CC BY
0
МЕТОДЫ БОРЬБЫ С МОСТИКАМИ ХОЛОДА (ТЕРМОРАЗРЫВАМИ) К.И. Малюк
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (Россия, г. Санкт-Петербург)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-3-2-189-192
Аннотация. В данной статье была исследованы методы борьбы с мостиками холода. Были определены понятия теплового моста, проведена оценка некоторых методов повышения энергоэффективности здания. Отдельное внимание было выделено на термомосты на примере их применения в металлических профилях компании Schйco. Также было рассмотрено как можно рассчитать общий тепловой поток по площади по узлу; как зная коэффициент теплопередачи материала можно рассчитать приблизительные теплопо-тери, и как мостики холода влияют на теплопотери.
Ключевые слова: мостики холода, термомост, энергоэффективность, металлические конструкции, теплопроводность, теплопотери, терморазрыв.
Одним из основных аспектов проектирования различных строительных конструкций является борьба с теплопотеря-ми. Снижение расходов на энергоресурсы сооружений, связанное со снижением количества температурных мостов, впоследствии даёт возможность более рационально эксплуатировать сооружение. Невозможно полностью избежать использования мостов холода, однако существуют различные методы проектирования и использования строительных материалов, которые могут позволить повысить энергоэффективность зданий до 30-40% [1].
Тепловой мост (мост холода) - это компонент здания, который характеризуется более высокими тепловыми потерями по сравнению с окружающей средой. Их точное моделирование является ключевым шагом в анализе энергоэффективности из-за растущего осознания важности устойчивого проектирования.
Для создания достаточной теоретической базы для целостного анализа методов борьбы с мостиками холода обратимся к научной литературе.
В публикации «Расчёт мостиков холода многоэтажного гражданского здания в программном комплексе Therm» [2] Усков И.А. показывает, как могут производиться теоретические расчёты теплопередачи на основании метода конечных элементов. Благодаря подобным расчётам становится возможным исключить крити-
ческие теплопотери ещё на этапе проектирования.
Согласно работам «Температурные мосты или мостики холода в жилых зданиях и сооружениях» [3] и «Мостики холода: современное решение проблемы» [4] мостики холода можно подразделить на геометрические, обусловленные архитектурно-конструктивными особенностями, и материальные, возникающие из-за отличия теплоизоляционных свойств строительных материалов.
Методы и материалы
Был проведен обширный анализ существующих особенностей борьбы с мостиками холода. Данный метод способствовал формированию базы данных, которая позволит выделить наиболее эффективные методы снижения теплопотерь. Тепловое моделирование в архитектуре и инженерии часто не выполняется объемно, учебники по численным методам зачастую обобщают метод конечных элементов или рассматривают только случай однородных материалов.
Результаты
В ходе работы были рассмотрены некоторые методы борьбы с мостиками холода. Самыми релевантными из них являются термомосты и теплоизоляция. Эти методы применяются для борьбы с различными типами мостиков холода, однако оба основаны на разности теплопроводности различных веществ.
Термомост
Термомост - конструкция, являющаяся совокупностью теплоизолирующих материалов и полостей с воздухом, который обладает естественными изолирующими свойствами. Такой метод, например используется в металлических профилях компании Schuco (рис. 1). Сохранение тепла является важной задачей, с которой сталкиваются инженеры при проектировании конструкций окон и витражей. В то
1
2
3
Теплоизоляция
Данный метод борется с точечными источниками холода - металлическими крепёжными соединениями, кроме того, используется и в других узлах, например, в пирогах крыш, стен и т.д.
Для начала следует понять, какими недостатками может обладать такой элемент как теплоизоляция. Для использования теплоизоляции необходимо учитывать хи-
время, как профили из ПВХ и древесины хорошо с ней справляются, они обладают высоким классом пожароопасности, (большинство видов древесины обладают классом горючести Г4 - сильно горючие). Алюминиевые профили зачастую более долговечны и обладают большей пожаро-стойкостью, однако обладают высокой теплопроводностью. По этой причине в конструкции окон и витражей включают термомосты.
мическую совместимость материалов архитектурных конструкций. Кроме того, существует проблема порчи утеплителя птицами, которые используют его для постройки гнёзд.
Чтобы разобраться в том, что влияет на эффективность теплоизоляции следует обратиться к формуле из руководства Мор-рисона Хершфилда по тепловым мостам (From the Morrison Hershfield guide for
Рис. 1. Schüco Окно AWS 75.SI+ Schüco Fenster AWS 75.SI+
- Многокамерный уплотнитель и термомост
- Термоизолирующий уплотнитель
- Двухкамерный стеклопакет
Thermal Bridging). Формула была преобра- ния: зована (формула 1), для лучшего понима-
Общий тепловой поток по площади по всему узлу (У) = тепловой поток через линейные разрывы + тепловой поток через точечные разрывы
полная площадь узла + тепловой поток по площади через "с/еаг //е/^ азяетЬ/у" (1)
«Clear field assembly» - конструкции стен, крыши или пола, которые включают в себя все компоненты, из которых состоит стена, включая несущий каркас.
Разберёмся, что значит эта формула: в общем случае тепловой поток (U) - величина, используемая для измерения передачи тепла через конструкцию. Иначе говоря, он используется для определения того, как быстро тепло может уйти через материал. Чем ниже значение U материала, тем медленнее тепло будет передаваться через
материал, а это означает, что материал обладает высокими теплоизоляционными свойствами. Тепловой поток измеряется в Вт/м2К(ватты на метр квадратный кельвин) - единице измерения коэффициента теплопередачи.
Значение теплового потока можно выразить через единицы измерения, которые указывают, насколько хорошо материал сопротивляется изменению тепла (обозначим их R). Их всегда можно найти в спецификациях материалов.
R =
/ (толщина материала)
Я (удельная тепловая проводимость материала)
1
у=ЁЙ (3)
(2)
Зная общий коэффициент теплопередачи материала, можно рассчитать приблизительные теплопотери при известной температуре (снаружи и внутри), что поможет скорректировать конструкцию со-
оружения, в том числе с учётом мостиков холода, а также подобрать материалы, необходимые для изоляции и их размерные характеристики.
Приблизительные теплопотери = U х ДГ х S (4)
Где:
приблизительные теплопотери (Вт) U - общий тепловой поток по площади по всему узлу (Вт/ мЛ2К)
ДТ - разница температур (внутри и снаружи) (К)
S - площадь поверхности (м2) Так, например, возникает точечные терморазрывы, которыми являются шпильки. Поэтому, в металлических конструкциях используют деревянные шпильки вместо стальных (т.к. удельная теплопроводность дерева выше, чем у стали) [5].
Соответственно, можно прийти к выводу, что дополнительная теплоизоляция мостиков холода позволит уменьшить их влияние на теплопотери.
Выводы
Полученные в ходе исследования результаты позволили сформулировать некоторые методы борьбы с теплопотерями, вызванными мостиками холода мостиками холода. Выводы, сделанные в результате произведённого анализа, будут способствовать более рациональному и эффективному проектированию и эксплуатированию жилых и нежилых строений.
Подводя итоги работы, можно обобщить, что основными методами борьбы с теплопотерями, вызванными мостиками холода являются:
1. Применение термомостов в конструкциях, что особенно важно при ис-
пользовании материалов, обладающих вы- Кроме того, следует учитывать, что
сокими теплопроводными свойствами. борьба с терморазрывами является ключе-
2. Использование дополнительной теп- вым шагом в повышении энергоэффектив-лоизоляции в узлах, в том числе включа- ности и осознания важности устойчивого ющих в себя точечные мостики холода. проектирования.
Библиографический список
1. Заболотный, Д.Ю. Температурные мосты или мостики холода в жилых зданиях и сооружениях / Д.Ю. Заболотный // Аллея науки. - 2018. - Т. 7, № 5(21). - С. 679-685. - EDN XRYUEX.
2. Усков, И.А. Расчет мостиков холода многоэтажного гражданского здания в программном комплексе THERM / И.А. Усков // Избранные доклады 65-й Юбилейной университетской научно-технической конференции студентов и молодых ученых: Сборник докладов, Томск, 25 апреля 2019 года. - Томск: Томский государственный архитектурно-строительный университет, 2019. - С. 547-550. - EDN IXQOUM.
3. Заболотный, Д.Ю. Температурные мосты или мостики холода в жилых зданиях и сооружениях / Д.Ю. Заболотный // Аллея науки. - 2018. - Т. 7, № 5 (21). - С. 679-685. - EDN XRYUEX.
4. Мостики холода: современное решение проблемы / О.С. Никитина, Д.С. Максимцев, И.И. Харебин, Ю.В. Кузнецова // Современные тенденции развития науки и технологий. -2017. - № 2-1. - С. 134-136. - EDN YFWWYH.
5. Alhawari A., Mukhopadhayaya P. (2018), Thermal bridges in building envelopes - an overview of impacts and solutions. Int. Rev. Appl. Sci. Eng., 9, 31-40.
METHODS OF DEALING WITH COLD (THERMAL) BRIDGES
K.I. Maliuk
St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering (Russia, St. Petersburg)
Abstract. This article examined methods of combating cold bridges. The concepts of thermal bridging were defined and some methods for improving the energy efficiency of a building were assessed. Special attention was paid to thermal bridges using the example of their use in metal profiles from Schuco. It was also considered how to calculate the total heat flow by area per node; how, knowing the heat transfer coefficient of a material, you can calculate approximate heat loss, and how cold bridges affect heat loss.
Keywords: cold bridges, thermal bridge, energy efficiency, metal structures, thermal conductivity, heat loss.
