книги / Светопрозрачные конструкции. (Результаты исследований)
.pdfот аналогичных кривых при спокойном движении возду ха (кривые 5, см. рис. 3). При увеличении скоростей тем-
а) |
|
|
|
|
|
|
|
! |
|
S' |
|
|
L -^ i_____ |
||
|
|
|
_ Л |
|
/ |
||
|
|
|
|
|
/ |
||
|
|
|
|
|
|
/ |
|
с» |
|
|
|
„ |
3 |
|
|
& |
|
* |
|
|
—-7\ |
||
|
|
|
|
||||
з * |
£-г—— |
|
|
4^~ |
|||
|
20 |
|
|
|
*4 |
||
|
4-rv0 |
V |
|
tv TVго |
40 |
||
|
|
IV |
|
|
|
|
|
Расстояние от середины купола б см
6)
Рис. 2. Эпюры скоростей воздушных потоков при обдуве одно слойного купола (скорости замерены в 5 см от поверхности купола) сечения
а — поперечные; б — продольные; в — диагональные; скорости у середи ны купола; 1— 3,2 м/сек-. 2 — 2,3 м /сек; 3 — 1,1 м /с ек ■4 —0,8 м /сек
пература внутренней поверхности купола у опорных ча стей растет значительно медленнее, чем в середине ку пола.
Для всех исследованных конструкций и режимов на рис. 4 построены обобщенные графики изменения интег-
131
ральных значений коэффициентов тепловосприятия ку пола в зависимости от скорости движения воздуха в средней части. Полученные графики можно разбить на три области (см. рис. 4). В области / при скоростях воз-
а)
Расстояние от середины купола |
б см |
|
|
|||
V |
20 |
/ |
|
г |
3 |
4 |
Х |
|
|
||||
18 |
- |
/ |
|
|
||
§ |
1В |
|
|
т |
|
|
Чь |
|
|
/ |
|
|
|
§ .« |
|
|
|
|
||
с: |
— |
■' |
|
|
|
|
% |
|
|
|
|
||
.4 |
ю,70 |
SZ,S 35 17,5 0 |
17,5 |
35 |
52,5 |
10 |
Расстояние от середины купола б см
Рис. 3. Распределение температуры внутренней поверх ности купола по поперечному (а), продольному (б) и диагональному (в) сечениям
скорости у |
середины купола: 1 — 3,2 м1сек; 2 — 2,3 м (сек; |
3 — 1,1 м/сек; |
4 — 0,8 м /сек; 5 — при естественной конвекции |
душных потоков от скорости, обусловленной естественной конвекцией, до 0,8 м/сек коэффициент тепловосприятия резко снижается, зависимость R B = f ( v ) близка к линей ной. В области 111 (скорости потоков более 1,5 м/сек)
132
указанная зависимость также практически линейная, од нако снижение сопротивления тепловосприятию при уве личении скорости обдува здесь уменьшается значительно
Рис. 4. Изменение сопротивления тепловосприятию куполов' |
|
||||||
из |
оргстекла в |
зависимости от |
скорости обдува' |
|
|||
/ — однослойный купол |
(<В=.+25“ С; / н— |
5° С;Фв=50%); |
2 — то жб, |
|
|||
(*В = +25“ С; гн= + 5°С : Фв-70% ); 3 — то же." </„=+25°С; |
^ = + 10°С; |
|
|||||
Фв—70%); |
4 — двухслойный купол (<В=+20°С ; |
tH— 20° С; Фв =60%); |
|
||||
5 — трехслойный купол |
(iB” +20°C; |
<„= —20° С; Фв =60%) |
|
||||
медленнее. |
Область |
II |
(скорости |
потоков |
от в,8 |
до |
|
.1,5 м/сек) |
является переходной. Здесь зависимость |
=* |
=/(н) близка к квадратной параболе.
133
Результаты рассмотрения графиков распределения температур внутренней поверхности и интегральных значений коэффициентов тепловосприятия куполов по зволяют сделать вывод о том, что поперечный обдув криволинейных светопропускающих заполнений зенит ных фонарей дает наибольший эффект при относительно
Рис. 5. Изменение коэффициентов теплопереда чи светопропускающих заполнений от скорости воздушного потока
1 — однослойный купол; 2 — двухслойный; 3 — трехслойлый
малых скоростях подачи воздуха в подфонарное прост ранство (примерно до 1,5 м/сек). В этом случае сопротив ление тепловосприятию конструкции уменьшается не ме нее чем в 3 раза.
Полученные экспериментальные данные обработаны в критериальной форме типа ■:
Nu, = сRe",
‘ М и х е е в М. А. Основы теплопередачи. Госэнергоиздат, 1956,
134
где Nuj— критерий Нуссельта; Ref— критерий Рейнольдса;
с и л— эмпирические коэффициенты.
Индекс f показывает, что в качестве определяющей температуры принята температура воздуха.
Вычисленные по результатам проведенных экспери ментов значения эмпирических коэффициентов состави ли: с=0,075; л =0,8.
Влияние-обдува на теплопотери, выраженные через коэффициент теплопередачи через купола различной кон струкции (рис. 5), показывает, что теплопотери зави сят от числа слоев светопропускающего материала. Так, при обдуве трехслойного купола с оптимальной скоро стью теплопотери возрастают в среднем на 12—13%, двухслойного на 40%, однослойного на 70—75%. Это об стоятельство необходимо учитывать при экономической оценке рассматриваемого способа борьбы с образованием конденсата.
Если в подфонарном пространстве установить источ ник обогрева с непрерывным выделением тепла и тем са мым повысить температуру воздуха в этом пространстве, то при снижении относительной влажности воздуха за метно возрастет температура «точки росы» внутренней поверхности светопропускающего заполнения фонаря.
Для опытов были использованы электрические труб чатые нагреватели.
Изучение физической стороны явления прежде всего показало высокую эффективность обогрева как средства борьбы с конденсатообразованием. Ниже показано по ведение конденсата при обогреве двухслойного купола с плоским нижним слоем в условиях: температура внутрен него воздуха f„ = +20°C, температура наружного возду ха ta= —20° С, относительная влажность внутреннего воз духа ф=70%. До включения обогрева внутренняя по верхность купола была обильно покрыта конденсатом. Наиболее крупные капли диаметром 6—10 мм располо жились у краев, в центральной части купола размеры ка пель были меньше. Электронагреватели, размещенные у основания фонаря и соединенные последовательно, име ли суммарное сопротивление 95 ом, напряжение в сети составляло 200 в. Таким образом, за 1 ч выделялось 362 ккал тепла. Разумеется для выравнивания и стабили зации температурного поля в конструкции фонаря в соот ветствии с новыми температурными условиями, а также
135
Т а б л и ц а 2
Динамика изменения температуры и относительной влажности воздуха в подфонарном пространстве при включении нагревателей
Время
. после включения нагревате лей в ч
Температура воздуха в град |
|
Относительная |
влажность |
в % |
||||
в точках, удаленных от |
|
в точках, удаленных от по |
||||||
поверхности купола на |
|
верхности купола на рас |
||||||
|
расстояние в |
см |
|
|
стояние в см |
|
||
10 |
30 |
50 |
рабо |
i |
10 |
30 |
50 |
рабо |
чая |
чая |
|||||||
|
|
|
зона |
|
|
|
|
зона |
0 |
2 2 ,8 |
2 2 ,7 |
2 2 ,7 |
22 |
58 |
59 |
59 |
60 |
62 |
|
2 |
2 9 ,3 |
2 5 ,5 |
2 3 |
,3 |
2 1 ,4 |
40 |
42 |
56 |
63 |
64 |
3 |
3 0 ,5 |
2 6 ,4 |
2 3 ,7 |
2 1 ,7 |
33 |
38 |
56 |
68 |
72 |
|
4 |
3 2 ,1 |
28 |
2 4 |
,1 |
2 1 ,7 |
31 |
37 |
59 |
7 0 |
7 2 |
5 |
3 2 ,8 |
2 8 ,4 |
2 4 ,4 |
2 1 ,7 |
31 |
38 |
60 |
71 |
72 |
|
6 |
3 2 ,5 |
2 8 ,2 |
2 4 ,3 |
2 1 ,7 |
31 |
37 |
59 |
70 |
72 |
для испарения конденсата потребовалось определенное время. В табл. 2 показана динамика изменения темпе ратуры и относительной влажности внутреннего воздуха в различных точках подкупольного пространства.
Как видно из табл. 2, после включения обогрева под куполом начинается рост температуры. Наибольший темп увеличения температуры наблюдается на расстоянии 10 см от конструкции. В рабочей зоне температура возду ха практически не изменилась и в течение всего периода испытаний находилась примерно на одном уровне. По ме ре роста температуры воздуха под куполом уменьшается относительная влажность. Температура воздуха около купола возросла в 1,5 раза, а относительная влажность уменьшилась почти вдвое.
Исследования влияния дополнительного обогрева подфонарного пространства на температурно-влажност ные характеристики были проведены при восьми различ ных режимах с двухслойным куполом и двух режимах с трехслойным. Основные температурно-влажностные ха рактеристики, полученные в процессе испытаний, при водятся в табл. 3.
Несмотря на высокую относительную влажность воз духа в рабочей зоне и низкие наружные температуры, главная задача, поставленная при применении обогрева (устранение конденсата), может быть успешно выполне на. Опыты подтвердили, что с помощью обогрева подфо-
136
Т а б л и ц а 3.
Температурно-влажностные характеристики воздуха
Параметры возду |
|
|
Параметры возду |
|
|||
Темпе |
Мощ |
ха в подфонарном |
Темпера |
||||
ха в рабочей зоне |
пространстве |
||||||
ратура |
ность |
тура в нут- |
|||||
|
|
наруж |
нагре |
|
|
ренней |
|
Режим |
относи |
ного |
вате |
темпе |
относи |
поверх |
|
темпе |
тельная |
возду |
лей |
тельная |
ности к у |
||
ратура |
влаж |
ха в |
в |
ратура |
влаж ность пола в град |
||
в град |
ность |
град |
ккал}ч |
в град |
В % |
(средняя) |
|
|
в % |
|
|
|
|
|
Двухслойный купол
1 |
1 7 ,8 |
50 |
— 20 |
0 |
2 0 ,3 |
4 2 ,8 |
1 6 ,9 |
2 |
1 9 ,2 |
80 |
— 20 |
9 0 ,4 |
2 2 ,3 |
65 |
1 5 ,3 |
3 |
20 |
81 |
— 20 |
1 6 0 ,8 |
3 4 ,4 |
35 |
2 3 ,8 |
4 |
1 8 ,8 |
82 |
— 20 |
1 6 0 ,8 |
3 0 ,2 |
4 1 ,5 |
1 8 ,9 |
5 |
2 0 ,2 |
81 |
— 20 |
1 6 0 ,8 |
2 8 ,5 |
49 |
17,1 |
6 |
2 1 ,7 |
80 |
— 20 |
250 |
4 1 ,2 |
26 |
27 |
Трехслойный купол
7 |
1 9 ,2 |
60 |
— 1 9 ,6 |
0 |
1 9 ,4 |
58 |
8 |
1 9 ,6 |
60 |
— 3 4 ,4 |
9 0 ,4 |
22 |
47 |
парного пространства зенитных фонарей (в частности, двухслойной конструкции) можно избавиться от конден сата практически при любых параметрах внутреннего и наружного воздуха.
Таким образом, путем применения дополнительных мероприятий по борьбе с образованием конденсата на внутренней поверхности светопропускающих заполнений можно значительно расширить область применения зе нитных фонарей с двухслойными светопропускающими за полнениями.
Инж. В. М. СОРОКИН
ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТЬ с т ы к о в ЗЕНИТНЫХ ФОНАРЕЙ
Стыки светопрозрачных конструкций должны быть герметичными и обеспечивать надежную защиту от про никновения в них атмосферных осадков, холодного (горя чего) воздуха и пыли. Выбор наиболее эффективных гер-
137
метиков, способов уплотнения стыков, а также выявле ние оптимальной конфигурации опорного узла для герме тизации стыков является важной задачей.
Все известные герметизирующие материалы можно разделить на четыре группы: высыхающие мастики и пасты, пласто-эластичные невысыхающие мастики, эла стичные профильные изделия, твердеющие самовулкаиизирующиеся герметики. При применении пласто-элас тичных невысыхающих мастик и эластичных профильных изделий для герметизации стыков светопропускающие за полнения в процессе их эксплуатации легко демонтиру ются. Комбинированные профили, состоящие из двух или нескольких различных материалов, сочетаю'т в себе пре имущества экструдированных эластичных материалов и мягких невысыхающих мастик. Именно эти материалы наиболее целесообразно применять для герметизации стыков светопрозрачных конструкций.
На воздухопроницаемость были исследованы опорные стыки зенитных фонарей точечного типа с применением двухслойного купола из органического стекла с разме рами в свету 800x1130 мм с двумя опорными плоскостя ми и стеклопакета из двух стекол толщинй 6 мм анало гичных размеров с одной плоскостью опирания. В каче стве герметиков опорных стыков были приняты профилированные прокладки из резины, гернита, пороизола и поролона, а также полиизобутиленовая невысы хающая мастика УМС-50. Всего было исследовано 16 ти пов прокладок, из них 12 в опорном стыке купола и 4 про кладки в опорном стыке стеклопакета.
В процессе испытания на воздухопроницаемость оп ределяли расход воздуха, фильтрующегося через стык, в зависимости от перепада давлений внутреннего и на ружного воздуха. Установка для испытаний стыков (рис. 1) состояла из камеры, газосчетчика, вакуум-насо са, микроманометра и редукционного клапана. Из каме ры (обоймы) вакуум-насосом откачивали воздух. Раз ность давлений замеряли микроманометром, присоеди ненным непосредственно в камере. Расход воздуха, фильтрующегося через стык, определяли при помощи га зосчетчика. Давление внутри камеры регулировали ре дукционным клапаном. На камеру устанавливали опыт ную конструкцию. Перед началом испытаний особое вни мание обращали на герметичность всей установки, для чего на деревянную раму обоймы устанавливали эталон
138
ный образец. Зазор между камерой и образцом гермети зировали пластилином. Затем в камере создавали мак симальное разрежение. Отсутствие фильтрации воздуха являлось критерием нормальной работы камеры. Расход воздуха последовательно замеряли в стационарных усло виях при перепадах давлений в 1, 3, 5, 10, 20, 30, 50 и
Рис. 1. Схема установки для испытания стыков зенитных фонарей на воздухопроницаемость
/— микроманометр; 2 — камера; 3 — опытная конструкция; 4 — газосчетчик ГСБ-400; 5 — реверснбер; 6 — вакуум-насос (пылесос)
70 мм вод. ст. при степенях сжатия герметизирующих ма териалов и изделий в стыках в 30, 50 и 70 кГ/пог. м (не считая собственного веса светопрозрачной конструкции).
В результате испытаний были получены кривые рас хода воздуха через опорные стыки с применением раз личных герметизирующих прокладок (рис. 2). Для оцен ки качества герметизирующих прокладок можно принять требуемое сопротивление воздухопроницанию опорных стыков зенитных фонарей равным требуемому сопротив лению воздухопроницанию стыков крупнопанельных на ружных стен жилых и общественных зданий [1].
На основании полученных экспериментальных данных вычислены средние значения коэффициентов воздухопро ницаемости стыков с различными герметизирующими прокладками (см. таблицу).
Как видно из таблицы, экспериментальные значения коэффициентов воздухопроницаемости на порядок ниже нормативных (для района Москвы i^p=330 дмъ(мм
вод. ст.-ч-м). Применение двух взаимно пересекающихся плоскостей в опорном стыке (одной горизонтальной и одной наклонной), как правило, ухудшает показатели воздухопроницаемости по сравнению с опорными стыка ми, в которых применена одна горизонтальная плоскость. Это объясняется тем, что при одной плоскости опирания уменьшается влияние на воздухопроницаемость неровно стей опорной части светопропускающега заполнения и
139
в о зд у х о п р о н и ц а е м о ст ь о п орн ы х сты ков
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициенты воздухопроница |
||||
|
Герметизирующие прокладки, |
|
емости <с в дмг мм.вод ст ч-м |
|||||||||||||
|
|
|
|
характеристика |
|
|
|
при степени сжатия в кг/пог.м |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
| |
50 |
|
70 |
|
|
|
|
А. Стык с двум я |
опорными плоскостями |
|
|
|||||||||
Губчатая |
|
резина |
с |
прямоугольным |
42 |
|
24 |
24 |
||||||||
сечением |
8 X 8 0 м |
м |
............................... |
|
|
|
|
|
||||||||
Т о |
ж е, |
сечением |
8 X 1 0 |
мм . . . . |
47 |
|
20 |
21 |
|
|||||||
То |
ж е, д в е |
полосы |
сечением |
8 X 1 0 |
мм |
14 |
|
96 |
8 |
|||||||
Т о |
ж е, |
две |
полосы |
из |
губчатой |
рези |
|
|
|
|
|
|||||
ны с |
|
треугольным |
сечением |
8 Х |
|
|
9 |
|
|
|||||||
X 10 |
м |
м ....................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
7 |
,2 |
|||
Р ези новая |
трубка |
диам етром |
12 |
мм |
2 ,6 |
|
2 ,5 |
2 |
,4 |
|||||||
П ороизол |
сечением |
в |
виде |
полукруга |
10 |
|
6 ,4 |
5 |
,4 |
|||||||
П рокладка |
из фигурного |
|
пороизола |
3 ,2 |
|
2 ,6 |
2 |
,6 |
||||||||
П оролон |
сечением 4 0 x 5 0 |
мм . . . |
1 1 ,5 |
|
8 ,4 |
7 ,1 |
||||||||||
М астика У М С - 5 0 ........................................... |
|
|
|
|
|
|
1 ,7 |
|
1,4 |
1 ,3 |
||||||
Т о |
ж е, |
с |
полиэтиленовой |
пленкой |
|
2 ,3 |
|
2 ,0 |
1 ,7 |
|||||||
То |
ж е, |
с |
губчатой |
резиной |
сечением |
1 ,2 |
|
1 |
1 |
|||||||
8 x 7 0 |
м |
|
м ....................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Гернит сечением |
в виде полукруга |
|
4 ,5 |
|
3 ,5 |
1 |
,7 |
|||||||||
|
|
|
|
Б . Стык с одной опорной плоскостью |
|
|
||||||||||
Д в е |
прокладки |
из |
губчатой резины |
2 |
|
1 |
0 ,8 |
|||||||||
сечением |
8 х № |
м |
м |
.............................. |
|
|
|
|
|
|||||||
П орои зол |
сечением |
в виде полукруга |
3 ,5 |
|
1 ,6 |
2 ,4 |
||||||||||
М астика |
УМ С-50 |
.................................... |
|
|
|
|
|
1 ,2 |
|
1 ,2 |
1 ,2 |
|||||
Р езиновая |
трубка |
d = 12 мм . . . |
1 ,3 |
|
1 ,2 5 |
1 ,2 |
опорной рамы. Чем эластичнее прокладка, тем меньшее влияние оказывают неровности плоскостей опирания на воздухопроницаемость. Так, при сжатии 30 кГ/пог. м воз духопроницаемость опорного стыка с куполом с двумя прокладками из пористой резины в 7 раз выше, чем у опорного стыка со стеклопакетом при тех же прокладках, с прокладкой из пороизола — в 3 раза, а с прокладкой из трубчатой резины — в 2 раза.
Увеличение ширины герметизирующей прокладки не оказывает заметного влияния на величину воздухопрони цаемости. Так, уменьшение ширины губчатой резины пря моугольного сечения в 8 раз увеличило коэффициент воз духопроницаемости всего на 10%. Такая разница в пока зателях сохранялась при любых нагрузках на стык. Однако увеличение числа узких резиновых прокладок,
140