Строительные ограждающие конструкции энергоэффективных зданий

Теплотехнические свойства строительных ограждающих конструкций относятся к факторам, стоящим на первом месте в обеспечении экономии топлива и энергии, что проявляется, с одной стороны, в изменениях нормативных требований, с другой - в конкретных проектных предложениях, связанных с уменьшением теплопотерь и потребления энергии на отопление.

Нормативные требования к теплотехническим свойствам строительных конструкций до недавнего времени были связаны с обеспечением температуры на внутренней поверхности конструкции, превышающей точку росы.

Принятые в 1995 году в Российской Федерации нормативы по теплозащите зданий существенно повлияли на конструктивные решения строительных ограждающих конструкций. Так в процессе реализации программы энергосбережения в России за короткий промежуток времени была создана современная индустрия по производству энергоэффективных оконных конструкций. Частично запросы строительных организаций удовлетворяются также и за счет поставок оконных конструкций из других стран.

Существенные изменения произошли в конструкциях наружных стен. В ряде регионов России, в том числе и в Самарской области, резко сократился объем крупнопанельного домостроения.

В строительстве нашли широкое применение однослойные стены, выпол­ненные из ячеистобетонных блоков (рис. 2.5, а). Как правило, стены из ячеистобе-тонных блоков проектируют самонесущими с поэтажным опиранием на элементы перекрытия с обязательной защитой от внешних атмосферных воздействий путем нанесения штукатурки, облицовки и т.д. Передача механических усилий в таких конструкциях осуществляется через железобетонные колонны. В нормативной литературе практически отсутствуют рекомендации по теплофизическому расчету самонесущих строительных конструкций. Значительное число работ посвящено теплотехническому расчету зданий из керамзитобетонных панелей и кирпича.

Двухслойные наружные стены содержат несущий и теплоизоляционный слои (рис. 2.5, б). При этом утеплитель может быть расположен как снаружи, так и изнутри.

В начале реализации программы энергосбережения в Самарской области в основном применялось внутреннее утепление. В качестве теплоизоляционного материала использовались пенополистирол и плиты из штапельного стекловолокна – «URSA». Со стороны помещения утеплители защищались гипсокартоном или штукатуркой. Для защиты утеплителей от увлажнения и накопления влаги устанавливалась пароизоляция в виде полиэтиленовой пленки.

При дальнейшей эксплуатации зданий выявилось много дефектов, связанных с нарушением воздухообмена в помещениях, появлением темных пятен, плесени и грибков на внутренних поверхностях наружных стен.

Поэтому в настоящее время внутреннее утепление используется лишь при устройстве приточно-вытяжной механической вентиляции. В качестве утеплителей применяются материалы, обладающие низким водопоглощением и паропро-ницаемостью.

К таким материалам относятся напыляемый пенополиуретан, пеноплэкс и URSA XPS. Работы по утеплению стен можно производить в течение всего года.

Системы с наружным утеплением имеют ряд существенных преимуществ. К ним относятся: высокая теплотехническая однородность, ремонтопригодность, возможность реализации архитектурных решений различной формы.

В практике строительства находят применение два варианта фасадных систем:

1) система с наружным штукатурным слоем;

2) система с вентилируемым воздушным зазором.

При первом варианте исполнения фасадных систем в качестве утеплителей в основном используются плиты пенополистирола и базальтовой минваты.

Фасадная система включает в себя: клеевой состав, дюбели для крепления, сетку армирующую, грунтовочный слой и декоративную штукатурку.

В вентилируемых фасадных системах (рис.2.5, в) применяется лишь негорючий утеплитель в виде плит из базальтового волокна. Утеплитель защищен от воздействия атмосферной влаги паропроницаемой мембраной. В качестве паропроницаемой мембраны используется изоспан. Фасадные плиты крепятся к стене с помощью кронштейнов. Между плитами и утеплителем предусматривается воздушный зазор.

Виды наружных стен энергоэффективных зданий

Рис. 2.5. Виды наружных стен энергоэффективных зданий:

a - однослойная наружная стена, б - двухслойные наружные стены, в - трехслойные наружные стены; 1 – штукатурка; 2 – ячеистый бетон; 3 – защитный слой; 4 – наружная стена; 5 – утеплитель; 6 – фасадная система; 7 – ветрозащитная мембрана; 8 – вентилируемый воздушный зазор; 9 – декоративная панель; 10 – кронштейн; 11 – облицовочный кирпич; 12 – гибкие связи; 13 – керазитобетонная панель; 14 – фактурный слой

При проектировании вентилируемых фасадных систем создается наиболее благоприятный тепловлажностный режим наружных стен, так как водяные пары, проходящие через наружную стену, смешиваются с наружным воздухом, поступающим через воздушную прослойку, и выбрасываются на улицу через вытяжные каналы.

Трехслойные стены, возводимые ранее, применялись в основном в виде колодцевой кладки. Они выполнялись из мелкоштучных изделий, расположенных между наружным и внутренним слоями утеплителя. Коэффициент теплотехнической однородности конструкций относительно невелик (r < 0, 5) из-за наличия кирпичных перемычек.

, (2.117)

где – сопротивление теплопередаче глади стены, (м²·º С)/Вт;

– приведенное сопротивление теплопередаче наружной стены, (м²·º С)/Вт.

При реализации в России второго этапа энергосбережения достичь требуемых значений приведенного сопротивления теплопередаче с помощью колодце-вой кладки не представляется возможным.

В практике строительства широкое применение нашли трехслойные стены с использованием гибких связей, для изготовления которых используется стальная арматура с соответствующими антикоррозионными свойствами стали или защитных покрытий. В качестве внутреннего слоя в Самарской области при строительстве используется ячеистый бетон, а теплоизоляционных материалов – пенополистирол, минеральные плиты и пеноизол. Облицовочный слой выполняется из керамического кирпича.

Трехслойные бетонные стены при крупнопанельном домостроении применяются давно, но с более низким значением приведенного сопротивления теплопередаче. Для повышения теплотехнической однородности панельных конструкций необходимо использовать гибкие стальные связи в виде отдельных стержней или их комбинаций. В качестве промежуточного слоя в таких конструкциях чаще используется пенополистирол.

В настоящее время широко используются трехслойные сэндвич-панели для строительства торговых центров и промышленных объектов.

В качестве среднего слоя в таких конструкциях применяются эффективные теплоизоляционные материалы – минвата, пенополистирол, пенополиуретан и пеноизол. Трехслойные ограждающие конструкции отличаются неоднородностью материалов в сечении, сложной геометрией и стыками. По конструктивным причинам для образования связей между оболочками необходимо, чтобы более прочные материалы проходили через теплоизоляцию или заходили в нее, нарушая тем самым однородность теплоизоляции. В этом случае образуются так называемые мостики холода. Типичными примерами таких мостиков холода могут служить обрамляющие ребра в трехслойных панелях с эффективным утеплением жилых зданий, угловое крепление деревянным брусом трехслойных панелей с облицовками из древесностружечной плиты и утеплителями и т.д.

Контрольные вопросы

1. Назовите виды теплообмена.

2. Какие виды теплообмена участвуют при передаче тепла от внутреннего воздуха к внутренней поверхности ограждающей конструкции?

3. С помощью каких видов теплообмена происходит передача тепла от наружной поверхности ограждения в окружающую среду?

4. От каких величин зависит коэффициент теплоотдачи при естественной конвекции?

5. Какие величины оказывают влияние на значение коэффициента теплоотдачи при вынужденной конвекции?

6. Напишите формулу для определения количества тепла, передаваемого путем теплопроводности.

7. Напишите дифференциальное уравнение, описывающее одномерное стационарное температурное поле.

8. Какие факторы влияют на значение коэффициента теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов?

9. Напишите уравнение теплопередачи через многослойную ограждающую конструкцию?

10. Какие величины оценивают теплозащитные свойства ограждающих конструкций?

11. Напишите выражение для определения температур на стыках слоев ограждающей конструкции.

12. Какие способы теплозащиты наружных стен Вы знаете?

13. Какие недостатки характерны для внутреннего утепления наружных стен?

14. Напишите выражение для определения приведенного сопротивления теплопередаче строительных ограждающих конструкций.

15. От каких факторов зависят условия эксплуатации ограждающих конструкций?

16. Какая температура принимается в качестве расчетной при теплотехническом расчете ограждающих конструкций?

17. От чего зависит максимальная амплитуда суточных колебаний температуры наружного воздуха в июле?

18. По параметрам какого месяца оценивается теплоустойчивость ограждающей конструкции?

19. Напишите формулу для определения требуемого сопротивления теплопередаче, исходя из обеспечения санитарно-гигиенических и комфортных условий.

20. По какой формуле определяется требуемое сопротивление теплопередаче, исходя из условий энергосбережения?

21. Напишите формулу для определения удельного расхода тепловой энергии на отопление зданий.

22. По какой величине оценивается класс энергетической эффективности здания?

23. Сформулируйте физический смысл теплоустойчивости помещений.

24. Напишите выражение для показателя компактности здания.

25. По какой формуле определяется коэффициент теплопередачи здания?

26. Напишите выражение для определения удельной теплозащитной характеристики здания.