CC BY
12Тепловая защита зданий
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
УДК 699.86
А.А. ДАВИДЮК, инженер
Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)
Оценка влияния теплопроводных включений на приведенное сопротивление теплопередаче наружных многослойных стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях
Проведены исследования влияния теплопроводных включений на приведенное сопротивление теплопередаче наружных многослойных стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях. Установлены рациональные толщины конструкций наружных многослойных стен с использованием блоков из легких бетонов плотностью Д600-Д700 для возможности их применения без дополнительного утепления в климатических условиях Московского региона.
Ключевые слова: ограждающие конструкции, наружные стены, фасадные конструкции, теплотехнические характеристики, сопротивление теплопередаче, теплопроводность, теплопроводные включения, бетоны на стекловидных заполнителях.
A.A. DAVIDYUK, Engineer Moscow State University of Civil Engineering (26, Yaroslavskoe Highway, Moscow, 129337, Russian Federation)
Assessment of Influence of Heat Conductivity Inclusions on Reduced Resistance to Heat Transfer of External Multilayer Walls on the Basis of Light Concretes with Vitreous Fillers
The study of influence of heat conductivity inclusions on the reduced resistance to heat transfer of external multilayer walls on the basis of light concrete with vitreous fillers has been conducted. Rational thicknesses of structures of external multilayer walls on the basis of light concrete block with vitreous fillers of D600-D700 density for their possible use without additional heat insulation under climatic conditions of the Moscow Region have been determined.
Keywords: enclosing structures, external walls, façade structures, thermo-technical characteristics, resistance to heat transfer, heat conductivity, heat conductivity inclusions, concrete with vitreous fillers.
В результате проводимой в стране политики энергосбережения основным типом наружных стен в жилых и общественных зданиях стали многослойные конструкции с использованием блоков из ячеистых или легких бетонов с применением плитных утеплителей и наружной облицовкой из различных материалов [1].
При эксплуатации таких стен обнаружен ряд недостатков, уже на начальной стадии эксплуатации приводящих к появлению дефектов, связанных с низкой прочностью и недолговечностью узлов крепления наружной облицовки во внутреннем слое стен из легких или ячеистых бетонов плотностью 600 кг/м3 и менее [2-4]. В случае применения более плотных и прочных бетонов необходимо дополнительное утепление, что ограничивает долговечность эксплуатационных качеств наружных стен сроком службы самого утеплителя и ухудшает теплотехническую однородность конструкции.
Одним из направлений решения этой проблемы является применение в наружных стенах легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов на основе новых пористых заполнителей, твердая фаза которых находится в аморфи-зированном стекловидном состоянии (в дальнейшем - стекловидных) [5-7].
Такие бетоны могут обеспечить необходимые теплотехнические качества наружных стен без применения плитных утеплителей и в сравнении с равноплотными ячеистыми бетонами существенно повысить эксплуатационные качества конструкций, в том числе при креплении к ним различных фасадных облицовок [2].
Для проектирования наружных стен на основе легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов на стекловидных заполнителях с различными вариантами облицовки необходимо выполнить анализ их теплозащитных характеристик и определить рациональные толщины базового (внутреннего) слоя стены с учетом имеющихся теплопроводных включений.
Для обеспечения современных архитектурных требований к фасадам зданий были исследованы конструкции наружных стен с тремя вариантами облицовки:
• с кирпичной кладкой толщиной 120 мм, выполненной с опиранием на междуэтажные перекрытия либо металлические уголки (рис. 1, а, б);
• с штукатурным слоем (рис. 1, в);
• с навесными фасадными системами (рис. 1, г).
Для исследований теплотехнических характеристик моделировались блоки из легких бетонов на вспученном туфоаргиллитовом гравии плотностью 600-700 кг/м3, прочностью при сжатии 3,1-7,3 МПа, коэффициентами теплопроводности \=0,14-0,18 Вт/(м.оС) и ХБ=0,19-0,21 Вт/(моС), коэффициентом паропроницаемости ^=0,175-0,115 мг/мчПа и морозостойкостью F35-F150.
В качестве кладочных смесей возможно использование традиционных с ХБ=0,93 Вт/(м.оС) или «теплых» с Хб=0,22 Вт/(м°С) цементно-песчаных растворов на основе портландцемента с толщиной кладочных швов 10-20 мм. Также возможно применение клеевых составов, имеющих теплопроводность до 0,7 Вт/(м°С), при этом толщина кладочных швов уменьшается до 3-5 мм.
24
72014
Научно-технический и производственный журнал
Heat
protection of buildings
Узел -
Рис. 1. Конструкции наружных стен из блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях с различными видами облицовок: а — из кирпича с опиранием на консольные выпуски плит перекрытий; б — из кирпича с опиранием на металлические уголки; в — с наружным штукатурным слоем; г — по системе навесных вентилируемых фасадов
Назначение минимальных требований к тепловой защите наружных стен должно выполняться из условий энергосбережения в соответствии с потребительским подходом по табл. 9 СП 50.13330.2012 СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция», при котором удельный расход тепловой энергии в здании оказывается меньше нормируемого значения. В этом случае допускается уменьшение приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен по сравнению с нормируемым, но не ниже минимальных величин, определяемых по формуле Rмин=0,63Rтреб; для климатических условий Москвы R =1,97 "м^С/вГ
мин '
С целью учета влияния проемов в наружных стенах при теплотехнических расчетах примем коэффициент тепло-
бешпияируемого tpvcuqu
технической однородности г = 0,8 в соответствии с [8] для жилых зданий при остекленности фасада до 18%, тогда R =1,97/0,8=2,46 м20С/Вт. Таким образом, указанная ве-
мин
личина определяет минимальные требования к тепловой защите наружных стен из условий энергосбережения в климатическом районе Москвы с учетом всех теплопроводных включений (перекрытий, кладочных швов и т. п.).
Приведенное сопротивление теплопередаче конструкций определялось на основе расчета двумерных температурных полей с использованием программного комплекса ELCUT 5.4, реализующего метод конечных элементов (рис. 2).
При расчете исследуемая конструкция изображалась в виде блоков с разными характеристиками, на поверхно-
Тепловая защита зданий
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Стены из ВТГ-блоков с наружным и внутренним штукатурными слоями 6=20 мм (рис. 1, в) либо с вентилируемой наружной облицовкой, выполненной на относе от основной стены (рис. 1, г). Стены из ВТГ-блоков с внутренним штукатурным слоем 6=20 мм и наружным кирпичным слоем 6=120 мм (рис. 1, а, б).
Тип конструкции стены*
1 2 3 2 3
Класс ВТГ-блоков по плотности Мин. толщина кладки, мм Допустимая толщина горизонтальных швов кладки (мм) в зависимости от рассматриваемого типа конструкций стены и вида кладочного раствора*
К Р1 Р2 Р3 Арм К Р1 Р2 Р3 Арм К Р1 Р2 Р3 Арм К Р1 Р2 Р3 Арм К Р1 Р2 Р3 Арм
D600 450 5 20 12 - Р1 - Расчеты не проводились
500 5 20 20 12 Р2 5 20 - - Р1 5 20 12 - Р1 5 20 20 10 Р2 5 20 20 12 Р2
550 5 20 20 20 Р3 5 20 14 - Р2 5 20 20 14 Р3 5 20 20 14 Р3 5 20 20 20 Р3
D700 500 5 20 12 - Р1 - Расчеты не проводились
550 5 20 20 14 Р2 5 20 12 - Р1 5 20 14 - Р1 5 20 20 10 Р2 5 20 20 12 Р2
600 5 20 20 20 Р3 5 20 20 12 Р2 5 20 20 14 Р3 5 20 20 20 Р3 5 20 20 20 Р3
"Примечание. Конструкция 1 - К онструкция без влияния перекрытий на теплотехническую ее однородность, например, самонесущая стена; конструкция 2 - ненесущая стена с опиранием на плиты перекрытий с термовкладышами в уровне каждого этажа; конструкция 3 - то же, с опиранием через этаж; К - кладочный клеевой состав (^<0,7 Вт/(м°С); Р1 - теплый цементный раствор на пористом заполнителе ((^Б<0,21 Вт/(м°С); Р2 - теплый цементный раствор на пористом заполнителе ((^бБ<0,6 Вт/(м°С)); Р3 - традиционный цементно-песчаный раствор ((^Б<0,93 Вт/(м°С)); Арм - тип кладочного раствора по допустимой (максимальной) величине теплопроводности и толщине горизонтальных швов 12 мм, при котором наружные стены с горизонтальным армированием из металлической сетки 04мм с ячейкой 50x50мм через каждые 2 ряда кладки будут удовлетворять условиям энергосбережения по [8].
стях конструкции задавались граничные условия III рода -расчетная температура наружного и внутреннего воздуха, коэффициенты теплообмена: (tH =-28°С, ан=23 Вт/(м2.°С), te =20°С, ав=8,7 Вт/(м2.°С). "
Приведенное сопротивление теплопередаче вычисляется по формуле [9]:
пг _ (/int ~ ^ext) ' ^
^ Xß ,
где YQ - сумма тепловых потоков, пересекающих исследуемую область; Вт, S - площадь исследуемой области, м2; ^int _ text - соответственно температура внутреннего и наружного воздуха, оС.
По типу наружной облицовки рассматривались: стены из ВТГ-блоков толщиной 450-600 мм с внутренним и наружным штукатурным слоем из цементно-песчаного раствора толщиной 20 мм с Хб=0,93 Вт/(м.°С); стены из ВТГ-блоков толщиной 500-600 мм, с внутренним штукатурным слоем из цементно-песчаного раствора толщиной 20 мм с ХБ=0,93 Вт/(м°С) и наружной кирпичной облицовкой из полнотелого керамического кирпича с Хб=0,81 Вт/(м.°С) толщиной 120 мм.
По виду конструктивных решений наружных стен рассматривались: самонесущие стены, когда плиты пере-
крытий не оказывают влияния на теплотехническую однородность конструкции вследствие отсутствия поэтажного переопирания; ненесущие наружные стены с опиранием в уровне каждого этажа на плиты перекрытий (высота этажа 3 м); ненесущие наружные стены с опиранием на плиты перекрытий через этаж.
По типу кладочного раствора рассматривались: клеевые составы с теплопроводностью ХБ=0,7 Вт/(м °С) и ХБ=0,3 Вт/(м.°С), при этом горизонтальные швы принимались толщиной 3-5 мм; цементные растворы с теплопроводностью ХБ=0,21 Вт/(м.°С), ХБ=0,6 Вт/(м.°С) - теплые цементные растворы на пористом песке; ХБ=0,93 Вт/(м.°С) - традиционные цементно-песчаные растворы при толщине горизонтальных швов 10, 12, 14, 20 мм. Также при толщине шва 12 мм рассмотрено влияние арматурной сетки диаметром 4 мм и ячейкой 50x50 мм на сопротивление теплопередаче кладки.
Приведенное сопротивление теплопередаче железобетонных плит перекрытий толщиной 200 мм и ХБ=2,04 Вт/(м.°С) рассчитывалось с учетом контурного утепления термовкладышами размерами 800x200x200 с ХБ=0,04 Вт/(м.°С), расположенными через каждые 200 мм.
В результате анализа выполненных теплотехнических расчетов конструкций наружных стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях с различными типами облицовок с учетом влияния теплопроводных включений (наличия узлов примыкания перекрытий, вида наружной облицовки, теплопроводности и толщины горизонтальных растворных швов, наличия армирования) предложены наиболее рациональные толщины кладки внутреннего слоя из легкобетонных блоков на стекловидных заполнителях, удовлетворяющие требованиям энергосбережения в климатических условиях Москвы без применения эффективных утеплителей (см. таблицу).
Таким образом, рациональная толщина внутреннего слоя наружной многослойной стены при ее эксплуатации без применения утеплителя для блоков плотностью Д600 составила от 400 до 500 мм, для блоков Д700 - от 500 до 600 мм.
Рис. 2. Окно программы ELCUT 5.4 с результатами расчета
26
7'2014
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Heat
protection of buildings
Список литературы
1. Баженов Ю.М., Король Е.А., Ерофеев В.Т., Митина Е.А. Ограждающие конструкции с использованием бетонов низкой теплопроводности. Основы теории, методы расчета и технологическое проектирование. М.: АСВ, 2008. 320 с.
2. Давидюк А.А. Несущая способность анкерного крепежа и гибких базальто-пластиковых связей в кладке из легкобетонных блоков на стекловидных заполнителях // Жилищное строительство. 2014. № 3. С. 39-43.
3. Давидюк А.А. Анализ результатов обследования многослойных наружных стен многоэтажных каркасных зданий // Жилищное строительство. 2010. № 6. С. 21-26.
4. Ищук М.К. Отечественный опыт возведения зданий с наружными стенами из облегченной кирпичной кладки. М.: РИФ «Стройматериалы», 2009. 360 с.
5. Давидюк А.Н., Давидюк А.А. Прочностные свойства легких бетонов на стекловидных заполнителях для многослойных ограждающих конструкций // Бетон и железобетон. 2008. № 6. С. 9-13.
6. Давидюк А.Н. Легкие конструкционно-теплоизоляционные бетоны на стекловидных пористых заполнителях. М.: Красная звезда, 2008. 208 с.
7. Давидюк А.Н., Давидюк А.А. Деформативные свойства легких бетонов на стекловидных заполнителях // Бетон и железобетон. 2009. № 1. С. 10-13.
8. Ливчак В.И. О практике применения МГСН 201-99 при раз-
работке раздела «Энергоэффективность» проектов зданий // Мосгосэкспертиза. Информационный бюллетень. 1999. № 2. С. 40-46.
References
1. Bazhenov Yu.M., Korol' E.A., Erofeev V.T., Mitina E.A. Ograzhdayushchie konstruktsii s ispol'zovaniem betonov nizkoi teploprovodnosti. Osnovy teorii, metody rascheta i tekhnologicheskoe proektirovanie [Protecting designs using concrete low thermal conductivity. Fundamentals of the theory, methods of calculation and technological design]. Moscow: ASV. 2008. 320 p.
2. Davidyuk A.A. Bearing capacity of anchor fastening and flexible basalt-plastic ties in masonry made of light-concrete blocks with glassy binders. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2014. No. 3, pp. 39-43. (In Russian).
3. Davidyuk A.A. Analysis of results of the study of multilayer external walls of multistory frame buildings. Zhilishchnoe Stroitelstvo [Housing Construction]. 2010. No. 6, pp. 21-26. (In Russian).
4. Ishchuk M.K. Otechestvennyi opyt vozvedeniya zdanii s naruzhnymi stenami iz oblegchennoi kirpichnoi kladki [Domestic experience in the construction of buildings with exterior walls made of lightweight masonry]. Moscow: «Stroimaterialy», 2009. 360 p.
5. Davidyuk A.N., Davidyuk A.A. Mechanical properties of lightweight concrete aggregates for multilayer glassy walling. Beton izhelezobeton. 2008. No. 6, pp. 9-13. (In Russian).
6. Davidyuk A.N. Legkie konstruktsionno-teploizolyatsionnye betony na steklovidnykh poristykh zapolnitelyakh [Lightweight structural heat-insulating concrete on glassy porous aggregates.]. Moscow: Krasnaya zvezda, 2008. 208 p.
7. Davidyuk A.N., Davidyuk A.A. Deformation properties of lightweight concrete aggregates on vitreous. Beton i zhelezobeton. 2009. No. 1, pp. 10-13. (In Russian).
8. Livchak V.I. On the practice of MGSN 201-99 in the development section «Energy» building projects. Mosgosekspertiza. Newsletter. 1999. No. 2, pp. 40-46. (In Russian).
«КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ БЮРО БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА»
50 лет в стройкомплексе Москвы и России
Комплексное проектирование и конструирование зданий и сооружений, в т.ч. разработка предложений для усиления, реконструкции, капитального ремонта.
Жилые административные здания. Торговые комплексы. Коттеджи. Гаражи.
Обследование технического состояния зданий и сооружений.
Диагностика зданий и сооружений. Оценка физического износа здания. Усиление строительных конструкций. Контроль качества строительно-монтажных работ. Мониторинг зданий и сооружений.
Определение в лабораторных условиях прочности раствора и бетона по пробам, отобранным из конструкций.
Генподряд. Строительство и реконструкция зданий и сооружений. (Работы выполняет ООО «КТБстрой»). Выполнение любого этапа общестроительных работ: фундамент, ограждающие конструкции, кровля, облицовка фасадов, отделка).
Выполнение функций технического надзора.
Научно-техническое сопровождение и мониторинг большепролетных, высотных и других зданий с оценкой надежности конструктивных решений и проверкой технического состояния строительных конструкций.
Научная деятельность.
Научно-технические и опытно-конструкторские разработки для строительства.
Разработка нормативно-технической документации. Разработка стандартов организации.
Инженерно-геологические изыскания.
Выполнение комплекса работ по определению физико-механических свойств грунтов (полевые и лабораторные исследования грунтов).
Сертификация.
Проведение сертификационных испытаний и оформление сертификатов на конструкции, материалы и услуги.
Адрес: 109428, Москва, 2-я Институтская ул., д. 6, стр. 15 А Тел.: +7 (495) 286-70-01 Факс: +7 (499) 170-64-10, маркетинг: +7 (495) 286-80-01 E-mail: ktb@ktbbeton.ru, marketing@ktbbeton.ru www.ktbbeton.com,www.ktbbeton.ru
Реклама
