CC BY
11УДК 692:699.8
А.М. ГАЙСИН, канд. техн. наук (askargaisin@yandex.ru), В.В. БАБКОВ, д-р техн. наук
Уфимский государственный нефтяной технический университет (450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1)
Анализ несущих наружных стен многоэтажных жилых домов в Республике Башкортостан с позиции удельной теплозащитной характеристики
Проведен анализ конструктивных решений наружных несущих трехслойных стен многоэтажных зданий, спроектированных в Республике Башкортостан по СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» до актуализации, с точки зрения их влияния на удельную теплозащитную характеристику здания в целом. Выявлено некоторое несоответствие рассмотренных зданий современным нормам в части удельной теплозащитной характеристики в силу невысокого коэффициента теплотехнической однородности многослойных наружных стен и выделены фрагменты фасада с наибольшими потерями теплоты. Показан необходимый уровень сопротивления теплопередаче наружных стен «по глади» при существующих конструктивных решениях участков фасадов с теплотехническими неоднородностями и предложены направления улучшения проектных решений с позиции требований СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий».
Ключевые слова: многоэтажный жилой дом, приведенное сопротивление теплопередаче, теплозащитная оболочка здания, удельные потери теплоты, коэффициент теплотехнической однородности.
A.M. GAYSIN, Candidate of Sciences (Engineering) (askargaisin@yandex.ru), V.V. BABKOV, Doctor of Sciences (Engineering) Ufa State Petroleum Technological University (1, Kosmonavtov Street, 450062 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russian Federation)
Analysis of Bearing External Walls of Multistory Residential Buildings in the Republic of Bashkortostan from the Position of Specific Thermal Protection Characteristic
The analysis of structural solutions of external bearing three-layer walls of multistory buildings designed in the Republic of Bashkortostan according to SNiP 23-02-2003 "Thermal Protection of Buildings" before updating from the point of view of their influence on the specific heat protection characteristic of the building as a whole is made. Some discrepancy of buildings considered to current norms in terms of specific heat-protecting characteristic due to the low coefficient of thermal uniformity of multilayered external walls are revealed and the fragments of facades with maximal heat losses are selected. The required level of external walls resistance to heat transfer along "the surface" at existing structural decisions of the facade parts with thermal non-uniformities is shown; ways of improving the design solutions from the position of requirements of SP 50.13330.2012 "Thermal Protection of Buildings" are proposed. Keywords: multistory residential, reduced resistance to heat transfer, heat protection shell of building, specific heat losses, coefficient of thermal uniformity.
В последние годы в Республике Башкортостан заметно увеличивается доля многоэтажных жилых домов высотой в 17—25 этажей, которые решаются по двум основным конструктивным схемам — монолитный железобетонный каркас с теплоэффективными стенами-заполнениями (как с использованием эффективной теплоизоляции, так и с использованием конструкционно-теплоизоляционных материалов) и по жесткой конструктивной схеме с несущими трехслойными стенами [1—4]. С позиции требований СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» базовое значение нормируемого сопротивления теплопередаче стен жилых домов в климатических условиях Республики Башкортостан составляет примерно Л01орм«3,41 м2-°С/Вт. В целом, как показывает анализ проектов подобных зданий, разработанных и реализованных за последние 5—10 лет в Уфе, сопротивление теплопередаче конструктивных решений трехслойных наружных стен (как несущих, так и стен-заполнений) отвечает базовому уровню, а
сопротивление теплопередаче стен-заполнений с использованием автоклавного газобетона или крупноформатных блоков из поризованной керамики несколько ниже базового уровня, но заметно выше минимально допустимого уровня с учетом регионального коэффициента тр=0,б3. Возможность использования конструктивных решений наружных стен с пониженным уровнем теплозащиты, но с приемлемым показателем удельных теплопотерь была обоснована рядом авторов [5, 6].
Авторы данной статьи провели анализ конструктивных решений несущих теплоэффективных наружных стен 17-20-этажных жилых домов в г. Уфе, запроектированных по методике неактуализированной версии СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» и возведенных 5-8 лет назад, с позиции требований СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» [7], так как упомянутые проекты домов продолжают реализо-вываться и в настоящее время. В целом уровень сопро-
62% - стена по глади
12% - примыкание оконного блока к стене
6% - стык балконной плиты со стеной
4%- опорный пояс под облицовку
16% - гибкие связи
Рис. 1. Структура трансмиссионных теплопотерь через стену
Фрагмент nt,i м2 R пр м2.оС/Вт nt,i A$i/ Roj, Вт/оС, %
Наружная стена 1 4914,5 2,2 2233,86 61,4
Окна и балконные двери 1 842 0,69 1220,3 33,54
Входные двери 1 8,2 0,97 8,45 0,23
Перекрытия над подвалом 0,605 500,8 3,87 78,3 2,15
Покрытие 1 500,8 5,46 91,7 2,68
Сумма - - - 3632,61 100
■ ■■■','J'.-: i ^ ■ i Г;-' научно-технический и производственный журнал ® октябрь 2016
К 45-летию кафедры «Строительные конструкции» УГНТУ
R, м2.с/Вт
Рис. 2. Зависимость удельной теплозащитной характеристики Ко6 от сопротивления теплопередаче наружных стен Rст: 1 - удельная теплозащитная характеристика; 2 - базовая удельная теплозащитная характеристика
тивления теплопередаче ограждающих конструкций отвечает базовому нормируемому уровню для Республики Башкортостан, а по удельному расходу тепловой энергии на отопление и вентиляцию рассматриваемые здания можно отнести на стадии проекта к классу энергосбережения С — «нормальному». Анализ расчета удельной теплозащитной характеристики в соответствии с методикой СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» показал (см. таблицу), что наибольшие удельные теплопотери через оболочку рассматриваемых зданий приходятся на наружные стены (61,4%), а также окна и балконные двери (33,5%).
Конструкция наружной теплоэффективной трехслойной стены рассматриваемых высотных зданий представляет собой следующее: несущий слой в виде комплексной клади на основе вибропрессованных бетонных блоков толщиной 390 мм с внутренним обе-тонированием и армированием пустот, теплоизоляционный слой в виде минераловатных плит или вспененного пенополистирола толщиной 120—130 мм в сочетании с 40—60 мм воздушной прослойкой и облицовочный слой в виде кладки толщиной в 90— 120 мм из вибропрессованных облицовочных бетонных блоков или кирпича керамического [1, 4]. В качестве гибких связей использовались плоские связевые каркасы из оцинкованной проволоки. Уровень сопротивления теплопередаче наружной стены «по глади» составил Ro=3,47 м2-°С/Вт, но с учетом значительного количества теплопроводных включений в наружной стене коэффициент теплотехнической однородности «по фасаду» составил г=0,63, а приведенное значение сопротивления теплопередаче стены соответственно R0=2,2 м2-оС/Вт. Следует отметить, что теплотехниче-кие неоднородности при расчете приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен учитывались по методике СП 230.1325800.2015 «Конструкции ограждающие зданий. Характеристики теплотехнических неоднородностей», которая уже апробирована рядом авторов и обоснована ее достаточная точность для инженерных расчетов [8, 9]. На рис. 1 представлена структура трансмиссионных теплопотерь через трехслойную несущую стену 17-этажного жилого дома.
Дальнейший анализ показал, что для рассматриваемых зданий с величиной отапливаемого объема примерно V°т«20—22 тыс. м3 при условии соблюдения приведенного сопротивления теплопередаче окон и балконных дверей, а также чердачного перекрытия и перекрытия над неотапливаемым подвалом на базовом нормируемом уровне для удовлетворения требования
Рис. 3. Распределение температуры в сечении подоконного фрагмента трехслойной стеновой конструкции с учетом нахлеста утеплителя на раму
по удельной теплозащитной характеристике величина приведенного сопротивления теплопередаче стены «по фасаду», т. е. с учетом всех теплопроводных включений, должна составлять не ниже 2,6 м2-оС/Вт (рис. 2).
А это значит, что при существующих значениях коэффициента теплотехнической однородности наружных несущих трехслойных стен рассматриваемых многоэтажных зданий в диапазоне г =0,63—0,68 уровень сопротивления теплопередаче стены «по глади» должен составлять уже 3,82—4,13 м2-оС/Вт, что потребует увеличения толщины утеплителя с коэффициентом теплопроводности Х=0,042 Вт/(м2-оС), до 140—160 мм. Такое изменение конструктивного решения стен, в принципе, возможно за счет сокращения толщины воздушной прослойки, но представляется нерациональным.
Как показывают исследования ряда авторов [8—10], более эффективный метод обеспечения требований по удельной теплозащитной характеристике здания — повышение теплотехнической однородности наружной стены. В нашем случае это доведение значения коэффициента теплотехнической однородности наружных несущих трехслойных стен рассматриваемых многоэтажных зданий до уровня г =0,74—0,77. Из рис. 1 видно, что доля общего потока теплоты через линейные и точечные элементы (теплопроводные включения) в сумме составляет 38%, т. е. резервом для повышения теплотехнической однородности наружных стен в рассматриваемых проектах является совершенствование оконных откосов, стыков балконных плит со стеной и опорных поясов под облицовку, а также переход от металлических гибких связей на стеклопластиковые.
Наши исследования узлов оконных откосов рассматриваемых наружных стен высотных зданий показали, что увеличение нахлеста утеплителя на раму при расположении оконного блока непосредственно за слоем теплоизоляции (рис. 3) на каждые 2,5 см повышает коэффициент теплотехнической однородности наружных стен «по фасаду» примерно на 3% соответственно. Замена же гибких металлических связей, выполненных в виде плоских связевых каркасов, на одиночные стеклопластиковые элементы увеличивает коэффициент теплотехнической однородности еще на 8—10%. Таким образом, анализ проектов серии многоэтажных жилых домов с несущими трехслойными стенами, запроектированных в г. Уфе в соответствии с действовавшим на тот момент неактуализированным СНиП 23-02—2003 «Тепловая защита зданий», с позиции требований актуализированных нормативных документов показал, что проекты имеют право на реализацию в настоящее время, но требуют некоторой доработки в части совершенствования конструктивных узлов теплоэффективных трехслойных наружных стен с целью устранения значительного количества теплопроводных включений.
научно-технический и производственный журнал |г
56 октябрь 2016
Список литературы
1. Бабков В.В., Хуснутдинов Р.Ф., Чуйкин А.Е., Гайсин А.М., Гареев Р.Р. Теплоэффективные наружные стены в практике современного строительства жилых домов и зданий другого назначения. СПб.: Недра, 2011. 180 с.
2. Бабков В.В., Кузнецов Д.В., Гайсин А.М., Рез-вов О.А., Морозова Е.В., Арсланбаева Л.С. Проблемы надежности наружных стен зданий из автоклавных газобетонных блоков и возможности их защиты от увлажнения // Строительные материалы. 2011. № 2. С. 55-58.
3. Недосеко И.В., Пудовкин А.Н., Кузьмин В.В., Алиев Р.Р. Керамзитобетон в жилищно-граждан-ском строительстве Республики Башкортостан. Проблемы и перспективы // Жилищное строительство. 2015. № 4. С. 16-20.
4. Гайсин А.М., Гареев Р.Р., Бабков В.В., Недосеко И.В., Самоходова С.Ю. Двадцатилетний опыт применения высокопустотных вибропрессованных бетонных блоков в Башкортостане // Строительные материалы. 2015. № 4. С. 82-85.
5. Гагарин В.Г. Макроэкономические аспекты обоснования энергосберегающих мероприятий при повышении теплозащиты ограждающих конструкций зданий // Строительные материалы. 2010. № 3. С. 8-16.
6. Самарин О.Д. Обоснование снижения теплозащиты ограждений с использованием актуализированной редакции СНиП 23-02-2003 // Жилищное строительство. 2014. № 3. С. 46-48.
7. Гагарин В.Г., Козлов В.В. Требования к теплозащите и энергетической эффективности в проекте актуализированного СНиП «Тепловая защита зданий» // Жилищное строительство. 2011. № 8. С. 2-7.
8. Гайсин А.М., Самоходова С.Ю., Пайметькина А.Ю., Недосеко И.В. Сравнительная оценка удельных теплопотерь через элементы наружных стен жилых зданий, определяемых по различным методикам // Жилищное строительство. 2016. № 5. С. 36-40.
9. Умнякова Н.П., Егорова Т.С., Черкас В.Е., Белогу-ров П.Б., Андрейцева К.С. Повышение энергоэффективности зданий за счет повышения теплотехнической однородности наружных стен в зоне сопряжения с балконными плитами // Строительные материалы. 2012. № 6. С. 17-19.
10. Гагарин В.Г., Дмитриев К.А. Учет теплотехнических неоднородностей при оценке теплозащиты ограждающих конструкций в России и европейских странах // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 14-16.
References
1. Babkov V.V., Khusnutdinov R.F., Chuikin A.E., Gaisin A.M., Gareev R.R. Teploeffektivnye naruzhnye steny v praktike sovremennogo stroitel'stva zhilykh domov i zdanii drugogo naznacheniya [Heat efficient exterior walls in the practice of modern construction of residential buildings and buildings for other purposes]. Saint-Petersburg: Nedra. 2011. 180 p.
2. Babkov V.V., Kuznetsov D.V., Gaisin A.M., Rezvov O.A., Morozova E.V., Arslanbaeva L.S. Problems of reliability of external walls of buildings made of autoclave gas concrete blocks and possibilities of their protection against wetting. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2011. No. 2, pp. 55-58. (In Russian).
3. Nedoseko I.V., Pudovkin A.N., Kuz'min V.V., Aliev R.R. Haydite concrete in housing and civil construction of the Republic of Bashkortostan. Problems and Prospects. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2015. No. 4, pp. 16-20. (In Russian).
4. Gaysin A.M., Gareev R.R., Babkov V.V., Nedoseko I.V., Samohodova S.Ju. Twenty year experience in application of high-hollow vibro-pressed concrete blocks in the Republic of Bashkortostan. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 4, pp. 82-85. (In Russian).
5. Gagarin V.G. Macroeconomic aspects of substantiation of power saving measures aimed at improving the heat protection of buildings enclosing structures. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 3, pp. 8-16. (in Russian).
6. Samarin O.D. Substantiation of reducing the heat protection of enclosures with the use of an actualized version of SNiP 23-02-2003. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2014. No. 3, pp. 46-48. (In Russian).
7. Gagarin V.G., Kozlov V.V. Requirements for thermal protection and energy efficiency in the draft of the updated SNiP "Thermal Protection of Buildings". Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2011. No. 8, pp. 2-7. (In Russian).
8. Gaisins A.M., Samokhodova S.Yu., Paimet'kina A.Yu., Nedoseko I.V. Comparative assessment of specific heat losses through elements of external walls of residential buildings determined by different methods. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2016. No. 5, pp. 36-40. (In Russian).
9. Umnyakova N.P., Egorova T.S., Cherkas V.E., Belogu-rov P.B., Andreytseva K.S. Enhancement of energy efficiency of buildings due to improvement of thermotechni-cal homogeneity of external walls in the zone of connection with balcony slabs. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2012. No. 6, pp. 17-19. (In Russian).
10. Gagarin V.G., Dmitriev K.A. Accounting heat engineering heterogeneities when assessing the thermal protection of enveloping structures in Russia and European countries. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 6, pp. 14-16. (In Russian).
_СПЕЦИАЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Книга «Теоретические основы белизны и окрашивания керамики и портландцемента»
Авторы - Зубехин А.П., Яценко Н.Д., Голованова С.П.
В книге представлены теоретические основы белизны и окрашивания керамических строительных материалов и белого портландцемента (БПЦ) с позиции теории цветности силикатных материалов в зависимости от их фазовоминерального состава, структуры, содержания хромофоров Fe, Mn и Ti, условий обжига и охлаждения (окислительных или восстановительных).
Установлены закономерности зависимости белизны, цвета и особенности окрашивания как пигментов, так и твердых растворов бесцветных фаз ионами-хромофорами от структуры, изовалентного или гетеровалентного изоморфизма, образования окрашивающих кластеров. Разработаны эффективные способы управления белизной и декоративными свойствами строительных керамических материалов (фарфора, фаянса, облицовочной плитки, кирпича) и белого портландцемента.
Тел./факс: (499) 976-22-08, 976-20-36 E-mail: mail@rifsm.ru
■ J'.-: i ^ ■ i г;-' научно-технический и производственный журнал ® октябрь 2016
