INVESTIGATION THE EFFECT OF OUTDOOR AIR INFILTRATION ON THE HEAT-SHIELDING CHARACTERISTICS THE OUTER WALLS OF HIGH-RISE BUILDINGS

Full Text

В настоящее время в связи с реализацией в Российской Федерации программы энергосбережения в строительстве произошли существенные изменения в конструктивных решениях наружных стен высотных зданий. В практике строительства многоэтажных зданий наибольшее распространение получили конструкции наружных стен, представленные на рис. 1. 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 из-за высокой инертности кирпичной кладки. Толщина теплоизоляционного материала или кладки из легкобетонных камней определяется исходя из обеспечения нормативных требований по теплозащите зданий, руководствуясь СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». Ю. С. Вытчиков, М. Е. Сапарёв, А. Б. Костуганов 31 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 1 где - сопротивление воздухопроницанию наружной стены, (м2·ч·Па)/кг; Rиi - сопротивление воздухопроницанию i-го слоя наружной стены, (м2·ч·Па)/кг. Для определения воздухопроницаемости наружной стены необходимо иметь информацию по коэффициентам воздухопроницаемости используемых материалов, определяемых справочно из нормативной литературы. В настоящее время отсутствует информация по воздухопроницаемости фасадных систем с использованием тонкостенной штукатурки. Поэтому в аккредитованной лаборатории теплотехнических испытаний АСИ СамГТУ были проведены испытания воздухопроницаемости наиболее распространенных теплоизоляционных материалов на аэродинамическом стенде, разработанном сотрудниками лаборатории. Результаты исследований представлены в работах [6-11]. Проведенные испытания фактурных слоев фасадных систем на акриловой и силикатной основах не выявили их воздухопроницаемости из-за наличия в них клеевых составов. Поэтому наружные стены, утепленные фасадными системами с тонкостенной штукатуркой, практически непроницаемы. Кроме испытаний по определению воздухопроницаемости строительных материалов, сотрудниками АСИ СамГТУ было проведено тепловизионное обследование теплозащитных характеристик наружных стен с вентилируемыми фасадами 25-этажного здания, построенного в г. Самаре. а б в Рис. 1. Конструктивные решения наружных стен высотных зданий: а - наружная стена, выполненная в виде кладки из лекгобетонных камней; б - наружная стена с вентилируемым фасадом; в - наружная стена, утепленная фасадной системой с тонкостенной штукатуркой: 1 - внутренняя штукатурка; 2 - кладка из легкобетонных камней на цементно-песчаном или теплом растворе; 3 - невентилируемая воздушная прослойка; 4 - облицовочный керамический кирпич; 5 - теплоизоляционный материал; 6 - ветрозащитная мембрана; 7 - вентилируемая воздушная прослойка; 8 - декоративная панель; 9 - металлический кронштейн; 10 - фактурный слой фасадной системы; 11 - пластмассовый дюбель Вопросам, связанным с исследованием влияния продольной инфильтрации воздуха на теплозащитные характеристики наружных стен с вентфасадами, посвящены работы В.Г. Гагарина, В.В. Козлова, А.В. Садчикова [1-4], Ю.С. Вытчикова [5-8], М.Р. Петриченко [9]. Результаты исследования воздухопроницаемости материалов и ограждающих конструкций представлены в работах [10-18]. Целью данного исследования является изучение влияния инфильтрации наружного воздуха на теплозащитные характеристики наружных стен современных высотных зданий. Оценка влияния поперечной фильтрации наружного воздуха на сопротивление теплопередаче наружной стены 25-этажного здания выполнена для конструкции, представленной на рис. 1, б. Величина коэффициента теплопередачи наружной стены с учетом инфильтрации наружного воздуха с учетом инфильтрации определяется согласно [6, 19] по формуле (1) где ср - удельная изобарная теплоемкость воздуха, Дж/(кг·°С); G - воздухопроницаемость наружной стены, кг/(м2·ч); R0 усл. - сопротивление теплопередаче глади наружной стены, (м2·°С)/Вт. Согласно СП 50.13330.2012 воздухопроницаемость наружной стены определена по формуле (2) , , , , 4 3 2 1 9 8 7 6 5 2 1 11 10 5 2 1 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 1 32 ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ И ОСВЕЩЕНИЕ Анализ влияния продольной инфильтрации на значение приведенного сопротивления теплопередаче рассматриваемой наружной стены, выполненной по методике, изложенной в работе [1], показал, что для плит из базальтового волокна плотностью от 80 до 90 кг/м3 коэффициент теплотехнического влияния продольной фильтрации близок к 1 из-за достаточно высокой плотности. Из представленных в табл. 2 результатов расчетов следует, что при сдаче наружных стен без внутренней отделки, что делается довольно часто, теплозащитные характеристики (R0 усл.)ут и Rи значительно не соответствуют нормативным требованиям. При этом наибольшее несоответствие наблюдается на нижних этажах. Наряду с расчетными данными негативное влияние инфильтрации на теплозащитные характеристики ограждающих конструкций подтверждают результаты натурных обследований наружных стен высотных зданий. На рис. 2 представлена термограмма внутренней поверхности наружной стены, полученная по результатам тепловизионного обследования ограждающих конструкций жилой квартиры, расположенной на пятом этаже 25-этажного жилого дома. Внутренняя отделка наружных стен была выполнена гипсовым раствором, не обладающим необходимым сопротивлением воздухопроницанию. Тепловизионная съемка внутренних поверхностей ограждающих конструкций выявила зоны пониженных температур в нижней части наружной стены. При этом также фиксировались не соответствующие нормативным требованиям пониженные температуры внутреннего воздуха. Для того чтобы наружная стена жилого здания соответствовала нормативным требованиям, необходимо ее внутреннюю поверхность оштукатуривать. Выводы. 1. Анализируя расчетные данные, можно сделать вывод, что использование цементно-песчаного раствора в качестве отделочного слоя позволяет достичь нормативных зна- Таблица 1 Теплозащитные характеристики отделочных материалов Наименование отделочного материала Плотность в сухом состоянии ρ0 , кг/м3 Толщина слоя, м Сопротивление воздухопроницанию Rи , (м2·ч·Па)/кг Цементно-песчаный раствор 1800 0,02 497 Известково-песчаный раствор 1600 0,02 189 Листы гипсовые (сухая штукатурка) 800 0,0125 25 Определение теплотехнических показателей строительных ограждающих конструкций производилось в соответствии с требованиями ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния». Оценим влияние штукатурных слоев на сопротивление воздухопроницаемости наружных стен с вентилируемыми фасадами, а также защищенными облицовочным кирпичом. В качестве примера рассмотрим 25-этажное здание с теплым чердаком, построенное в г. Самаре. Наружные стены выполнены в виде кладки из керамического кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной 380 мм. С наружной стороны они утеплены базальтовыми плитами марки ВЕНТИ-БАТТС толщиной 150 мм, защищенными ветрозащитной мембраной типа Изоспан А и вентилируемым фасадом из керамогранитных плит. В качестве возможных к применению штукатурок рассмотрим цементно-песчаный и известково-песчаный растворы, а также сухие штукатурки в виде листов из гипсокартона. Согласно СП 50.13330.2012 указанные выше штукатурки имеют величины сопротивления воздухопроницаемости, указанные в табл. 1. Расположение указанных выше материалов в наружной стене представлено на рис. 1, б. Сопротивление теплопередаче глади наружной стены, рассчитанное по методике, изложенной в СП 50.13330.2012, составило R0 усл. = 4,34 (м2·°С)/Вт, приведенное сопротивление теплопередаче R0 пр. = 3,47 (м2·°С)/Вт, что соответствует нормативным требованиям для жилых зданий, строящихся на территории Самарской области (R0 тр. = 3,47 (м2·°С)/Вт). Оценку поперечной инфильтрации воздуха на сопротивление теплопередаче неоштукатуренной наружной стены выполним с использованием формул (1) и (2). Результаты расчета представлены в табл. 2. , (3) Ю. С. Вытчиков, М. Е. Сапарёв, А. Б. Костуганов 33 Градостроительство и архитектура | 2020 | Т. 10, № 1 Таблица 2 Результаты расчета сопротивления воздухопроницанию высотного здания с вентфасадом Номер этажа H, м ΔP, Па G, кг/м2·ч k, Вт/м2·°С Сопротивление теплопередаче при воздействии инфильтрации (R0 усл.)ут , (м2·°С)/Вт Сопротивление воздухопроницанию, (м2·ч·Па)/кг Разность Rи тр - Rи , (м2·ч·Па)/кг требуемое Rи тр фактическое Rи 1 79 119 4,96 1,380 0,720 238,0 24 214,0 3 73 110,9 4,62 1,290 0,780 221,8 24 198,0 5 67 102,8 4,28 1,197 0,835 205,6 24 181,6 7 61 94,7 3,95 1,107 0,903 189,4 24 165,0 9 55 86,6 3,81 1,020 0,980 173,2 24 149,0 12 46 74,5 3,10 0,880 1,140 149,0 24 125,0 15 37 62,3 2,60 0,760 1,320 124,6 24 101,0 20 22 42,1 1,75 0,553 1,810 84,2 24 60,0 25 7 21,9 0,91 0,378 2,650 43,8 24 19,8 Рис. 2. Термограмма внутренней поверхности наружной стены чений сопротивления теплопередаче на всех этажах. Известково-песчаный раствор можно рекомендовать к применению на верхних этажах, начиная с пятого. 2. Листы из гипсокартона ввиду малого значения сопротивления воздухопроницания не следует применять в зданиях с вентилируемым фасадом.

About the authors

Yuri S. VYTCHIKOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Mikhail E. SAPAREV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Arman B. KOSTUGANOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files