года значительное количество водяного пара с молекулами хлоропроизводных перемещается через наружные и внутренние ограждающие конструкции, насыщая их влагой с примесями хлоропроизводных, разрушая металлическую арматуру и другие строительные материалы, что создает аварийные ситуации, опасные для находящихся в помещении бассейна людей.

Для получения прогноза коррозии материалов наружных и внутренних ограждающих конструкций в настоящей работе решена комплексная задача по расчету распределения примесей хлоропроизводных с водяным паром по воздушному пространству помещения бассейна с учетом нестационарного изменения воздушного и теплового режимов помещения.

В настоящее время задачи тепло-массопереноса решаются, как правило, по отдельности, без учета их взаимозависимости и динамики тепломассообменных процессов в различное время суток и периоды года.

Цель исследования: определение параметров микроклимата в помещении бассейна и тепло-массопередачи через ограждающие конструкции для оценки процесса коррозии стальной арматуры несущих конструкций.

В соответствии с поставленной целью потребовалось решить следующие задачи:

- описать процессы, определяющие распределение температуры в воздушном пространстве, с учетом нестационарности теплового режима на основе известных математических моделей;

- создать метод расчета конвективной струи от нагретой поверхности большой площади (нагретая вода в бассейне) на основе известных закономерностей конвективных струй и с учетом динамики теплового режима помещения;

- рассмотреть процессы влаго- и теплопередачи через наружные и внутренние ограждающие конструкции на основе известных математических моделей;

- предложить алгоритм расчета нестационарного влажностно-газового режима в пространстве помещения с учетом взаимосвязи с воздушно-тепловым режимом;

- прогнозировать процесс коррозии стальной арматуры, находящейся в бетоне;

- оценить долговечность вследствие коррозии несущих ограждающих конструкций на основе разрабатываемого комплексного метода расчета влажностно-газового и воздушно-теплового режимов.

Объект исследования. Параметры микроклимата в помещении крытого бассейна.

Предмет исследования. Нестационарный процесс тепло- и массопередачи через ограждающие конструкции, последующая оценка интенсивности коррозии стальной арматуры несущих ограждений и металлических элементов, находящихся в помещении бассейна.

Методы исследований. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования, а также обобщение опытных данных различных авторов. Экспериментальные материалы использовались для сопоставления со значениями, полученными в результате численного расчета на основании созданной математической модели динамических режимов помещения бассейна.

Научная новизна работы состоит в следующем:

-создана многозонная математическая модель нестационарного микроклимата помещения бассейна, построенная с учетом комплексного взаимодействия воздушного, теплового, влажностного и газового режимов;

- предложен метод определения площади поверхности ванны бассейна, над которой формируется восходящий конвективный поток, на основе технологий расчета струйных течений в помещении;

- получены закономерности распределения концентрации хлоропроизводных в помещении крытого бассейна и в несущих ограждающих конструкциях, в результате проведения экспериментальных исследований;

-установлены закономерности долговечности несущих ограждающих конструкций, зависящих от параметров воздушного, теплового, влажностного и газового режимов помещения бассейна.

Практическая значимость работы:

- разработан метод определения параметров микроклимата помещения бассейна;

- предложена методика прогнозирования коррозии стальной арматуры в помещении бассейна с учетом действия динамически развивающихся тепломассообменных режимов.

Внедрение результатов исследований.

На основе разработанного метода прогнозирования коррозии стальной арматуры и сталесодержащих элементов несущих и элементов разработаны «Рекомендаций по расчету параметров микроклимата, влияющих на долговечность несущих конструкций помещения бассейна» для внедрения в проектных организациях при проектировании и реконструкции спортивных сооружений, проведения экспертизы.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на кафедре отопления и вентиляции МГСУ в 2007 и 2008 г.г., на научных семинарах на кафедре физики МГСУ в 2007 и 2008 г.г., на Первой и Второй Международной научно-практической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции» в 2005 и 2007 г.г. в МГСУ, на IV Международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» 2008 в ВолгГАСУ, на V Международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» 2009 в ВолгГАСУ, в Академических чтениях «Актуальные вопросы строительной физики» НИИСФ 2009.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:

- математическая модель, объединяющая влажностно-газовый и воздушно-тепловой режимы вентилируемого помещения бассейна;

- комплексный метод расчета распределения водяных паров с примесью хлоропроизводных в помещении бассейна, с учетом динамики воздушно-теплового режимов помещения;

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, шесть глав, общие выводы, список литературы, включающий 118 наименований, в том числе 11 зарубежных источников. Общий объем диссертационной работы: 149 страниц машинописного текста, 3 таблицы, 64 рисунка, приложение в виде текста программ и справок о внедрении.

Автор выражает искреннюю благодарность за научную, практическую и консультативную помощь к.ф-м. наук, проф. Парфентьевой Н. А.

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, изложены цель, задачи, положения, выносимые на защиту. Так как коррозия металла зависит от состояния параметров тепло-воздушного и влажностно-газового режимов помещения и ограждений, то моделирование и расчет указанных режимов позволяет прогнозировать долговечность несущих ограждений.

В первой главе приведены результаты анализа существующих методов моделирования тепло-воздушного и влажностно-газового режимов помещения крытого бассейна, рассмотрены результаты ранее проведенных исследований, положения которых позволяют решить задачи, поставленные в настоящей работе.

Перенос влаги в строительных материалах подробно описан в работах А.В.Лыкова, Б.В.Дерягина, Н.В.Чураева, К.Ф.Фокина, В.Н.Богословского, Е.И.Тертичника, А.Г. Перехоженцева, В.Г. Гагарина и др. Перемещение влаги в виде пара, пленок и жидкости происходит под действием градиента потенциала переноса. Известно более двадцати различных вариантов влагопереноса, не считая движения влаги под действием силы тяжести, при котором наблюдается переувлажнение материалов ограждающих конструкций, снижающее их прочность и долговечность. Известны исследования испарения водяного пара с поверхности жидкости в помещении как зарубежных, так и российских ученых, таких как Д.Дальтон, В.С.Михайлов, В.К.Льюис, Ф.Меркель, Л.С. Клячко, А.В.Лыков, А.В.Нестеренко, А.В.Китайцев. Тепловой режим помещения описан в работах О.Е.Власова, М.И. Киссина, А.М. Шкловера, В.Н.Богословского и др. Воздушный режим помещения рассмотрен в работах В.В.Батурина, Г.Н. Абрамовича, И.А. Шепелева, В.Н. Талиева, В.П. Титова, М.И. Гримитлина и др.

Коррозия наружных и внутренних ограждающих конструкций происходит под действием водяных паров с хлоропроизводными, находящимися в химической связи с молекулами воды. Существуют три группы факторов, определяющие процесс коррозии: первая группа факторов связана с состоянием металла, определяемым термодинамической устойчивостью и структурой металла; вторая группа факторов - технологическая, связанная с составом бетона, водоцементным отношением, толщиной защитного слоя и условиями твердения бетона; третья группа факторов определяется эксплуатацией железобетонных конструкций, состоящей в управлении изменением температуры, влажности, в наличии стимуляторов коррозии во внешней среде и в самом бетоне, в гигроскопичности и паропроницаемости строительных материалов, что формирует их влажностный режим. Хлорирование воды приводит к образованию хлоропроизводных (соляной кислоты). Недостаточная вентиляция пространства помещения бассейна приводит к росту концентрации водяного пара в воздухе и паров соляной кислоты.

Анализ литературы показал, что на сегодняшний день отсутствует методика расчета коррозии металла арматуры под действием хлоропроизводных в помещении бассейна. При взаимодействии хлора с водой и хлоропроизводных с металлом арматуры выявлены количественные и качественные параметры процесса коррозии. Косвенно проблема уменьшения коррозии решается увеличением воздухообмена в помещении бассейна, что приводит к уменьшению относительной влажности, но одновременно и к увеличению количества испаряющейся воды с поверхности воды в бассейне, что связано с дополнительными затратами на подпитку воды, на подогрев вновь поступающей воды, на подогрев увеличенного расхода воздуха. Существующие методы расчетов струйных течений, испарения воды с водной поверхности, нестационарного теплового и воздушного режимов помещения, нестационарной теплопередачи и влажностного режима материалов ограждающих конструкций позволяют решать отдельно различные задачи без учета их взаимосвязи и взаимозависимости. Практический интерес представляет задача по созданию комплексного метода расчета динамики влажностно-газового и тепло-воздушного режимов помещения бассейна, позволяющего прогнозировать коррозию арматуры в ограждающих конструкциях.

Во второй главе предложена математическая модель прогнозирования коррозии стальной арматуры в ограждающих конструкциях помещения бассейна под влиянием тепло-воздушного и влажностно-газового режимов помещения.

бассейн помещение режим тепловой

На рис. 1 показан слой ограждающей конструкции с арматурой, через который перемещается поток водяного пара с парами соляной кислоты. В результате коррозии арматуры уменьшается диаметр арматуры, снижается масса стали, а, следовательно, прочность и долговечность ограждающей конструкции. Влагопередача через наружные и внутренние ограждающие конструкции происходит совместно с газопередачей паров соляной кислоты. Распределение парциального давления водяного пара в толще ограждающих конструкций рассмотрено с использованием коэффициента паропроницаемости, м (мг/ (мЧ чЧПа)).

Циркуляция воздуха в помещении влияет на интенсивность влагообмена на поверхности ограждений, определяя процесс влагопередачи и газопередачи. Однако, распространение водяного пара по объему помещения носит неравномерный характер, поэтому влагопередача через различные части ограждений отличается интенсивностью. В каждом слое ограждения формируется концентрация водяного пара и паров соляной кислоты, которая складывается из паров соляной кислоты, проходящих через ограждение и водяного пара и паров соляной кислоты, остающихся в материале в связи с его гигроскопичностью.

Составлена система дифференциальных балансовых уравнений (1) для создания математической модели нестационарного тепло-влажностно-газового режима несущих ограждений в течение различных периодов года, позволяющая определить температуру, влагосодержание и концентрацию паров соляной кислоты в любой точке ограждения, что необходимо для расчета скорости коррозии арматуры. В помещении имеются 3 типа ограждений: наружная стена, внутренняя стена и междуэтажное перекрытие. Каждое ограждение разбиваем на элементарные слои. Толщину слоя принимаем равной толщине слоя резких колебаний.

Системы из дифференциальных балансовых уравнений, составленные для каждой ограждающей конструкции, решаются итерационным способом. Начальные условия для каждого ограждения следующие: для внутренних ограждений соседних помещений параметры воздуха определяем на основании нормативных документов, для наружных ограждений параметры наружного воздуха определяются климатом местности. Для определения параметров микроклимата и концентраций паров соляной кислоты около внутренней поверхности несущих ограждений созданы математические модели теплового, воздушного, влажностного и газового режимов помещения. (Описаны в 3, 4 ,5 главах).

(1)

Все четыре динамических режима связаны между собой, что учтено в математической модели с распределенными по объему помещения параметрами -температуры, парциального давления водяного пара, концентрации водяного пара и хлоропроизводных. Принято следующее допущение: не учитывается влияние влажностного и газового режимов на тепловой и воздушный режимы. Схема связей объединенной математической модели показана на рис. 2. При создании пространственно-объемной модели формируются тепломассообменные процессы в помещении, связанные с функционированием каждого рассматриваемого динамического режима. Весь объем бассейна разбивается на блоки кубической формы (рис.3).

Все блоки связаны между собой процессами тепломассообмена, а блоки, граничащие с ограждающими конструкциями и с водой, связаны теплообменом с поверхностями наружных и внутренних ограждающих конструкций и с теплообменом и влагообменом с поверхностью воды. В каждом элементарном блоке имеет место приток и сток воздуха. Потоки тепла и водяного пара с парами хлоропроизводных, поступающие в результате конвективного переноса,

Рис. 2 - Схема формирования математической модели.

проходят через каждый блок, на которые разбито все воздушное пространство рассматриваемого помещения. Систему уравнений, формирующую тепловой баланс, решаем итерационным способом по неявной схеме, что позволяет определить теплообмен на поверхностях наружных и внутренних ограждающих конструкций помещения, чтобы сформировать температурный режим этих конструкций. Решение системы уравнений для определения концентрации водяного пара и паров соляной кислоты в каждом элементарном объеме, на которые разбивается воздушный объем помещения, а также в ячейках, примыкающих к поверхностям наружных и внутренних ограждающих конструкций, позволяет формировать влажностно-газовый режим ограждений.

Получив изменяющуюся во времени концентрацию паров соляной кислоты в воздухе, в результате расчета тепло- и влагопередачи через наружные и внутренние несущие ограждающие конструкции, получаем концентрацию паров соляной кислоты в сечении ограждения с расположенной в нем арматурой, что позволит оценить скорость коррозии и долговечность ограждения.

В третьей главе рассмотрены воздушный, тепловой и влажностный режимы помещения бассейна. Воздушно-тепловой режим бассейна во многом определяется наличием конвективных струй от нагретых и охлажденных поверхностей, а также струйными течениями от системы приточно-вытяжной вентиляции. Рассмотрение приточной струи в настоящей постановке задачи ограничено свободной струей, направленной из верхней зоны помещения в нижнюю зону. Конвективные струи и приточные струи - их геометрия, а также изменение в струях расхода воздуха, скорости воздуха, температуры и концентрации рассматриваются на основе данных научных исследований, проведенных И.А. Шепелевым. Воздушный и тепловой режимы помещения бассейна оказывают влияние на газово-влажностный режим, что связано с конвективным переносом водяного пара с парами соляной кислоты по всему помещению, которые поступают в воздух с поверхности воды. Действие конвективных и приточных струй оказывает влияние на распределение параметров микроклимата по объему помещения, таких как температура воздуха, концентрация водяных паров и хлоропроизводных.

Предложена пространственная модель развития конвективных восходящих и нисходящих струй в помещении. Ниспадающие струи образуются около вертикальных поверхностей наружной и внутренней стен и окон, так как их температура ниже температуры внутреннего воздуха. Длина внутренних стен достаточно велика, что позволяет переносить достаточно большие объемы воздуха из верхней зоны помещения в нижнюю зону. Также в помещении бассейна рассмотрены следующие восходящие конвективные струи:

Струи от обходных дорожек. Обходные дорожки, расположенные по периметру чаши бассейна имеют температуру, определяемую работой системы напольного отопления, что позволяет рассчитать восходящую конвективную струю. Особенностью данной струи является ее значительная длина по сравнению с шириной, что позволяет рассматривать данную струю как плоскую от источника большой длины.

Струи от отопительных приборов. Струя от отопительных приборов является восходящей, формируется от боковых и горизонтальных поверхностей. Моделирование проводится отдельно для каждого типа струи и их взаимодействие определяется принципом суперпозиции. Воздух поступает из нижней зоны помещения к отопительному прибору, нагревается и поднимается в верхнюю зону. Боковые поверхности отопительного прибора формируют конвективные потоки как вертикальные нагретые поверхности.

Струя от поверхности ванны бассейна. Прямоугольная чаша ванны, заполненная водой, с температурой выше температуры воздуха в помещении формирует восходящую конвективную струю воздуха.

При условии равенства расхода восходящего воздуха расходу нисходящего воздуха составлен алгоритм, позволяющий получить площадь поверхности воды с восходящей конвективной струей, которая является главной причиной переноса водяного пара и паров соляной кислоты в воздухе помещения бассейна.

, (2)

Каждая струя рассчитывается отдельно, без влияния других струй, а затем производится наложение струй с получением искомых параметров воздуха в каждом элементарном объеме, на которые разбито воздушное пространство помещения. Сложение разнонаправленных струй производится по направлению вектора скорости, а также по количеству тепловой энергии, которая будет поступать с потоками воздуха, и которая будет уменьшаться при конвективном теплообмене у поверхности ограждений. В каждом элементарном объеме проводим расчет температуры воздуха и концентрации водяных паров и паров соляной кислоты на основе баланса приходящих и уходящих воздушных потоков. Проводим осреднение по объему каждого блока искомых параметров - температуры, концентрации водяного пара и хлоропроизводных.

, (3)

Концентрация водяных паров в воздухе совместно с температурой воздуха определяют парциальное давление водяных паров как в помещении бассейна в целом, так и локально, в том числе в пространстве воздуха, окружающего наружные и внутренние ограждающие конструкции, через материалы которых происходит влагопередача. Изменение параметров в объеме рассматриваемых элементарных объемов, из которых состоит объем помещения, определяется следующей общей зависимостью (2), где объемная структура элементарного объема имеет 6 поверхностей, через которые происходит тепломассообмен.

Также представлена система уравнений по расчету концентрации водяного пара в каждом элементарном объеме (3). Решаем систему уравнений итерационным методом и получаем значение концентрации водяного пара в каждом элементарном объеме.

В четвертой главе рассмотрен влажностно-газовый режим помещения бассейна, который связан с поступлением в воздух помещения паров воды от поверхности бассейна, от смоченных обходных дорожек, от людей с использованием исследований А.В. Китайцева. Относительная влажность и температура воздуха определяют концентрацию водяного пара в воздухе помещения.

Расчет влагопередачи через ограждающие конструкции помещения проводим на основе существующей инженерной методики, предложенной К.Ф. Фокиным, измененной для нестационарного процесса (система уравнений 1), в которой влагопередача рассматривается как перенос влаги через материалы наружных и внутренних ограждающих конструкций, обладающие заданным коэффициентом паропроницания. Проведен расчет коэффициентов влагообмена на наружной и внутренней поверхности наружной стены по данным проф. Богословского В.Н.

Газовый режим помещения бассейна зависит от влажностного режима. Основными хлоропроизводными, попадающими в воздушную среду бассейна нужно считать пары соляной кислоты, так как при поступлении хлора в воду происходит его гидролиз с образованием хлорноватистой кислоты, которая распадается на соляную кислоту и атомарный кислород. Соляная кислота испаряется с поверхности бассейна вместе с водой, при этом формируется газовый режим помещения с концентрацией паров соляной кислоты. Скорость коррозии железоуглеродистых сплавов возрастает с повышением концентрации.

На рис. 4 приведена зависимость скорости коррозии арматуры с 0,1 % содержанием углерода (по данным Н.Д. Томашова и П.В. Стрекалова) в зависимости от температуры (согласно правилу Вант-Гоффа) при определенной расчетом максимально возможной концентрации паров соляной кислоты в помещении.

На основе созданной математической модели влажностно-газового с учетом воздушно-теплового режимов помещения бассейна и его ограждений произведена оценка скорости коррозии различных видов стали, снижающую долговечность несущих ограждающих конструкций.

В пятой главе приведены разработанные алгоритмы расчета параметров воздушно-теплового и влажностно-газового режимов помещения бассейна, необходимые для написания программы для численного расчета на компьютере. Алгоритмы расчета указанных динамических режимов необходимы при реализации единой математической модели совместного функционирования воздушно-теплового и влажностно-газового режимов помещения бассейна для прогнозирования коррозии стальной арматуры несущих ограждающих конструкций.

Рис. 4 - Зависимость скорости коррозии стали с 0,1% содержанием углерода от температуры.

Математическая модель и алгоритмы, разработанные в настоящей работе, позволяют найти оптимальное сочетание между расходом воздуха, тепловыми затратами, расходом воды с учетом повышения долговечности наружных и внутренних ограждающих конструкций.

Пространственно-объемная модель воздушно-теплового, влажностного и газового режимов помещения бассейна состоит из следующих частей:

Пространственно-объемная модель воздушного режима помещения, включающая две части: а) модель воздушного режима, связанную с формированием конвективных струй, б) модель воздушного режима, связанную с работой приточно-вытяжной системы вентиляции - приточные струи и зона вытяжки. Получаем две подмодели с набором элементарных блоков воздуха, в одной параметры воздуха - температура, расход, концентрация водяных паров, связанные с формированием конвективных струй, в другой - формирование воздушного режима с параметрами воздуха от приточных струй и вытяжного отверстия системы приточно-вытяжной вентиляции.

Пространственно-объемная модель теплового режима помещения, состоит из двух частей: а) модель распределения температуры по объему воздуха помещения (в каждом элементарном объеме воздуха находим значения температуры воздуха, влияние на которую оказывают конвективные и приточные струи); б) теплопередача через наружные и внутренние ограждающие конструкции, с расчетом конвективного теплообмена на поверхности.

Пространственно-объемная модель влажностного режима помещения связана с расчетом процесса испарения воды с поверхности бассейна и обходных дорожек, с распределением водяного пара по воздушному пространству объема помещения и с влагопередачей через наружные и внутренние ограждающие конструкции. Данный режим зависит от теплового и воздушного режимов.

Пространственно-объемная модель газового режима помещения связана с распределением концентрации водяного пара по объему помещения, а так как хлоропроизводные растворены в воде, то изменение концентрации хлоропроизводных связано с функционированием в данной модели влажностного режима помещения.

Все пространственно-объемные модели формируются отдельно, но во взаимосвязи и взаимовлиянии, разделение необходимо из-за физических особенностей тепломассообменных процессов, происходящих в рассматриваемом помещении бассейна.

В шестой главе приведены результаты натурных исследований температурно-влажностного режима помещения бассейна и результаты моделирования процесса коррозии.

Для натурных измерений температуры внутреннего воздуха, относительной влажности внутреннего воздуха, температуры наружного воздуха и относительной влажности наружного воздуха в режиме мониторинга применялись следующие измерительные приборы: регистратор данных для долгосрочных измерений testo 175-H1, а для точечных замеров температуры воздуха, относительной влажности воздуха, температуры поверхностей наружных и внутренних ограждающих конструкций, скорости движения воздуха в приточной струе, в конвективных струях, у вытяжной решетки применен многофункциональный прибор для измерения параметров микроклимата testo 435, с зондами: для измерения температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха зонд - 435-0635-1535 и для измерения температуры поверхности зонд - 435-0602-0393, для измерения концентраций паров соляной кислоты применен газоанализатор ГАНК-4М.

Измерения проводились в детском бассейне спортивно-оздоровительного центра в г. Москве. Цель исследований - определить, как изменяются температуры внутреннего воздуха в помещении бассейна и наружного воздуха, их относительная влажность за одинаковые периоды времени в течение суток холодного, переходного и теплого периодов года с учетом наличия переменных во времени теплопоступлений и теплопотерь, с учетом действия и бездействия системы приточно-вытяжной вентиляции, для определения фактического влагосодержания воздуха по объему помещения, фактического количества испаряющейся воды, что позволит определить переменный во времени поток влаги, проходящий через несущие ограждающие конструкции с парами соляной кислоты, что, в свою очередь, позволит рассчитать коррозию арматуры несущих ограждающих конструкций.

Проведен анализ годового влажностного баланса и баланса паров соляной кислоты в помещении бассейна. В результате проведенных расчетов получены данные по величине потока паров соляной кислоты через наружные ограждающие конструкции помещения здания и по величине концентрации паров соляной кислоты в воздухе помещения бассейна, которые вместе с результатами измерений показаны на рис. 5.

Рис. 5 - Зависимость концентрации паров соляной кислоты в объеме помещения от времени.

Качественное сопоставление результатов численных и экспериментальных исследований показало, что программа, составленная на основе разработанной математической модели, достаточно точно отражает динамику изменения параметров микроклимата в течение года.

Суммарное воздействие паров соляной кислоты, диффундирующих через ограждающие конструкции помещения бассейна и сорбирующихся материалами данных ограждающих конструкций определяют интенсивность коррозии стальной арматуры, и, соответственно, снижение долговечности данных конструкций во времени.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Предложено решение задачи динамики тепло- и влагопередачи через несущие ограждающие конструкции с учетом взаимосвязи воздушного, теплового, влажностного и газового режимов помещения, что отличается от существующих решений применением многозонной модели помещения, позволяющей учесть неравномерность распределения параметров микроклимата по объему.

Предложена математическая модель воздушно-теплового режима помещения бассейна с учетом действия восходящих и нисходящих конвективных струй для определения параметров конвективных потоков у поверхности нагретой воды в бассейне, которая позволила получить исходные данные для формирования влажностно-газового режимов помещения, что не применялось в инженерной практике.

Решена задача по расчету распределения концентраций водяного пара и паров соляной кислоты в помещении бассейна, решение имеет преимущество над существующими, так как учитывает многозонность рассматриваемых параметров микроклимата помещения.

Получены результаты натурных исследований, показывающие изменение во времени параметров воздушно-теплового и влажностно-газового режимов помещения, совпадающие с результатами расчетов согласно выбранной модели.

Решена задача по определению изменения массы стали в результате коррозии арматуры несущих конструкций здания под действием хлоропроизводных, что отличается от существующих решений учетом динамики и комплексности влияющих параметров микроклимата.

В результате анализа влияния содержания углерода в стали на долговечность несущей конструкции рекомендуется в качестве арматуры для несущих ограждений помещений бассейнов применять сталь с содержанием углерода не менее 0,2%.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ АВТОРА

Смирнов В.В. Прогнозирование долговечности несущих ограждающих конструкций помещения бассейна под влиянием тепло-влажностно-газового режима /Рымаров А.Г. // Журнал Academia. Архитектура и строительство.- М. НИИСФ РААСН, №5, 2009, сс. 525-526.

Смирнов В.В. Особенности прогнозировании состояния микроклимата в помещениях и зданиях /Рымаров А.Г.// Материалы VII международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды», Волгоград 13-17 мая 2009 года, ВолгГАСУ, 2009, сс.322-326.

Смирнов В.В. Особенности мониторинга параметров микроклимата в помещении крытого бассейна /Рымаров А.Г.// Материалы VII международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды», Волгоград 13-17 мая 2009 года, ВолгГАСУ, 2009, сс.348-350.

Смирнов В.В. Особенности формирования конвективных течений в помещении бассейна /Рымаров А.Г.// Материалы VI международной научной конференции «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды», Волгоград 14-18 мая 2008 года, ВолгГАСУ, 2008, сс.280-282.

Смирнов В.В. Исследование процесса испарения воды с поверхности бассейна при различных воздухообменах и параметрах микроклимата /Рымаров А.Г.// Сб. докладов научно-практической конференции 25.05.2004 «Строительная теплофизика. Вопросы энергосбережения и обеспечения микроклимата в зданиях». Информационно-издательский центр «Современные Строительные Конструкции», М., 2004, сс. 61-62.

 УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

с - концентрация вредных примесей, мг/м³; t - температура, ^оС; F - площадь, м²; G - массовый расход воздуха, кг/с; L - объемный расход воздуха, м³/с; W - количество испаряющейся влаги, кг/с; V - объем, м³; x, y, z - координаты, м; ? - коэффициент теплоотдачи на поверхности, Вт/(м²ЧК); ? -коэффициент влагообмена на поверхности, м - коэффициент паропроницаемости, мг/(мЧчЧПа); ? - плотность воздуха, кг/м³; ? - коэффициент теплопроводности, Вт/(мЧК); ? - время, с; ?Р - разность локальных парциальных давлений, Па, D- коэффициент диффузии водяных паров, м²/с.

ИНДЕКСЫ

и - инфильтрация; э - эксфильтрация; п - приток; в - внутренний (воздух); м - материал; ?- суммарный; y - уходящий воздух; i,j,k - нумерация блоков.

Размещено на Allbest.ru