CC BY
30
строительная теплофизика и энергосбережение
О необходимости изменений и дополнений в СП 23-101 -2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»
В.А. Татаринов
В соответствии с концепцией технического регулирования в градостроительной деятельности, изложенной в Градостроительном кодексе Российской Федерации (Федеральный закон №190-ФЗ от 22 декабря 2004 года) статьи 48; 49; 52; 53; 54, определены участники строительного процесса и контролирующие органы, а именно: заказчик, застройщик, производитель работ (подрядчик), лицо или организация, осуществляющая подготовку проектной документации, государственная экспертиза и государственный строительный надзор.
Проводником научно-технических решений в строительстве, является лицо или проектная организация, осуществляющая подготовку проектной организации (далее — проектная документация).
Роль проектных организаций. Количество проектных организаций за период с 1990 по 2009 год, в Краснодарском крае увеличилось в 2—3 раза, при этом численность проектировщиков в таких организациях резко сократилась. Институты с численностью от 200 до 600 человек практически исчезли, основную массу составляют малые проектные организации. Нередко в таких организациях число проектировщиков составляет от 1-го до 10 человек, реже в пределах 20 человек. Организации считаются на сегодня крупными, если численность специалистов составляет более 50 человек. Организации с численностью более 100 человек, не превышает десяти. Соответственно, такие организации не способны иметь в составе узких специалистов по энергоэффективности зданий и сооружений, способных выполнять квалифицированные расчеты, включая расчет методом температурных полей для многослойных ограждающих конструкций.
Единственной преградой и последним эшелоном препятствий в некачественной или в неполном объеме выполненной документации становится государственная экспертиза, опирающаяся на нормативные акты в строительстве. Сложившаяся проблема может решаться либо повышением уровня проектирования, либо разработкой унифицированных серий для оболочки зданий различных типов с приведенных показателей сопротивления теплопередаче, либо использованием в рекомендациях норматив-
ных документов заведомо заниженных показателей коэффициентов однородности конструкций.
Приведенное сопротивлением теплопередаче. Коэффициент теплотехнической однородности фрагмента ограждающей конструкции стен с облицовкой из кирпича. Наибольшую актуальность в жилищно-гражданском строительстве Краснодарского края имеют стеновые конструкции с облицовкой из кирпича.
С учетом требований по сейсмике и теплотехнике наибольшее распространение в крае получила конструктивная схема здания с железобетонным без-ригельным каркасом и заполнением поэтажноопи-рающимися многослойными стенами. Учитывая большое количество материалов с разнородными теплоизоляционными свойствами в составе таких стен, важнейшим критерием оценки их теплотехнической эффективности является приведенное сопротивление теплопередаче.
Приведенным сопротивлением теплопередаче фрагмента ограждающей конструкции называется физическая величина численно равная перепаду температур воздуха по разные стороны ограждающей конструкции, при котором в стационарных условиях теплопередачи осредненная по площади фрагмента плотность потока теплоты через данный фрагмент конструкции, равна 1 Вт/м2.
Для перехода от приведенного сопротивления теплопередаче стены (фасада здания) к приведенным сопротивлениям теплопередаче фрагмента следует выполнить разбивку на характерные типы участков, и, при необходимости внутри данных типов выделить все фрагменты с различной теплопроводностью. Например: глухой участок стены, глухой участок стены с колонной, угол наружный, угол внутренний, подоконный, надоконный, фрагмент стены с балконной плитой и т.д.
Все эти фрагменты различаются по приведенному сопротивлению теплопередаче. Поэтому, выполнив расчет фрагмента методом «температурных полей», получим приведенное сопротивление теплопередаче фасада здания ^гы, которое может быть определено по формуле принятой из [1]:
строительная теплофизика и энергосбережение
=
(1.4)
п А
^Арі
пг
і=1 *орі
Рі
г R
і=і оі ор
где Af — площадь всех фасадов здания за вычетом
2
площади проемов, м ;
А^. — площадь /-го фрагмента фасада здания, м2; &гор1 — приведенное сопротивление теплопередаче /-го фрагмента фасада здания, м2 • °С/Вт; гы — коэффициент теплотехнической однородности /-ого фрагмента здания;
Кор — сопротивление теплопередаче фрагмента фасада здания, м2 • °С/Вт.
Для иллюстрации приведем расчет по реально выполненному объекту: «16 этажный 3-секционный жилой дом со встроенно-пристроенными помещениями по ул. Зиповской-Московской в г.Краснода-ре». Сечения по стене приведены на рис. 1. Конструкция стен имеет следующий состав:
• слой 1 (наружный) — кирпич плотностью 1800 кг/м3, \ = 0,7 — 120 мм;
• слой 2 — утеплитель «Пеноплэкс» плотностью 1800кг/м3, X = 0,029 — 140 мм;
• слой 3 — кирпич плотностью 1800 кг/м3, X = 0,7 — 120 мм;
а
• спой 4 — штукатурка плотностью 1700 кг/м3, X = 0,7 — 20 мм.
а
В расчете использовано 7 типов участков стен, разбивка которых выполнена на типовом этаже: тип участка 1 — глухой участок стены;
тип участка 2 — глухой участок стены с «про-
дольной» колонной;
тип участка 3 — глухой участок стены с балконом с «поперечной» колонной;
тип участка 4 — угловой участок стены;
тип участка 5 — угловой участок стены с бал-
коном;
тип участка 6 — «над-под» оконный участок стены с балконом;
тип участка 7 — участок стены с бетонной диафрагмой.
Каждый участок разбит на участки с различной теплопроводностью. На каждом участке по границам материалов с разной теплопроводностью сделаны сечения. Условия теплообмена рассматриваются на плоскостях с интервалом указанным в схеме осей.
В результате расчета получены следующие результаты (см. табл. 1).
.) о о о
Рисунок 1. Сечения по стене 16 этажного 3-секционного жилого дома со встроенно-пристроенными помещениями.
424 3 2010
строительная теплофизика и энергосбережение
Участки с 2 Р, М К, м2 °С/Вт
Участок 1 (фрагментов 4) 16,29 2,348
Участок 2 (фрагментов 2) 6,6 2,214
Участок 3 (фрагментов 6) 28,8 1,467
Участок 4 (фрагментов 4) 15,6 1,994
Участок 5 (фрагментов 6) 64,2 1,994
Участок 6 (фрагментов 8) 67,2 1,791
Участок 7 (фрагментов 4) 10,5 1,626
итого 209,19
Таблица 1. Результаты, полученные при расчете.
Находим сопротивление теплопередаче стен типового этажа, разбитого на участки по формуле
Яг = /(Р./ Я. + Р2/ Я2 + .........+ Р /Я ).
о п' ' г 1 2' 2 п ' пу
Ког = 213,09/(16,29/2,348 + 6,6/2,214 + 28,8/ 1,467° + 57,9/1,994 + 27,6/1,994 + 65,4/1,791 + 10,5/1,626) = 1,85 м2 • °С/Вт.
Расчет сопротивления теплопередаче «по глади стены» выполненный по формуле 1.2 [1] для данного типа стены дает результат Яо = 5,357 м2 • °С/Вт.
Яо = 1/а + Ц /X. + 1/ае , (1.2)
где а. — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2 • °С), для стен а/ — 8,7 Вт/(м2 • °С);
8. — толщина у-го слоя многослойной ограждающей конструкции, м;
X. — расчетный коэффициент теплопроводности материала у -го слоя, Вт/(м2 • °С).
Соответственно коэффициент однородности фасада составляет:
Г = ^7*о;
г = 1,85/5,357 = 0,35.
Результаты выполненного расчета позволяют сформировать следующие выводы:
— наличие достаточно большой толщины высокоэффективного утеплителя в многослойных ограждающих конструкциях многоэтажных каркасных жилых зданий в сейсмостойком исполнении не являются гарантией высокого показателя их теплоизоляционных свойств;
— совершенствование типов ограждающих многослойных конструкций должно направлено на совершенствование узлов содержащих теплопроводные включения. Проектирование ограждающих конструкций следует совершенствовать в направлении сокращения влияния «тепловых мостов»;
— расчеты выполненные для многоэтажных каркасных жилых зданий в сейсмостойком исполнении с более однородным типом стен — однослойные и двухслойные, с использованием газобетонных, пе-
нобетонных блоков автоклавного твердения, кирпича и камня керамического пустотно- поризован-ного — подтверждают получение коэффициент однородности фасада — в пределах 0,47—0,56.
Доля теплопотерь через ограждающие конструкции стен в общих теплопотерях через оболочку здания. Для приведенного примера 16-ти этажного жилого дома приведем расчетные показатели:
— общие теплопотери через ограждающую оболочку здания за отопительный период — 5267604 МДж;
— общий коэффициент теплопередачи здания Кт1 Вт/(м2 • °С), согласно [3] определяется по формуле
К = К к + К /п (Г.4 ), [3 СНиП 23-02]
т т т ' 7 ’■ ■*
К = 0,801 + 0, 806 = 1,607
т 1 1
То есть доля теплопотерь на условную инфильтрацию составляет примерно — 50%, соответственно теплопотери через оболочку здания — 50%.
В составе трансмиссионного коэффициента долю теплопотерь можно определить из формулы
(Г-5), [2]
К * = р(А /Я Ч + А/Я.? + А ,/Я ,< + пА /Я < +
т * '№''№ г г еа' еа с' с
+ пА/ЦТ)/А™.
Для данного расчета она составила:
— стены — 46,4% (или 23,2% от общего объема теплопотерь);
— двери — 2,5%;
— покрытие — 1,8%;
— окна — 22,75%;
— цокольное перекрытие и полы по грунту — 1%.
Следовательно, в данном случае теплопотери
через стены сопоставимы с теплопотерями через оконные проемы и значительно ниже потерь, возникающих при воздухообмене и инфильтрации воздуха.
Зависимость от приведенного сопротивления теплопередаче годовых теплопотерь через 1 м2 ограждающей конструкции в условиях г. Краснодара (ГСОП = 2682 °С сут/год).
3 2010 425
строительная теплофизика и энергосбережение
На рис. 2 приведена зависимость теплопотерь стеновой конструкции через 1 м2, за отопительный период, для условий г. Краснодара. Увеличение приведенного сопротивления теплопередаче более 2 м2 • °С/Вт, нерационально.
Опыт разработки однослойных и двухслойных конструкций стен для каркасных зданий в сейсмостойком исполнении с использованием газобетонных, пенобетонных блоков автоклавного твердения, кирпича и камня керамического пустотно-поризован-ного, подтверждает возможность достижения показателя приведенного сопротивления теплопередаче 1,5—1,8 м2 • °С/Вт., даже при большом проценте железобетонных включений.
Представляется целесообразным ограничить данный показатель для региона Краснодарского края этим значением. Решение вопросов дальнейшего повышения энергоэффективности зданий решать в области снижения теплопотерь оконными системами и инженерными системами здания.
Предложение по корректировке раздела 8 СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий». Проектировщикам, за исключением узких специалистов, зачастую неизвестны графики коэффициентов однородности многослойных стен с коннекторами из работ В.Г. Гагарина и Малявиной Е.Г. Сложны в практическом применении графики, предложенные в серии 2.130-8 «Детали многослой-
ных кирпичных и каменных наружных стен, жилых и общественных зданий».
Неправильное понимание показателей приведенных в таблице 6 [3] низкоквалифицированными специалистами приводит к использованию коэффициентов теплотехнической однородности в качестве расчетных. То есть вместо выполнения расчета этого коэффициента, принимается его значение из данной таблицы.
Сложившуюся ситуацию в проектировании ограждающих конструкций здания с недооценкой показателя однородности многослойных ограждающих конструкций, представляется возможным изменить. Предлагается дополнить раздел 8 [3] рекомендуемыми показателями коэффициента теплотехнической однородности для стен жилых зданий неиндустриального изготовления.
В помощь проектировщикам могут быть внесены простые таблицы с предварительно определенными коэффициентами теплотехнической однородности ограждающих конструкций оболочки здания.
Так, для стен с облицовкой из кирпича, предлагается внести следующее решение.
Коэффициенты теплотехнической однородности оболочки жилых зданий
г = к( х к2,
где к( — коэффициенты однородности оболочки жилых зданий, учитывающие конструктивную схему.
N2 п/п Конструктивная схема здания К1
1 Здания с несущими наружными стенами в несейсмическом исполнении 1,0
2 Здания с самонесущими наружными стенами в несейсмическом исполнении 1,0
3 Здания с каркасом из железобетона с поэтажно опирающимися ненесущими стенами с облицовкой из кирпича 0,74
4 Монолитная стеновая. Стены с облицовкой из кирпича 0,95
5 Монолитная стеновая. С оштукатуренными стенами по слою теплоизоляции. 0,98
Таблица А. Коэффициенты однородности оболочки жилых зданий, учитывающие конструктивную схему (рекомендуемые).
№ п/п Конструктивная схема здания к2
1 Однородные стены из кирпича, камня или блоков 1,0
2 Стены из газобетонных блоков с облицовкой из кирпича 0,8
3 Стены из газобетонных блоков с облицовкой из кирпича и средним слоем из эффективного утеплителя 0,75
4 Стены из кирпича на гибких связях и средним слоем из эффективного утеплителя 0,72
5 Стены из кирпича на жестких связях — «колодцевая» кладка 0,6
6 Стены бетонные монолитные с облицовкой из кирпича на гибких связях и средним слоем из эффективного утеплителя 0,9
7 Стены бетонные монолитные с облицовкой из кирпича на жестких связях и средним слоем из эффективного утеплителя 0,85
Таблица Б. Коэффициенты однородности конструкций стен жилых зданий с облицовкой из кирпича (рекомендуемые).
426 3 2010
строительная теплофизика и энергосбережение
где К2 — коэффициенты однородности конструкций стен жилых зданий с облицовкой из кирпича.
Данное предложение значительно упростит предварительный расчет и позволит данную часть работы выполнять без использования вычислительной техники. Порог достоверности расчета позволяет исключить грубейшие ошибки при начале проектирования.
Методика предварительного расчета коэффициента однородности оболочки здания, с учетом его конструктивной схемы.
Пример: следует определить коэффициент однородности стен здания для 12-этажного каркасного здания с самонесущими стенами из газобетонных блоков, облицованных кирпичом.
г = к( х к2, г = 0,74 х 0,8=0,59.
При предварительном расчете толщина эффективного утеплителя достаточно точно позволяет сориентировать на общую толщину стены. Коэффициенты соответственно занижены с учетом запаса в 10—25%.
Выполнение анализа по другим типам стен — в данную работу не входит, но может быть выполнено по аналогичной схеме.
Заключение. Рассмотрение существующего положения в проектировании многослойных ограждающих конструкций зданий приводит к некоторым выводам.
При общем низком уровне качества проектирования, сокращении востребованности высококвалифицированных «узких» специалистов, уровень качества проектной продукции возможно поддержать только ограничивающими нормативными требованиями. Необходимо дополнить приложение Б, таблицу Б.1 СП 23-101-2004 определением — приведенное сопротивление теплопередаче фрагмента ограждающей конструкции. Ввести в качестве рекомендуемых таблицы коэффициента теплотехнической однородности для стен жилых зданий неиндустриального изготовления.
Российский показатель требуемого значения теплопередаче, основанный на сопоставлении с приведенным сопротивлением теплопередаче всей стены здания, имеет очень уровень по теплозащите, однако он зачастую не выполняется. На современном этапе уве-
личение этого показателя приводит к необоснованному росту затрат, несоизмеримых с результатом.
Представляется более верным совершенствование затратной части других сегментов энергосбережения — оконных систем, систем вентиляции, вторичного использования энергии и т.д. Снижение теплопотерь здания должно решаться системно.
Для подтверждения полученных в проекте показателей, в обязательном порядке, при вводе в эксплуатацию здания, должен выполняться инструментальный контроль теплофизических параметров ограждающих конструкций.
Литература
1. Пособие к МГСН 2.01-99 «Энергосбережение в зданиях» Вып. 1.
2. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».
3. СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».
О необходимости изменений и дополнений в СП 23-101 -2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»
Статья рассматривает использование показателя коэффициента однородности стен зданий, применительно к каркасным жилым зданиям в сейсмичный районах Краснодарского края. Целесообразность ограничения показателя приведенного сопротивления теплопередаче стен основывается на опыте комплексного учета энергосберегающих решений жилых зданий.
Внесены предложения по корректировке раздела 8 СП 23-101-2004 «Проектирования тепловой защиты зданий» в части дополнения рекомендуемыми показателями теплотехнической однородности для стен жилых зданий неиндустриального изготовления.
Ключевые слова: приведенное сопротивление теплопередаче фрагмента ограждающей конструкции, коэффициент теплотехнической однородности фрагмента здания, коэффициент однородности оболочки жилых зданий учитывающих конструктивную схему.
