Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 621-80-48 Секретарь (тел./факс) ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"
(495) 107-91-50

АВОК ассоциированный
член
Summary:

Оценка теплозащиты эксплуатируемых жилых зданий из газобетонных блоков

Assessment of Thermal Protection of Operating Residential Buildings made of Gas-Concrete Blocks

S.V. Kornienko, Candidate of Engineering, Assistant Professor at FSBEI HPE “Volgograd State Architecture and Construction University”;

Keywords: building, walls, autoclave-cured gas concrete, gas concrete blocks, thermal conductivity, thermal resistance, energy conservation, energy efficiency

We shall analyze the results of field tests (description of the tests is provided in the first part of the article in “Energy Saving” magazine No. 6, 2016) of thermal protection of buildings made of gas concrete blocks located in the Volgograd region. We will show that for the construction district in question (HSDD = 3 925 K?day/year) double-layer external walls without additional thermal insulation have practically no reserve of thermal protection and energy saving.

Описание:

Проанализируем результаты натурных испытаний теплозащиты зданий из газобетонных блоков, расположенных в Волгоградской области. Покажем, что для рассматриваемого района строительства (ГСОП = 3 925 К?сут./год) двухслойные наружные стены без дополнительной теплоизоляции практически не имеют резерва по тепловой защите и энергосбережению.

Оценка теплозащиты эксплуатируемых жилых зданий из газобетонных блоков

Проанализируем результаты натурных испытаний1 теплозащиты зданий из газобетонных блоков, расположенных в Волгоградской области. Покажем, что для рассматриваемого района строительства (ГСОП = 3925 К•сут./год) двухслойные наружные стены без дополнительной теплоизоляции практически не имеют резерва по тепловой защите и энергосбережению.

Оценка теплозащиты эксплуатируемых жилых зданий из газобетонных блоков

Результаты тепловизионного контроля

Полученные в процессе тепловизионного обследования термограммы позволили наглядно выявить температурные аномалии и определить дефекты в краевых зонах ограждающих конструкций зданий (рис. 1)2. Подробный анализ теплотехнических дефектов выполнен в [1, 2]. Наличие температурных аномалий и дефектов в краевых зонах ограждающих конструкций приводит:

  • к снижению температуры на внутренней поверхности ограждающих конструкций (радиационной температуры);
  • к ухудшению параметров микроклимата помещений;
  • к снижению теплотехнической однородности наружных стен;
  • к росту потерь теплоты через оболочку в холодный период года.
Термограмма а) фрагмента фасада здания; б) выходящего и входящего углов

Рисунок 1.

Термограмма а) фрагмента фасада здания; б) выходящего и входящего углов

Результаты тепловизионного контроля представляют собой ценную информацию, необходимую для правильной оценки уровня теплозащиты зданий. Они позволяют правильно выбрать краевые зоны ограждающих конструкций для теплотехнического расчета.

Результаты измерений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

Результаты измерений сопротивления теплопередаче в различных точках теплозащитной оболочки здания показаны на рис. 2.

Рисунок 2.

Результаты измерений сопротивления теплопередаче а) в точке наружной стены (здание 1, кв. 2); б) в центральной части стеклопакета (здание 1, кв. 4)

Результаты измерений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций обследованной группы зданий приведены в табл. 1. На основе измерений выполнена поэлементная оценка теплозащиты зданий (табл. 2). Значения сопротивления теплопередаче, измеренные на различных участках ограждающих конструкций (табл. 3), колеблются в широких пределах, что указывает на высокую неравноэффективность теплозащиты оболочки. В краевых зонах ограждающих конструкций теплозащитные свойства значительно снижаются. Минимально допустимые поэлементные требования3 в целом не обеспечены.

Таблица 1
Фактические значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций
Номер здания Номер кварти-ры
Фактическое сопротивление
теплопередаче, м2×К/Вт
наружной стены стекло-
пакета
черда-
чного перек-
рытия
перекрытия
над техподпольем
1 1 1,85±0,29 0,40±0,02 2,64±0,40
2 2,89±0,40 0,64±0,19 3,34±0,62
3 2,12±0,38 1,87±0,55
4 2,01±0,53 0,40±0,02 2,17±0,55
2 5 0,95±0,11 0,37±0,01
6 1,06±0,13 0,31±0,06
7 2,30±0,27 0,34±0,02 0,76±0,15
8 2,00±0,35 1,45±0,22
3 9 1,59±0,24 0,63±0,07

На основании измеренных значений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций (табл. 1) и геометрических характеристик зданий4 выполнен расчет удельных тепловых потоков через оболочку здания:

  • через наружные стены – 579 Вт/К;
  • через окна, балконные двери – 624 Вт/К;
  • через чердачное перекрытие – 502 Вт/К;
  • через перекрытие над техподпольем – 160 Вт/К.

Как видно, большая часть теплопотерь (64 %) осуществляется через фасады зданий, что объясняется существенным влиянием краевых зон наружных стен, а также низкими теплозащитными свойствами оконных блоков. Заметная доля теплопотерь через чердачное перекрытие (27 %) обусловлена сравнительно низким уровнем теплоизоляции данной конструкции.

Таблица 2
Поэлементная оценка теплозащиты зданий по результатам измерений
Ограждающая конструкция Сопротивление теплопередаче, м2 ×К/Вт
минимально допустимое фактическое (измеренное)
Наружные стены 1,75 0,95-2,89
Окна 0,42 0,31-0,64
Чердачное перекрытие 2,94 0,63-2,17
Перекрытие над техподпольем 2,94 1,87-3,34

Оценочное значение фактической удельной теплозащитной характеристики здания равно 0,307 Вт/(м3•К), что больше нормируемого значения, равного 0,257 Вт/(м3•К). Таким образом, комплексное нормативное требование5 не выполнено.

Проверка ограждающих конструкций по санитарно-гигиеническим параметрам показала их несоответствие данному требованию6. Во многих случаях температура на внутренней поверхности ограждающих конструкций в краевых зонах была ниже точки росы внутреннего воздуха в холодный период года. В результате этого происходит конденсация влаги и образование плесневых грибов [1]. Наиболее опасными являются узлы сопряжений колонны с междуэтажным перекрытием и оконного блока со стеновым проемом (рис. 3).

Таким образом, по результатам натурных измерений установлено, что фактический уровень теплозащиты зданий не отвечает действующим требованиям СП 50.13330.2012.

Конденсация влаги и образование плесневых
грибов на внутренней поверхности узла сопряжения

Рисунок 3.

Конденсация влаги и образование плесневых грибов на внутренней поверхности узла сопряжения а) колонны с междуэтажным перекрытием; б) оконного блока со стеновым проемом

Расчетная оценка уровня теплозащиты зданий на основе проектных данных

С целью выявления причин возникновения температурных аномалий и теплотехнических дефектов оболочки зданий выполнена расчетная оценка уровня теплозащиты зданий на основе проектных данных.

В качестве примера подробно выполнена оценка теплового режима наружных стен.

Главной особенностью наружных стен из газобетонных блоков является наличие многочисленных краевых зон, выявленных на основе тепловизионного контроля (рис. 1). Неучет краевых зон при проектировании ограждающих конструкций может привести к значительным погрешностям в определении их теплозащитных характеристик.

Математическое моделирование теплового режима конструкции в холодный период года выполнено при следующих граничных условиях:

  • расчетная температура внутреннего воздуха здания7 tint = 20 °C;
  • расчетная температура наружного воздуха8 text = –22 °C;
  • расчетный коэффициент теплообмена у внутренней поверхности ограждающей конструкции8 αsi = 8,7 Вт/(м2•К);
  • расчетный коэффициент теплообмена у наружной поверхности конструкции8 αse = 23 Вт/(м2•К).

В расчете приняты во внимание следующие виды краевых зон:

  • узел сопряжения наружных стен с междуэтажными перекрытиями;
  • узел сопряжения оконных блоков со стеновыми проемами;
  • угол наружных стен, выходящий из помещения;
  • угол наружных стен, входящий в помещение;
  • узел сопряжения колонны со стенами;
  • узел сопряжения наружных стен с перекрытием над техподпольем;
  • узел сопряжения наружных стен с чердачным перекрытием.

Ввиду незначительного влияния гибких связей на температурное поле наружных стен, согласно результатам тепловизионного контроля, гибкие связи не учитывались в теплотехническом расчете.

Таблица 3
Результаты расчета теплового режима наружных стен
Показатель Обозначение, ед. изм.Значение показателя
Основной удельный тепловой поток Qbas, Вт/К442
Добавочный удельный тепловой поток через краевые зоны, в том числе через: Qad, Вт/К132
узлы сопряжения наружных стен с междуэтажными перекрытиями Q1ad, Вт/К48,1
узлы сопряжения оконных блоков со стеновыми проемами Q2ad, Вт/К35,6
выходящих из помещений углов Q3ad, Вт/К4,08
входящих в помещения углов Q4,sup>ad, Вт/К–3,95
узлы сопряжения колонн со стенами Q5ad, Вт/К2,51
узлы сопряжения наружных стен с перекрытием над техподпольем Q6ad, Вт/К21
узлы сопряжения наружных стен с чердачным перекрытием Q7ad, Вт/К24,2
Суммарный тепловой поток Qsum, Вт/К574

Схема конструктивного решения стены по проекту представлена на рис. 4. В расчете использованы теплотехнические характеристики строительных материалов9. На основании результатов расчета теплового режима стеновых конструкций (табл. 3) определена структура удельных потерь теплоты через наружные стены:

  • основные потери теплоты – 77 %;
  • добавочные потери теплоты:
    – через узлы сопряжения наружных стен с междуэтажными перекрытиями – 8 %;
    – через узлы сопряжения оконных блоков со стеновыми проемами – 6 %;
    – через узлы сопряжения наружных стен с перекрытием над техподпольем – 4 %;
    – через узлы сопряжения наружных стен с чердачным перекрытием – 4 %;
    - прочие – 1 %.
Сечение стены по «глади»

Рисунок 4.

Сечение стены по «глади»

Анализ полученных результатов

Анализ результатов исследования показывает, что 23 % потерь теплоты происходит через краевые зоны. Большая часть теплопотерь отмечается через узлы сопряжения наружных стен с междуэтажными перекрытиями, что обусловлено устройством перфорации в перекрытиях. Вместе с теплопотерями через узлы сопряжения оконных блоков со стеновыми проемами они характеризуют большую часть добавочных теплопотерь – 14 %. Меньшие потери теплоты через узлы сопряжения наружных стен с перекрытием над техподпольем и с чердачным перекрытием обусловлены меньшей протяженностью этих узлов.

Расчетное приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен Rоred равно 1,88 м2•К/Вт, что близко к минимально допустимому значению Rоmin (1,75 м2•К/Вт). Приближение Rоred к Rоmin создает теплотехнические риски в процессе проектирования ограждающей конструкции. Достаточно низкое значение коэффициента теплотехнической однородности наружных стен (r = 0,774) обусловлено значительным влиянием краевых зон.

Результаты оценки теплозащиты оболочки зданий

Проектный уровень теплозащиты ограждающих конструкций отвечает действующим поэлементным требованиям10 (табл. 4).

Таблица 4
Поэлементная оценка теплозащиты оболочки зданий на основе проектных данных
Ограждающая конструкция Нормируемое сопротивление
теплопередаче, м2×К/Вт
Расчетное сопротивление
теплопередаче, м2×К/Вт
минимально допустимый уровень теплозащиты базовый уровень теплозащиты
Наружные стены 1,75 2,77 1,88
Окна 0,42 0,44 0,50
Чердачное перекрытие 2,94 3,67 3,84
Перекрытие над техподпольем 2,94 3,67 3,08

Расчетная удельная теплозащитная характеристика зданий, полученная на основе проектных данных, равна 0,228 Вт/(м3• К), что меньше нормируемого значения, равного 0,257 Вт/(м3•К); следовательно, проектное решение зданий отвечает комплексному требованию10 по теплозащите.

Температура внутренней поверхности ограждающих конструкций в местах теплопроводных включений выше точки росы внутреннего воздуха при расчетной температуре наружного воздуха, следовательно, проектное решение ограждающих конструкций отвечает санитарно-гигиеническому требованию10.

Таким образом, на основании проведенных натурных теплофизических испытаний жилых зданий из газобетонных блоков и поверочных теплотехнических расчетов установлено, что фактический уровень теплозащиты зданий ниже проектного. Это обусловлено как многочисленными несанкционированными отступлениями от проекта, допущенными подрядчиком в ходе строительства, так и некачественным выполнением строительно-монтажных работ. Сам проект несет в себе определенные теплотехнические риски, связанные с неучетом влияния краевых зон на теплозащитные свойства ограждающих конструкций.

Для обеспечения проектного уровня теплозащиты объекта необходимо устранить несоответствие проекту фактически выполненных работ. Особое внимание следует уделить совершенствованию конструктивного решения краевых зон [1]. Применение наружной дополнительной теплоизоляции по всей плоскости стены, как показывают предварительные расчеты, выравнивает температурное поле. При этом снижаются не только добавочные потери теплоты в краевых зонах, но и основные теплопотери стены. Следует заменить установленные в зданиях оконные блоки с однокамерными стеклопакетами на более энергоэффективные светопрозрачные ограждающие конструкции. Также необходимо повысить уровень теплозащиты перекрытия над техподпольем и чердачным перекрытием. Указанные мероприятия по повышению теплозащитных свойств зданий могут быть решены только в рамках разработки проекта реконструкции зданий.

Изменение СДЗ в течение первых 15 лет срока окупаемости системы

Рекомендации

Проектирование двухслойных наружных стен в виде кладки автоклавных газобетонных блоков с наружной облицовкой кирпичной кладкой несет теплотехнические риски, связанные с увеличением неравноэффективности теплозащиты оболочки зданий, обусловленным существенным влиянием на теплозащиту зданий краевых зон. При этом значительно возрастает влияние двух- и трехмерных элементов в конструкции, неравномерность распределения температуры на ее внутренней поверхности, снижается теплотехническая однородность ограждающих конструкций. Для учета влияния краевых зон необходимы расчеты трехмерных температурных полей и разработка новых конструктивных решений.

Проектный уровень теплоизоляции указанных конструкций может быть ориентирован на минимально допустимые поэлементные требования по теплозащите11 только при выполнении требований к удельной характеристике расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания и не соответствует базовому уровню теплозащиты для большинства регионов Российской Федерации. Для достижения резерва по тепловой защите и энергосбережению необходима дополнительная теплоизоляция для двухслойных наружных стен.

С целью снижения теплотехнических рисков при проектировании рассматриваемых зданий следует, прежде всего, совершенствовать конструктивное решение краевых зон оболочки. Другим мероприятием для повышения уровня теплозащиты зданий является применение дополнительной теплоизоляции по всей плоскости стены. Как показывают предварительные расчеты, при этом происходит выравнивание температурного поля, снижаются не только добавочные потери теплоты в краевых зонах, но и основные теплопотери стены.

Материалы статьи были доложены и получили положительный отзыв на X международном конгрессе «Энергоэффективность. XXI век. Инженерные методы снижения энергопотребления зданий», секция «Строительная теплофизика и энергоэффективное проектирование ограждающих конструкций».

Литература

  1. Корниенко С. В. Комплексная оценка энерго­эффективности и тепловой защиты зданий // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014. № 11 (26).
  2. Korniyenko S. Evaluation of thermal performance of residential building envelope. Procedia Engineering. 2015. No. 117.

1Описание испытаний см. в первой части статьи, опубликованной в журнале «Энергосбережение» № 6, 2016.

3 См. СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», п. 5.1а.

4См. первую часть статьи (справка 1).

5 См. СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», п. 5.1б.

6 См. СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», п. 5.1в.

7 Согласно ГОСТ 30494–2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

8 Согласно СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий».

9 Согласно СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». Приведены в полной версии статьи.

10 Согласно СП 50.13330.2012.

11 СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», п. 5.2.

купить online журнал подписаться на журнал
Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “Энергосбережение” за №7'2016

распечатать статью распечатать статью PDF pdf версия


Статьи по теме

Реклама
Реклама на нашем сайте
Яндекс цитирования

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Онлайн-словарь АВОК!


Реклама на нашем сайте