книги / Светопрозрачные конструкции. (Результаты исследований)

от аналогичных кривых при спокойном движении возду­ ха (кривые 5, см. рис. 3). При увеличении скоростей тем-

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

Рис. 3. Распределение температуры внутренней поверх­ ности купола по поперечному (а), продольному (б) и диагональному (в) сечениям

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

=/(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

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

Двухслойный купол

Трехслойный купол

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

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