Оценка сопротивления теплопередаче стены из двойного бруса Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ОЦЕНКА СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ СТЕНЫ ИЗ ДВОЙНОГО БРУСА Хасаншин Р.Р.1, Пивоваров С.А.2 Email: Khasanshin675@scientifictext.ru

1Хасаншин Руслан Ромелевич - кандидат технических наук, доцент;

2Пивоваров Сергей Александрович - студент магистратуры, кафедра архитектуры и дизайна изделий из древесины, Казанский национальный исследовательский технологический университет,

г. Казань

Аннотация: выполнен расчет теплотехнических характеристик глухой наружной стены из двойного бруса для условий климата Татарстана. Рассмотрены три различных варианта насыпного теплоизолирующего материала: эковата, керамзит, вермикулит. Показано, что при фиксированных толщинах слоев (сосновая доска 4,4 см, наполнитель 15 см) только стена со слоем эковаты отвечает нормативам теплотехнических характеристик жилого дома в г. Казани. Приведенный расчет может использоваться на этапе выбора технологии малоэтажного домостроения для оценки энергоэффективности будущего дома. Ключевые слова: двойной брус, сопротивление теплопередаче.

ESTIMATION OF HEAT TRANSFER RESISTANCE OF A DUO THERMAL LOG WALL Khasanshin R.R.1, Pivovarov S.A.2

1Khasanshin Ruslan Romelevich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor; 2Pivovarov Sergey Aleksandrovich - Magistracy Student, DEPARTMENT OF ARCHITECTURE AND DESIGN OF WOOD PRODUCTS, KAZAN NATIONAL RESEARCH TECHNOLOGICAL UNIVERSITY,

KAZAN

Abstract: the thermal properties of a blank outer wall "duo thermal log wall" for climate conditions of Tatarstan are calculated. Three different versions of bulk insulating material are considered: ecowool, expanded clay, vermiculite. It is shown that with fixed layer thicknesses (pine plank 4.4 cm, heat insulating filler 15 cm), only a wall with a layer of ecowool meets the standards for the thermal characteristics of a residential building in Kazan. The above calculation can be used at the stage of choosing of the technology of low-rise housing construction to assess the energy efficiency of the future home. Keywords: duo thermal log wall, heat transfer resistance.

УДК 694.1

DOI: 10.24411/2312-8089-2019-12102

Для возведения стены по технологии «двойной брус» используются две шпунтованные доски, между которыми укладывается утеплитель: эковата, минеральная вата, керамзит, опилки и др. (рис. 1). Данная технология применяется в малоэтажном домостроении и, как сообщается производителями работ, дает выигрыш по комплексному критерию теплосбережение - стоимость материалов и работ - сроки строительства. В сети интернет имеется большое количество коммерческих предложений строительства по технологии «двойной брус». В англоязычном сегменте для наименования технологии нет единого термина. Встречаются наименования: Twin Skin Log Cabins, Dual Wall Log Cabins, Duo Thermal Log Houses, Duo Thermal Log Wall и др.

Рис. 1. Технология «двойной брус»

Специальной литературы, анализирующей постройки по данной технологии, немного. В работе [1] приводится пример расчета на устойчивость трехслойной конструкции стены. Делается вывод, что стены дома, выполненного по технологии «двойной брус», необходимо рассчитывать как на прочность, так и на устойчивость. В работе [2] приводятся экспериментальные данные обследования натурного объекта (экспериментального дома из двойного бруса) в условиях сурового климата Якутии и расчеты его теплотехнических характеристик. Показано, что трехслойный пакет сосна 4,4 см - эковата 15 см - сосна 4,4 см не отвечает нормативам теплотехнических характеристик жилого дома в данном регионе.

Целью настоящей работы является расчет по СП 50.13330.2012 [3] теплотехнических характеристик стены из двойного бруса для условий климата Татарстана.

Рассмотрим участок плоской глухой наружной стены без линейных и точечных элементов с иными теплозащитными свойствами (оконных проемов, дюбелей и пр.). Выполним расчет приведенного сопротивления теплопередаче участка стены. Согласно приложению Е к СП 50.13330.2012 [3] приведенное сопротивление теплопередаче в рассматриваемом случае однородного участка равно условному

сопротивлению теплопередаче Я0°л и определяется либо экспериментально, либо по формуле, которая и будет применяться в настоящей работе:

яусл =-1+ Х Я, + .1 (1)

а„

а„

где (Хв = 8,7 Вт/(м2 -°С) - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стены согласно табл. 4 [3]; ан = 23 Вт/^м2 ,°с)- коэффициент теплоотдачи наружной поверхности стены согласно табл. 6 [3]; Я, = 5,/К, - термическое

- толщина ,-го слоя,

м,

К

сопротивление сл°^ ^ М2 • °С )/Вт, 5, теплопроводность материала слоя, Вт/(м ). Теплопроводность материалов

берется из данных испытаний или при их отсутствии по приложению С [3]. Стена имеет три слоя. Первый и третий слои выполнены из дерева, второй из теплоизоляционного материала. Примем материал и толщину слоев такими же, как в

работе [2]: несущие слои толщиной 0,044 м из сосны с теплопроводностью К, =0,14

Вт/ (м -°С); утеплитель эковата «Экстра Якутск» толщиной 0,15 м, с

теплопроводностью ^ ^ =0,047 Вт/ (м -°С). Значения теплопроводности сосны и

эковаты взяты из работы [2], в которой данные параметры определялись в испытаниях. При этом значение теплопроводности сосны совпадает с приведенным в приложении С [3] для сосны в условиях эксплуатации А в терминах табл. 2 [3]; данные о теплопроводности эковаты в [3] отсутствуют. Приведенное сопротивление теплопередаче должно быть не меньше нормируемого значения приведенного

тлнорм

сопротивления теплопередаче Щ [3]:

КуСЛ > . (2)

Нормируемое значение приведенного сопротивления определяется из табл. 3 [3] для жилых помещений с учетом того, что параметр «градусо-сутки отопительного периода» по (5.2) [3] для г. Казани при внутренней температуре 20°С равен:

ГСОП= 5418. (3) С учетом (3) получаем нормируемое значение:

КН0РМ =3,5 (м2 • °С)/Вт. (4)

Результат расчета приведенного сопротивления теплопередаче по формуле (1) приведен в таблице. Для сравнения с основным вариантом рассмотрены: двойной брус с теми же несущими слоями и заполнителем из гравия керамзитового плотностью 200 кг/м3, с теплопроводностью в условиях эксплуатации Б по таблице С [3] 0,11 Вт/ (м ); двойной брус с теми же несущими слоями и с заполнителем из

вермикулита вспученного плотностью 100 кг/м3, с теплопроводностью в условиях эксплуатации Б по таблице С [3] 0,095 Вт/(м ); стена толщиной 0,64 м из

силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе с теплопроводностью в условиях эксплуатации Б по таблице С [3] 0,87 Вт/ (м • °С).

Таблица 1. Результаты расчета

Приведенное Нормируемое

сопротивление сопротивление

№ Конструкция стены КУСЛ теплопередаче , (м2 •С)/Вт ту норм теплопередаче ^ , (м2 •С)/Вт

1 Двойной брус: сосна - 3,99

эковата - сосна

2 Двойной брус: сосна - 2,15

керамзит - сосна 3,5

3 Двойной брус: сосна -вермикулит - сосна 2,37

4 Кирпичная кладка в 2 кирпича 0,89

Из таблицы видно, что для варианта 1 выполняется условие (2), т.е. стена, выполненная по технологии «двойной брус» из сосны с эковатой, отвечает нормативам теплотехнических характеристик жилого дома в г. Казани. Все остальные варианты стен оказались недостаточно теплыми.

На первый взгляд неожиданным является плохой результат для кирпичной кладки. Это следствие высокой теплопроводности кирпича. Штукатурка, которая не

учитывалась в расчетах, не даст значительного эффекта. Для повышения энергосбережения кирпичных домов следует применять утеплители для стен.

Двойной брус с иными утеплителями (керамзитом, вермикулитом), хотя и не дает соответствия нормативному документу [3], значительно превосходит кирпичную кладку по теплотехническим характеристикам. Отметим, что стоимость керамзита сравнима со стоимостью эковаты. Вермикулит дороже этих материалов примерно в три раза.

Приведенный расчет может использоваться на этапе выбора технологии малоэтажного домостроения для грубой оценки энергоэффективности будущего дома. При проектировании дома необходим детальный расчет тепловой защиты по [3]. Требуется исследование теплофизических свойств утеплителя эковата и внесение их в нормативный документ. Остается актуальным проведение экспериментальных исследований на прочность, устойчивость и тепловую эффективность как отдельных элементов и узлов конструкций из двойного бруса, так и целых экспериментальных объектов из двойного бруса с различной толщиной слоев и различным утеплителем.

Список литературы /References

1. Хайруллин Л.Р. Исследование несущей способности стен деревянного дома, выполненного по технологии «двойной брус» // Известия Казан. гос. архитектурно-строительного университета, 2015. № 4 (34). С. 178-182.

2. Матвеева О.И., Винокуров А.Т., Саввинов Л.С. Исследование теплотехнических характеристик экспериментальных образцов ограждающих конструкций, изготавливаемых по технологии двойного бруса // Строительные материалы, 2017. № 6. С. 46-51.

3. СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий. Дата введения 2013-07-01.