Dessadecor-nn.ru

Журнал Dessadecor-NN
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Коэффициент теплотехнической однородности для оконных откосов

Теплотехнический расчет

Приведенное сопротивление теплопередаче R о r , м 2 ·°С/Вт, для

наружных стен следует определять согласно [4] для фасада здания либо для одного промежуточного этажа. Однако, этот расчет достаточно сложен, так как требует учета всех изменений фасада здания и всех теплопроводных включений ограждения. В связи с этим, можно принимать коэффициент теплотехнической однородности r с учетом теплотехнических однородностей оконных откосов и примыкающих внутренних ограждений проектируемой конструкции для:

панелей индустриального изготовления не менее величин, установленных в таблице А.13 [2, табл. 6];

для стен жилых зданий из кирпича не менее 0,74 при толщине стены 510 мм, 0,69 – при толщине стены 640 мм и 0,64 – при толщине стены 780 мм.

Соответственно приведенное сопротивление теплопередаче неоднородной конструкции можно определять по формуле:

4. Наружные ограждающие конструкции должны удовлетворять расчетному температурному перепаду t 0 между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, определяемому по формуле (6); при этом расчетный температурный перепад не должен превышать нормируемых величин t n , установленных в таблице А.14 [4, табл. 5].

где n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху и приведенный в таблице А.15 [4, табл. 6];

t int – то же, что и в формуле (4);

t ext – расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, °С, для всех зданий, кроме производственных зданий,

предназначенных для сезонной эксплуатации, принимаемая равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по таблице А.4 [3, табл. 1].

R о r – то же, что и в формуле (5); int – то же, что и в формуле (3).

I пример. Исходные данные : Необходимо проверить соответствие наружной стены индивидуального жилого дома, построенного в г. Новокузнецке, требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Стена выполнена из кирпичной кладки с утеплением с наружной стороны и последующим оштукатуриванием, внутренняя отделка – обшивка вагонкой (рисунок 2). Внутренняя температура воздуха в помещениях t int = + 20 о С.

1 – обшивка вагонкой; 2 – пароизоляция; 3 – кирпичная кладка; 4 – минеральный клеевой состав; 5 – теплоизоляция из минераловатных полужестких матов; 6 – армирующая стеклосетка; 7 – грунтовка; 8 – мокрая штукатурка

Рисунок 2 – Конструкция стены индивидуального жилого дома

Зона влажности по приложению Б – сухая; влажностный режим помещений при температуре 20 о С и влажности в пределах 50

– 60 % по таблице А.7 – нормальный; условия эксплуатации конструкции по таблице А.8 – А.

Толщины и коэффициенты теплопроводности слоев (по таблице А.6):

1 слой – вагонка из сосны (поперек волокон) толщина 1 = 30 мм, коэффициент теплопроводности материала 1 = 0,14 Вт/(м · о С); 2 слой – пароизоляция из рубероида (толя, пергамина) – 1 слой – 2 =

3 мм, коэффициент теплопроводности материала 2 = 0,17 Вт/(м · о С); 3 слой – кирпичная кладка из обыкновенного полнотелого глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной 3 = 250 мм, коэффициент теплопроводности материала 3 = 0,7 Вт/(м · о С); 4 слой – утеплитель из плит из стеклянного штапельного волокна

«URSA» 0 = 85 кг/м 3 , 4 = 200 мм, коэффициент теплопроводности материала 4 = 0,046 Вт/(м · о С); 5 слой – штукатурка из цементно-песчаного раствора 0 1800 кг/м 3

5 = 20 мм, коэффициент теплопроводности материала 5 = 0,76 Вт/(м · о С).

Термическим сопротивлением слоев клея, армирующей сетки и грунтовки можно пренебречь за малостью.

1. По таблице А.5 и А.3 определяем среднюю температуру и продолжительность отопительного периоды для г. Новокузнецка: t ht

= – 8 о С; z ht = 230 сут.

По формуле (4) находим

D d = ( t int – t ht ) · z ht = (20 – (– 8)) · 230 = 6440 ( о С · сут.).

По таблице А.1 и формуле (7) определим требуемое сопротивление теплопередаче:

R req = a D d + b = 0,00035 · 6440 + 1,4 = 3,654 (м 2 ·°С/Вт).

2. Сопротивление теплопередаче стены по глади рассчитываем по формуле (3):

R o = R si + R k +R se = 1 / int + i / i + 1 / ext =

=1/8,7 + 0,03/0,14 + 0,003/0,17 + 0,25/0,7 + 0,2/0,046 + 0,02/0,76 +

+1/23 = 5,1215 (м 2 ·°С/Вт),

здесь коэффициенты int и ext для стеновых ограждений взяты из таблиц А.11 и А.12 соответственно.

3. С учетом неоднородности ограждающей конструкции стены в виде теплопроводных включений крепежных элементов в соответствии с толщиной стены 0,5 м принимаем минимальный коэффициент неоднородности r = 0,74.

Общее сопротивление теплопередаче стены с условием коэффициента неоднородности составит

R о r = R o · r = 5,1215 · 0,74 = 3,7899 (м 2 ·°С/Вт).

Следовательно, условие «а» [4] выполняется:

R о r = 3,7899 м 2 ·°С/Вт > R req = 3,654 м 2 ·°С/Вт.

4. По таблице А.14 определим нормируемый температурный перепад на внутренней поверхности стены: t n = 4 о С.

Расчетный температурный перепад определится по формуле (6):

t 0 n ( t int t ext ) 1(20 ( 39)) = 1,7894 о С, R о r int 3,78998,7

здесь коэффициент, учитывающий зависимость положения ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху, для стен n = 1 (по таблице А.15),

температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 для г. Новокузнецка по таблице А.5: t ext = – 39 о С.

t 0 = 1,7894 о С t n = 4 о С,

следовательно, условие «б» [2] также выполняется, и такая конструкция стены удовлетворяет требованиям тепловой защиты зданий.

II пример. Исходные данные : Необходимо проверить соответствие наружной стены жилого дома, построенного в г. Новокузнецке, требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Стена выполнена из эффективной кирпичной кладки с утеплением внутри и невентилируемым воздушным зазором, внутренняя отделка – сухая штукатурка из гипсокартона (рисунок 3). Климатические параметры и условия работы конструкций аналогичны примеру I.

1 – сухая штукатурка; 2 – кирпичная кладка; 3 – утеплитель

ISOLVER KL-E; 4 – ветрозащитный утеплитель ISOLVER RKL; 5 –

невентилируемый воздушный зазор; 6 – лицевой кирпич.

Рисунок 3 – Конструкция стены из эффективной кладки

Толщины и коэффициенты теплопроводности слоев (по таблице А.9):

1 слой – сухая штукатурка из гипсокартона (ГОСТ 6266) 0 = 800 кг/м 3 толщина 1 = 12 мм, коэффициент теплопроводности материала 1 = 0,19 Вт/(м · о С); 2 слой – кирпичная кладка из обыкновенного полнотелого глиняно-

го кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной 2 = 380 мм, коэффициент теплопроводности материала 2 = 0,7 Вт/(м · о С);

3 слой – плитный утеплитель ISOLVER KL-E (из стекловолокна) 3 = 150 мм, коэффициент теплопроводности материала 3 = 0,046 Вт/(м · о С);

4 слой – утеплитель ISOLVER RKL (стекловатная ветрозащитная плита с покрытием из тонкой стеклоткани), 4 = 45 мм, коэффициент теплопроводности материала 4 = 0,035 Вт/(м · о С);

5 слой – замкнутая воздушная прослойка толщиной 20 мм R a1 = 0,15 м 2 ·°С/Вт (вертикально расположенная, при температуре воздуха о С) – таблица А.10; 6 слой – лицевой кирпич, 6 = 120 мм, коэффициент теплопровод-

ности материала 6 = 0,7 Вт/(м · о С).

1. Аналогично примеру I находим

D d = 6440 ( о С · сут.), R req = 3,654 (м 2 ·°С/Вт).

2. Сопротивление теплопередаче стены по глади рассчитываем по формуле (3):

R o = R si + R k +R se = 1 / int + i / i + R a1 + 1 / ext =

=1/8,7 + 0,012/0,19 + 0,38/0,7 + 0,15/0,046 + 0,045/0,035 + 0,15 +

+ 0,12/0,7 +1/23 = 5,6325 (м 2 ·°С/Вт),

3. С учетом неоднородности ограждающей конструкции стены в виде теплопроводных включений крепежных элементов в соответствии с толщиной стены 0,68 м принимаем минимальный коэффициент неоднородности r = 0,69.

Общее сопротивление теплопередаче стены с условием коэффициента неоднородности составит

R о r = R o · r = 5,6325 · 0,69 = 3,8864 (м 2 ·°С/Вт).

Следовательно, условие «а» [4] выполняется:

R о r = 3,8864 м 2 ·°С/Вт > R req = 3,654 м 2 ·°С/Вт.

4. Нормируемый температурный перепад на внутренней поверхности стены: t n = 4 о С.

Читать еще:  Монтаж оконных откосов расценка тер

Расчетный температурный перепад определится по формуле (6):

t 0 n ( t int t ext ) 1(20 ( 39)) = 1,745 о С. R о r int 3,88648,7

t 0 = 1,745 о С t n = 4 о С,

следовательно, условие «б» [4] также выполняется, и такая конструкция стены удовлетворяет требованиям тепловой защиты зданий.

III пример. Исходные данные : Необходимо проверить соответствие наружной стены многоэтажного жилого дома, построенного в г. Новокузнецке, требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Стена выполнена из монолитного железобетона с утеплением с наружной стороны и устройством вентилируемого фасада (рисунок 4). Климатические параметры и условия работы конструкций аналогичны примеру I.

1 – сухая штукатурка; 2 – монолитный железобетон; 3 – пенополистирол; 4 – пенополиуретан; 5 – вентилируемый зазор; 6 – фасадная плита «Виколор».

Рисунок 4 – Конструкция стены из монолитного железобетона

Толщины и коэффициенты теплопроводности слоев (по таблице А.9):

1 слой – сухая штукатурка из гипсокартона (ГОСТ 6266) 0 = 800 кг/м 3 толщина 1 = 12 мм, коэффициент теплопроводности материала 1 = 0,19 Вт/(м · о С); 2 слой – монолитный железобетон – 2 = 200 мм, коэффициент теп-

лопроводности материала 2 = 1,92 Вт/(м · о С); 3 слой –экструзионный пенополистирол «Пеноплэкс», тип 35 0 =

35 кг/м 3 3 = 120 мм, коэффициент теплопроводности материала 3

4 слой – пенополиуретан 0 = 88 кг/м 3 , 4 = 40 мм, коэффициент теплопроводности материала 4 = 0,05 Вт/(м · о С);

5 слой – вентилируемый зазор не менее 22 мм.

6 слой – фасадная плита «Виколор» 6 = 8 мм.

Так как вентилирование воздушного зазора осуществляется наружным воздухом, термические сопротивление зазора и фасадной плиты в расчет не принимаем.

1. Аналогично примеру I находим

D d = 6440 ( о С · сут.), R req = 3,654 (м 2 ·°С/Вт).

2. Сопротивление теплопередаче стены по глади рассчитываем по формуле (3) с учетом того, что значение коэффициента теплоотдачи на поверхности, обращенной в сторону вентилируемой воздушной прослойки равно 10,8 Вт/(м 2 · о С):

R o =1/8,7 + 0,012/0,19 + 0,2/1,92 + 0,12/0,029 + 0,04/0,05 + 1/10,8 =

3. С учетом неоднородности ограждающей конструкции стены в виде теплопроводных включений крепежных элементов принимаем минимальный коэффициент неоднородности r = 0,7.

Общее сопротивление теплопередаче стены с условием коэффициента неоднородности составит

R о r = R o · r = 5,3128· 0,7 = 3,7190 (м 2 ·°С/Вт).

R о r = 3,7190 м 2 ·°С/Вт > R req = 3,654 м 2 ·°С/Вт.

Следовательно, условие «а» [4] выполняется.

4. Нормируемый температурный перепад на внутренней поверхности стены: t n = 4 о С.

Расчетный температурный перепад определится по формуле (6):

t 0 1(20 ( 39)) = 1,8235 о С. 3,7198,7

t 0 = 1,8235 о С t n = 4 о С,

следовательно, условие «б» [4] также выполняется, и такая конструкция стены удовлетворяет требованиям тепловой защиты зданий.

IV пример. Исходные данные : Необходимо проверить соответствие наружной стены промышленного здания, построенного в г. Новокузнецке, требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Стена выполнена из трехслойных железобетонных панелей на гибких связях с утеплителем из пенополистирола толщиной 130 мм. Панели имеют толщину 250 мм. Внутренняя температура воздуха в помещениях t int = + 16 о С.

Зона влажности по приложению Б – сухая; влажностный режим помещений при температуре 16 о С и влажности в пределах 50

– 60 % по таблице А.7 – нормальный; условия эксплуатации конструкции по таблице А.8 – А.

Толщины и коэффициенты теплопроводности слоев (по таблице А.9):

1 и 3 слои – железобетон, суммарная толщина 1,3 = 120 мм, коэффициент теплопроводности материала 1,3 = 1,92 Вт/(м · о С); 2 слой – пенополистирол 0 = 80 кг/м 3 2 = 130 мм, коэффициент теплопроводности материала 2 = 0,041 Вт/(м · о С);

1. По формуле (4) находим

D d = (16 – (– 8)) · 228 = 5472 ( о С · сут.).

По таблице А.1 и формуле (7) определим требуемое сопротивление теплопередаче для стен производственных зданий с сухим и нормальным режимами работы:

R req = a D d + b = 0,0002 · 5472 + 1 = 2,0944 (м 2 ·°С/Вт).

2. Сопротивление теплопередаче стены по глади рассчитываем по формуле (3):

R o = 1/8,7 + 0,12/1,92 + 0,13/0,041 + 1/23 = 3,3916 (м 2 ·°С/Вт),

3. По таблице А.13 принимаем минимальный коэффициент неоднородности для трехслойных панелей с эффективным утеплителем и гибкими связями r = 0,7.

Общее сопротивление теплопередаче стены с условием коэффициента неоднородности составит

R о r = 3,3916 · 0,7 = 2,3741 (м 2 ·°С/Вт).

R о r = 2,3741 м 2 ·°С/Вт > R req = 2,0944 м 2 ·°С/Вт.

Условие «а» [4] выполняется.

4. По таблице А.14 определим нормируемый температурный перепад на внутренней поверхности стены производственного здания с сухим и нормальным режимами работы:

t n = t int – t d , но не более 7 о С.

Значения температуры точки росы t d принимаем по таблице А.16 [2, приложение Р]. При внутренней температуре + 16 о С и относительной влажности воздуха 55 %: t d = 6,97 о С.

t n = t int – t d = 16 – 6,97 = 9,03 о С, следовательно, t n = 7 о С.

Расчетный температурный перепад определится по формуле (6):

t 0 1(16 ( 39)) = 2,6628 о С, 2,37418,7

t 0 = 1,7894 о С t n = 7 о С,

Условие «б» [4] также выполняется, и такая конструкция стены удовлетворяет требованиям тепловой защиты зданий.

Рекомендации

Документ:Рекомендации
Название:Рекомендации по установке энергоэффективных окон в наружных стенах вновь строящихся и реконструируемых зданий
Начало действия:2004-03-09
Дата последнего изменения:2004-06-21
Вид документа:Рекомендации
Область применения:Рекомендации являются методическим и справочным материалом для специалистов, выполняющих разработку проектов жилых строящихся и реконструируемых зданий в г. Москве. Рекомендации предназначены для проектировщиков и строителей, вновь возводимых и реконструируемых зданий в г. Москве со следующими типами стен: кирпичными слоистыми на гибких связях, однослойных из мелкоштучных блоков, с фасадным утеплением, с вентилируемыми фасадами.
Разработчики документа:НИИСФ РААСН(72), ОАО ЦНИИЭПжилища(6), Сибирский Автодорожный институт,

3.2.2.3 Требуемое сопротивление паропроницанию из условия недопустимости накопления влаги в элементе наружной стены примыкания оконного блока за годовой период эксплуатации по СНиП II-3-79* (98) и СНиП 23-02-03 [1, 12]:

м 2 × ч × Па/мг.

3.2.2.4 Требуемое сопротивление паропроницанию из условия ограничения влаги в элементе наружной стены примыкания оконного блока за период с отрицательными температурами наружного воздуха R п , м 2 × ч × Па/мг по [1, 12]:

м 2 × ч × Па/мг,

где .

Как следует из расчета сопротивление паропроницанию R п от внутренней поверхности до зоны возможной конденсации больше и , следовательно влажностной режим данной конструкции узла сопряжения оконного блока со стеной удовлетворителен.

4. Анализ теплотехнических качеств узлов сопряжений окон с наружными стенами

В соответствии с экспериментальными и расчетными исследованиями эксплуатационных свойств узлов сопряжений окон со стенами различных конструкций определено, что наиболее низкие теплозащитные качества имеют узлы сопряжений окон с узкой коробкой (60 — 78 мм) с однослойными стенами.

Основная причина отмеченного явления — повышенный сток тепла через не утепленные оконные откосы в обход оконной коробки. При расположении окна в однослойных стенах оконный блок оказывается в зоне отрицательных температур и потери тепла идут не только вдоль оконной коробки, но и в толщу стены с низкими температурами.

В узлах сопряжений оконных блоков с узкой коробкой в конструкциях наружных трехслойных стен с эффективным утеплителем, также как в утепленных снаружи стенах при совмещении с утеплителем коробки, указанного выше явления, не происходит.

Теплотехнические характеристики узлов сопряжений окон* ) с узкой коробкой (60 — 78 мм) со стенами различной конструкции приведены в таблице № 3 .

* ) Окна с профилями из ПВХ.

Как видно в табл. 3 , температуры в углу примыкания оконной коробки к откосам выше точки росы и обеспечивают благоприятный температурный режим в слоистых стенах с эффективным утеплителем, при наружной теплоизоляции и в однослойных стенах при следующих условиях:

Читать еще:  Монтаж откосов мансардных окон velux

— при размещении утепляющего вкладыша толщиной 40 — 60 мм между коробкой и четвертью;

— при расположении утеплителя под коробкой по периметру оконного откоса в штрабе глубиной от 60 мм на ширину коробки;

— при утеплении откоса утеплителем толщиной от 20 мм общей шириной 150 ¸ 200 мм;

— при совместном утеплении зазора между коробкой и четвертью и оконного откоса.

Наиболее эффективен с точки зрения температуры в однослойных стенах последний вариант. Температура в углу коробки и откоса 13,7 °С, а коэффициент теплотехнической однородности r = 0,95.

То есть теплопотери в варианте 9 (последний вариант) по сравнению с обычным размещением окна без дополнительного утепления откоса при четверти 120 мм уменьшают теплопотери через откос с 29 % до 5 %.

Показатели тепловой эффективности узлов сопряжений оконных блоков со стенами различной конструкции * )

Расположение коробки при ее толщине* )

Решение откоса и четверти

Температура внутренней поверхности в углу примыкания оконной коробки к откосу при t н = -28 °С

Коэффициент теплотехнической однородности* )

О ошибках, допускаемых при проектировании вентилируемых фасадов

Основой использования в современном строительстве стеновых ограждающих конструкций с вентилируемыми фасадами является уверенность в их высоких теплозащитных свойствах, которые дают достигнуть современных повышенных требований по теплозащите зданий. При применении этих конструкций никаких теплофизических проблем не возникает. Обратное может показать накопленный опыт использования вентилируемых фасадов. Дефекты образуются из-за снижения теплофизического качества конструкций, которые вызваны ошибками проектирования и монтажа фасадов.

Несоответствие стен с вентилируемыми фасадами (по СНиП)

Не всегда получается добиться того, чтобы расчетное значение сопротивления теплопередаче соответствовало стандарту. Это можно объяснить тем, что применяемые в рассматриваемых конструкциях металлические кронштейны являются «мостиками холода» и существенно снижают коэффициент теплотехнической однородности. При использовании кронштейнов из алюминия расчетный коэффициент теплотехнической однородности конструкции практически не должен превышать значения r=0,7. Это без учета влияния оконных откосов, которые еще более снизят этот коэффициент. Климатические условия в городе Москва при теплопередаче стен жилых зданий R пр = 3,13 м 2 x°С/Вт необходим слой минераловатного утеплителя толщиной около 0,20м.

Толщина воздушного зазора 40–60 мм, вылет кронштейна должен быть не меньше 0,25м, в связи с чем его необходимо усилить. Принимают значение коэффициента теплотехнической однородности конструкции равным r=0,85–0,90, дальше рассчитывают необходимую толщину слоя минераловатной теплоизоляции, которая получается равной 0,10–0,15 м.

Недостаточный учет кривизны стены, на которую осуществляется монтаж фасада.

Вентилируемые фасады выравнивают искривленную часть стены, на которую они монтируются. Нельзя допускать, чтобы она была с ущербом для выполнения вентилируемым фасадом других функций. Во время проектирования вентилируемых фасадов нужно ограничить вылет кронштейнов.

1. Расположение направляющих и других элементов подконструкции в слое теплоизоляции;

2. Расположение гидроветрозащитной пленки не по утеплителю, а по направляющим, что, в свою очередь, еще больше уменьшает ширину воздушного зазора;

3. Снижение ширины воздушного зазора вплоть до его полного отсутствия.

Расположение направляющих в теплоизоляционном слое, с взгляда строительной теплофизики, невыгодно, потому что снижает коэффициент теплотехнической однородности.

Отсутствие вентиляции воздушного зазора фасада.

Для некоторых зданиях и сооружениях применяются фасадные системы, в которых зазор (воздушный) совсем не вентилируется. К таким фасадным системам относят те, в которых отсутствует вход в воздушный зазор. Можно встретить фасады, в которых вход в воздушный зазор имеется, но вентиляция в нем затруднена потому что на него оказывает большое сопротивление движение воздуха. В таких случаях влага, попадающая в воздушный зазор из помещений вследствие влагопереноса через стену и слой теплоизоляции, почти не выходит в наружный воздух, скапливаясь в зазоре и увлажняя теплоизоляцию. Вследствие этого снижается долговечность минераловатного утеплителя и его теплозащитные свойства.

Остались вопросы?
Звоните +7 495 229-3095

Коэффициент теплотехнической однородности для оконных откосов

Здания, возводимые в последние годы, разительно отличаются от тех, что были построены несколько десятилетий назад. Прежде всего в глаза бросается разнообразие их форм и объемов. Специалисты, участвующие в процессе проектирования, наблюдают возросшее разнообразие применяемых конструкций и материалов. Сказанное в полной мере относится и к техническим решениям ограждающих конструкций зданий. Структура ограждающей оболочки зданий стала более сложной, неоднородной, насыщенной материалами с резко отличающимися прочностными, деформационными и теплотехническими свойствами.

Одновременно с этим продолжается обсуждение проблемы повышения теплозащитных свойств ограждающих оболочек зданий [3, 9]. Как следует из последних публикаций [4], существенного эффекта от заявленных в ФЗ-261 мероприятий не получено. Как нам кажется, одной из причин такого положения является несоответствие заявляемых в проектной документации теплотехнических качеств ограждающих оболочек зданий их реальным значениям. Подтверждением тому служит наш собственный опыт, полученный в ходе обследования построенных зданий и общения со специалистами проектных и экспертных организаций.

Существовавшая долгие годы методика теплотехнического проектирования ограждающих конструкций [6] достаточно точна и проста при разработке теплотехнически однородных ограждающих оболочек. Неоднородные конструктивные решения (колодцевая кладка кирпичных стен) несколько усложняли процесс проектирования. При этом предлагалось определять приведенное сопротивление с учетом потоков теплоты, распространяющихся нормально и параллельно внешним граням ограждения. Ограничением служило превышение первых над вторыми на 25%. На примере многослойных кирпичных стен, выполненных по серии 2.130-8[5], можно показать, что рассмотренная методика работает при соотношении коэффициентов теплопроводности каменной клаки и утеплителя (λкам/λут) не более чем 10:1. В противном случае говорилось о необходимости воспользоваться расчетом по температурным полям. Сопротивление теплопередаче панельных стен предлагалось корректировать коэффициентом теплотехнической однородности r.

В СП 23-101[7] однозначно заявлено о необходимости проведения теплотехнических расчетов неоднородных наружных ограждающих конструкций по температурным полям. В нормах [8] предложено определять приведенное сопротивление теплопередаче фрагмента теплозащитной оболочки здания с учетом удельных потерь теплоты плоскими, линейными и точечными неоднородностями. Аналогичный подход применен в западноевропейских нормах [10].

Всеобщее стремление минимизировать затраты энергии на создание и поддержание комфортных параметров микроклимата в зданиях определяет необходимость более достоверных способов оценки теплотехнических качеств технических решений, принимаемых в проектной документации.

Строящиеся в России здания отличаются друг от друга огромным разнообразием объемно-планировочных параметров, конструктивных решений ограждающих оболочек и климатическими параметрами окружающей среды. В этой связи нам кажется целесообразной разработка территориальных каталогов «типовых» конструктивных узлов с линейными и точечными теплотехническими неоднородностями и соответствующих им удельных потерь теплоты. Такие пособия могли бы быть востребованы при проектировании жилых зданий как массового вида строительства. Проектирование крупных общественных зданий, отличающихся несравненно большим разнообразием принимаемых технических решений, потребует скорее всего «индивидуального подхода».

Проиллюстрируем эти положения на конкретных 2-D и 3-D примерах. В качестве первого из них приведем решение, широко применяемое в республике Марий Эл. Это самонесущая стена, выполненная из ячеисто-бетонных блоков, опирающаяся на междуэтажное перекрытие [1]. На рисунке 1 представлено распределение температур на внутренней поверхности стен, выполненных из газобетона плотностью 400, 600 и 800 кг/м3. Мелкие ячеисто-бетонные блоки (δ1=500 мм) оштукатурены с внутренней стороны и облицованы с наружной стороны кирпичной верстой (δ2=120 мм). Суммарная толщина стены 640 мм. Кирпич и газобетонные блоки связаны посредством стальных скоб-анкеров.

Читать еще:  Внешний вид оконных откосов

Анализ результатов моделирования позволяет утверждать, что зона существенного влияния перекрытия на исследуемые параметры в данном конструктивном решении распространяется на 500 мм выше перекрытия и на 600 мм ниже перекрытия.

Температура поверхности стены на отметке 0,000 (примыкание стены к полу) изменяется от 19,00оС (для D400) до 18,00оС (для D800). На отметке 2,500 (участок примыкания стены к потолку) температура изменяется от 18,65оС (для D400) до 17,95оС (для D800). Средняя температура по глади стены составила 18,80оС (для D400), 18,10оС (для D600) и 17,49оС (для D800).

Рис. 1 . Распределение температур на внутренней поверхности стен в условиях нестационарной теплопередачи: а – термограмма; б – график распределения температур: 1 –стена с плотностью бетона D800; 2 – стена с плотностью бетона D 600; 3 – стена с плотностью бетона D 400

Проиллюстрируем процесс уточнения оценки сопротивления теплопередаче и температур на поверхности рассматриваемых конструктивных решений стен. В первом варианте оценки пренебрегается влиянием анкеров и железобетонного перекрытия. Во втором варианте учтено влияния скоб-анкеров. В третьем случае дополнительно учитывается влияние железобетонного перекрытия. Результаты таких оценок сведены в таблицу 1 в виде трех вариантов.

Из представленных данных следует, что стальные анкера-скобы и междуэтажные перекрытия снижают коэффициент теплотехнической однородности на 18–20%. Вероятно, влияние оконных откосов приведет к еще более существенному понижению численных значений этого коэффициента.

Оценка влияния теплотехнических неоднородностей

Стена с маркой бетона D

В плоской постановке задачи влияние теплотехнических неоднородностей несколько отличается от результатов, получаемых при трехмерном моделировании. Так, например, в 2D модели влияние металлических скоб-анкеров на теплотехнические свойства ограждений приводит к заниженному значению коэффициента теплотехнической однородности. В плоской задаче этот анкер представлен в виде линейного «мостика». Реальная картина учета влияния анкеров несколько отличается, так как анкер представляет собой точечный «мостик холода». Оценка влияния этого анкера в трехмерной постановке (рис. 2) на свойства ограждения повышает значение коэффициента теплотехнической однородности примерно на 1%. Объем ограждающей конструкции, в котором ярко выражено влияние анкеров на теплотехнические свойства стены, достигает 19,5% от объема всей конструкции [2].

Рис. 2. Модель стальной скобы-анкера и области ее влияния: а – скоба-анкер; б и в – область «возмущения» температурных полей

Численное моделирование процессов теплообмена позволяет проследить ход изменения температур и тепловых потоков с учетом многосуточных колебаний температуры окружающей среды. Принято считать, что расположение конструктивных слоев в ограждении влияет исключительно на процессы массопереноса. В таких случаях, как правило, говорят о возможности увлажнения утеплителя и развития патогенной микрофлоры при расположении его со стороны помещения. Однако представленные на рисунке 3 результаты моделирования нестационарного теплообмена свидетельствуют о весьма существенных отличиях в процессе теплопередачи. Нестационарный процесс представлен «осенним», «зимним» и «весенним» периодом теплопередачи. Каждый из названных периодов ограничен 10 сутками (240 ч). В рассмотренной модели температура воздуха окружающей среды в «осенний период» снижалась с +8оС до –14оС. В течение этого периода температура наружного воздуха совершала суточные колебания с амплитудой 5оС. Далее наступал «зимний период» с среднесуточной температурой –14оС и амплитудой колебаний – 5оС. Последний, «весенний период» являлся зеркальным отражением «осеннего периода». Температура наружного воздуха при этом повышалась от средних значений –14оС до +8оС с той же амплитудой колебаний. В качестве объекта исследования в данном случае рассмотрено два варианта утепления кирпичной стены, выполненной из силикатного кирпича (δ1=640 мм) и утепленной экструзионным пенополистиролом (δ2=60 мм). С обеих сторон стена оштукатурена. Сопротивление теплопередаче такой стены равно 2,44 м2×оС/Вт. В первом случае (стена тип 1) утеплитель установлен на наружную поверхность стены и закрыт штукатуркой. Во втором случае (стена тип 2) он расположен на внутренней стороне стены. Температура воздуха в помещении принята постоянной и равнялась +20оС. Из представленного графика следует, что при утеплении стены с наружной стороны температура на внутренней ее поверхности превышает значения температуры, получаемые при утеплении стены с внутренней стороны.

Рис. 3. Изменение температуры на внутренней поверхности стен в процессе нестационарного теплообмена. Стена типа 1: 1 — «осень», 2 – «зима», 3 – «весна». Стена типа 2: 4 – «осень», 5 – «зима», 6 – «весна»

Еще более значимые результаты позволяет получить трехмерная оценка теплотехнических свойств ограждающих оболочек в ходе исследования различных проектных ситуаций. Так, в последние несколько лет широкое распространение получило строительство жилья с поквартирным отоплением. Такой способ отопления здания предполагает горизонтальную разводку трубопроводов отопления. В этой связи становится актуальным требование нормативных документов по проверке углов помещений на соблюдение санитарно-гигиенических норм (предотвращение образования конденсата). Так, на рисунке 4 представлен фрагмент торцевой блок-секции пятиэтажного жилого дома с поквартирным отоплением. В представленном объемно-планировочном решении на 4-м и 5-м этажах была организована лоджия посредством смещения наружной стены в глубь здания на 1200 мм. Только 3-мерное моделирование позволило выявить проблему, возникающую на участке стыка стен и потолка квартир, расположенных на 3-м этаже. Все рассмотренные варианты утепления углов квартиры не обеспечивали санитарно-гигиенических норм. В конечном итоге было принято решение о прокладке греющих кабелей (рис. 4б). Суммарная мощность кабелей, проложенных в квартире, составила 60 Вт. Наличие этих кабелей не допускает образования конденсата. Их применение предполагается при понижении температуры наружного воздуха ниже –30оС. Продолжительность таких погодных условий в г. Йошкар-Ола с вероятностью 92% не превышает 156 ч. За это время владелец квартиры (одно помещение – 2 угла) израсходует до 9,4 кВт-ч электроэнергии за отопительный сезон. Вероятно, это не слишком обременительно за поддержание комфортных условий в жилье.

Рис. 4. Проверка углов помещений в доме с поквартирным отоплением: а – модель торцевой блок-секции жилого дома; б – термограмма повышения температуры на поверхности ограждений греющими кабелями

Трехмерное моделирование позволяет с большей достоверностью оценить затраты теплоты, необходимые для создания и поддержания требуемых микроклиматических параметров среды в помещениях. В ряде проектных ситуаций этот подход является, пожалуй, единственным способом обеспечить приемлемую оценку. Так, на одном из объектов проектирования (автосалон) первоначальные предположения оказались сверхоптимистичными. На некоторых участках здания, имевшего пять различных типов технических решений ограждающих конструкций (вентилируемые фасады, сэндвич-панели, «мокрый» фасад) и два типа покрытия (совмещенное и с холодным чердаком), несоответствия достигали 50%.

В настоящее время достаточно просто провести физическую проверку соответствия заявляемых проектных значений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций зданий и удельных затрат теплоты на отопление здания, поскольку все вновь строящиеся объекты оборудованы приборами учета. Поэтому названная проверка сводится к нескольким арифметическим операциям.

Конструктивные решения наружной оболочки зданий стали более сложными и дорогостоящими. Их устройство требует привлечения квалифицированных и добросовестных производителей работ. Те упущения, которые могут появиться как на стадии проектирования, так и на стадии строительства, способны свести на нет все усилия и затраты на достижение заявленной цели. Именно поэтому переход на численное моделирование процессов теплопередачи в строительном проектировании является необходимым.

Рецензенты:

Поздеев А.Г., д.т.н., профессор ПГТУ, ИСА, г. Йошкар-Ола;

Салихов М.Г., д.т.н., профессор ПГТУ, ИСА, г. Йошкар-Ола.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector