CC BY
39
строительная теплофизика и энергосбережение
Анализ экспериментальных значений теплотехнических характеристик ограждающих конструкций зданий серии 1-335
Д.А. Викторов, Д.М. Ярчинский
В январе-феврале 2010 года в рамках соглашения о проведении совместных работ по улучшению состояния зданий первой массовой застройки и укрепления научно-технических связей с управляющими компаниями многоквартирными домами г. Брянска проведено теплотехническое обследование пятиэтажных крупнопанельных жилых домов серии 1-335.
Обследование выполнено с целью выявления уровня тепловой защиты зданий, исследования тем-пературно-влажностного режима помещений и механизма теплообмена ограждающих конструкций методом определения теплотехнических показателей в натурных (эксплуатационных) зимних условиях по ГОСТ 25380-82 [1], ГОСТ 26254-84 [2] и МДС 13-20.2004 [3].
Перечень объектов контроля и диагностики приведен в таблице 1.
Конструктивное решение пятиэтажных жилых зданий серии 1-335 — неполный каркас с продольными несущими стенами. Наружные стены — однослойные керамзитобетонные панели толщиной 350 мм с внутреннем слоем штукатурки из цемен-тно-песчаного раствора толщиной 15—20 мм.
Инструментальный контроль включал измерения плотностей тепловых потоков через ограждающие конструкции, температур на поверхностях ограждающих конструкций и температур воздуха внутри и снаружи помещения. Для решения поставленной задачи использовано испытательное оборудо-
вание, зарегистрированное в Государственном реестре средств измерений Российской Федерации: измеритель плотности тепловых потоков и температуры ИТП-МГ4.03 «Поток», термогигрометр ТГЦ-МГ4, радиационный термометр Raynger ST 60 и лазерный дальномер Leica DISTO A5.
Проведена статистическая обработка полученных значений сопротивления теплопередаче по трем различным участкам R , R3. Для каждой величины определены средняя арифметическая, дисперсия, среднее квадратическое отклонение и коэффициент вариации.
Результаты измерений на объекте №4 представлены в графическом виде на рисунках 1 и 2.
Проанализируем представленные графики:
— температура внутреннего воздуха имеет относительно незначительные колебания с очень малой амплитудой отклонения от среднего значения и ее можно считать величиной постоянной (f = const);
— температура наружного воздуха зависит от атмосферных условий, то есть меняет величину в течение суток (дневная и ночная фазы);
— перепад температур является определяющим фактором и должен быть пропорционален в направлении теплового потока его плотности;
— с уменьшением температуры наружного воздуха сопротивление теплопередаче конструкции увеличивается, и, наоборот, с увеличением температуры наружного воздуха сопротивление тепло-
№ п.п. Название улицы Номер дома и квартиры Тип блок-секции Этаж Кол-во жилых комнат Площадь квартиры, м Ориентация исследуемой ограждающей конструкции
1 Костычева 29-31 рядовая 3 3 49 Восток
2 Костычева 31-92 рядовая 3 2 42 Восток
3 Костычева 31-67 рядовая 2 2 42 Восток
4 Крахмалева 9-73 рядовая 1 2 42 Север
5 Советская 94-9 торцевая 4 1 29 Восток
6 Брянского фронта 12/1-122 торцевая 1 3 49 Север
Таблица 1. Перечень объектов контроля и диагностики.
3 2010 381
строительная теплофизика и энергосбережение
Рисунок 1. График изменения температуры внутреннего и наружного воздуха во времени.
1,000 Т
0,900 --
0,800 --
0,500 0,400 0,300 --
0,200 -0,100 0,000
1?1, м2 • °С/Вт 1?2, м2 • °С/Вт 1?3, м2 • °С/Вт
Н-Ь
Н-Ь
Н-1-
Н-1-1-1-
Н-1-1-1-
Ч-1-
Н-1
Рисунок 2. График изменения сопротивления теплопередаче наружной ограждающей конструкции по трем различным участкам во времени.
передаче конструкции уменьшается, что подтверждается на рисунке 3.
Но термическое сопротивление определенного материала, и, соответственно, определенной конструкции, состоящей из одного или нескольких материалов, является неизменной величиной и определяется отношением:
= § Л
к п' п
(1)
где §п — толщина п-ого слоя, м; Хп — расчетный коэффициент теплопроводности материала п-ого слоя, Вт/(м • °С), принимаемый по приложению Д СП 23-101-2004 [5] и показывающий количество тепла Вт • с, которое проходит
в стационарном режиме (при постоянно работающем отоплении) в 1 секунду через 1 м2 слоя материала толщиной 1 м, когда разница температур на внешней и внутренней поверхностях слоя составляет 1 Кельвин (1К = 1 °С).
Теплопроводность зависит от плотности и влажности материала и может поменять свое значение при изменении этих характеристик. За измерительный период значения плотности и влажности материала оставались постоянными. Следовательно, значение коэффициента теплопроводности также оставалось постоянной величиной.
Приведем несколько предположений обоснования колебаний величины сопротивления теплопередаче.
строительная теплофизика и энергосбережение
-10,0
-8,0
-6,0
-4,0
-2,0
0,0
♦ 1?1, м2 ■ оС/Вт
■ 1?2, м2 ■ оС/Вт
▲ 1?3, м2 ■ оС/Вт
0,300 -
0,200 -
одоо -
1-1-1-1-1-0,000 -1-1
2,0
4,0
Рисунок 3. Зависимость сопротивления теплопередаче наружной ограждающей конструкции по трем различным участкам от температуры наружного воздуха.
1. Передача теплоты от воздуха помещения внутренней поверхности ограждения и от наружной поверхности ограждения окружающей среде осуществляется за счет конвекции и излучения. Значения коэффициентов теплоотдачи непосредственно зависят от сочетания температуры воздуха и температуры поверхности, но их изменение незначительно отражается на изменении сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции.
2. Известно, что в любом материале содержится воздух, который и определяет теплофизичес-кие свойства материала, в частности, его теплопроводность. Материалы с малой плотностью имеют, как правило, много воздушных пор, причем наиболее благоприятным является большое количество маленьких шарообразных равномерно распределенных по объему материала пор. Также известно, что воздух при низкой температуре обладает лучшими теплоизоляционными качествами. Это в некоторой степени отражено в таблице 7 СП 23-1012004 [5]: термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки Ra! при положительной температуре в ней составляет 0,13—0,19 м2°С/Вт в зависимости от толщины, при отрицательной — 0,15-0,24 м2°С/Вт.
Отсюда следует, что при понижении наружной температуры находящийся в порах материала воздух охлаждается и становится менее теплопроводным, тем самым увеличивая термическое сопротивление конструкции.
3. Тепловая инерция ограждающих конструкций дает сдвиг по времени прихода волны тепловой энергии, связанный с тем, что максимальные значения (амплитуда) колебаний температуры наружного воздуха во внутреннем воздухе гораздо меньше. В результате значения плотности теплового потока «не успевают» за изменением разности температур. С этим явлением связаны скачки роста сопротивления теплопередаче при уменьшении температуры наружного воздуха (рисунок 3).
Конкретную же причину колебаний величины сопротивления теплопередаче представляется возможным определить только путем воссоздания эксперимента в лабораторных условиях с помощью климатической камеры, которая должна подвергнуться некоторой модернизации с целью создания нестационарных условий, то есть условий планомерного изменения отрицательных значений температуры воздуха «холодного отсека» в определенном временном интервале.
Также необходимо принимать во внимание неуч-
3 2010 383
строительная теплофизика и энергосбережение
тенные факторы, такие как флуктуации параметров воздуха, в том числе возникающие из-за деятельности жильцов и способные оказать значительное влияние на достоверность полученных результатов.
Адекватное определение теплотехнических характеристик ограждающих конструкций в натурных (эксплуатационных) зимних условиях является важнейшей задачей, позволяющей оценить их соответствие нормативным требованиям, установить реальные потери тепла, проверить расчетные и конструктивные решения.
Литература
1. ГОСТ 25380-82. Здания и сооружения. Метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции [Электронный ресурс]. Доступ из информационной системы «СтройКонсультант».
2. ГОСТ 26254-84. Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций [Электронный ресурс]. Доступ из информационной системы «СтройКон-сультант».
3. МДС 13-20.2004. Комплексная методика по обследованию и энергоаудиту реконструируемых зданий [Электронный ресурс]. Доступ из информационной системы «СтройКонсультант».
4. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. [Электронный ресурс]. Доступ из информационной системы «СтройКонсультант».
5. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий [Электронный ресурс]. Доступ из информационной системы «СтройКонсультант».
Анализ экспериментальных значений теплотехнических характеристик ограждающих конструкций зданий серии 1-335
Произведена математическая обработка полученных экспериментальным путем значений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций жилых зданий серии 1-335 на примере типового объекта. На основании графического анализа данных выдвинуто обоснование зависимости сопротивления теплопередаче от температуры наружного воздуха и гипотеза непропорциональной (нелинейной) зависимости плотности теплового потока от разности температур.
Analysis of experimental meanings of the thermotechnical characteristics of the buildings envelope series 1-335
by D.A. Victorov, D.M. Yarchinskiy
The mathematical treatment of the experimentally received meanings of thermal resistance of the residential buildings envelope series 1-335 on the example of the standard object is done in this paper. On the basis of the graphical analysis of the data the ground of the dependence of thermal resistance from the exterior air temperature and hypothesis of non-proportional (non-lined) dependence of the density of thermal stream (flow) from the temperatures' difference is stated in this paper.
Ключевые слова: ограждающие конструкции, теплопроводность, сопротивление теплопередаче.
Keywords: building envelope, thermal conductivity, thermal resistance.
