ОЦЕНКА ТЕПЛОВОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ С УЧЕТОМ ЭКСФИЛЬТРАЦИИ ВОЗДУХА.

ASSESSMENT OF THERMAL EFFICIENCY OF BUILDING ENCLOSING STRUCTURES TAKING INTO ACCOUNT AIR EXFILTRATION

Vladislav Razagatov

student, Department of Industrial Heat Power Engineering, branch of FSBEI HE "NRU" MPEI "in Smolensk,

Russia, Smolensk

Irina Kabanova

Cand. tech. sciences, associate professor,  branch of FSBEI HE "NRU" MPEI "in Smolensk,

Russia, Smolensk

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены вопросы оценки тепловой эффективности различных конструктивных схем ограждающих конструкций малоэтажных зданий с учетом эксфильтрации воздуха, обоснованы наиболее эффективные решения при модернизации чердачных перекрытий с применением воздухонепроницаемых слоев.

ABSTRACT

The article considers the issues of evaluating the thermal efficiency of various structural schemes of enclosing structures of low-rise buildings, taking into account air exfiltration, and justifies the most effective solutions for the modernization of attic floors using air-tight layers.

Ключевые слова: тепловая эффективность; энергосбережение; ограждающие конструкции; эксфильтрация; термическое сопротивление.

Keywords: thermal efficiency; energy saving; enclosing structures; exfiltration; thermal resistance.

Решение вопросов энергосбережения в сфере строительства и эксплуатации зданий являются одними из важнейших задач для обеспечения снижения потребления органического топлива и улучшения экологической ситуации в регионах. Следует заметить, что объемы возведения новых жилых зданий составляют менее 5% уже имеющегося жилого фонда, поэтому особое внимание нужно уделять поиску резервов энергосбережения при эксплуатации ранее построенных зданий.

С течением времени для зданий характерно значительное ухудшение функциональных свойств, и в первую очередь это относится к элементам ограждающих конструкций, отвечающим за тепловую защиту зданий. При этом также значительно ухудшаются параметры микроклимата и возрастают тепловые потери.

В рамках профессиональной деятельности и исследовательской работы были выполнены обследования состояния тепловой эффективности ряда зданий, расположенных в г. Смоленске [1]. Полученные результаты показали, что из всех ограждающих конструкций самый высокий уровень тепловых потерь для зданий старой застройки характерен для крыш с холодным чердаком. В случае применения пористых материалов в конструкции стен, что достаточно актуально на сегодняшний день, также наблюдаются дополнительные теплопотери, вызываемые фильтрацией воздуха.

В результате проведения обследований ряда малоэтажных зданий, имеющих разный срок эксплуатации, было отмечено, что на снижение тепловой эффективности наружных ограждений существенное и непосредственное влияние оказывают ошибки и дефекты при проектировании и строительстве, значительные потери за счет применения систем естественной вентиляции, несоблюдение сроков проведения текущих и капитальных ремонтов в период эксплуатации зданий.

Таким образом, целью исследования была поставлена задача рассмотрения влияния эксфильтрации на величину тепловых потерь через наружные ограждения и с оценкой существующих и перспективных конструктивных схем.

Рассматривая влияние эксфильтрации воздуха на тепловые потери через чердачные перекрытия, а также принимая во внимание верхние этажи ограждающих конструкций, следует учитывать, что в целом скорость движения воздуха над слоем утеплителя чердачного перекрытия очень незначительна и при отсутствии ветра процесс эксфильтрации воздуха будет наблюдаться только за счет перераспределения плотностей холодного и теплого воздуха по высоте здания.

Если в составе ограждения имеется воздухонепроницаемый слой, то тепловые потери можно определить в соответствии с формулой

                                                  (1)

При отсутствии или существующих дефектах воздухонепроницаемого слоя следует учитывать величину теплового потока, обусловленную эксфильтрацией воздуха [2]:

                                                  (2)

где t_в и t_н – температура воздуха с внутренней и наружной поверхности перекрытия, °С; с_в – удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг·°С); ω – количество воздуха за счет эксфильтрации, кг/(м2·ч):

 ,                                                             (3)

R_u – термическое сопротивление воздухопроницанию многослойной конструкции чердачного перекрытия, (м2·ч·Па)/кг.

R_u = R_u1 + R_u2 +…+ R_un,                                                         (4)   

где R – сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия на границе внутренней поверхности, м2·°С/Вт; R₀ – общее сопротивление теплопередаче перекрытия, м2·°С/Вт; Δp – разница давлений воздуха по сторонам наружного ограждения, Па:

 Δp = 0,55Н (γ_н – γ_в)+0,03γ_нv2,                                                     (5)

где Н – высота здания, принимаемая от уровня пола первого этажа до вытяжных отверстий чердака, м; γ_н, γ_в – удельный вес наружного и внутреннего воздуха, Н/м3; v – максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь.

Таблица 1.

Теплофизические показатели конструкций чердачного перекрытия.

Из представленных схем наилучший результат показали схемы 4 и 6, применение предложенных конструктивных решений при строительстве и проведении ремонтных работ следует учитывать. В конструкции перекрытия засыпных утеплителей с незначительной величиной сопротивления воздухопроницанию теплопотери с учетом эксфильтрации значительно превосходят значения, полученные по стандартной методике, что в конечном счете приводит к ухудшению параметров микроклимата в помещениях, перерасходу тепла систем отопления (схемы 1,5).

Одним из эффективных и не столь трудоемких мероприятий для обеспечения энергосбережения является применение цементно-песчаной стяжки (схема 2), что также может быть рекомендовано при выполнении мероприятий по модернизации перекрытий.

По результатам выполненных расчетов, было отмечено, что с ростом этажности здания увеличивается величина тепловых потерь q_u через ограждающую конструкцию из-за повышения теплового напора. Так, например при рассмотрении конструктивной схемы 1 (рис.1) теплопотери через чердачное перекрытие составили, Вт/м2, в 1-этажном здании – 39,48; в 2-этажном – 67,3; в 3-этажном – 94,6; в 4-этажном – 125,7; в 5-этажном – 152,4.

Рисунок 1. Расчетная конструктивная схема № 1 чердачного перекрытия

Но наиболее эффективными решениями при модернизации чердачных перекрытий являются конструкции с использованием воздухонепроницаемого слоя, экономия тепловой энергии при этом для двухэтажных жилых домов может достигать до 15%.

Представленные формулы по расчету теплопотерь с учетом инфильтрации позволили выполнить ряд исследований по влиянию разности температур, скорости ветра, термического сопротивления воздухопроницанию на эффективность теплозащитных свойств ограждающих конструкций (рис.2).

Рисунок 2. Зависимость теплового потока от сопротивления воздухопроницанию по схеме 1.

По рассмотренной методике могут быть выполнены также расчеты наружных стен верхних этажей зданий на участках потолочной зоны, выполненных из относительно воздухопроницаемых материалов, применяемых на современном этапе строительства как зданий индивидуальной застройки, так и монолитных конструкций с применением пеноблоков в составе наружных ограждающих конструкций, для которых дополнительные потери тепла за счет эксфильтрации могут иметь весьма значительные величины.

Список литературы:

1. Комплексная методика по обследованию и энергоаудиту реконструируемых зданий МДС 13-20.2004: пособие по проектированию. – М.: Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт промышленных зданий и сооружений ОАО «ЦНИИПромзданий», 2004. – 164 с.
2. Фокин, К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий /К.Ф. Фокин; под ред. Ю.А. Табунщикова, В.Г. Гагарина. – 5-е изд., пересмотр. –М.: АВОК-ПРЕСС, 2006. – 256 с.