CC BY
73
УДК 692.232
НАВЕСНЫЕ ФАСАДНЫЕ СИСТЕМЫ В НОВОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕКОНСТРУКЦИИ ЖИЛЫХ ДОМОВ В ИРКУТСКЕ
А.Д. Калихман, А.С. Иванова
Даны оценки тепловлажностного состояния ограждений при использовании навесных фасадных систем. Обосновываются возможности применения и перспективы использования навесных вентилируемых фасадных систем типа «Полиалпан» применительно к новому строительству и реконструкции жилых домов с недостаточной по современным нормативным требованиям теплозащитой.
Ключевые слова: навесные фасадные системы, вентилируемые фасадные системы, теплозащита.
INDIVIDUALLY ATTACHED FACADE SYSTEMS IN NEW BUIDING AND RECONSTRUCTION OF RESIDENTIAL HOUSES IN IRKUTSK
A.D. Kalikhman, A.S. Ivanova
Heat and dampness condition of the fences are assessed when attached facade systems are used. Reasons are given for using attached ventilated facade systems of "Polyalpan" type and their prospects are estimated with regard to new building and reconstruction of existing residential houses with insufficient thermal protection as modern regulatory standards would demand it.
Key words: individually attached facade systems, ventilated facade systems, thermal protection.
Введение. Массовое внедрение навесных фасадных систем в новом строительстве и реконструкции жилых домов в Иркутске предусматривает необходимость выполнения расчетов тепловлажностных характеристик ограждений, дающих адекватную оценку проектных мероприятий при внедрении конструкций с высокими теплозащитными качествами. К этому же классу конструкций относятся и вентилируемые фасадные системы. Защита наружных ограждающих конструкций и утеплителя осуществляется при помощи декоративной плиты-экрана, образующей между стеной воздушную прослойку. Использование вентилируемых фасадных систем считается одним из наиболее эффективных современных методов утепления и отделки зданий. Кроме придания декоративной выразительности облицовке зданий, системами обеспечивается защита стен от атмосферной влаги и осадков в виде дождя и мокрого снега, влаги при оттаивании обледенений внутренней поверхности, конденсата за отопительный период при попадании в воздушную прослойку теплого воздуха из помещений, обеспечивается также снижение уровня внешнего шума [1].
Физические принципы работы вентилируемого фасада известны давно, со времени, когда они применялись в виде укрепленных с наружной стороны стен деревянных щитов на небольшом относе для формирования воздушного канала между щитом и стеной. По воздушной прослойке восходящий поток под действием гравитационной (тепловой) и ветровой нагрузки обеспечивал удаление накапливаемой влаги и просушивание стен, способствуя их долговечности. Работоспособность системы воздухообмена в прослойке во многом зависела от технологичности установки щитов и правильности размещения приточных и вытяжных
отверстий. Еще один физический принцип работы такой системы упрощенно сводится к тому, что парциальное давление водяного пара внутри здания обычно больше парциального давления водяного пара снаружи из-за разности температур, поэтому такая система одновременно с утеплением обеспечивает удаление избыточной влаги из несущих стен и утеплителя.
Конструкция навесных вентилируемых систем в числе основных элементов предусматривает наличие облицовочных панелей, называемых также декоративными экранами, экранами или панелями экрана, каркаса для крепления панелей с кронштейнами несущими или поддерживающими, воздухозаборные и воздуховыводящие щели. Кроме основных элементов возможны различные дополнительные устройства, позволяющие компенсировать температурное удлинение и укорочение панелей, воспринимать и перераспределять весовые и ветровые нагрузки панелей, сохранять заданную величину воздушного зазора, обходить оконные откосы, сливы, обрамления панелей, углов. Следует отметить также, что слой или слои теплоизоляции не являются обязательным элементом системы в том случае, если, например, теплозащитные свойства наружного ограждения обеспечиваются емкостной теплоизоляцией материала несущей стены.
Важно технологически обеспечить наименьшее число препятствий на пути воздуха для лучшей вентилируемости воздушной прослойки и, следовательно, эффективности удаления влаги из ограждения. С другой стороны, реализация системы с установкой облицовки вплотную к утеплителю без зазора, что на практике нередко встречается, не только не позволяет реализовать физическую модель вентилируемости, но и увеличивает вероятность увлажнения утеплителя. Кроме того, воздушная прослойка в системе должна быть вентилируемой и воздухообмен в ней - осуществляться за счет естественной конвекции, что делает технологически обязательным наличие воздухозаборных и воздуховыводящих щелей.
Навесные фасадные системы в новом строительстве
Наиболее распространенными следует признать навесные фасадные системы из кера-могранита, устанавливаемые на наружных стенах новых многоквартирных жилых домов в монолитном исполнении. Расчет тепловлажностного режима подобных ограждений можно проследить на примере расчета монолитного стенового ограждения из железобетона толщиной 0,2 м утеплителя из минераловатных плит с наружной стороны толщиной 0,16 м и покрытия фактурным слоем с внутренней стороны толщиной 0,015 м и с наружной стороны ке-рамогранитной плиткой - 0,01 м, устанавливаемой на относе для возможности вентиляции фасада; коэффициенты теплопроводностей: железобетона - 1,92 Вт/(м-°С), минераловатных плит - 0,45 Вт/(м-°С), фактурного слоя - 0,7 Вт/(м-°С), керамогранита - 1,7 Вт/(м-°С) [2].
На рис. 1 а) приведено распределение температуры на поверхностях и в толще утепленной ограждающей конструкции в монолитном исполнении для зимних условий в городе Иркутске при температуре внутреннего воздуха tint = 20 °С и наружного воздуха text = - 38 °С.
Расчетное распределение температур, представленное на рис. 1 а), соответствует стационарной теплопередаче через двухслойное ограждение в монолитном исполнении с утеплителем из минераловатных плит и может быть довольно близким к натурным условиям из чего следует, что при величине общего сопротивления теплопередаче стена имеет высокие теплозащитные качества, позволяющие отнести их к категории энергоэффективных; как следует из расчета и графика распределения температуры, разность температур внутреннего воздуха и внутренней поверхности ограждения составляет 1,7 °С; размещение утеплителя с наружной стороны ограждения практически исключает явления, связанные с промерзанием и конденсацией влаги.
На рис. 1 б) приведены распределения максимальной упругости водяного пара Е и упругости водяного пара е в толще утепленных ограждающих конструкций в монолитном исполнении для зимних условий в городе Иркутске, позволяющие проверить условия конденсации влаги и количественные показатели ее накопления в ограждении, вероятные зоны конденсации влаги. Поскольку в толще ограждения на всех участках составляющих слоев и на их стыках значения максимальной упругости водяного пара превышают значения упругости водяного пара, то не возникает условий для конденсации влаги и ее накопления. Результаты анализа условий конденсации влаги в толще монолитного стенового ограждения с утеплителем, приведенные на рисунке, показывают, что рассматриваемое ограждение, обладающее высокими теплозащитными качествами, исключает возможность конденсации влаги в ограждении.
а) б)
Рис. 1. Распределение температуры на поверхностях и в толще утепленной ограждающей конструкции в монолитном исполнении для зимних условий в городе Иркутске (а) и распределение максимальной упругости водяного пара Е и упругости водяного пара е (б): Е - пунктирная линия, е - штрихпунктирная линия
Вентилируемые фасадные системы «Полиалпан» в новом строительстве
Рассматриваемые фасадные системы располагают в устройстве облицовочной панели теплоизолирующим слоем. Наличие такого слоя обеспечивает в воздушном зазоре температуру на несколько градусов выше, чем наружного воздуха, что увеличивает общую теплозащиту стены. Облицовочные панели включают наружный металлический лист толщиной 0,5 мм из алюминиевого сплава, теплоизоляционный слой толщиной 25 мм со средней плотно-
стью 35 Кг/м3 и теплопроводностью до 0,026-0,030 Вт/(м2-°С) из твердого пенополиуретана, прочно скрепленного с наружным и внутренним слоями из легированной алюминиевой фольги толщиной 0,05 мм. Панели «Полиалпан» имеют длину до 12 м, ширину 50 см, ширина воз-духозаборной и воздуховыводящей щели составляет минимум 25 мм, общая толщина воздушной прослойки составляет 50-100 мм, соединение панелей с помощью замкового профиля исключает попадание наружной влаги внутрь системы и делает почти невидимыми вертикальные стыки [3, 4].
Конструктивное решение наружных стеновых ограждений с фасадной системой должно включать в качестве одного из основных элементов определяемую численно величину минимальной толщины теплоизоляционного слоя. Ниже определение толщины утеплителя рассматривается для используемой в новом строительстве несущей основы стеновых ограждений из монолитного железобетона толщиной 0,18 м и в серии 1-120.1-1 с ограждений из кирпичного заполнения сборного каркаса толщиной 0,25 м.
В соответствии с рекомендациями [3, 4] исходная для принятия конструктивных решений толщина утеплителя § находится по формуле
гт
S- = ins
( R
req-R -R
k a.l
int ext
a. ,
ms
у
1
1
где Rreq - нормируемое значение сопротивления теплопередаче стен; r - коэффициент теплотехнической однородности (в расчетах 0,84); Rk - термическое сопротивление ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями; Ra.i - термическое сопротивление воздушной прослойки (в расчетах 0,11); aint, aext - коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхности утеплителя; Xtns - расчетный коэффициент теплопроводности утеплителя.
Для утеплителя из минераловатных плит с теплопроводностью 0,45 Вт/(м-°С) и приведенного сопротивления теплопередаче всего стенового ограждения в соответствии с нормируемым значением сопротивления теплопередаче Rreq = 3,8 (м2-°С )/Вт, с учетом толщины воздушной прослойки 0,05 м и теплопроводности пенополиуретана панелей «Полиалпан» 0,030 Вт/(м-°С) для ограждений из монолитного железобетона толщина теплоизоляции
5fns = 0,151 м, а для ограждений из кирпичного заполнения сборного каркаса толщиной 0,25 м с теплопроводностью эффективного кирпича 0,7 Вт/(м-°С) толщина теплоизоляции
Sins = 0,17 м.
Полученные значения толщины утеплителя для оснований стен ограждений монолитной 0,151 м и кирпичной 0,17 м обеспечивают требуемый уровень теплозащиты для Иркутска с использованием панелей «Полиалпан». Толщина утеплителя может корректироваться в соответствии с номенклатурой выпускаемых плит.
Вентилируемые фасадные системы «Полиалпан» в реконструкции
Вентилируемые фасадные системы находят применение в городе Иркутске в процессе реализации проектов восстановления повреждений крупнопанельных зданий первой массовой застройки 60-х годов. Только в Иркутске продолжается эксплуатация около 500 домов серий 1-335С и 1-335-АС, а в городах Шелехове, Ангарске, Усолье-Сибирском они также составляют значительную часть жилого фонда. До настоящего времени практика производства ремонтно-восстановительных работ на имеющих дефекты стеновых панелях из газозоло-
бетона является одной из наиболее приемлемых и технологичных в условиях низкой эффективности и слабого, в сравнении с экономически развитыми странами, потенциала и возможностей строительной индустрии в регионе и стране, не способной в ближайшей перспективе достичь необходимого уровня обеспеченности жильем городского населения и приступить к полной ликвидации крупнопанельных жилых домов, исчерпавших свой паспортный срок эксплуатации.
Работы по усилению и устранению дефектов наружных стеновых панелей из газозоло-бетона могут приводить к изменению, чаще к ухудшению, теплозащитных качеств даже в сравнении с исходными, принятыми при строительстве жилых домов. Предприятие «Иркут-Инвест», которое почти десять лет занимается разработкой и внедрением технологий восстановления, вместо обычной практики демонтажа вышедших из строя наружных стеновых панелей с заменой их новыми изделиями применяет технологию восстановления несущей способности наружных стеновых панелей методом торкретирования с последующей установкой вентилируемой фасадной системы «Полиалпан».
Исходные теплозащитные характеристики наружных стеновых панелей из газозолобе-тона определяются с учетом его нормативной плотности 1000 кг/м3 (результаты исследований панелей по фасадной и внутренней поверхностям в зависимости от влажности материала показывают изменения плотности в пределах от 1083 до 880 кг/м3) и теплопроводности в сухом состоянии 0,23 Вт/(м °С) при массовом отношении влаги в материале 22 % (по результатам исследований панелей с фасадной и внутренней поверхности влажность изменяется в пределах от 32 до 6 %). Для условий эксплуатации для сухой зоны влажности и нормального влажностного режима помещений значение теплопроводности принимается равным 0,44 Вт/(м °С).
Величина сопротивления теплопередаче ограждения исходных стеновых панелей из газозолобетона при толщинах соответственно 350 мм и 400 мм будет равна:
2 о 2 о
350 м С 400 м С Ro = 0,95- , Ro = 1,07-.
Вт Вт
Теплозащитные характеристики стеновых панелей после их усиления торкрет-бетоном обычно изменяются в сторону снижения. Применяемая технология восстановления имеющих дефекты газозолобетонных наружных стеновых панелей заключается в удалении поврежденного и разрушенного материала панели с наружной стороны и нанесения армированного торкрет-бетона с наружной, а при необходимости и с внутренней стороны. С учетом того, что толщина удаленного слоя может составлять до 150 мм и, соответственно, наносимого торкрет-бетона до 150 мм с теплопроводностью порядка 1.5 Вт/(м °С), происходит снижение теплозащитных характеристик от исходных до следующих значений:
350 м2 °С „400 _ м2 0С Ro0 = 0,71-, R0 = 0,83-.
Вт Вт
Восстановление теплозащитных свойств отремонтированных панелей с применением фасадной системы «Полиалпан» связано с тем, что она зарекомендовала себя не только в новом строительстве, но также при капитальном ремонте и реконструкции существующих зданий в целях придания зданию современного архитектурного облика и радикального повышения уровня теплозащиты наружных стен. Применение фасадной системы «Полиалпан» в ус-
ловиях Иркутска требует обоснования ее работоспособности в соответствии с методикой расчета наружных стен с фасадными системами и вентилируемой воздушной прослойкой.
На первом этапе рассматривается конструктивное решение стены в результате проведения капитального ремонта. На рис. 2 показана схема наружной стены с устройством вентилируемой фасадной системы, где слой утеплителя допускает различные варианты использования от удовлетворяющего современным требованиям уровня теплозащиты до его отсутствия в случае простой компенсации снижения теплозащитных характеристик стены после устранения дефектов путем нанесения торкрет-бетона.
Теплотехнический расчет наружной стены в соответствии с показанной на рис. 2 схемой выполняется для трех вариантов устройства утепления с использованием плит из базальтовой минеральной ваты толщиной: 0 мм, 50 мм и 100 мм с величиной теплопроводности 0,045 Вт/(м °С). Термическое сопротивление утеплителя будет составлять соответственно: 0, 1,1, 2,2 м2 °С/Вт . Термическое сопротивление панели экрана будет равно 0,815 м2 °С/Вт. Термическое сопротивление воздушной прослойки принимается в соответствии с рекомендуемыми величинами по наименьшему значению 0,11 м2 °С/Вт.
Рис. 2. Схема наружной стены после ремонта по технологии торкретирования с устройством вентилируемой фасадной системы типа «Полиалпан»: 1 - армированный торкрет-бетон; 2 - газозолобетон; 3 - утеплитель, минеральная вата; 4 - панель экрана; 5 - воздушная прослойка; 6 - зона возможной конденсации
Итоговое сопротивление теплопередаче для рассматриваемых вариантов толщин утеплителя 0 мм, 50 мм и 100 мм будет следующим:
2о^ 2о^ 2о^ 0 м С 50 м С 100 мС R0 = 1,753 - , яо° = 2,853 - , яЦ00 = 3,953 - .
Вт Вт Вт
Таким образом, применение технологии торкретирования для восстановления наружных стеновых панелей из газобетона с использованием системы «Полиалпан», как видно из оценок теплотехнических характеристик, позволяет существенно улучшить теплозащиту. При нулевой толщине утеплителя более чем в полтора раза увеличиваются значения приведенного сопротивления теплопередаче стеновых панелей в сравнении с исходными на начальном периоде их эксплуатации. При толщине утеплителя 100 мм уровень теплозащиты панелей приближается к современным значениям, которые предусматриваются последними нормативными требованиями. Важно отметить, что включение утеплителя в процесс ремонт-но-восстановительных работ дефектных наружных стеновых панелей должно сопровождаться подобным утеплением всех стеновых поверхностей здания, поскольку пока установка вентилируемых фасадных систем касается преимущественно торцевых участков зданий, а реже фасадов и торцов.
Заключение. Расчеты тепловлажностного состояния наружных стеновых ограждений в новом строительстве и реконструкции жилых домов в Иркутске с использованием навесных фасадных систем позволяют сделать вывод о возможности и перспективности их применения. Для несущей основы стеновых ограждений возводимых в Иркутске многоквартирных жилых домов из монолитного железобетона толщиной 0,18 м и серии 1—120.1—1 с из кирпичного заполнения сборного каркаса толщиной 0,25 м показано, что использование системы «Полиалпан» требует соответственно толщину утеплителя 0,15 м и 0,17 м. Для наружных стен многоквартирных жилых домов массовой застройки в кирпичном и панельном исполнении, возведенных до 1990 года в городе Иркутске, увеличение уровня теплозащиты до нормативного уровня с применением навесных вентилируемых фасадных систем «Полиалпан» возможно при использовании утеплителя из минераловатных плит толщиной до 0,1 м. Следует отметить, что для распространенного в Иркутске нового строительства с использованием трехслойного стенового ограждения из двух слоев кирпича и утеплителя между ними наличие вентилируемого фасада может заметно сместить границу промерзания стены от места наружного стыка в наружный слой кирпича и исключить условия отсыревания и промерзания утеплителя.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Строительная теплофизика и энергоэффективное проектирование ограждающих конструкций зданий : сборник трудов II Всероссийской научно-технической конференции. СПб., 2009. 154 с.
2. Калихман А.Д. Строительная физика: проектирование и расчеты. Ч. 1. Тепловая защита зданий : учебное пособие. Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2010. 162 с.
3. Фасадная система «Полиалпан». Технические решения : Рекомендации по проектированию навесных фасадных систем с вентилируемым воздушным зазором для нового строительства и реконструкции зданий / ОАО «ЦНИИЭП жилища», ЗАО «ИНТЕКО», ООО «ПОЛИАЛПАН». М., 2002, 104 с.
4. «Полиалпан» фасадные теплосберегающие панели : Рекомендации по проектированию и применению фасадной системы «Полиалпан» для строительства и реконструкции зданий / ОАО «ЦНИИЭП жилых и общественных зданий». М., 2009. 136 с.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Калихман Аркадий Давидович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Архитектурное проектирование», Иркутский государственный технический университет, тел.: 40-51-56, e-mail: [email protected]
Иванова Анастасия Сергеевна, старший преподаватель кафедры «Архитектурное проектирование», Иркутский государственный технический университет, тел.: 40-51-56, email: [email protected]
Kalikhman A.D., Doctor of Physics and Mathematics, professor, Architecture Projection Department, Irkutsk State Technical University, tel.: (3952) 40-51-56, e-mail:[email protected]
Ivanova A.S., senior teacher, Architecture Projection Department, Irkutsk State Technical University, tel.: (3952) 40-51-56, e-mail: [email protected]
УДК 621.396
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АКУСТИКИ ВОЗВОДИМЫХ В ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ
ХРАМОВ
А.Д. Калихман, Е.В. Хохрин
Рассматривается проектирование акустики вновь возводимых храмов Иркутской области. Для выполненного в традициях древнерусского зодчества церкви Рождества Христова в Иркутске-2 на месте авиакатастрофы удалось получить приемлемые для относительно малого пространства акустические характеристики. Использованные методы и подходы были в дальнейшем применены в проектировании акустики храмов других городов Иркутской области.
Ключевые слова: акустическое проектирование, время реверберации, ранние отражения.
PROJECTING ACOUSTICS IN THE TEMPLES BEING RAISED IN THE
IRKUTSK REGION
A.D. Kalikhman, E.V. Khokhrin
Projecting acoustics in the newly raised temples of the Irkutsk region is the main issue of the given article. The church named after the Nativity of Christ and raised in the location of the air disaster in Irkutsk-2 is built in the traditions of Old Russian architecture and is notable for its quite acceptable acoustics in spite of its relatively small size. The methodology and approaches used were later taken into consideration while acoustics was being projected for temples in other towns of the Irkutsk region.
Key words: projection of acoustics, reverberation time, early reflections.
Введение. Акустическое проектирование православных храмов средней вместимости с так называемым воздушным объемом до 6000 м3 относится к большинству возводимых в Иркутской области храмов с возможностью одновременного присутствия от 100 до 1000 че-
