EVALUATION OF HEAT PROTECTION CHARACTERISTICS OF BUILDINGS WITH INTERMITTENT HEATING INSULATED WITH SANDLESS COARSE-POROUS EXPANDED CLAY CONCRETE

Cover Page

Abstract


Mathematical modeling of process of nonstationary heat transfer through walling exploited in intermitt ent heating conditions is viewed. Analytical dependence is revealed for fi nding of maximum permissible thickness of heat insulation layer providing required heating time. Based on this procedure the results of calculation of outer walls diff erent variants are presented. Comparative analysis of heating time of walling insulated with sandless coarse-porous expanded clay concrete.

Full Text

В связи с повышением нормативов по теплозащите ограждающих конструкций зданий и сооружений появилась необходимость в применении эффективных теплоизоляционных материалов [1-6]. На сегодняшний день большое распространение получили теплоизоляционные материалы на основе минеральной или каменной ваты и пенополистирола. Эти материалы обладают низкой плотностью и в большинстве случаев используются с внешней стороны строительной конструкции, так как применение подобных материалов с внутренней стороны ограждения требует установки дополнительного слоя пароизоляции для предотвращения накопления влаги в толще утеплителя. Достичь высокого уровня теплозащиты можно, как показано в работах [7-10], с помощью керамзитобетона, обладающего при высокой долговечности достаточными прочностными и теплоизоляционными свойствами. В последние годы в Российской Федерации в качестве стенового материала используют крупнопористый беспесчаный керамзитобетон, имеющий повышенные теплозащитные характеристики [11, 12]. Это легкий бетон, в котором гранулы керамзита скреплены небольшим количеством цементного раствора. При этом пространство между гранулами остается заполненным воздухом, являющимся эффективным теплоизолятором. Технология изготовления указанного материала изложена в статье академика М.Я. Бикбау [13]. Значительный интерес представляет рассмотрение вопроса о возможностях применения беспесчаного крупнопористого керамзитобетона при строительстве зданий и сооружений, эксплуатируемых периодически. К таким зданиям относятся загородные коттеджи, лыжные базы и т.д. В основном нормативном документе по оценке энергоэффективности зданий - СП 50.13330 «Тепловая защита зданий» здания с прерывистым отоплением исключены из рассмотрения, а уровень их тепловой защиты устанавливается соответствующими классу здания нормами, а при их отсутствии - исходя из санитарно-гигиенических условий эксплуатации. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче стен таких зданий следует определять по формуле DOI: 10.17673/Vestnik.2017.02.4 23 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 2 И.Г. Беляков A, c. (3) , (м2·°С)/Вт. (1) Для зданий и сооружений, работающих в режиме прерывистого отопления, как правило, применяют кирпич или керамзитобетон. Термического сопротивления кирпичных стен толщиной δ =250 мм, 380 мм и стен из керамзитобетонных блоков толщиной δ =190 мм, 390 мм, как правило, не хватает для обеспечения в таких домах санитарно-гигиенических и комфортных условий по теплозащите. Методика определения удельных энергозатрат и времени нагрева многослойных ограждающих конструкций зданий индивидуальной застройки, эксплуатируемых в условиях прерывистого отопления, изложена в работах [14, 15]. Выполненные ранее исследования показали, что для уменьшения энергозатрат более теплоемкие слои следует располагать с наружной стороны, а менее теплоемкие - с внутренней. Ограждающие конструкции зданий с прерывистым отоплением должны быстро прогреваться, поэтому они должны удовлетворять условию τн≤τтр, где τн и τтр - фактическое и требуемое время нагрева стены. Величину τтр рекомендуется задавать в зависимости от способа управления теплогенератором. При дистанционном управлении - исходя из условий экономии энергии, затраченной на нагрев. При ручном управлении время нагрева должно быть минимальным. С учетом методики, представленной в [15], время нагрева стены τн рассчитывается по формуле , с. (2) Преобразовав формулу (2) для трёхслойной конструкции, получено следующее выражение: Коэффициент А, учитывающий влияние граничных условий (теплопотерь в окружающую среду), приближенно принят постоянным, равным 1,025 (при условии изменения сопротивления теплопередаче наружной стены от 1,5 до 3,5 (м·°С)/Вт). Для определения максимально допустимого сопротивления теплопередаче глади наружной стены использована формула (3): (4) Для определения максимально допустимой толщины изоляционного слоя, обеспечивающей требуемое время нагрева, применена формула , м. (5) Сопротивление теплопередаче наружной стены должно удовлетворять указанным выше условиям (1) и (4). Используя формулы (1) и (5), был выполнен теплофизический расчет наружных стен, утепленных беспесчаным керамзитобетоном. Рассмотрены ограждающие конструкции, выполненные в виде кладок из силикатного и керамического кирпича толщиной δ=250 мм, 380 мм, плотностью ρ3=1800 кг/м3, пустотелых и полнотелых керамзитобетонных блоков толщиной δ=190 мм, 390 мм, плотностью ρ3=1000 кг/м3, 1200 кг/м3. Расположение слоев в конструкции представлено на рис. 1. , (м2·°С)/Вт, Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 2 24 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ Рис. 1. Конструкция наружной стены, утепленной с внутренней стороны беспесчаным керамзитобетоном: 1 - гипсокартон (δ1=0,0125 м; ρ1=800 кг/м3; λ1=0,19 Вт/(м·°С); c1=0,84 кДж/кг·гр); 2 - беспесчаный керамзитобетон (δ2- расчетная, м;ρ2=300 кг/м3; λ2=0,105 Вт/(м·°С); c2 =0,84); 3 - кладка на цементно-песчаном растворе Таблица 1 Результаты расчетов наружных стен Вид слоя кладки Толщина слоя, м Время нагрева наружной стены τн, ч Необходимость в слое кладка δ пароизоляции 3 беспесчаный керамзитобетон δ2 Из силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе 0,25 0,127 13,9 + 0,38 0,109 24 + Из керамического кирпича на цементно-песчаном растворе 0,25 0,124 14,48 + 0,38 0,104 25,34 - Из пустотелых керамзитобетонных блоков на цементно-песчаном растворе плотностью ρ3=1000 (716) кг/м3 0,19 0,084 9,33 + 0,39 0,004 22,02 - Из пустотелых керамзитобетонных блоков на цементно-песчаном растворе плотностью ρ3=1200 (860) кг/м3 0,19 0,099 9,61 + 0,39 0,033 22,92 - Из полнотелых керамзитобетонных блоков на цементно-песчаном растворе плотностью ρ3=1000 кг/м3 0,19 0,101 10,32 + 0,39 0,037 25,66 - По результатам расчета вычислено оптимальное время нагрева τн. Для определения возможности накопления влаги в конструкции проведен анализ влажностного режима рассмотренных конструкций методом безразмерных характеристик [16]. Результаты расчетов сведены в табл. 1. По результатам расчетов построены зависимости максимально допустимой и минимальной толщины теплоизоляционного слоя от времени нагрева, построена область решения задачи оптимизации выбора слоя утепления в зависимости от величины требуемого сопротивления и времени прогрева. Выполненные зависимости представлены на рис. 2. Выводы: 1. В результате исследования получена аналитическая зависимость для определения максимально допустимой толщины теплоизоляционного слоя, обеспечивающей требуемое значение времени нагрева. 2. Выполнен теплотехнический расчет ряда исполнений наружных стен, утепленных беспесчаным керамзитобетоном, который показал, что минимальное время нагрева обеспечивается конструкциями из керамзитобетонных блоков толщиной 190 мм и уте- 25 Градостроительство и архитектура | 2017 | Т. 7, № 2 Рис. 2. Зависимость максимально допустимой и минимальной толщины теплоизоляционного слоя и термического сопротивления конструкции стены от времени нагрева плением из беспесчаного керамзитобетона толщиной 100 мм. 3. Проведен анализ влажностного режима рассмотренных конструкций методом безразмерных характеристик [14], который показал, что в ряде рассмотренных конструкций требуется дополнительная пароизоляция, за исключением кладки керамического кирпича толщиной 380 мм и кладки из керамзитобетонных блоков толщиной 390 мм.

About the authors

Igor G. BELYAKOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

  1. Горин В.М., Токарева С.А., Вытчиков Ю.С. Современные ограждающие конструкции из керамзитобетона для энергоэффективных зданий // Строительные материалы. 2011. № 3. С. 34-36.
  2. Горин В.М., Токарева С.А., Вытчиков Ю.С., Беляков И.Г., Шиянов Л.П. Применение стеновых камней из беспесчаного керамзитобетона в жилищном строительстве // Строительные материалы. 2010. № 2. С. 15-18.
  3. Сапарёв М.Е., Вытчиков Ю.С. Повышение теплозащитных характеристик керамзитобетонных ограждающих конструкций с помощью экранной тепловой изоляции // Строительные материалы. 2013. № 11. С. 12-15.
  4. Недосеко И.В., Ишматов Ф.И., Алиев Р.Р. Применение конструкционно-теплоизоляционного керамзитобетона в несущих и ограждающих конструкциях зданий жилищно-гражданского назначения // Строительные материалы. 2011. № 7. С. 14-17.
  5. Комиссаренко Б.С. Перспективы развития производства керамзита и керамзитобетона с учетом современных задач стройиндустрии // Строительные материалы. 2000. № 6. С. 22-23.
  6. Баженов Ю.М., Король Е.А., Ерофеев В.Т., Митина Е.А. Ограждающие конструкции с использованием бетонов низкой теплопроводности. Основы теории, методы расчета и технологическое проектирование. М.: АСВ, 2008. 320 с.
  7. Комиссаренко Б.С. Керамзитобетон для эффективных ограждающих конструкций: автореф. дис.. доктора технических наук. Самара, 1985. 36 с.
  8. Береговой А.М. Ограждающие конструкции с повышенными теплозащитными качествами. 2-е изд., перераб. и доп. М.: АСВ, 1999. 312 с.
  9. Гагарин В.Г. Макроэкономические аспекты обоснования энергосберегающих мероприятий при повышении теплозащиты ограждающих конструкций зданий // Строительные материалы. 2010. № 3. С. 8-16.
  10. Вытчиков Ю.С., Горин В.М., Токарева С.А. Исследование теплофизических характеристик стеновых камней из беспесчаного керамзитобетона // Строительные материалы. 2011. № 8. С. 42-43.
  11. Беляков И.Г., Вытчиков Ю.С., Горин В.М., Токарева С.А. Стандарт некоммерческой организации «Союз производителей керамзита и керамзитобетона» СТО НО «СПКиК» 001-2015 «Керамзитобетонные ограждающие конструкции зданий и сооружений» / СГА- СУ. Самара, 2015. 177 с.
  12. Беляков И.Г., Вытчиков Ю.С., Шиянов Л.П. Стандарт организации СТО 23.08.02-2009 «Камни стеновые из легкого беспесчаного керамзитобетона» / СГАСУ. Самара, 2009. 82 с.
  13. Бикбау М.Я., Булатов М.Я., Лаповецкий Б.А. КАПСИМЕТ - новый материал и технология для ограждающих конструкций // Строительные материалы. 1999. № 2. С. 34-35.
  14. Вытчиков Ю.С., Беляков И.Г., Сапарёв М.Е. Математическое моделирование процесса нестационарной теплопередачи через строительные ограждающие конструкции в условиях прерывистого отопления // Международный научно-исследовательский журнал, 2016. № 6-2 (48). С. 42-48.
  15. Investigation of the thermal effect of building envelopes of individual building under intermittent heating / Yu.S. Vytchikov, I.G. Belyakov, M. Ye. Saparev // Procedia Engineering. 2016. Т. 153. С. 856-861.
  16. Вытчиков Ю.С., Беляков И.Г. Исследование влажностного режима строительных ограждающих конструкций с помощью метода безразмерных характеристик // Известия высших учебных заведений. Строительство. 1998. № 3. С. 76-79.

Statistics

Views

Abstract - 57

PDF (Russian) - 16

Cited-By


Article Metrics

Metrics Loading ...

PlumX

Dimensions


Copyright (c) 2017 BELYAKOV I.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies