ASSESSMENT OF THERMAL PROTECTIVE CHARACTERISTICS OF WELL MASONRY WITH THE USE OF NO-FINE EXPANDED-CLAY LIGHTWEIGHT CONCRETE

Full Text

В практике строительства в России колодцевые кладки широко использовались при возведении наружных стен. В качестве несущих слоев чаще всего применялась кладка из кирпича на цементно-песчаном растворе, а сам колодец заполнялся, как правило, засыпным материалом, обладающим относительно невысоким значением коэффициента теплопроводности. В связи с реализацией программы энергосбережения в строительстве, начиная с 1995 г. существенно возросли нормативные требования по теплозащите ограждающих конструкций, что отразилось на их конструктивных решениях. Ввиду относительно невысоких значений коэффициента теплотехнической однородности колодцевых кладок они были заменены на слоистые с использованием эффективных полимерных теплоизоляционных материалов. В качестве утеплителей в слоистых кладках широко используются плиты из базальтовой минваты, стекловаты и пенополистирола. ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ DOI: 10.17673/Vestnik.2019.01.3 Градостроительство и архитектура | 2019 | Т. 9, № 1 16 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ В процессе эксплуатации наружных стен с указанными выше теплоизоляционными материалами происходит их увлажнение за счет конденсации водяных паров при пониженных температурах внутри слоев [1], что приводит к снижению теплозащитных свойств утеплителей. Применение пароизоляции в слоистых кладках не всегда оказывается эффективным из-за возможного ее прорыва при установке гибких связей. Одним из существенных недостатков слоистых кладок, утепленных относительно недолговечными полимерными материалами, является их ремонтонепригодность. Весьма перспективным направлением, как показано в работах [1-5], является использование легких бетонов в строительных ограждающих конструкциях. В работах [1-4] рассмотрено применение крупнопористого керамзитобетона при производстве трехслойных стеновых панелей заводского изготовления. При возведении наружных стен малоэтажных зданий целесообразно использовать колодцевые кладки с применением беспесчаного керамзитобетона, обладающего по сравнению с обычным керамзитобетоном более низкими значениями коэффициента теплопроводности при одинаковой плотности, что следует из результатов исследований, представленных в работах [5, 6]. Авторами настоящей работы был выполнен теплотехнический расчет наружной стены (рис. 1). сти беспесчаным керамзитобетоном (при его затвердевании) укладывается сетка и выполняется стяжка цементно-песчаным раствором толщиной 10 мм. Далее в изложенной выше последовательности устанавливается следующий ряд стеновых камней, к которому крепятся шурупами листы гипсокартона и латонита. Теплофизические характеристики беспесчаного керамзитобетона определялись по СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», а латонита - по экспериментальным данным, полученным в аккредитованной лаборатории теплотехнических испытаний СамГТУ. Сопротивление теплопередаче колодцевой кладки определялось по методике, подробно изложенной в [7]. Согласно [7] термическое сопротивление рассматриваемого фрагмента кладки наружной стены рассчитывалось по формуле (1) где R1 - термическое сопротивление слоя гипсокартона, (м2·°С)/Вт; R2 - термическое сопротивление второго слоя, выполненного из монолитного беспесчаного керамзитобетона и стеновых камней, (м2·°С)/Вт; R3 - термическое сопротивление слоя латонита, (м2·°С)/Вт. Так как во втором слое однородность материала нарушена, средний коэффициент теплопроводности его материалов был определен согласно [7] по формуле (2) где FI, FII - площади, занимаемые на фрагменте наружной стены беспесчаным монолитным керамзитобетоном и стеновыми камнями соответственно, м2. В качестве примера подробно рассмотрим определение сопротивления теплопередаче колодцевой кладки с монолитным керамзитобетоном плотностью γ =500 кг/м3. В целях проверки точности изложенного выше приближенного аналитического метода был выполнен расчет температурного поля в горизонтальном сечении фрагмента наружной стены при различных плотностях моно- Рис. 1. Разрез по наружной стене (исполнение 1): 1 - гипсокартон, δ1=0,0125 м; γ1=800 кг/м3; λ1=0,19 Вт/(м·оС); μ1=0,075 мг/(м·ч·Па); 2 - стеновой камень из беспесчаного керамзитобетона производства ООО «Вита терм», δ2=0,39 м; γ2=650 кг/м3; λ2=0,142 Вт/(м·оС); μ2=0,15 мг/(м·ч·Па); 3 - беспесчаный монолитный керамзитобетон, δ3=0,39 м; γ3=300, 350, 400, 450, 500 кг/м3; 4 - латонит, δ4=0,009 м; γ4=1790 кг/м3; λ4=0,21Вт/(м·оС); μ4=0,019 мг/(м·ч·Па) Показанная на рис. 1 наружная стена выполнена в виде колодцевой кладки с размерами колодца 0,39×0,75×0,5 м. Заливка колодцев беспесчаным керамзитобетоном выполняется по всему периметру коттеджа на высоту h = 0,5 м. После набора необходимой прочно- Ю. С. Вытчиков, М. Е. Сапарёв, А. С. Прилепский, Д. Д. Конякина 17 Градостроительство и архитектура | 2019 | Т. 9, № 1 литного беспесчаного керамзитобетона по программе THERM 7.6.1.0 с помощью метода конечных элементов. В качестве примера на рис. 2 представлено температурное поле в наружной стене. По полученным температурным полям были определены значения среднего коэффициента теплопроводности в сечении колодцевой кладки, которые практически совпали с данными приближенного аналитического метода, что подтверждает достаточную для инженерных расчетов точность рассматриваемого выше приближенного метода. Для того чтобы учесть влияние цементно-песчаной стяжки между отдельными фрагментами колодцевой кладки по высоте здания на значение приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены, необходимо определить осредненное значение коэффициента теплопроводности второго слоя по высоте здания. Рис. 2. Температурное поле в наружной стене Рис. 3. Зависимость приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены от плотности беспесчаного керамзитобетона (3) где λст - коэффициент теплопроводности стяжки из цементно-песчаного раствора, Вт/(м·°С); Fфр, Fст - площади фрагмента колодцевой кладки и стяжки соответственно, м2. Термическое сопротивление наружной стены рассчитывалось по формуле Приведенное сопротивление теплопередаче наружной стены составило 2,96 (м2·°С)/Вт. Результаты теплотехнического расчета наружных стен, утепленных беспесчаным керамзитобетоном, представлены в таблице и на рис. 3. Градостроительство и архитектура | 2019 | Т. 9, № 1 18 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ Базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче наружной стены жилого здания, строящегося в Самаре, при расчетной температуре внутреннего воздуха tв = 22 °С, согласно СП 50.13330.2012, составило R0 тр = 3,33 (м2·°С)/Вт. Нормируемое значение приведенного сопротивления теплопередаче определялось по формуле где mр - районный коэффициент, принимаемый согласно СП 50.13330.2012 от 0,63 до 1,0 в зависимости от величины удельной характеристики расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания. Минимально допустимое значение теплопередаче наружной стены при значении mр = 0,63 составляет 2,1 (м2·°С)/Вт. Следовательно, конструкция наружной стены, представленная на рис. 3, соответствует нормируемым требованиям по теплозащите. Расчет влажностного режима рассматриваемой конструкции наружной стены при плотности беспесчаного керамзитобетона, принимаемой в пределах от 300 до 500 кг/м3, выполненный согласно СП 50.13330.2012, показал на отсутствие накопления влаги за годовой период эксплуатации здания. Накопление влаги в наружной стене за период с отрицательными температурами не выходит за пределы сорбционного увлажнения. Выводы. 1. Разработана упрощенная методика теплотехнического расчета колодцевых кладок, позволяющая учесть влияние цементно-песчаной стяжки на значение приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены. 2. На основе выполненных расчетов установлены зависимости для определения коэффициента теплотехнической однородности и приведенного сопротивления теплопередаче при различных значениях плотности беспесчаного монолитного керамзитобетона, заливаемого в колодцевых кладках. Результаты теплотехнического расчета наружной стены Плотность беспесчаного керамзитобетона ρ, кг/м3 Сопротивление теплопередаче наружной стены R0 усл, (м2·°С)/Вт Приведенное сопротивление теплопередаче наружной стены R0 пр, (м2·°С)/Вт Коэффициент теплотехнической однородности r = R0 пр/ R0 усл 300 3,98 3,36 0,844 350 3,81 3,27 0,858 400 3,66 3,18 0,869 450 3,44 3,05 0,887 500 3,27 2,96 0,905

About the authors

Yury S. VYTCHIKOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Mikhail E. SAPAREV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Andrey S. PRILEPSKY

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Darya D. KONYAKINA

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files