V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

В настоящее время в России идет активное восстановление, строительство и реконструкция православных храмов и сооружений, которые отнесены к памятникам архитектуры и историко-культурного наследия России. Существовавшие в старых храмах инженерные системы практически полностью разрушились в связи с целенаправленным уничтожением или отсутствием квалифицированной эксплуатации. Одной из задач становится создание и поддержание требуемых параметров микроклимата в подклетах православных храмов.

В данной работе рассматриваются наряду с задачами поддержания требуемых параметров микроклимата и теплофизические аспекты, применяемые при восстановлении, реконструкции и новом строительстве православных храмов. К основным факторам, оказывающим влияние на параметры микроклимата в помещениях соборов и церквей, относятся температура наружного воздуха, температура массива грунта (глубина его сезонного промерзания), термическое сопротивление ограждающих конструкций и их гидроизоляция, количество прихожан в храме, число зажженных свечей, наличие систем поддержания параметров микроклимата. Все эти факторы в совокупности формируют температурно-влажностный режим внутри помещений, который необходимо поддерживать на требуемом уровне.

Для защиты зданий и памятников древней архитектуры от воздействия воды (попадающей в поры материала, которая увеличивает его теплопроводность и приводит к возникновению объемных напряжений при замерзании, что способствует разрушению материала), а также для более быстрого осушения ограждающих конструкций, подвергшихся интенсивному воздействию влаги и водяного пара, предназначены тепловые вентиляторы.

В результате осушения влага из толщи фильтруется на поверхность ограждения и испаряется в объем воздуха помещения, из которого ее удаляют системами вентиляции за счет регулируемого организованного воздухообмена.

В данной работе обобщаются теоретические и экспериментальные исследования влияния воздушного режима на процесс осушения ограждающих конструкций подклетов, что приводит к снижению мощности систем отопления и вентиляции.

Целью работы является осушение заглубленных наружных ограждающих конструкций до нормативной влажности регулируемым воздухообменом, в помещениях подклета храма.

Основные сведения о конструктивных и архитектурных решениях для поддержания температурно-влажностного режима подклетов храмов

Проведенный аналитический обзор отечественного и зарубежного опыта по теории и методам осушения, вентиляции, отоплению, тепло- и массообмену в зданиях различного назначения. Особое внимание при этом уделено современному состоянию рассматриваемых задач.

Для изучения процессов осушения, вентиляции, отопления, тепло- и массообмена уникальных сооружений был проанализирован практический и теоретический материал по решению указанных задач для различных типов сооружений. Существенный вклад в разработку и совершенствование теории и практики теплового и воздушного режимов подвальных помещений гражданских и промышленных зданий внесли отечественные и зарубежные ученые: В.Н. Богословский, А.Г. Гиндоян, П.Н. Каменев, Ю.Я. Кувшинов, А. В. Лыков, В.Д. Мачинский, Г.В. Порхаев, А.А. Сандер, К.Ф. Фокин, А.М. Шкловер и другие.

Обзор научно-технической литературы показал, что наибольшее внимание при изучении процессов осушения толщи строительной конструкции, тепло- и массообмена на внутренней поверхности наружных ограждений уделено промышленным зданиям и некоторым типам общественных, по ряду характеристик отличающихся от уникальных сооружений. Анализ методов осушения и вентиляции толстостенных конструкций подклетов храмов показал, что до настоящего времени они не имеют теоретического и экспериментального обоснования.

Теоретические основы тепломассообменных процессов

заглубленных конструкций храмов

Приведены основы вентиляции, процессов тепло- и массообмена на внутренних поверхностях наружных ограждающих конструкций. В главе кратко показаны основные зависимости изучаемых процессов.

Д

Рис. 1. Подклет (подвал) собора А.Невского

ля определения влияния влажности строительной конструкции на тепловой и воздушный режимы подклета (рис. 1) решен ряд задач по определению комплексных характеристик, влияющих на микроклимат помещения, что позволяет применить полученные данные для расчета аэрационного воздухообмена и параметры системы отопления православных храмов.

 

Поддержание требуемых параметров микроклимата в подклетах православных храмов обеспечивается тепловым равновесием между количеством теплоты, поступающей в помещение подклета от работающей системы отопления Q_от, технологических теплопоступлений, теплоты, отданной в окружающую среду через надземные ограждающие конструкции Q^н_огр, теплопотерь в грунт Q_гр через заглубленные конструкции подклета, и теплоты, ассимилируемой вытяжным воздухом, то есть в расчетных условиях должен соблюдаться тепловой баланс (см. рис. 2).

. (1)

Расчетная температура внутреннего воздуха t_в для подклетов принимается равной 12…16 °С. Расчетная температура наружного воздуха в зимний период t_н, принимается по действующим нормам.

Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций α_в, Вт/(м²·°С), равен [3, 5, 6]:

, (2)

. (3)

П

Рис. 2. Схема теплового

баланса подклета храма

еременность значений Δt^н = t_в – τ_в приводит к колебаниям искомой величины α_в на десятки процентов. На значение α_в влияет также массообмен на поверхности ограждений. Таким образом, для нестационарных условий тепло- и массопереноса через ограждающие конструкции подклетов рекомендуемая СНиП [23,25,26] формула для определения сопротивления теплопередачи ограждений не выявляет особенностей нормирования для подклетов.

 

Предлагается трактовка расчета , исходя из полной утилизации выделяемой теплоты. При нормировании следует учитывать теплофизические свойства наружных ограждающих конструкций подклетов, непосредственно контактирующих с грунтовым массивом, теплофизические свойства прилегающего грунта и объемно-планировочные решения подклетов храмов. При такой трактовке энергетического баланса подклетов формула принимает следующий вид [20]:

, (4)

Тепловой поток через наружные ограждающие конструкции отапливаемого подклета храма равен [16]:

, (5)

Он является строго определенной величиной, зависящей от объемно-планировочных решений подклета храма (объем подклета V, площадь надземных ограждающих конструкций подклета F_п).

Коэффициент m учитывает долю потерь теплоты в грунт через заглубленные ограждающие конструкции православного храма по отношению к суммарным теплопотерям подклета, которые равны тепловой мощности системы отопления подклета [16]

. (6)

Потребность в теплоте на отопление подклета здания может быть определена по зависимости

, (7)

= q_oт V(t_в – t_н) (8)

Ранее проведенными исследованиями было показано, что на глубине H = 0,12 м амплитуда суточных колебаний температуры грунта составляет половину от амплитуды на поверхности [11]. При наличии снежного покрова влияние суточных колебаний температуры t_н на температуру грунта t_гр уменьшается еще больше. Таким образом, влияние суточных колебаний наружного воздуха на температуру грунтового массива можно не учитывать.

Глубина промерзания грунта H_м может быть рассчитана по зависимости [21,31]:

, (9)

где λ_м – коэффициент теплопроводности мерзлого грунта, кДж/(м·ч·°С); – среднегодовая температура воздуха, °С; Δt – перепад температур воздуха и поверхности грунта, зависящий от толщины и продолжительности снежного покрова, °С; р_t – коэффициент, равный отношению температуры наружного воздуха в расчетный период к средней температуре самого холодного месяца, ; ρ_гр – плотность талого грунта, кг/м³; w_о – общая влажность грунта;W_о – относительная льдистость грунта; r_ф – теплота фазового превращения, кДж/кг; τ_р – расчетное время с начала наступления отрицательных температур, ч.

Исследуем физическую сущность коэффициента m. Для этого случая тепловой баланс подклета храма без учета технологических тепловыделений и явной теплоты, ассимилируемой вытяжным воздухом, составит

(10)

В развернутом виде имеем

,

где

q'_от =q_oт · (t_в – t_н)

Окончательно получаем:

(11)

Анализ зависимости (11) показывает, что на значение коэффициента теплопотерь m оказывают влияние следующие факторы:

• конструкция подклета православного храма (ширина b₀ и длина a₀ подклета);

• объемно-планировочные решения храма в целом (объем здания V );

• интенсивность теплового потока через наружные ограждающие конструкции храма (q'_от);

• интенсивность теплового потока в грунт (q_гр);

• теплофизические характеристики грунта и надземных ограждений;

• глубина заложения подклета (H > H_м).

Коэффициент m численно равен тепловому потоку в грунт при ширине подклета в 1 м и удельной отопительной характеристике подклета в 1 Вт/м³.

Коэффициент m, а значит и сопротивление теплопередаче R₀, будут иметь разные значения в зависимости от планировки подклета храма. Для конкретной конструкции подклета храма величина m будет постоянной независимо от его объема, так как увеличение длины сооружения (увеличение Q_гр) приводит к повышению количества теплоты, необходимой для отопления подклета храма.

Определение скоростимиграции влаги в ограждающей конструкции

под действием теплового потока

Объектом исследования являются конструкции инерционных стен храмов из кирпичей на цементно-песчаном растворе. Порядок проведения эксперимента определяется в соответствии с разработанным планом.

Данная методика предназначена для проведения экспериментальной проверки способности кирпичной кладки высыхать (под воздействием теплого воздушного потока) быстрее до состояния равновесной влажности с окружающим ее воздухом для поддержания расчетных теплотехнических характеристик.

Принцип действия тепловой установки заключается в следующем: влага, содержащаяся в капиллярах ограждающей конструкции, под действием теплового воздушного потока начинает испаряться с внутренней поверхности наружной стены за счет прогревания (удаляется влага с поверхности и толщи ограждающей конструкции). Затем, за счет неравномерно распределенной влаги в толщи стены и разности парциальных давлений воздуха на внутренней поверхности стены и в толщи ограждения, влага начинает перемещаться из толщи к внутренней поверхности наружной стены, происходит своеобразное вытесняется из ограждения влаги (сначала в виде воды, а потом в виде пара). При помощи регулируемой по расходам системы вентиляции влага удаляется с воздухом из подклета.

Количество удаляемой влаги определяется как разность весов.

Потом вычисляется скорость движения воды в конструкции под действием разности парциальных давлений по формуле:

, (15)

- время воздействия теплового потока, с;

- площадь поперечного сечения стенки образца, м²;

(16)

- масса воды, кг;

-плотность воды, кг/м³.

Принцип действия установки заключается в следующем: влага, содержащаяся в капиллярах ограждающей конструкции, под действием теплового воздушного потока начинает испаряться с внутренней поверхности наружной стены за счет нагревания и изменения парциальных давлений. Из-за неравномерно распределенной влаги в толщи стены и разности парциальных давлений воздуха на внутренней поверхности стены и в толщи ограждения, влага начинает перемещаться из толщи к внутренней поверхности наружной стены. За счёт работы регулируемой по расходам системы вентиляции влага удаляется с воздухом из подклета.

При осушении поверхности тепловым вентилятором подача воздуха на осушаемую поверхность (в первом случае одним тепловым вентилятором, во втором – двумя тепловыми вентиляторами) осуществлялась от теплового вентилятора марки Neoclima MARS-3000. В данном устройстве предусмотрена регулировка числа оборотов электродвигателя по средствам встроенного частотного преобразователя, регулировка температуры нагрева воздуха осуществляется за счет встроенного терморегулятора. Разность температур на поверхности стенки и температурой внутреннего воздуха в помещении фиксировалась через определенные интервалы времени. Для конкретного эксперимента, температура воздушного потока создаваемая вентилятором, задавалась постоянной. Величина расхода воздуха тоже была величиной постоянной, контролировалась периодически при помощи крыльчатого анемометра МС-13 У1.1 по ГОСТ 6376-74 и электронным термоанемометром ТАМ-20.

Количественная оценка удаленной влаги оценивалась взвешиванием установки на электронных весах ВСН-30/0,5-3. Первое взвешивание производится до включения тепловентилятора, а затем через каждые 12 часов работы устройства.

Таблица 1

Сравнение теоретических и экспериментальных значений удаляемых масс воды при различных температурах

№№	Конструкция	Экспериментальное количество удаленной влаги, кг	Расчетное количество удаленной влаги , кг
1	2	3	4
T=300С
1	Глиняный кирпич и один тепловой вентилятор	0,0715	0,0971997097
2	Глиняный кирпич и два тепловых вентилятора	0,0835	0.1069196807
T=200С
1	Глиняный кирпич и один тепловой вентилятор	0,0505	0,0570520035
2	Глиняный кирпич и два тепловых вентилятора	0,0620	0,0760693381
T=100С
1	Глиняный кирпич и один тепловой вентилятор	0,0285	0,0316955575
2	Глиняный кирпич и два тепловых вентилятора	0,0435	0,0380346690

Результаты измерения объемов воды представлены в таблице 2. В этой же таблице представлена пористость образцов, определенная по формуле (14). После определения объема поглощенной воды установки включались и производились необходимые замеры (вес образцов кладки) через каждые 12 часов.

Затем, построены сводные графики скорости миграции влаги по сечению конструкции в зависимости от температуры нагрева поверхности стенки. Приняты обозначения установок аналогичные таблице 2.

В реальных конструкциях (экспериментальные модели) процессы происходят медленнее, чем в идеальных теоретических моделях за счет образования трещин, неровностей и разнообразия капилляров. Учесть все факторы в теоретической модели сложно. В связи с этим мы предлагаем ввести поправочный коэффициент Кп, его значение определяется по результатам экспериментальных исследований. Формулы для определения коэффициента Кп представлены в таблице 3. Т-температура, подаваемая на строительную конструкцию, ⁰С.

Произведено сравнение расчетной массы удаленной влаги и по результатам экспериментов (средняя с двух образцов). Полученные данные отражены в таблице 4 и на рисунке 9.

Таблица 2

Объемы воды по результатам экспериментов

№№	Конструкция	, м3	, м3	V, м3	, м3	, м3	П
1	Глиняный кирпич №1	0,0179	0,01	0,0079	0,0172	0,0007	0,089
2	Глиняный кирпич №2	0,0175	0,01	0,0075	0,0169	0,0006	0,080
3	Глиняный кирпич №3	0,0179	0,01	0,0079	0,0171	0,0008	0,101
4	Глиняный кирпич №4	0,0181	0,01	0,0081	0,0172	0,0009	0,111

Таблица 3

Значения поправочных коэффициентов Кп

№№	Конструкция	Коэффициент Кп
1	Глиняный кирпич со штырями	Кп=2·10-5·Т2+0.001·Т+0.0557

На основании экспериментальных исследований и теоретических расчетов можно сделать вывод, что скорость миграции влаги зависит от температуры нагревания внутренней поверхности наружной стены, структуры материала и от насыщенности влагой конструкции.

 

Рис. 9. Зависимость удаленной влаги от температуры и количества вентиляторов.

1- теоретический расчет: глиняный кирпич с одним тепловентилятором;

2 - эксперимент: глиняный кирпич с одним тепловентилятором;

3 - теоретический расчет: глиняный кирпич с двумя тепловентиляторами;

4 – эксперимент: глиняный кирпич с двумя тепловентиляторами.

1.  
   1.  
      3. Определение расходов воздуха для удаления влаги с внутренних поверхностей осушаемых наружных ограждающих конструкций.

Важным условием при разработке экспериментальной установки по определению необходимого воздухообмена при воздействии на процесс влагопереноса в ограждениях уникальных сооружений (соборов и церквей) является создание такой её конструкции, которая в наибольшей степени будет приближена к натурным условиям.

Для определения расхода воздуха необходимо знать количество влаги подлежащей удалению из объема помещения и с внутренних поверхностей наружной ограждающей конструкции.

В соответствии с данными максимальное влагонасыщение кирпичной кладки будет 20 % (нами принято при влажности 20% - насыщенность пор влагой b=1, при влажности 0% - насыщенность пор влагой b=0). Теплотехнические характеристики приняты по [23, 24, 28] для параметров Б, плотности кирпичей ρ=1600кг/м³ , плотности раствора ρ=1800кг/м³ и влажностью 2%.

Зная объем кирпича и окружающего его слоя раствора толщиной 10 мм можно определить в зависимости от насыщенности пор массу воды , содержащееся в строительной конструкции по следующей зависимости:

(17)

где - масса воды в кирпиче, кг, определяемая по формуле:

- масса воды в растворе, кг определяемая по формуле:

φ_вл – влажность строительной конструкции, %

Общее количество влаги в конструкции определяется по формуле:

(18)

где n_к- количество кирпичей в 1 м² кладки определенной толщины, шт.

Экспериментальные установки замачивают и при помощи диэлькометрического метода определяют влажность строительной конструкции . Влагомером МГ4Б проверяют полученные данные.

Зная время высушивания τ до заданных параметров можно определить количество вышедшей из конструкции воды за 1 час и для него рассчитать требуемый массовый G, кг/ч, или объемный L, м³/ч расход воздуха для удаления избытков влаги с поверхности кладки по формуле:

, (19)

где -влагосодержание удаляемого воздуха из помещения, г/(кг сух. возд.); -влагосодержание приточного воздуха, г/(кг сух. возд.); ρ_в–плотность воздуха, кг/м³.

После определения расходов воздуха и подключения тепловентиляторов можно включать вентилятор ВО 250-4Е, установив его на необходимое количество оборотов с помощью семистерного регулятора частоты вращения крыльчатки CРМ 1А.

Принципиальная схема установки с вентилятором приведена на рисунке 7. Влагосодержание определяют по I-d-диаграмме в зависимости от температуры t_в и относительной влажности воздуха φ_в, определяемых по температуре сухого t_c и мокрого t_м термометров психрометром Ассмана. Психрометр, определяющий параметры приточного воздуха, установлен на всасывании в вентилятор. Психрометр, определяющий параметры удаляемого воздуха, установлен во втором окне. Термометр, определяющий параметры воздуха у внутренней поверхности наружной ограждающей конструкции, установлен на самой установке.

Расход воздуха контролировался периодически при помощи крыльчатого анемометра МС-13 У1.1 по ГОСТ 6376-74 и электронным термоанемометром ТАМ-20.

Через расчетные промежутки времени проверялась влажность строительной конструкции диэлькометрическим методом и влагомером МГ4Б для измерения влажности строительных конструкций из кирпича.

Рис. 7. Экспериментальная установка с вентилятором.

1-установка; 2- психрометр Ассмана; 3- вентилятор ВО 250-4Е;4- воздуховод d=250мм длиной 1м; 5 – анемометр МС-13 У1.1 или ТАМ-20; 6- семисторный регулятор скорости CРМ 1А.

Для холодного периода к установке добавляются фильтр ФВ диаметром 250, канальный нагреватель НК 250/3,0, температурный датчик STK-2 и цифровой термостат TER-9 для нагрева приточного воздуха и регулирования его температуры. На LCD дисплее цифрового термостата отображаются параметры настройки и измеренные значения. Влагосодержание приточного воздуха измеряется психрометром Ассмана на входе в приточную установку, на выходе влагосодержание остается неизменным. Принципиальная схема установки с фильтром, нагревателем и вентилятором приведена на рисунке 8.

Рис. 8. Экспериментальная установка с вентилятором.

1-установка; 2- психрометр Ассмана; 3- вентилятор ВО 250-4Е;4- воздуховод d=250мм длиной 1м; 5 – анемометр МС-13 У1.1; 6- семисторный регулятор скорости CРМ 1А;

7- фильтр для круглых каналов ФВ; 8-канальный электронагреватель для круглых воздуховодов НК 250/3,0; 9- цифровой термостат TER-9.

Экспериментальные исследования проводились в теплый период в течении 3 лет. При производстве замеров условия работы приборов соответствовали рабочим условиям эксплуатации.

Температура и относительная влажность определялись по I - d - диаграмме в зависимости от температуры сухого t_c и мокрого t_м термометров по психрометру Ассмана. Температура воды определялась термометром СП-84 по ТУ25-11.903-73 и во время проведения опытов была комнатной температуры (t_в =18÷23 ˚С).

Определение значений температуры на поверхности конструкции.

Значения температуры, при которых идет наиболее эффективный процесс осушения, определяется на установках, представленных на рисунках 3, 4, 7, 8. Рекомендуемые значения температуры в зависимости от влажности глиняного кирпича стены приведены в таблице 4.

Таблица 4

Рекомендуемые значения температуры при осушение тепловым вентилятором

Влажность строительной конструкции, %		Температура, 0С
Глиняный кирпич	20	30-350С
	19	20-230С
	18	10-160С

Существует и максимальное значение температуры, превышение которой влечет за собой растрескивание конструкции стены. Экспериментальные данные показывают, что разрушение конструкции произойдет при величине температуры поверхности стенки более 40⁰С. Результат воздействия температуры, величиной 40⁰С в течение 1 недели показан на рисунке 10.

Рис. 10 Треснувшая конструкция кирпичной стены.

Приведенные в этом разделе данные справедливы для полнотелых глиняных кирпичей. При осушении других конструкций значения могут изменяться.

Методика расчета требуемого воздухообмена для удаления влаги

из объема подклета

Методика расчета требуемого воздухообмена для удаления влаги из объема подклета православных храмов основывается на известных положениях по расчету вентиляции зданий. Эти положения, разработанные отечественными и зарубежными учеными, подробно освещены в главе 1.

Основа расчета режимов работы систем активной вентиляции состоит в определении необходимой продолжительности работы вентиляции при расчетной скорости поступлении водяных паров с поверхности стены храма для удаления влаги из объема подклета храма и переменных параметрах приточного наружного воздуха.

Исходные данные для расчета:

1. влажность строительной конструкции φ_ст,%;

2. влагосодержание приточного воздуха d, г/(кг с.в.), определяемое по температуре и относительной влажности наружного воздуха.

Основные факторы, определяющие режим работы системы вентиляции являются параметры приточного воздуха и количество удаляемой влаги.

Расчет количества воздуха, необходимого для удаления избыточной влаги из помещения начинается с определения влажности строительной конструкции при помощи влагомера. Далее определяется скорость миграции влаги как было описано уже выше.

Затем определяем время, затраченное на осушение конструкции до нормируемой влажности, по формуле:

,

Для ассимиляции выделяющейся теплоты и влаги в помещение необходимо подавать приточный воздух Lпр. Запишем уравнение баланса по теплу и по влаге:

Разделив первое выражение на второе, получим угловой коэффициент луча процесса ε, характеризующий изменение состояния влажного воздуха в помещении с влаговыделениями:

Получив значение ε можно построить процесс на I-d диаграмме и определив влагосодержание уходящего воздуха d_ext=d₂ рассчитать количество приточного воздуха.

Минимальный расход воздуха, необходимый для удаления влаги определяется по формуле (приложение Д):

,

технико-экономическое обоснование предлагаемых мероприятий

Основными мероприятиями для предотвращения конденсации водяных паров на незаглубленных и заглубленных поверхностях наружных ограждений подклетов (цокольных или подвальных помещений) храмов являются: осушка переувлажненных конструкций до равновесной влажности, дополнительное утепление наружных ограждений, конструирование систем отопления и вентиляции, а при наличии оконных проемов – установка дополнительного ряда оконных рам (двойное или тройное остекление) с подачей теплого воздуха от нагревательных приборов к окнам с помощью декоративных направляющих экранов.

Православные храмы круглогодичного действия в регионах с расчетной температурой наружного воздуха t_н ≤ -25°С имеют в основном однослойную конструкцию стен подклетов из глиняного обыкновенного кирпича толщиной в пределах δ_с = 0,9÷1,54 м.

В большинстве храмов не только Нижегородской, Владимирской, Пермской и Ивановской областей заглубленные конструкции восстанавливаемых и реконструируемых храмов находятся в переувлажненном состоянии.

Температурное поле наружной стены вблизи оконных проемов изменяется. Это изменение тем значительнее, чем толще стена и чем меньше расстояние между оконными переплетами. При этом температура внутренней поверхности стены несколько повышается по мере приближения к углу проема, а на откосах проема резко понижается.

В зонах с отрицательными значениями температуры в толще конструкции стен и откосов оконных проемов подклетов происходит замерзание конденсата и влаги, что приводит к разрушению структуры материала и снижению его прочностных характеристик.

Переувлажнение ограждающих конструкций вызывают дополнительные теплопотери через зоны регулярных (сезонных) температурных колебаний. Однако при расчетах отопления эти дополнительные теплопотери не учитываются, что приводит к понижению значения температуры в помещениях подклетов ниже точки росы и конденсации водяных паров на внутренних поверхностях наружных стен и пола в храмах. Теплопотери через ограждающие конструкции подклетов храмов оказываются больше на 10÷20% от расчетных.

В ходе экспериментальных исследований, проведенног в храме Нижнего Новгорода (св. Александра Невского), были получены положительные результаты по снижению теплопотерь подклетов. Величины снижения теплопотерь ∆Q через ограждающие конструкции подклетов до их осушки Q_под1 и после Q_под2, а также в результате проведения защитных мероприятий и наличия инженерных систем приведены в таблице 6 для стен толщиной δ_с = 1,04÷1,81 м и температурах внутреннего воздуха t_в = 12÷16°С, наружного воздуха t_н = -31÷

-32°С.

Таблица 6

Относительное уменьшение теплопотерь через ограждающие конструкции

подклетов храмов

Наименование храма	Общие потери теплоты Qo, кВт	Снижение потерь теплоты ∆Q = Qпод1 – Qпод2, Вт	Относительное уменьшение потерь теплоты, %
			∆Q/ Qпод2	∆Q/ Qо
1	2	3	4	5
Собор св. Александра Невского	403,43	14120	11	3,5

Из вышеприведенных данных следует, что только за счет осушки переувлажненных конструкций подклетов с обеспечением требуемого паропроницания, защитой стен от атмосферных осадков и при создании требуемых метеорологических условий инженерными системами можно достичь экономии тепловой энергии в церквях порядка 3,5…7% от общих теплопотерь здания. К этому следует добавить, что повышение температуры на поверхности стен будет способствовать сохранности фресок и художественной росписи интерьера подкле.

Основа расчета режимов работы систем активной вентиляции состоит в определении необходимой продолжительности работы вентиляции при расчетной скорости поступления водяных паров с поверхности стены храма для удаления влаги из объема подклета храма и переменных параметрах приточного наружного воздуха.

Расчет количества воздуха, необходимого для удаления избыточной влаги из помещения, начинается с определения влажности строительной конструкции при помощи влагомера.

Затем определяем время, затраченное на осушение конструкции до нормируемой влажности, по формуле:

. (22)

Минимальный расход воздуха, необходимый для удаления влаги определяется по формуле (19)

. (23)

Мероприятия по достижению требуемых параметров микроклимата помещений православных храмов за счет осушения ограждающих конструкций и удаления насыщенного воздуха из объема помещения, позволяют улучшить санитарно-гигиенические условия в подклете и эксплуатационные характеристики ограждающих конструкций церквей с целью функциональной надежности сооружения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Иисследования по созданию и поддержанию требуемых параметров микроклимата в помещениях православных храмов проведены в сочетании с обеспечением требуемых теплотехнических характеристик полов и наружных стен помещений подклетов и воздушного режимов зданий православной культовой архитектуры.

Вопросы, обобщенные в цели настоящей работы и раскрытые в задачах исследований, а затем полученное их решение позволяет сделать следующее заключение:

1. Сспособы рационального сочетания осушения ограждений тепловыми потоками и регулируемого воздухообмена позволяют сократить срок осушения переувлажненных ограждающих конструкций до равновесной влажности в пределах 4÷7 месяцев и сохранить исторические слои и росписи;

2. Рассмотрена физико-математическая модель для обеспечения постоянной равновесной влажности инерционных заглубленных ограждающих конструкций православных храмов с учетом пористости П=0,5÷2% материала;

3. В результате проведенных исследований приведены рекомендации по значениям температуры воздушных потоков, угла падения приточной струи теплового вентилятор, расходы воздуха применяемых для осушения внутренних поверхностей наружных стен. В начальный период сушки (b≈1) достаточно температуры в 10⁰С, что даст равномерную скорость сушки по сечению наружной ограждающей конструкции без разрушения исторического конструктивного слоя с росписью. Далее требуется увеличить температуру до 20⁰С и по истечении расчетного времени поднять температуру до 30⁰С. Увеличение температуры необходимо для поддержания скорости сушки, так как в процессе осушения часть стены высушится, а для удаления оставшейся в конструкции влаги требуется увеличение температуры.

4. Рассмотрена инженерная методика расчёта по организации требуемого воздухообмена подклета с учётом особенностей конфигураций зданий храмов и подклетов для удаления влаги с поверхности осушаемых стен и конструкций;

5. Технико-экономические показатели относительной эффективности осушения показывают, что только за счет осушки переувлажненных конструкций подклетов с обеспечением требуемого паропроницания, защитой стен от атмосферных осадков и при создании требуемых метеорологических условий инженерными системами можно достичь экономии тепловой энергии в церквях порядка 3,5…7% от общих теплопотерь здания. К этому следует добавить, что повышение температуры на поверхности стен будет способствовать сохранности фресок и художественной росписи интерьера подклета.

Полученные результаты обеспечиваются комплексными мероприятиями формирования, создания и поддержания конструктивных и теплотехнических характеристик элементов ограждающих конструкций, системы обеспечения параметров микроклимата на требуемом уровне.

Библиографический список

1. Агафонов, С.Л. Горький. Балахна. Макарьев. Архитектурно-художественные памятники старинных волжских городов XIII-XX веков / С.Л. Агафонов.-2-е изд., исправл. и доп. – М.: Искусство, 1987. – 327 с.: ил.

2. Банхиди, Л. Тепловой микроклимат в помещении: Расчёт комфортных параметров по теплоощущениям человека: Пер. с венг. / Л. Банхиди; Под ред. В.И. Прохорова, А.Л. Наумова. - М.: Стройиздат, 1981. – 248 с.

3. Беляев, В.С. Повышение теплозащиты наружных ограждающих конструкций / В.С. Беляев. // Жилищное строительство. 1998. № 3.- С. 22-26.

4. Беляев, В.С. Расчет температуры поверхности стены здания / В.С. Беляев. // Жилищное строительство. 1980. № 6.- С. 18-20.

5. Богословский, В. Н. Аспекты создания здания с эффективным использованием энергии / В.Н. Богословский. // АВОК. 2000. № 5. С. 34-39.

6. Богословский, В. Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). Учебник для вузов.– Изд. 2-е, перераб. и доп. / В.Н. Богословский. – М., Высшая школа, 1982. – 415 с.: ил.

7. Богословский, В.Н., Титов, В.П. Выбор расчетных характеристик наружных климатических условий по коэффициенту обеспеченности заданного теплового режима помещений / В.Н. Богословский, В.П. Титов // Водоснабжение и санитарная техника, 1969. №11. - С. 19-24.

8. Бодров, В.И. Методология проектирования и восстановления систем кондиционирования микроклимата церквей / В.И. Бодров, А.Г. Кочев // - АВОК. – 1994 - №1/2. – с.39-40.

9. Бодров, В.И. Микроклимат зданий и сооружений / В.И. Бодров, М.В. Бодров, Н.А. Трифонов, Т.Н. Чурмеева – Нижний Новгород, Арабеск, 2001. – 396 с., ил.

10. Бровка, Г.П. Метод расчета температурных полей при промерзании влажных дисперсных материалов / Г.П. Бровка. - АН БССР.- Минск, 1984.- 14с. – Деп. во ВИНИТИ 29.06.84, № 74.

11. Гурьев, М.Е. Тепловые измерения в строительной теплофизике / М.Е. Гурьев. – Киев, Вища школа, 1976. – 128 с.: ил.

12. Дячек, П.И. О тепловом режиме полов и заглубленных частей зданий / П.И. Дячек // Сб. трудов Белорусского политех. Ин-та. 1981. Вып.7. – С.124÷127.

13. Кочев, А. Г. Основные зависимости для расчета тепловлажностных характеристик, влияющих на микроклимат и сохранность подклетов православных храмов / А.Г. Кочев, О.В. Пасякина // Прив. научн. журнал. - 2007. - № 3. - С. 75-82.

14. Кочев, А.Г. Задачи, решаемые при разработке микроклиматических условий в церквах / А.Г. Кочев // Известия вузов. Строительство. 1999. № 6. С. 88-93.

15. Кочев, А.Г. Инженерная методика расчета требуемого воздухообмена в православных храмах / А.Г. Кочев, Ю.В. Осипов // Известия вузов. Строительство. - 2004. - № 3.- С. 63-67.

16. Кочев, А.Г. Микроклимат православных храмов. Монография. / А.Г. Кочев // Ротапринт ННГАСУ. - 2004. – 530 с.

17. Макаревич, С.А. Тепловой режим полов и заглубленных частей зданий: Дис. на соиск. уч. ст. к. т. н. – Минск, Белорусский политех. ин-т, 1990. – 217 с.: ил.

18. Павлов, А.В. Теплообмен промерзающих и протаивающих грунтов с атмосферой / А.В. Павлов. – М.: Наука, 1965. – 254 с.

19. Порхаев, Г.В. Задача о температурных колебаниях в почвах и грунтах / Г.В. Порхаев, М.С. Смирнов. – М.: ВЗИПП, 1958.

20. Порхаев, Г.В. Тепловое воздействие зданий и сооружений с вечномерзлыми грунтами / Г.В. Порхаев. – М.: Наука, 1970. – 208с., ил.

21. Сизов, Б. Т. Теплофизические аспекты сохранения памятников архитектур / Б. Т. Сизов // АВОК. 2002. № 1. – С. 24-28.

22. СНиП 23-01-99. Строительная климатология / Госстрой России. – М., ГУП ЦПП, 2000. – 58 с.

23. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий / Госстрой России. – М., ФГУП ЦПП, 2004. – 26 с.

24. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование / Госстрой России. – М., ФГУП ЦПП, 2004. – 76 с.

25. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий / Госстрой России. – М.: ФГУП ЦНС, 2004. – 133 с.

26. СП 31-103-99. Здания, сооружения и комплексы православных храмов / Госстрой России. – М., АХЦ "Арххрам", ГУП ЦПП, 2000. – 34 с.

Код для цитирования: Скопировать