CC BY
40
ВЕСТНИК 3/2011
ОТРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДВОЙНОГО ФАСАДА НА
ПОЛНОМАСШТАБНОЙ МОДЕЛИ ТИПОВОГО ЭТАЖА ВЫСОТНОГО ЗДАНИЯ. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ НАТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
PRACTISING OF DEFINITION THERMO TECHNICAL PROPERTIES OF A DOUBLE SKIN FACADE ON FULL-SCALE MODEL OF A TYPICAL FLOOR OF A HIGH-RISE BUILDING.
RESULTS OF PRELIMINARY FIELD RESEARCHES
С.И. Тихомирнов, Н.А.Пантюхов, А.В.Соловьев
S. Tikhomirnov, N. Pantyukhov, A. Solovyev
НИИСФ PAACH
В настоящее время отношение к двойным стеклянным фасадам является неоднозначным. Сторонники подобных архитектурных решений называют их технологичными и современными. Противники же видят в них растратчиков энергии и средств на эксплуатацию
Now the relation to double skin facades is ambiguous. Supporters of similar architectural decisions name their technological and modern. Opponents see in them embezzlers of energy and means for operation
Здания с применением двойных стеклянных фасадов в последние годы стали проектироваться и возводиться в России. Одни рассматривают их как элемент современного оформления зданий и как перспективную экологическую технологию, имеющую большое будущее. Другие высказываются более скептически, указывая, что в нашем климате такое решение нельзя признать удачным
Критический детальный анализ положительных и отрицательных характеристик зданий с двойными фасадами приведен в работах [2] и [3]. В частности в работе отмечено: «Одни рассматривают их как элемент современного оформления зданий и как перспективную экологическую технологию, имеющую большое будущее. Другие высказываются более скептически, указывая, что в нашем климате такое решение нельзя признать удачным». Здания с такими фасадами, возводимые в Европе, например, Дом содействия научным исследованиям в Дуйсбурге так же как «Commerzbank» во Франкфурте-на-Майне, являются фактически растратчиками энергии.
В работе [1] Харрис Пойразис производил математическое моделирование зданий с двойными фасадами, модельные испытания на макете здания. При этом основное внимание автора было обращено решению проблемы перегрева внутреннего воздуха помещений.
Для описания теплофизических процессов представлена полномасштабная модель этажа высотного здания с двойным стеклянным фасадом, расположенная в г. Санкт-Петербурге. Исследования проводились в период с 15 марта по 30 апреля 2011 г.
Модель представляет собой прямоугольное в плане сооружение размерами в осях 11,2x11,4 м высотой 9,4 м до верха парапета. В качестве несущих конструкций используется металлокаркас различного сечения профилей.
К несущему основанию на фасадах крепятся «сэндвич»-панели толщиной 150 мм. Фасады облицованы композитными панелями. Юго-восточный фасад состоит из све-топрозрачной ограждающей конструкции. Покрытие модели выполнено из «сэндвич»-панелей толщиной 200 мм с гидроизоляционным слоем.
Внутреннее пространство модели разделено на три зоны: атриумное пространство на всю высоту модели, офисные помещения первого и второго этажей. Атриумное пространство отделено от внутренних помещений светопрозрачными фасадными конструкциями. Общий вид светопрозрачной фасадной конструкции модели представлен на рис.1. Схема остекления приведена на рис.2.
[ г : 1 и "Шфц дичи
и« <1 ±1*111»:: !|.Ч.«Г
■
и| М№С
+ : 6 11-1- Г " ,5 Рчт- гт Г^г^г
1-1 I - I " ■: ■!■ и 1.ТЧ1
Рис .1
Рис .9
Наружный слой модели фасадной конструкции монтируется на прямоугольном каркасе размерами 8,5 х 9,6 м из нержавеющей стали. В качестве основных несущих элементов используются центральный Х-образный каркас, а также левый и правый боковые треугольные элементы.
В целом конструкция наружного слоя остекления модели включает в себя унифицированные панели косоугольной формы в алюминиевом каркасе. Данные панели крепятся к несущим элементам конструкции из нержавеющей стали на болтах. По своему внешнему виду наружный контур модели напоминает рисунок сот рамки улья. Унифицированные панели разделяются на элементы меньшего размера, пятиугольной и треугольной формы.
В качестве остекления модели используются однокамерные стеклопакеты. В центральной части стеклопакеты не имеют защитного покрытия. Выбор этой части остекления исходил из эстетических качеств.
Открытые поверхности алюминиевых профилей имеют защитно-декоративное покрытие и закрыты декоративными элементами из нержавеющей стали шириной 0,4 м.
Предусмотрены мероприятия по герметизации стыков отдельных элементов с применением герметизирующих и уплотнительных материалов.
Для измерения метеорологических параметров вблизи модели, таких как температура и относительная влажность воздуха, скорость и направление движения воздуха, давление рядом с моделью была установлена метеостанция производства России, в
состав которой входят датчики температуры, влажности, атмосферного давления, направления и скорости ветра. Технические характеристики метеостанции:
- диапазон измерения температуры -50 ...+45 °C;
- диапазон измерения относительной влажности воздуха 30...98%;
- основная погрешность при измерении температуры воздуха, не более ±0,5 °C;
- основная погрешность при измерении относительной влажности, не более ±1,5%.
Г!' 1|- -С ПвЦфА i ......l'-'МР* МО*"!"
■ ÍJ г A i 11, ■ i i iii ■ j II uní ! ■ ■)■■ ■ I 1 W
Tllti Ml IIII « ' ITTTI Mr * riiKV* IMI.
II IЫ Ml J Eludí- I'I
Идащш^к™ с).!*«-*.«
F^.WL^lcbUUt lliflillf .4 'Ш1Е1ЧГТЯЧ III H^TPCWIIV
цщ I Ы1Щ>Т* ^KTFI IfTWfc 1 МЫ Oflii k- Ilk ■ Л uh>UIM±;rtiUU
Рис. 3
Рис. 4
Гъ-хрклгтм -пл'С1ГЧТП!М nii »ГРЕЧвПГ" tPIttpl чаПР ÉH£iitita4>k.iinuriaiKtm-^im» I" H !í:i)u
■hi i mi i
Тип мигал» (ft IT W* lid.
(П7Г líHI1TiW»«-f> Iqiiiiiz иячччип» füflít i.. Iftfift
I Iwk'pEZaibK f-jjMM.-,í*í Hi-ч l'l- H K nrVlfi-iMII i
нлмеялист I мшвдп at iimiM
Рис. 5
VIH4) |ч ñn>ntirii« мнрти ■
ОЙ.11ГС СОЯИЧ&РПЛ ПДТЧИЧОЧ » ч III г
ТРИ: ||ЯТЧЦН|Ч Е (TI Í МГ4- Hi ."Пит*"
I lifr^iili. 1 Ч LUfxiciriill . £ > l'Mh -л 4- fifi
] Кгшфисмзш; пзраисзрнг «¿viiij^i^j'j UÜ hifiyj -i. HI ML4CflXLiMCrir П Г«ПурЯ !ЧГГГК.тМ1Я
Tim к'рс'сиплми «т I'lnu^cpfiferih
СПС К.ТИПЕ ИСТ
Рис. 6
Pj^L'fi; "iU^H^V J«: u<LC|M Г^ |*J nil . л ■--=■■■ М
Hlltlfl" etmnitw J;T qniieiii "
Llflillt: h I fit i ...........hin ■ M in
ltj'Wmi "ТП МГ*- iBTToiWi" ll:pi" , I-1u.'ikTMin 'С lHWi» ifillij
Ti4ii(j>j r>;n 11,1 II I|iy»iiriu
IF костяк i^iLyncniu
Thil xialnn - iLUhntiuqiUhlN fldwi^tT
Рис. 7
lh-lVJIF'['LC'><Jl4r icuil^imijpi- II« Mi>-]pcLJJicil ш 4IL|i mmv i IL II 1л i. Им* S irilMItl k i Ml
kl '
ОС*И 111|111Ь.-ты - 'J irjt
Гин Л11ЧМЫ1. ■ imi MJ4-I0 41jJ jj."
tfUll Iiry.i
Ифчишкр....... t ifll) J *
клгртгмч пчччетрч,
¡нлириик ги II itumfu ofioi.MMii
1 Hi i |Ж1П:1Ш11> - K.illiK£4fplivli LTii liinmci.
Рис. 8
¿',i.iTpi_i'.:Liii]ii icuiicpinpu jlj inyijKiiikji inaqnuiona 1J
i- >IH ■ GC rci: il'UIIP ? ? ;n IT,. | ■ r ' 5 i*l
( liHLu- tttllLl^n' IRO ДСПЦЦК-Ч ЦП f ип I.irпгы» IГТ11 \fl4-1H "1 Гчт* ■ kÜt)L<TT\j
tliint.iiтмерпиЛ- . Fi (»ли Iff Ifwcpicum impwcifiE
1114" J 1¡Ii' Ik J UliyTpCIMJCM
Hi:u.piHiH, IH II m NiT>TJ 1Nl"
T|l|l ....................llMQpilllll
вЛикШкаг.
Рис. 9
Для определения температуры на наружной поверхности модели были установлены термогигрохроны - датчики iBDL производства американской фирмы Dallas Semiconductor для определения температуры и относительной влажности. Технические характеристики датчиков:
- диапазон измерения температуры -20...+85 °С;
- диапазон регистрации температуры 0,5 °С;
ВЕСТНИК 3/2011
- диапазон измерения относительной влажности 0...100%;
- погрешность регистрации относительной влажности ±5%.
В буферной зоне и внутренних помещениях 1-го и 2-го этажей для измерения температуры и плотности теплового потока на поверхностях светопрозрачных фасадных конструкций использовалась измерительная система производства России. Характеристики системы:
- диапазон измерения температуры -30.. .+70°С;
- диапазон измерения плотности тепловых потоков 10.999%;
- абсолютная погрешность измерения температуры ±0,2°С;
- относительная погрешность измерения плотности тепловых потоков ±6%.
Общее количество точек измерения на модели - 269 шт.
По результатам анализа и обработки данных проведенных исследований по оценке степени воздействия наружных климатических факторов (температура и относительная влажность воздуха, скорость движения воздуха) на микроклимат помещений модели (буферная зона и внутренние помещения) можно сделать следующие выводы:
Распределение температуры по наружной поверхности светопрозрачной ограждающей конструкции имеет равномерный характер и в основном определяется температурой наружного воздуха.
Температура на внутренней поверхности I контура составляет от 18,8 до 35,0 °С.
Температура воздуха в буферной зоне составляет от 19,5 до 34,7°С. Можно считать, что в целом буферная зона выполняет функцию теплового демпфера, поддерживая температуру на внутренней поверхности остекления в пределах допустимых значений. Тем не менее, необходимо отметить, что на внутренней поверхности I контура наблюдается перегрев.
Температура на наружной поверхности II контура составляет от 17,9 до 28,7°С.
Температура воздуха на внутренней поверхности II контура составляет от 13,8 до 24,0 °С.
Температура воздуха во внутренних помещениях в исследуемый период составляет от 15,0 до 22,5°С. Относительная влажность составляла от 15 до 38%. Это говорит о том, что, в целом, температурно-влажностный режим помещений соответствует требованиям к микроклимату внутренних помещений общественных зданий.
В краевой части модели, где использовались энергоэффективные стеклопакеты с низкоэмиссионным покрытием, значение коэффициента теплопередачи и,у=0,53-0,59 Вт/м2 °С. В центральной части остекления без энергосберегающего покрытия, в свою очередь, этот показатель намного выше, а при температурах наружного воздуха меньше -5^(-6)°С ограждающая конструкция не является энергоэффективной.
По результатам анализа и обработки данных проведенных исследований по оценке степени воздействия наружных климатических факторов (температура и относительная влажность воздуха, скорость движения воздуха) на микроклимат помещений модели можно сделать следующие выводы:
В краевой части модели, где использовались энергоэффективные стеклопакеты с низкоэмиссионным покрытием, приведенное сопротивление теплопередачи К0пр=0,63-0,65 м2 °С/Вт, что находится на границе требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» и СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». В центральной части остекления без энергосберегающего покрытия, в свою очередь, приведенное сопротивление теплопередачи К0пр не соответствует требованиям этих нормативных документов по условиям образования конденсата и наледей на внутренних поверхностях, а при температурах наружного воздуха меньше -5^(-6)°С
3/2011_МГСу ТНИК
ограждающая конструкция не является энергоэффективной.
Распределение температуры по наружной поверхности светопрозрачной ограждающей конструкции имеет равномерный характер и в основной определяется температурой наружного воздуха.
Температура на внутренней поверхности I контура остекления составляет от 18,8 до 35,0 °С. Температура на наружной поверхности II контура остекления составляет от 17,9 до28,7°С.
Температура воздуха в буферной зоне составляет от 19,5 до 34,7°С. Можно считать, что в целом буферная зона выполняет функцию теплового демпфера, поддерживая температуру на внутренней поверхности остекления в пределах допустимых значений. Тем не менее необходимо отметить, что на внутренней поверхности I контура наблюдается перегрев.
Температура воздуха во внутренних помещениях в исследуемый период составляет от 15,0 до 22,5°С. Относительная влажность составляла от 15 до 38%. Естественно, что для создания оптимальных комфортных условий внутренних помещений, особенно в зимних условиях, необходимо подключение в эксплуатацию инженерных систем (ОВиК).
По данным исследований, проведенных в период с 15 марта по 30 апреля, ограждающая конструкция модели не соответствует требованиям норм, что приводит к перегреву внутренних стекол I и II контуров остекления и не отвечает требованиям по микроклимату внутренних помещений.
Считаем необходимым установить в центральной части модели стеклопакеты с применением внутреннего стекла с мягким низкоэмиссионным покрытием, например Planibel TopN.
Литература
[1] Пойразис X. Параметрическое исследование характеристик двойных фасадов// Стекло и бизнес. 2008. № 2, с. 16-21
[2] Табунщиков Ю.А., Шилкин Н.В., Бродач М.М. Энергоэффективные здания// АВОК. 2002. № 3, с. 8-21
[3] Гертис К. Стеклянные двойные фасады. Имеют ли смысл, с точки зрения строительной физики, новые разработки фасадов?// АВОК. 2003. № 7, с. 10-17
[4] Верховский А.А., Шеховцов А.В. Двойные стеклянные фасады// Высотные здания. 2010. № 3, с. 92-96
References
[1] Poirazis H. Double skin façade cavities; A parametric study// Glass and business. 2008. № 2, p. 16-21
[2] Tabunshikov U., Shilkin N., Brodach M. Energy effective tall building// AVOK. 2002. № 3, p. 8-21
[3] Gertis K. Double skin facades. Whether have sense, from the point of view of the building physics, new workings out of facades?// AVOK. 2003. № 7, p. 10-17
[4] Verkhovskiy A., Shehovtsov A. Double skin facades// Tall buildings. 2010. № 7, p. 92-96
Ключевые слова: температура, плотность теплового потока, относительная влажность, низкоэмиссионное покрытие, энергоэффективный, двойные фасады, атриумное пространство, светопрозрачные конструкции
Keywords: memperature, heat flow density, relative humidity, Low-E coating, energy efficiency, double skin façade, buffer zone, transparent constructions
127238, Москва, Локомотивный проезд, 21, светотехнический корпус E-maiil авторов: stas2044@mail.ru, barcelona85@yandex.ru, anton6485@mail.ru
