CC BY
311Тарасюк П.Н., аспирант, 2Ващенко Д.А., генеральный директор, 1Трубаев П. А., докт. техн. наук, доц. 3Радченко В.В., канд. техн. наук, генеральный директор 1 Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова,
2ООО «Интеллект-сервис ЖБК-1», Россия, Белгород, 3ООО «Центр энергосервисных технологий», Россия, Белгород
АНАЛИЗ ТЕРМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ РАЗЛИЧНОГО ТИПА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
1ага8уик88@ш ail.ru
В работе приводятся результаты измерения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций эксплуатируемых зданий, а также результаты измерений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций в сертифицированных климатических камерах с целью сопоставления их фактических теплотехнических характеристик с расчетными значениями. Установлено, что основное влияние на снижение фактического термического сопротивления ограждающих конструкций по отношению к расчётному оказывает их конструктивное исполнение, а не применяемые материалы. Ограждающие конструкции, имеющие монтируемый в процессе строительства слой утеплителя, имеют фактическое сопротивление теплопередачи ниже расчетного. При этом на термическое сопротивление влияет способ монтажа утеплителя и место установки пароизоляции. Ограждающие конструкции, выполненные в виде кладки из кирпичей или блоков, а также собираемые в заводских условиях, по теплозащитным характеристикам соответствуют своим заявленным свойствам.
Ключевые слова: термическое сопротивление, ограждающие конструкции, утепление, энергоэффективность._
Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций является основным показателем теплозащиты зданий [1-3], его минимальное требуемое значение установлено строительными нормативами. При проектировании тепловой защиты зданий и сооружений используются расчетные теплотехнические показатели строительных материалов и изделий [2, 4]. Фактические значения теплопроводности материалов ограждающих конструкций в эксплуатируемых зданиях может значительно отличатся от расчетных в связи с повышенной влажностью и износом строительных конструкций, из-за недостаточного качества строительных материалов и работ [5-7].
В работе рассматривается результаты измерения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций эксплуатируемых зданий г. Москвы, г. Старый Оскол и г. Белгорода в натурных условиях, а также результаты измерений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций в сертифицированных климатических камерах с целью сопоставления их фактических теплотехнических характеристик с расчетными значениями.
Измерения теплотехнических свойств в натурных условиях
Измерения в натурных условиях проводились прибором ИТП-МГ4.03/10 «Поток» в ото-
пительный период. Измерения и расчеты сопротивления теплопередаче Я выполнялись согласно нормативной и технической литературе [8, 9]. Были сделаны ряд измерений в разных зданиях и городах. В табл. 1 приведены результаты замеров с описанием конструкции зданий.
Как видно из табл. 1, фактические значения термического сопротивления однородных ограждающих конструкций или многослойных панелей, изготовленных в заводских условиях, соответствует расчётному. Для многослойных конструкций с минераловатным утеплителем, монтируемым в процессе строительства, фактическое сопротивление теплопередаче составляет 70-80% от расчётного значения.
Измерение теплотехнических свойств на опытных стендах
Испытания на опытных стендах проводились в аккредитованной испытательной лаборатории ООО «Интеллект-Сервис-ЖБК-1» с 32 видами строительных материалов и разными вариантами слоев ограждающих конструкций. Опытные макеты (рис. 1) представляли собой стены, выложенные из исследуемых материалов, теплоизолированные снизу и сверху.
Для каждого вида материала проводилось один или несколько опытов. Полученные результаты испытаний представлены в табл. 2.
Сравнение сопротивления теплопередаче, (м2-°С)/Вт
Таблица 1
Описание здания, год постройки, расположение Описание и толщина ограждающих конструкций Термическое сопротивление, (м2-К)/Вт Отношение фактического значения к расчет-ному,%
по данным замеров (фактическое) расчетное (проектное) нормативное
Торгово-офисный центр, 2 этажа с подземным паркингом (2012 г.), г. Белгород Покрытие подземного паркинга, на верхней стороне которого расположена открытая площадка, толщиной 700...900 мм (тротуарная плитка; цементно-песчаная смесь; керамзитобетон 100 мм; керамзит - 100.300 м; бетонная стяжка - 200 мм; железобетонная монолитная плита) 0,89 1,1.1,6' (1,8022) 3,783; 3,314 56.81%
Сэндвич-панель из минераловатного утеплителя, 120 мм 3,09 3,08 2,86 100%
Силикатный кирпич 500 мм, минерало-ватный утеплитель 100 мм, вентилируемый фасад 2,05 2,8715 (3,0826) 2,86 71%
Административное четырехэтажное здание (1985 г.), г. Москва Керамзитобетон толщиной 500 мм 2,0 1,9 2,56 105%
Двухэтажное административное здание (2012 г.), г. Белгород Керамические крупноформатные поризо-ванные блоки, и минераловатный утеплитель (760 м) 3,45 3,817 (6,9878) 2,45 81%
Трехэтажный жилой дом (2010 г.), г. Белгород Газосиликатные блоки, вентилируемый фасад с минераловатным утеплителем (670 мм). 4,87 6,44 2,86 76%
Шестиэтажное административное здание (1902 г.), г. Москва Кирпичная кладка из красного кирпича , 700.800 мм 1,32 1,26 2,56 105%
Трехэтажное административное здание (1953 г.), г. Москва Кладка из красного кирпича, 600 мм 0,93 0,9 2,56 103%
Пятиэтажный жилой дом, (1966 г.) , г. Старый Оскол Кладка из силикатного кирпича, 510 мм 0,99 0,83 2,86 119%
Пятиэтажный жилой дом, (1969 г.), г. Старый Оскол Кладка из силикатного кирпича, 510 мм 1,02 0,85 2,86 120%
Пятиэтажный жилой дом, (1972 г.), г. Старый Оскол Кладка из силикатного кирпича, 510 мм 0,88 0,83 2,86 106%
Пятиэтажный жилой дом, (1977 г.), г. Старый Оскол Однослойные панельные плиты, 400 мм. 0,85 0,93 2,86 91%
Пятиэтажный жилой дом, (1973 г.), г. Старый Оскол Однослойные панельные плиты, 400 мм. 1,05 0,93 2,86 113%
Пятиэтажный жилой дом, (1974 г.), г. Старый Оскол Трехслойные панельные плиты, 300 мм. 1,49 1,07 2,86 139%
Пятиэтажный жилой дом, (1973 г.), г. Старый Оскол Однослойные панельные плиты, 400 мм. 0,89 0,93 2,86 96%
Пятиэтажный жилой дом, (1973 г.), г. Старый Оскол Однослойные панельные плиты, 400 мм. 0,82 0,93 2,86 88%
Примечания: - с утеплением керамзитовой засыпкой, применённым в ходе строительства; - с утеплением материалом IZOVOL 50 мм, предусмотренном в проекте; 3 - для покрытий и перекрытий над проездами; 4 - для перекрытий чердачных, над неотапливаемыми подпольями и подвалами; 5 - для обычного силикатного кирпи-
6 7
ча, используемого при строительстве; - для пустотелого силикатного кирпича, предусмотренного в проекте; - в расчёте использованы данные теплопроводности газобетона из СП 23-101-2004; 8 - в расчёте использованы данные теплопроводности производителя газобетона.
крышка из пеютпо" ирла
Рис 1. Макет климатической камеры Для поддержания внутри стенда постоян- в трёх точках с использованием прибора ИТП-ной температуры использовался электронагре- МГ4.03 «ПОТОК». ватель. Термическое сопротивление измерялось
Таблица 2
№ Описание и толщина исследуемых конструкций Термическое сопротивление, (м2-К)/Вт Отношение фактического значения к расчётному , % Количество опытов
по дан-данным замеров (фак-ти-ческое) расчётное
Однослойная конструкция (кладка из кирпичей или блоков)
1. Силикатный кирпич, 510 мм 0,35 0,729 48% 1
2. Силикатный кирпич, 520 мм 0,37 0,743 50% 1
3. Керамзитобетонный камень Liapor, 365 мм 2,64 3,8 69% 3
4. Камень керамический пустотный М125, 510 мм 1,1 1,1 100% 1
5. Керамзитобетонный камень СКЦ-1Р-75, 390 мм а) кладочный раствор - цементно-песчаный раствор М75, тычковый ряд б) кладочный раствор - цементно-песчаный раствор М75, ложковый ряд 0,473 0,73 1 1 47% 73% 3 2
6. Керамзитобетонный камень СКЦ-7Р-75, 365 мм а) кладочный раствор - цементно-песчаный раствор М75 б) кладочный раствор - теплый раствор КНАУФ-ЛМ 21 0,59 1,81 1,8 1,8 33% 101% 1 1
7. Керамзитобетонный камень СКЦ-7Р-75, 390 мм 0,94 1,95 48% 1
Двухслойная конструкция (кладка из кирпичей или блоков)
8. I. Газосиликатный блок М500, 300 мм II. Силикатный кирпич, 120 мм 1,985 2,3 86% 2
9. I. Газосиликатный блок М500, 300 мм II. Воздушная прослойка, 17,5 мм III. Силикатный кирпич, 120 мм 2,15 2,5 86% 3
Двухслойная конструкция (кладка из кирпичей или блоков с тёплой штукатуркой)
10 I. Силикатный кирпич, 520 мм II. Теплоизолирующая шпаклевка (теплая штукатурка), 30 мм 0,41 0,92 45% 1
11 I. Силикатный кирпич, 520 мм II. Теплоизолирующая шпаклевка (теплая штукатурка), 40 мм 0,63 0,98 64% 1
12 I. Силикатный кирпич, 520 мм II. Теплоизолирующая шпаклевка (теплая штукатурка), 60 мм 1,3 1,1 118% 1
13 I. Керамзитобетонный камень СКЦ-1Р-75, 390 мм II. Теплоизолирующая шпаклевка (теплая штукатурка), 40 мм (кладочный раствор - цементно-песчаный раствор М75, тычковый ряд) 0,54 1,3 42% 1
Двухслойная конструкция (кладка из кирпичей или блоков с утеплителем)
14 I. Сил икатный кирпич, 510 мм II. Пенополистирол ПСБС-25, 100 мм 1,6 3,3 48% 1
15 I. Силикатный кирпич, 510 мм
II. Пенополистирол ПСБС-25, 100 мм (штукатурка и краска) 0,57 3,3 17% 1
16 I. Кер амзитобетонный камень (облицовочный), 630 мм II. Пенополистирол ПСБС-25, 100 мм 0,7 3,6 19% 2
17 I. Кер амзитобетонный камень (облицовочный), 170 мм II. Пенополистирол ПСБС-25, 120 мм 0,505 3,4 15% 1
18 I. Кер амзитобетонный камень (облицовочный), 240 мм II. Полистиролбетон D200, 280 мм 1,16 4,4 26% 1
Трехслойная конструкция (кладка из кирпичей или блоков с полимерным утеплителем в межстеновом пространстве)
19 I. Керамзитобетонный камень СКЦ-1Р-75, 190 мм II. Пенополистирол ПСБС-25, 100 мм III. Керамзитобетонный камень (облицовочный), 120 мм 2,28 3,3 69% 2
20 I. Керамзитобетонный камень СКЦ-1Р-75, 190 мм II. Пенополистирол ПСБС-25, 120 мм III. Керамзитобетонный камень (облицовочный), 120 мм 1,99 3,8 52% 3
21 I. Керамзитобетонный камень СКЦ-1Р-50, 190 мм II. Пенополистирол ПСБС-25, 120 мм III. Керамзитобетонный камень (облицовочный), 120 мм
а) изоспан на ПСБС 1,84 3,5 53% 1
б) изоспан под ПСБС 2,08 3,5 59% 1
22 I. Керамзитобетонный камень СКЦ-1Р-75, 190 мм II. Полистиролбетон D200, 280 мм III. Керамзитобетонный камень (облицовочный), 120 мм 1,48 4,7 31% 1
23 I. Керамзитобетонный камень СКЦ-1Р-75, 190 мм II. Экструдированный пенополистирол (31-35 кг/м3), 100 мм III. Керамзитобетонный камень (облицовочный), 120 мм 1,5 4,7 32% 1
24 I. Пазогребневый камень СКЦт-7Р-75, 190 мм II. Экструдированный пенополистирол (31-35 кг/м3), 100 мм III. Керамзитобетонный камень (облицовочный), 120 мм 2,185 4,2 52% 2
25 I. Пазогребневый камень СКЦт-7Р-75, 190 мм II. Пенополистирол ПСБС-25, 100 мм III. Керамзитобетонный камень (облицовочный), 120 мм
а) точечное крепление утеплителя 1,715 3,2 54% 2
б) крепление по периметру и в центре утеплителя ПСБС-25 2,88 3,2 90% 1
26 I. Пазогребневый камень СКЦт-7Р-75, 190 мм II. Пенополистирол ПСБС-25, 120 мм III. Керамзитобетонный камень (облицовочный), 90 мм 2,1 3,69 57% 3
27 I. Пазогребневый камень СКЦт-7Р-75, 190 мм II. Пенополистирол ПСБС-25, 120 мм III. Керамзитобетонный камень (облицовочный), 120 мм 2,205 3,74 59% 4
28 I. Пазогребневый камень СКЦт-7Р-75, 190 мм II. Пенополистирол ПСБС-25, 100 мм III. Воздушная прослойка, 15 мм IV. Керамзитобетонный камень (облицовочный), 120 мм 2,23 3,4 66% 1
Трехслойная конструкция (кладка из блоков с минераловатным и целлюлозным утеплителем в межстеновом пространстве)
29 I. Пазогребневый камень СКЦт-7Р-75, 190 мм II. Минераловатный и целлюлозный утеплитель, 100 мм III. Керамзитобетонный камень (облицовочный), 120 мм 2,04 2,7 76% 2
30 I. Пазогребневый камень СКЦт-7Р-75, 190 мм II. Минераловатный и целлюлозный утеплитель, 150 мм III. Керамзитобетонный камень (облицовочный), 120 мм 1,57 3,7 42% 1
Трехслойная конструкция (кладка из блоков с пенобетоном в межстеновом пространстве)
31 I. Керамзитобетонный камень СКЦ-1Р-75, 190 мм II. Пенобетон, 200 мм III. Керамзитобетонный камень (облицовочный), 120 мм 1,61 2,4 67% 8
32 I. Керамзитобетонный камень СКЦ-1Р-75, 190 мм II. Пенобетон, 280 мм III. Керамзитобетонный камень (облицовочный), 120 мм 2,53 3,1 82% 3
После анализа данных были найдены ряд зависимостей для отклонения расчётного и фактического теплового сопротивления от их значений и характеристик ограждающих конструкций, определенных для ограждающих конструкций, сгруппированных по заданным признакам. В табл. 3 представлено отношение фактического (измеренного) термического сопротивления к
Снижение термического сопротивления
расчётному, определённому по методике и данным документов [8, 9], для разных видов ограждающих конструкций. Как видно из табл., наименьшее отклонение фактического сопротивления от расчётного имеют сплошные конструкции, наибольшее - ограждающие конструкции с утеплителем.
Таблица 3
Вид ограждающей конструкции Количество опытов Отношение фактического значения к расчётному, %
Кирпичная кладка из сплошного кирпича или блоков 13 74%
Кирпичная кладка из пустотных кирпичей или блоков 10 61%
Ограждающая конструкция, содержащая пено-или газобетон 13 65%
Ограждающая конструкция с минераловатным утеплителем 3 65%
Ограждающая конструкция с полимерным утеплителем 26 51%
На рис. 2 представлено отношение фактического сопротивления к расчётному для ограждающих конструкций, сгруппированных по значению расчётного термического сопротивления и количеству слоёв. Наибольшее относительное отклонение имеет место для конструкций с низким и высоким термическим сопротивлением. Это можно объяснить тем, что для стен с низким термическим сопротивлением большое влияние оказывают дефекты конструкции и влияние теплотехнических неоднородностей (кладки, стыков теплоизоляционных плит и т.п.). Для стен с
а)
б)
высоким термическим сопротивлением, большую часть которого составляет сопротивление полимерного утеплителя, снижение фактического сопротивления по сравнению с расчётным можно объяснить несоответствием теплотехнических свойств утеплителя заявленным значениям, а также значительным снижением теплозащитных свойств, обусловленных способом крепления утеплителя к стене. Этой же причиной можно объяснить наименьшее отношение фактического и расчётного термического сопротивления для двухслойных конструкций.
Рис 2. Снижение термического сопротивления в зависимости от: а) расчётного термического сопротивления; б) количества слоёв
В таблице предоставлено влияние разме- ления. Как видно из полученных данных, такое ров элементов, составляющих ограждающие влияние не обнаружено. конструкции, на снижение теплового сопротив-
Таблица 4
Отклонение расчётного термического сопротивления от фактического в зависимости от вида
ограждающей конструкции
Вид ограждающей конструкции Кол-во опытов Отношение фактического значения к расчетному, %
Сплошная ограждающая конструкция 46 58%
Крупный элемент (блок) 95 62%
Мелкий элемент (кирпич) 13 71%
Так же в работе был проведён анализ влияния отдельных материалов на величину снижения фактического сопротивления по отношению к расчётному. Для этого были определены величины отклонения для разных видов материалов, составляющих ограждающие конструкции. Все полученные данные были объединены в зависимости от типа материалов, присутствующих в исследуемых образцах (табл. 5). Как видно из данных, наибольшее отклонение расчетного термического сопротивления от фактического наблюдается для образцов, содержащих утеплитель.
Таблица 5
Отклонение расчетного термического сопротивления от фактического
Но в отличии от ранее представленных данных, различие в полученных данных для разных материалов незначительно. Следовательно основное влияние на снижение фактического термического сопротивления ограждающих элементов оказывает их конструктивное исполнение, а не применяемые материалы.
Таким образом выбор оптимального конструктивного исполнения ограждающих конструкций позволит достичь максимальной степени энергосбережения. Особенно это важно в индивидуальном строительстве, которое в настоящее время активно развивается в Белгородской области [10], так как в малоэтажных
здания значительно выше коэффициент компактности, чем в многоэтажных. и значит выше удельный расход на отопление при одинаковом конструктивном исполнении ограждающих конструкций и выше перерасход энергии при наличии дефектов в них.
Выводы
1. Основное влияние на снижение фактического (определённого по данным замеров) термического сопротивления ограждающих конструкций по отношению к расчётным (проектным) значениям оказывает их конструктивное исполнение, а не применяемые материалы.
2. Ограждающие конструкции, имеющие монтируемый в процессе строительства слой утеплителя, имеют фактическое сопротивление теплопередачи ниже расчетного. Ограждающие конструкции, выполненные в виде кладки из кирпичей или блоков, а также собираемые в заводских условиях, по теплозащитным характеристикам соответствуют своим заявленным свойствам.
3. Наибольшее отклонение термического сопротивления от расчетного значения наблюдается для стеновых конструкций с утеплителем. При этом на термическое сопротивление влияет способ монтажа утеплителя и место установки пароизоляции. Также ряд производителей заявляют заниженную теплопроводность материалов, что характеризуется значительно более низкими реальными параметрами термического сопротивления для ограждающих конструкций, проектирующихся с повышенными теплозащитными свойствами.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Табунщиков Ю.А. Бродач М.М. Шилкин Н.В. Энергоэффективные здания. М: Авок-Пресс, 2003. 200 с.
2. Малявина Е.Г. Теплопотери здания. М.: АВОК, 2007. 144 с.
3. Кущев Л.А., Дронова Г.Л. Пути снижения энергозатрат в жилищно-коммунальном хозяйстве // Вестник Белгородского государствен-
в зависимости от типа материала
Тип материала, присутствующий в ограждающей конструкции Ко-личе че-ство опытов Отношение фактического значения к расчетному, %
Утеплитель 34 56%
Кирпичная кладка из сплошного кирпича 12 69%
Бетоны на искусственных пористых заполнителях 78 61%
Кирпичная кладка из пустотного кирпича 17 64%
Бетоны ячеистые 13 71%
ного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2008. № 2. С. 24-25.
4. Кузнецов А.В. Оценка теплотехнических качеств зданий монолитной конструкции Санкт-Петербурга // Строительная теплофизика и энергоэффективное проектирование ограждающих конструкций зданий: сб. тр. Всерос. Научно-техн. конф. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. С. 35-43.
5. Гагарин В.Г. Теплофизические свойства современных стеновых ограждающих конструкций многоэтажных зданий // Строительная теплофизика и энергоэффективное проектирование ограждающих конструкций зданий: Сб. тр. II Всерос. научно-техн. конф. СПб., 2009. С.33-44.
6. Малявина Е.Г. Строительная теплофизика и проблемы утепления современных зданий // АВОК. 2009. №1. С. 4-7.
7. Гурьянов Н.С. Оценка и обеспечение тепловой надёжности наружных стен эксплуатируемых зданий: дис. ...канд. техн. наук: 05.23.03/ Гурьянов Николай Сергеевич. Нижний Новгород, 2003. 232 с.
8. СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-022003. М., 2012. 96 с.
9. ГОСТ 26254-84 (1994). Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. М., 1994. 34 с.
10. Дёгтев И.А., Лаврик Г.И. Малоэтажное эколого-экономичное жилище для массового строительства в условиях Белгородчины // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2008. № 1. С. 32-34.
