OPTIMIZATION OF HEAT-SHIELDING CHARACTERISTICS OF THE EXTERIOR WALLS OF COUNTRY COTTAGES, INSULATED WITH MONOLITHIC FOAM CONCRETE

Full Text

При проектировании современных многоквартирных жилых зданий в настоящее время широко используются различные фасадные системы, в которых теплоизоляционный слой располагается с наружной стороны несущей части стены. Использование наружного утепления существенно повышает теплотехническую однородность ограждающих конструкций, создает благоприятный тепловлажностный режим эксплуатации зданий и повышает долговечность стеновых конструкционных материалов. Однако, как показали результаты исследования, приведенного в работе [1], применение наружного утепления кирпичных стен зданий, эксплуатируемых в условиях переменного теплового режима, характерного для загородных коттеджей, нецелесообразно изза высокой инертности кирпичной кладки. При использовании наружного утепления существенно возрастает время натопа помещений и, как следствие, энергозатраты на нагрев ограждающих конструкций. При проектировании строительных ограждающих конструкций, эксплуатируемых в условиях прерывистого отопления, как это следует из работ [1-4], необходимо учитывать не только их теплозащитные, но и динамические характеристики [5, 6]. Ю. С. Вытчиков, М. Е. Сапарёв, В. А. Голиков 23 Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 3 На рис. 1 приведен характерный график изменения температуры внутреннего воздуха в отапливаемом загородном коттедже. Температура внутреннего воздуха tв1 в загородном коттедже в период пребывания людей - III период (2 [1]  [1] 3) задается в соответствии с нормативными требованиями, приведенными в ГОСТ 30494- 2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях». Во время отсутствия людей в помещении температура внутреннего воздуха tв2 при работе дежурного отопления в период I (0 [1]  [1] 1) должна обеспечить исключение выпадения конденсата на внутренних поверхностях ограждающих конструкций. Теплотехнический расчет наружных стен, покрытий и перекрытий в I - IV периодах эксплуатации здания загородного коттеджа выполняется по известной методике, приведенной в СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». В настоящее время нет инженерной методики расчета теплового режима ограждающих конструкций, эксплуатируемых в условиях нестационарной теплопередачи - натопа помещения (период II) и охлаждения (период IV). В практике строительства в последнее время широко используется технология возведения зданий коттеджей с использованием монолитного бетона [7-9]. В качестве теплоизоляционного материала целесообразно использовать монолитный пенобетон малой плотности от 200 до 400 кг/м3. На основании вышеперечисленных факторов авторами предложена оптимальная конструкция наружной стены для загородного строительства (рис. 2). Ограждающая конструкция выполнена в виде кладки из керамического кирпича толщиной δ 250 мм, плотностью  1800 кг/м3; монолитного пенобетона, характеристики которого варьируются в зависимости от плотности; гипсокартона толщиной δ 12,5 мм, плотностью  800 кг/м3. Теплофизические характеристики монолитного пенобетона приведены в табл. 1 [10]. Согласно СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», минимально допустимое значение приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций можно определить исходя из обеспечения санитарно-гигиенических условий R0 пр R0 тр, (1) где R0 пр - приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, (м2·°С)/Вт; R0 тр - требуемое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий, (м2·°С)/Вт. Исходя из неравенства (1) получим выражение для определения минимальной величины толщины монолитного пенобетона: (2) где r - коэффициент теплотехнической однородности наружной стены; в, н - коэффициенты теплоотдачи от стены внутренней и наружной поверхности, Вт/(м2·°С); Δtн - нормативный перепад между внутренним воздухом и внутренней поверхностью наружной стены, °С. Максимально допустимое сопротивление теплопередаче глади наружной стены можно определить исходя из обеспечения минимально допустимого времени прогрева τн согласно [8] по формуле (3) где ; ; ; ; - безразмерный критерий граничных условий; Rн 1/н - термическое сопротивление критерия теплопередачи с наружной поверхности стены, (м2·°С)/Вт; Rк - термическое сопротивление конструкции наружной стены, (м2·°С)/Вт. Максимально допустимая толщина монолитного пенобетона определяется по формуле (4) Таким образом, толщина монолитного пенобетона должна выбираться исходя из указанного неравенства: 2 min [1] 2 [1] 2 max (5) Рис. 1. График изменения температуры внутреннего воздуха в загородном коттедже Таблица 1 Теплофизические характеристики монолитного пенобетона Показатель Плотность , кг/м3 200 300 400 Коэффициент теплопередачи λ, Вт/(м·°С) 0,078 0,094 0,117 Теплоемкость с, кДЖ/(кг·°С) 0,84 0,84 0,84 Градостроительство и архитектура | 2018 | Т. 8, № 3 24 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ Таблица 2 Результаты теплотехнического расчета наружной стены Время нагрева н, ч Требуемое сопротивление теплопередаче R0 тр, (м2·°С)/Вт Максимально допустимая толщина теплоизоляционного слоя из max, м 2 200 кг/м3 2 300 кг/м3 2 400 кг/м3 2 200 кг/м3 2 300 кг/м3 2 400 кг/м3 12 1,448 1,216 1,042 0,082 0,060 0,054 14 2,060 1,673 1,395 0,140 0,103 0,095 16 2,552 2,041 1,679 0,187 0,137 0,128 18 2,975 2,357 1,924 0,227 0,167 0,157 20 3,353 2,639 2,142 0,263 0,193 0,183 22 3,697 2,895 2,340 0,296 0,218 0,206 24 4,015 3,132 2,524 0,326 0,240 0,227 26 4,312 3,354 2,695 0,354 0,261 0,247 28 4,592 3,562 2,857 0,381 0,280 0,266 Рис. 3. Зависимость сопротивления теплопередаче наружной стены при различной плотности монолитного пенобетона от требуемого времени нагрева: 1 - при плотности 200 кг/м3; 2 - при плотности 300 кг/м3; 3 - при плотности 400 кг/м3 Рис. 2. Конструкция наружной стены, утепленной монолитным пенобетоном: 1 - гипсокартон: δ1 0,0125 м; γ1 800 кг/м3; λ1 0,19 Вт/(м·С); с1 0,84 кДж/(кг·С); 2 - теплоизоляционный слой из монолитного пенобетона; 3 - кладка из керамического кирпича на цементно-песчаном растворе: δ3 0,25 м; 3 1800 кг/м3; λ3 0,70 Вт/(м·С); с3 0,88 кДж/(кг·С) Используя формулы (2)-(4), был выполнен теплотехнический расчет наружной стены. Результаты расчета сведены в табл. 2. По результатам теплотехнического расчета построена зависимость для определения максимально допустимого сопротивления теплопередаче наружной стены при различной плотности монолитного пенобетона (рис. 3). Из рис. 3 следует, что при заданном времени нагрева наружной стены максимально допустимое значение сопротивления теплопередаче повышается с уменьшением плотности, что приводит к снижению затрат тепловой энергии на отопление коттеджа. Вывод. В результате исследования получены аналитические зависимости для определения сопротивления теплопередаче и толщины теплоизоляционного слоя, обеспечивающего требуемое время нагрева и, как следствие, благоприятные санитарно-гигиенические и комфортные условия проживания.

About the authors

Yury S. VYTCHIKOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Mikhail Ye. SAPAREV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Vladislav A. GOLIKOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files