Assessment of heat protection characteristics of building enclosing structures of the building of the men’s monastery

Full Text

Обследование строительных ограждающих конструкций проводилось сотрудниками центра «Энергосбережение в строительстве» СамГТУ с целью установления причин пониженных температур внутреннего воздуха, а также выпадения конденсата на внутренних поверхностях оконных откосов и наружных стен. Для выявления причин указанных выше дефектов был выполнен теплофизический расчёт колодцевой кладки наружных стен с применением полистиролбетона в качестве утеплителя. Перспективы и область применения полистиролбетона представлены в работах [1, 2]. Структура и свойства полистиролбетонов, применяемых в современном строительстве, описаны в работах [3–6]. Вопросы, связанные с повышением энергоэффективности реконструируемых зданий и сооружений при использовании легких бетонов, рассмотрены в работах [8, 9].

Наружная и внутренняя верста кладки согласно проекту выполнена из глиняного кирпича толщиной 120 и 300 мм соответственно. Наружные стены с внутренней и наружной сторон оштукатурены цементно-песчаным раствором толщиной 20 мм.

На риc. 1 представлен фрагмент колодцевой кладки.

 

Риc. 1. Фрагмент наружной стены: а – сечение по стене; б – план кладки

 

Состав наружной стены показан в табл. 1.

Расчётное значение приведенного сопротивления теплопередаче было определено по методике, представленной в [10].

Температурное поле в рассматриваемой колодцевой кладке является трехмерным, выполнить расчёт которого аналитическими методами не представляется возможным.

Согласно [11] приведенное термическое сопротивление неоднородной облегчённой кладки с теплоизоляционным слоем определялось по формуле

$R_{K_{np}}=\frac{R_a+2R_{б}}{3}, ({м}^2·°С)/Вт,$ (1)

где R_а – термическое сопротивление стены в плоскости, параллельной направлению теплового потока, (м²·°С)/Вт; R_б – термическое сопротивление стены в плоскости, перпендикулярной направлению теплового потока, (м²·°С)/Вт.

Термическое сопротивление колодцевой кладки в направлении, параллельном тепловому потоку, определялось для двух характерных сечений (А-А; Б-Б) по формуле

$R_a=\frac{F_{A-A}+F_{Б-Б}}{{\displaystyle \frac{F_{A-A}}{R_{A-A}}}+{\displaystyle \frac{F_{Б-Б}}{R_{Б-Б}}}}, ({м}^2·°С)/Вт.$ (2)

 

Таблица 1

Состав наружной стены

Наименование		Толщина δ, м	Плотность γ, кг/м3	Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м ∙°С)	Коэффициент паропроницаемости μ, мг/(м∙ч∙Па)
Цементно-песчаный раствор		0,02	1800	0,76	0,090
Кладка из кирпича глиняного обыкновенного (ГОСТ 530-80) на цементно-песчаном растворе		0,38	1800	0,70	0,110
Полистиролбетон		0, 14	600	0,175	0,068
Цементно-песчаный раствор		0,02	1800	0,76	0,090

 

Термическое сопротивление R_А-А было определено по двухмерному температурному полю с помощью программы THERM 7.6 по методике, приведенной в [10].

Температурные поля представлены на риc. 2 и 3.

$R_A=\frac{{\tau }_{вср}-{\tau }_{нср}}{q^{расч}}, ({м}^2·°С)/Вт,$ (3)

где τ_вср, τ_нср – средняя температура внутренней и наружной поверхности стены соответственно, °С; q_расч – величина теплового потока, Вт/м²:

$q_{расч}={\alpha }_{в}({\tau }_{в}-{\tau }_{вср}).$ (4)

 

Риc. 2. Температурное поле в вертикальном сечении наружной стены

 

Риc. 3. Температурное поле в горизонтальном сечении наружной стены

 

Величина R_А-А составила 1,43 (м²·°С)/Вт.

Термическое сопротивление R_Б-Б определялось аналогичным путем по формуле

$R_{Б-Б}=\frac{{\delta }_1}{{\lambda }_1}+\frac{{\delta }_2}{{\lambda }_2}+\frac{{\delta }_3}{{\lambda }_3}, ({м}^2·°С)/Вт.$  (5)

$R_{Б-Б}=\frac{0,02}{0,76}+\frac{0,04}{0,70}+\frac{0,02}{0,76}=0,0263+0,914+0,0263=0,963 ({м}^2·°С)/Вт.$

$F_{А-А}=0,53·1=0,53{м}^2; F_{Б-Б}=0,12·1=0,12{м}^2.$

$R_{\alpha }=\frac{0,53+0,12}{{\displaystyle \frac{0,53}{1,43}}+{\displaystyle \frac{0,12}{0,963}}}=\frac{0,65}{0,3706+0,1246}=1,313 ({м}^2·°С)/Вт.$

Аналогичным образом рассчитывалось термическое сопротивление стены R_б, (м²·°С)/Вт, в направлении, перепендикулярном движению теплового потока для двух характерных сечений (В-В, Г-Г) (см. риc. 1).

$R_{б}=\frac{F_{В-В}+F_{Г-Г}}{{\displaystyle \frac{F_{В-В}}{R_{В-В}}}+{\displaystyle \frac{F_{Г-Г}}{R_{Г-Г}}}}, ({м}^2·°С)/Вт.$ (6)

Термическое сопротивление R_В-В по результатам расчета температурных полей составило 1,353 (м²· °С)/Вт.

$R_{Г-Г}=0,963 ({м}^2·°С)/Вт;$

$F_{В-В}=0,92·1=0,92 {м}^2; F_{Г-Г}=0,12·1=0,12 {м}^2.$

$R_{б}=\frac{0,92+0,12}{{\displaystyle \frac{0,92}{1,353}}+{\displaystyle \frac{0,12}{0,963}}}=\frac{1,04}{0,68+0,1246}=1,293 ({м}^2·°С)/Вт.$

$R_{{К}_{пр}}=\frac{1,313+2·1,293}{3}=1,3 ({м}^2·°С)/Вт.$

Приведенное сопротивление теплопередаче наружной стены составило:

$R_0=\frac{1}{{\alpha }_{в}}+R_{{К}_{пр}}+\frac{1}{{\alpha }_{н}}=\frac{1}{8,7}+1,3+\frac{1}{23}=1,46 ({м}^2·°С)/Вт.$

Полученное расчетное значение сопротивления теплопередаче оказалось выше нормативного, исходя из санитарно-гигиенических условий, т. е.

$R_0>R_{01}^{тр}; 1,46>1,437 ({м}^2·°С)/Вт;$

$R_0>R_{02}^{тр}; 1,46<2,0 ({м}^2·°С)/Вт.$

Тепловизионное обследование строительных ограждающих конструкций проводилось при температуре наружного воздуха t_н = -6,5 °C.

Общий вид с высоты полета архиерейского подворья в честь Казанской иконы Божьей Матери в с. Винновка Ставропольского района Самарской области представлен на риc. 4. На риc. 5, 6 приведены планы первого и второго этажей гостиницы соответственно.

 

Риc. 4. Вид с высоты полета на архиерейское подворье в с. Винновка

 

Риc. 5. План первого этажа здания гостиницы с гаражом

 

Риc. 6. План второго этажа здания гостиницы с гаражом

 

Обследование фасадов здания гостиницы проводилось с помощью тепловизора Therma CAM B2.

Общие теплопотери строительными ограждающими конструкциями определялись по результатам тепловизионного обследования по формуле

$Q=\sum _{i=1}^n\overline{q_i}{F}_i, Вт,$ (7)

где F_i – площадь термически однородной зоны на фасаде, м²;  – средняя величина удельного теплового потока, равная

$\overline{q_i}={\alpha }_{нi}(\overline{{\tau }_{нi}}-{\tau }_{в}), Вт/{м}^2,$ (8)

где  – средняя температура наружной поверхности на рассматриваемом участке фасада, °С.

Согласно ГОСТ 26254-84, сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций рассчитывалось по формуле

$R_0=\frac{t_{в}-t_{н}}{q_i}, ({м}^2·°С)/Вт.$ (9)

Результаты тепловизионного обследования фасадов здания гостиницы приведены в техническом заключении в виде фотоснимков и термограмм.

На риc. 7 представлен один из фрагментов фасада здания гостиницы в инфракрасном и видимом спектрах.

 

Риc. 7. Фрагмент ограждения в инфракрасном и видимом спектрах

 

В связи с тем, что в трех помещениях, расположенных на втором этаже (подсобное помещение № 2, комнаты № 18, 22), было холодно в зимний период, наряду с тепловизионным обследованием внутренних поверхностей ограждающих конструкций производилось измерение температур и тепловых потоков с помощью контактных приборов.

Результаты теплотехнического обследования строительных ограждающих конструкций в этих помещениях представлены в табл. 2.

Визуальный осмотр и анализ результатов теплотехнического обследования здания гостиницы позволили установить следующее:

1. Обследование помещений первого этажа показало, что их тепловлажностный режим соответствует нормативным требованиям (табл. 3).

Согласно нормативным требованиям, температура внутреннего воздуха в гостиницах должна быть не ниже 20 °С, относительная влажность воздуха – менее 55 %.

2. Обследование ряда помещений второго этажа (подсобное помещение № 2, жилые комнаты № 18 и 22) выявило отклонения температуры внутреннего воздуха и относительной влажности от нормативных значений, приведенных в ГОСТ 30494-96.

Согласно данным, приведенным в табл. 1, отмечена пониженная температура внутреннего воздуха в жилой комнате № 22, равная 19 °С. Наблюдалась повышенная влажность во всех помещениях (φ = 53–56 %), вызванная неудовлетворительной работой систем вентиляции.

3. Изучение проектной документации, представленной заказчиком на здание гостиницы, выявило существенные отклонения в планировке и назначении перечисленных выше трех помещений.

 

Таблица 2

Результаты теплотехнического обследования строительных ограждающих конструкций (t_н = -6,5 °С)

Вид ограждения	Наименование помещения	Отмеченные дефекты	Расположение здания в осях	Температура внутреннего воздуха, °С	Относительная влажность воздуха, %	Температура внутренней поверхности, °С	Удельный тепловой поток, Вт/м2	Сопротивление теплопередаче, (м2 °С)/Вт	Температура внутренней поверхности, °С	Перепад температур, °С
									при расчетных значениях: tв = 20 °С; tн = -30 °С
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Наружная стена	Подсобное помещение № 2	-	В осях 5-6	21,5	56	17,6 18,6 18,7	33,9 25,23 24,36	0,826 1,11 1,15	13,0 14,8 15,0	7,0 5,2 5,0
				23,0		20,9	18,27	1,61	16,4	3,6
Стеклопакет	Подсобное помещение № 2	Конденсат на окнах	В осях 5-6	22,6	55	16,0	57,4	0,51	8,7	11,3
Внутренняя стена	Комната № 18	-	В осях 5-6, Ф-У	21,8	55	22,4	-	-	-	-
Наружные стены:
Стык с перекрытием	Комната № 18	-	На осях Ф,5-6	21,8	55	16,7	44,4	0,64	11,0	9,0
Нижняя часть	Комната № 18	-	На осях Ф,5	21,8	55	19,7	18,27	1,55	16,3	3,7
Верхняя часть	Комната № 18	-	На осях Ф,5	21,0	55	18,9	18,27	1,50	16,2	3,8
Наружная стена	Комната № 22	-	В осях 1, Т-У	19,0	53	17,2	20,0	1,28	15,5	4,5

 

Таблица 3

Результаты обследования помещений

Наименование помещений	Температура внутреннего воздуха, °С	Относительная влажность воздуха, %
Вестибюль	20,5–21	30–35
Лестничные клетки	18,3–21,9	31–34
Кухня	22–23	40–42
Конференц-зал	23,6–24,5	32–38

 

Согласно проекту и риc. 7, вместо части душевой было организовано подсобное помещение № 2. Другая часть душевой вошла в состав жилой комнаты № 18, перегородка между душевой и комнатой № 18 была ликвидирована.

Во внутренней стене, расположенной между подсобным помещением № 2 и жилой комнатой № 18, размещены вентиляционные каналы.

В жилой комнате № 22 также произошла перепланировка за счет ликвидации санузла, в результате чего существенно увеличилась ее жилая площадь. К сожалению, в этой комнате установлен лишь один стальной панельный радиатор под окном, что привело к неравномерному распределению температуры в разных зонах комнаты.

4. Температура внутренних поверхностей ограждающих конструкций приведена в табл. 2 и на термограммах.

Визуальный осмотр ограждающих конструкций установил наличие конденсата на стеклопакетах в подсобном помещении № 2, а также в жилых комнатах № 18 и № 22, расположенных на втором этаже, что вызвано повышенной влажностью в этих помещениях.

Выпадение конденсата не зарегистрировано на внутренних поверхностях наружных стен в момент обследования здания гостиницы при температуре наружного воздуха t_н = -6,5 °С.

Выполненное приведение к расчетным условиям (t_в = 20 °С; t_н = -30 °С) показало, что даже в наиболее слабых с теплотехнической точки зрения строительных узлах (наружные углы и стыки с перекрытиями) температура их внутренней поверхности превышает значение точки росы, равное t_р = 10,7 °С при t_в = 20 °С и φ_в = 55 %.

5. Сопротивление теплопередаче наружных стен по данным теплотехнического обследования находилось в пределах от 1,11 до 1,65 (м²·°С)/Вт. Такое существенное отличие можно объяснить различными факторами:

– применением колодцевой кладки, вызывающей неравномерность в распределении температур на внутренней поверхности стены;

– трудностью обеспечения в процессе строительства проектной марки полистиролбетона.

Выводы. С целью установления причин пониженных температур в помещениях гостиницы было проведено тепловизионное обследование наружных ограждающих конструкций и анализ проектной документации. Для создания благоприятного тепловлажностного режима в подсобном помещении № 2 и жилых комнатах № 18 и 22 рекомендуется:

1. Провести обследование эффективности работы системы отопления и проверить соответствие фактической поверхности нагрева отопительных приборов расчетным данным.
2. Для устранения повышенной влажности в подсобном помещении № 2 и жилых комнатах № 18 и 22 необходимо решить вопросы вентиляции данных помещений.

About the authors

Yuri S. Vytchikov

Samara State Technical University; Academy of Architecture and Civil Engineering

Author for correspondence.
Email: git.2008@mail.ru

PhD in Engineering Science, Associate Professor, Professor of the Heat and Gas Supply and Ventilation Chair

Russian Federation, 443100, Russia, Samara, Molodogvardeyskaya str., 244

Igor’ G. Belyakov

LLC “Giron”

Email: igbelyakov@yandex.ru

Head of the department

 

Russian Federation, 443124, Samara,6th proseka str., 140

Mikhail E. Saparev

Samara State Technical University; Academy of Architecture and Civil Engineering

Email: msx072007@yandex.ru

PhD in Engineering Science, Associate Professor of the Heat and Gas Supply and Ventilation Chair

Russian Federation, 443100, Samara, Molodogvardeyskaya str., 244

References

Supplementary files