CC BY
0УДК 691.1, 699.86 СергалиЖ.О., Куатбаева Т.К.
Сергали Ж.О.
студент-магистрант, кафедра СиСМ Институт архитектуры и строительства им. Т.К. Басенова Казахский национальный исследовательский технический университет
им. К.И. Сатпаева (г. Алматы, Казахстан)
Куатбаева Т.К.
д.т.н., профессор кафедры СиСМ Институт архитектуры и строительства им. Т.К. Басенова Казахский национальный исследовательский технический университет
им. К.И. Сатпаева (г. Алматы, Казахстан)
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ: ВЛИЯНИЕ ЗЕЛЕНЫХ НАСАЖДЕНИЙ НА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ СВОЙСТВА СОВРЕМЕННЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ В АЛМАТЫ
Аннотация: данная статья исследует влияние зеленых насаждений на теплоизоляционные свойства ограждающих конструкций современных зданий в городе Алматы. Основываясь на сравнительном анализе трех типов конструкций, авторы оценивают эффективность зеленых фасадов в улучшении теплоустойчивости зданий. Результаты исследования подтверждают значительное положительное воздействие зеленых насаждений на микроклимат внутри помещений, снижение энергопотребления и улучшение экологической обстановки. Эта работа представляет важный вклад в развитие энергоэффективных и устойчивых строительных технологий, отвечающих современным требованиям экологической безопасности и комфортной жизни.
Ключевые слова: войлочная панель, теплотехнические характеристики, теплоустойчивость, ограждающая конструкция.
1771
Введение. В последние десятилетия вопросы энергоэффективности и ресурсосбережения становятся все более актуальными в строительной отрасли. Одним из перспективных направлений является внедрение систем озеленения на фасады зданий, что позволяет не только улучшить эстетические характеристики строений, но и существенно повысить их теплоизоляционные свойства. В данной статье проводится сравнительный анализ теплотехнических характеристик и теплоустойчивости трех типов ограждающих конструкций, применяемых в городе Алматы, Казахстан. Целью анализа является обоснование целесообразности использования определенного типа конструкции для внедрения зеленых насаждений на фасады зданий.
Методология. Для проведения анализа были выбраны следующие типы ограждающих конструкций:
1. Монолитный железобетон с облицовкой из керамического кирпича, утеплитель - маты из стеклянного штапельного волокна.
2. Керамзитобетонные блоки с облицовкой из керамического кирпича, утеплитель - маты из стеклянного штапельного волокна.
3. Монолитный железобетон с облицовкой из трехслойных стеновых войлочных панелей, утеплитель - маты из стеклянного волокна.
Анализ теплотехнических характеристик проводился на основе известных данных с учетом климатических условий города Алматы.
Озеленение. Включение зеленых насаждений на фасад здания с третьим типом ограждающей конструкции имеет множество положительных эффектов. Рассмотрим основные аспекты влияния зеленых фасадов [1, 2]:
- Зеленые насаждения на фасаде добавляют дополнительный слой изоляции, что способствует улучшению теплоизоляционных свойств конструкции.
- Зеленые насаждения создают дополнительный барьер, уменьшая потери тепла через стены здания [2].
- Зеленые насаждения обеспечивают тень и испарительное охлаждение, что уменьшает перегрев стен и внутреннего пространства здания.
1772
- За счет улучшенной теплоизоляции и охлаждающего эффекта растений уменьшаются затраты на поддержание комфортной температуры внутри здания [2, 3].
- Растения поглощают СОг и выделяют О2, что улучшает качество воздуха. Листья растений поглощают пыль и другие загрязняющие вещества, очищая воздух вокруг здания.
- Зеленые насаждения могут снижать уровень шума, поступающего с улицы, создавая более тихую и комфортную среду внутри здания [3, 4].
- Растения защищают стены от воздействия ультрафиолетовых лучей, дождя, ветра и загрязняющих веществ, что может снизить износ и разрушение материалов фасада [2, 3, 4].
- Зеленые насаждения помогают регулировать влажность вокруг здания, что может предотвратить образование трещин и других повреждений стен.
На основании приведенных преимуществ внедрения зеленых насаждений в фасады зданий, т.е. вертикальное озеленение, способствует не только экологическому, но и техническому, а также эстетическому прорыву. Современные технологии позволяют использовать трехслойные плиты на основе органического материала - овечий войлок, в качестве основы под зеленые насаждения [2]. Далее, проведем сравнительный анализ на основе теплотехнических данных.
Теплотехнический расчет. Для определения теплотехнических характеристик ограждающих конструкций были рассчитаны следующие параметры:
1. Тепловое сопротивление ОК [4, 5, 6].
2. Коэффициент теплопередачи ОК [4, 5, 6].
3. Теплопотери ОК [4, 5, 6].
Определяем нормированное сопротивление теплопередаче по формуле:
= а X £>гсоп + Ь, [м2 X °С/Вт]
1773
где: а, Ь - коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы 3, СН РК 2.04-107-2022 «Тепловая защита зданий» [7]: а = 0,00035, Ь = 1,4,
£)гсоп - градусо-сутки отопительного периода для города Алматы.
Находим требуемое условное сопротивление теплопередаче по формуле:
РтР
Д0сл'тр = ^ ,[м2 X °С/Вт]
где: дусл,тр' - требуемое сопротивление теплопередаче конструкции без учета теплотехнической неоднородности ОК,
г - коэффициент теплотехнической неоднородности, «глади», глухой части стены. В рассматриваемом варианте принимаем г = 0,70.
Приведенное сопротивление теплопередаче 3-ех слойной ограждающей конструкции находим согласно п.8, СП РК 2.04-106-2012 «Проектирование тепловой защиты здания» [8] по формуле:
<Л = Двн + ^ Дт'Изв + Днар, [м2 X °С/Вт]
где: Двн - коэффициент сопротивления теплоотдаче внутренней поверхности ограждающих конструкций. Определяется по формуле: Двн = —, [м2 X °С/Вт],
^вн
авн - коэффициент сопротивления, принимаемый по таблице 4 -Коэффициенты теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции: авн = 8,7 [м2 X °С/Вт],
Днар - коэффициент сопротивления теплоотдаче наружной поверхности
ограждающих конструкций. Определяется по формуле: Днар =-, [м2 X
^нар
°С/Вт],
1774
анаР - коэффициент сопротивления, принимаемый по таблице 6 -Коэффициенты теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции: «нар = 23 [м2 X °С/Вт],
£ Дт.изв - сумма сопротивления теплопередаче известных слоев
ограждающей конструкции. Определяется по формуле: £ЯтИзв = т1 + —+
. . Л-1
^,[м2 X °С/Вт].
8п - толщина п-го известного слоя ограждающей конструкции, Лп - коэффициент теплопроводности п-го известного слоя ограждающей конструкции, Вт/(м X °С),
п - количество слоев многослойной ограждающей конструкции.
Сумма теплового сопротивления всех слоёв конструкции, определяемая для каждого из трех типов по формуле ниже:
Док = + ^2 + - + Дп) = , м2 X °С/Вт
Коэффициент теплопередачи для трехслойной ограждающей конструкции определяется по формуле ниже:
и ^"Л,[Вт/(м2 X °С)]
Теперь мы можем использовать этот коэффициент для расчёта теплопотерь. Для этого нам нужно знать площадь ограждающей конструкции. Предположим, что:
А = 100 [м2]
Тогда, теплопотери каждого из трех видов ограждающей конструкции определяются из формулы (14):
Q = и X А X Д^ [Вт/(м2 X °С)]
1775
где: Дt - определяется как разница температур между внутренней и внешней средой для теплого и холодного времени года, °С.
Результаты теплотехнического расчета для трех типов ограждающей конструкции приведены ниже.
1 Ограждающая конструкция типа №1 - монолитный железобетон с облицовкой из керамического кирпича, утеплитель - маты из стеклянного штапельного волокна.
- толщина железобетона: 5жб = 0,25 м,
- коэффициент теплопроводности: Лжб = 1,92 Вт/(м X °С),
- толщина утеплителя (матов): 5ут =0,14 м,
- коэффициент теплопроводности: Лут = 0,043 Вт/(м X °С),
- толщина облицовки из керамического кирпича: 5кк = 0,12 м,
- коэффициент теплопроводности: Лкк = 0,58 Вт/(м X °С).
Нормированное сопротивление теплопередаче ОК тип №1:
= а X £>гсоп + Ь = 0,00035 X 3 378,4 + 1,4 = = 1,182 + 1,4 = 2,582 [м2 X °С/Вт]
Требуемое условное сопротивление теплопередаче ОК тип №1:
^рР 2,582 0,70
дусл-тр = = = 3,689 [м2 X °С/Вт]
Приведенное сопротивление теплопередаче ОК тип №1:
усл V"1 1 ^ут 53 1
Яо = ^в + / ^т.изв + Дн = — + Y + Т~ + Т + Т + ^ =
авн ^ут л2 л3 анар
_ 1 0,12 0,14 0,25 0,02 1 _ = 87 + 058 + 0,043 + 1,92 + "0У + 23 = = 0,1149 + 0,2069 + 3,2558 + 0,1302 + 0,0286 + 0,0435 = = 0,1149 + 3,665 = 3,7799 [м2 X °С/Вт].
Сумма теплового сопротивления всех слоёв конструкции ОК тип №1:
1776
*1К = ^ + «2 + - + Я. ) = (51) + © + © + £) =
_ 0,12 0,14 0,25 0,02 _ = 058 + 0,043 + 1,92 + "0У = = 0,2069 + 3,2558 + 0,1302 + 0,0286 = 3,6215 [м2 X °С/Вт].
Коэффициент теплопередачи ОК тип №1: 11
01 = = 3бш; == а2762 [Вт/(м2 X °С)].
Теплопотери для ОК тип №1 составят:
£1еп = ^ X А X Дt = 0,209 X 100 X 4,3 = 89,87 [Вт], £[ол = ^ X А X Дt = 0,209 X 100 X (-10,2) = -213,18 [Вт].
2 Ограждающая конструкция типа №2 - керамзитобетон с облицовкой из керамического кирпича, утеплитель - маты из стеклянного штапельного волокна.
- толщина керамзитобетон: 5кб =0,19 м,
- коэффициент теплопроводности: Якб =0,67 Вт/(м X °С),
- толщина утеплителя (матов): 5ут =0,13 м, коэффициент теплопроводности: Яут = 0,043 Вт/(м X °С), толщина облицовки из керамического кирпича: 5кк = 0,12 м,
- коэффициент теплопроводности: Якк = 0,58 Вт/(м X °С).
Нормированное сопротивление теплопередаче ОК тип №2: = а X £>гсоп + Ь = 0,00035 X 3 378,4 + 1,4 = = 1,182 + 1,4 = 2,582 [м2 X °С/Вт].
Требуемое условное сопротивление теплопередаче ОК тип №2: <л'тр = ^ = 2582 = 3,689 [м2 X °С/Вт].
1777
Приведенное сопротивление теплопередаче ОК тип №2:
уСл V"1 1 ^уТ 1
^0 = ^вн + / ^т.изв + Днар =- + + ~Г + ~Г + ~ =
авн ^ут л2 л3 анар
_ 1 0,12 0,13 0,19 0,02 1 _ = 87 + 058 + 0,043 + 067 + 076 + 23 = = 0,1149 + 0,2069 + 3,0233 + 0,2836 + 0,02632 + 0,04348 = = 0,1149 + 3,5836 = 3,699 [м2 X °С/Вт].
Сумма теплового сопротивления всех слоёв конструкции ОК тип №2:
^=+«2+-+«„ )=©+@+©+@=
_ 0,12 0,13 0,19 0,02 _ = 058 + 0,043 + 067 + 076 = = 0,2069 + 3,0233 + 0,2836 + 0,0263 = 3,5401 [м2 X °С/Вт].
Коэффициент теплопередачи ОК тип №2: 11
= = о г,^ = 0,2825 [Вт/(м2 X °С)]. Д2К 3,5401 , [ ^ п
Теплопотери для ОК тип №2 составят:
С2еп = X А X = 0,203 X 100 X 4,3 = 87,29 [Вт], ф2ол = X а X = 0,203 X 100 X (-10,2) = -207,06[Вт].
3 Ограждающая конструкция типа №3 - монолитный железобетон с облицовкой из трехслойных органических плит из войлока, утеплитель - маты из стеклянного штапельного волокна.
— толщина монолитный железобетон: 5мжб = 0,3 м,
— коэффициент теплопроводности: Амжб = 2,04 Вт/(м X °С),
— толщина утеплителя (матов): 5ут = 0,1 м,
1778
коэффициент теплопроводности: Лут = 0,043 Вт/(м X °С),
- толщина облицовки из трехслойных органических плит из войлока: 5вп = 0,175 м,
- коэффициент теплопроводности: Лвп = 0,083 Вт/(м X °С).
Нормированное сопротивление теплопередаче ОК тип №3: ДТР = а X £>гсоп + Ь = 0,00035 X 3 378,4 + 1,4 = = 1,182 + 1,4 = 2,582 [м2 X °С/Вт].
Требуемое условное сопротивление теплопередаче ОК тип №3:
2,582 0,70
ДуслЛТ = — = 2582 = 3,689 [м2 X °С/Вт].
Приведенное сопротивление теплопередаче ОК тип №3:
1 , , 5ут , ^2 , 1
ДУ = Дв + / Дтизв + Дн =--+ ~—+ "т———+
усл 1 ут
«вн Л-1 ^ут ^2 ^3 анар
_ 1 0,175 0,1 0,3 0,02 1 _ = 8,7 + 0,083 + 0,043 + 2,04 + "0,7 + 23 =
= 0,1149 + 2,1084 + 2,3256 + 0,1471 + 0,0286 + 0,0435 =
= 0,1149 + 4,6532 = 4,768 [м2 X °С/Вт].
Сумма теплового сопротивления всех слоёв конструкции ОК тип №3:
*3к = ^ + «2 + ~ + Я. ) = (£) + © + ^ + (£) =
_ 0,175 0,1 0,3 0,02 _ = 0,083 + 0,043 + 2,04 + "0,7 =
= 2,1084 + 2,3256 + 0,1471 + 0,02857 = 4,6097 [м2 X °С/Вт].
Коэффициент теплопередачи ОК тип №3
1 1
Л
= = = 0,2169 [Вт/(м2 X °С)].
4,6097 , [ /( )]
1779
Теплопотери для ОК тип №3 составят:
З3еп = X А X = 0,181 X 100 X 4,3 = 77,83 [Вт], 3|ол = X а X = 0,181 X 100 X (-10,2) = -184,62 [Вт].
Подводя итоги, получим:
1. Для ОК тип №1: Высокая плотность железобетона и керамического кирпича, что обеспечивает значительную теплоустойчивость [4, 5, 6, 7, 8].
2. Для ОК тип №2: Керамзитобетон имеет меньшую плотность, чем железобетон, что снижает теплоустойчивость по сравнению с первым типом конструкции.
3. Для ОК тип №3: Трехслойные стеновые панели имеют высокие теплоизоляционные свойства и низкую плотность, что в сочетании с железобетоном обеспечивает высокую теплоустойчивость [4, 5, 6, 7, 8].
Вывод. На основании проведенного анализа можно сделать следующие выводы:
Включение зеленых насаждений на фасад здания с третьим типом ограждающей конструкции приносит значительные преимущества в плане теплоизоляции, энергоэффективности, экологической пользы, улучшения психологического состояния и эстетического восприятия, а также защиты и долговечности фасадов. Эти факторы делают зеленые фасады эффективным решением для современных энергоэффективных зданий, особенно в условиях города Алматы.
Третий тип ограждающей конструкции (монолитный железобетон с облицовкой из трехслойных стеновых войлочных панелей и утеплителем из стеклянного волокна) обладает наилучшими теплотехническими характеристиками и высокой теплоустойчивостью.
Использование третьего типа конструкции целесообразно для внедрения зеленых насаждений на фасады зданий, что позволит повысить
1780
энергоэффективность зданий и улучшить экологическую обстановку в городе Алматы.
Таким образом, третья конструкция не только обеспечивает наилучшие теплотехнические характеристики, но и способствует эффективному внедрению систем озеленения на фасады зданий, что делает её оптимальным выбором для современных энергоэффективных зданий в условиях Алматы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Особенности проектирования трехслойных ограждающих конструкций / А.К. Турчаненко, С.И. Смирнов - ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет», 195251, Россия, Санкт-Петербург - 2014 г;
2. Использование инновационных технологий устройства стеновых покрытий с модульными системами озеленения / Король Е.А., Шушунова Н.С. -Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. Выл. 7. С. 912-925. DOI: 10.22227/19970935.2021.7.912-925;
3. Yeh, Y.P. 2012. Green Wall-The Creative Solution in Response to the Urban Heat Island Effect. National Chung-Hsing University;
4. Thompson, J.W. and Sorving, K. 2000. Sustainable Landscape Construction, A Guide to Green Building Outdoors. Island Press, Washington D.C. p. 105-131;
5. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций жилых и общественных зданий. Учебно-методическое указания к курсовой расчетно-географической работе по архитектурной климатологии. Для студентов, обучающихся по специальности «Архитектура» и «Дизайн архитектурной среды» / Киселева Е.Г., Мягков М.С. - М: МАРХИ, 2012 - 36 с;
6. Теплотехнический расчет наружных ограждение и тепловой баланс здания. Учебно-методическое пособие к курсовой работе. Для студентов специальность «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент» / С.В. Климович, И.В. Янцевич - Кафедра ЮНЕСКО «Энергосбережение и возобновляемые источники энергии», Минск: 2019. - 42 с;
1781
7. СН РК 2.04-107-2022 «Тепловая защита зданий»;
8. СП РК 2.04-106-2012 «Проектирование тепловой защиты здания»
Sergali Zh.O., Kuatbaeva T.K.
Sergali Zh.O.
Kazakh National Research Technical University named after K.I. Satpayev (Almaty, Kazakhstan)
Kuatbaeva T.K.
Kazakh National Research Technical University named after K.I. Satpayev (Almaty, Kazakhstan)
ENERGY EFFICIENCY: IMPACT OF GREEN PLACES ON THERMAL INSULATION PROPERTIES OF MODERN ENCLOSING STRUCTURES IN ALMATY
Abstract: this article examines the influence of green spaces on the thermal insulation properties of the enclosing structures of modern buildings in the city of Almaty. Based on a comparative analysis of three types of structures, the authors evaluate the effectiveness of green façades in improving the thermal performance of buildings. The results of the study confirm the significant positive impact ofgreen spaces on the indoor microclimate, reducing energy consumption and improving the environmental situation. This work represents an important contribution to the development of energy-efficient and sustainable building technologies that meet modern requirements for environmental safety and comfortable living.
Keywords: felt panel, thermal characteristics, heat resistance, building envelope.
1782
