Повышение энергоэффективности зданий за счет снижения теплопотерь через краевые зоны ограждающих конструкций Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

строительная теплофизика и энергосбережение

Повышение энергоэффективности зданий за счет снижения теплопотерь через краевые зоны ограждающих конструкций

C.B. Корниенко

В связи с истощением природных энергетических запасов возрастает актуальность проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов и повышения энергоэффективности зданий. Для решения этой задачи необходимо проведение различных энергосберегающих мероприятий: применение эффективных и экологически безопасных теплоизоляционных материалов; использование энергоэкономичных, надежных и долговечных ограждающих конструкций; снижение теплопотерь; повышение качества теплотехнического проектирования зданий.

В реальном проектировании влияние краевых зон ограждающих конструкций на теплозащитные свойства и энергоэффективность зданий, как правило, не учитывается. Разработан метод расчета темпе-ратурно-влажностного режима в трехмерных областях наружных ограждений [1, 2], который позволяет учесть это влияние. На основе разработанного метода выполнена оценка влияния темпера-турно-влажностного режима на теплозащиту ограждающих конструкций [3—6], которая показала, что в краевых зонах теплозащитные свойства снижаются от 3 до 47% в зависимости от вида конструкции.

Разработана методика оценки влияния темпе-ратурно-влажностного режима на теплопотери через краевые зоны ограждающих конструкций [7, 8].

Рассмотрим произвольную ограждающую конструкцию наружной оболочки здания. Пусть эта конструкция содержит I краевых зон (I > 1). Общие трансмиссионные теплопотери От через рассматриваемую конструкцию за отопительный период складываются из основных теплопотерь О^ по глади и добавочных теплопотерь через все краевые зоны данного ограждения:

Qt = Qrbas + Z Qj, j=1

(1)

QTbas = (0,0864MW A)/Rhcon,

(2)

где 0,0864 — размерный коэффициент, МДж/(Вт • сут);

348

Mhf — градусосутки отопительного периода, определяемые по формуле:

Mht = (tint - fht )zht ,

(3)

где О' — добавочные теплопотери через у'-ю краевую зону ограждения.

Основные теплопотери по глади конструкции определяются по формуле:

где I. — расчетная температура внутреннего воздуха;

^ — средняя температура наружного воздуха за отопительный период;

zw — продолжительность отопительного периода; А — площадь ограждения (по внутренним размерам);

— сопротивление теплопередаче по глади конструкции.

Для расчета добавочных теплопотерь через у'-ю краевую зону ограждения определим площадь зоны влияния А. и коэффициент влияния к. краевой зоны. Эти параметры определяются по температурному полю. Под зоной влияния краевой зоны понимается область локального нарушения однородности температурного поля конструкции, вызванного этой зоной. Площадь зоны влияния А. определяется по внутренним размерам. Коэффициент влияния к. характеризует добавочный тепловой поток через -ю краевую зону конструкции, отнесенный к тепловому потоку по глади в пределах площади зоны влияния краевой зоны, и определяется по формуле:

k. = (Q des - Q con)/Q С

i^i i l

I des

(4)

где О I — тепловой поток через у'-ю краевую зону, определяемый по температурному полю; О с°п — тепловой поток по глади у'-й краевой зоны, определяемый по формуле (2) с заменой в ней площади ограждения А на площадь зоны влияния А краевой зоны.

В формуле (4) тепловые потоки О^ и Ос°п определяются при расчетных значениях температуры внутреннего и наружного воздуха. Температурное поле, необходимое для определения параметров А и к , может быть получено на основе решения трехмерной задачи совместного нестационарного тепловлагопереноса с использованием разработанной автором компьютерной программы [2].

2010

3

строительная теплофизика и энергосбережение

Добавочные теплопотери через у-ю краевую зону конструкции определяются по формуле:

агГ = (0,0864МЫ к,А)/?„

(5)

Для практических расчетов целесообразно использовать формулу:

ага* = (о,ошмму.А)/иь

(6)

где у. — коэффициент добавочных теплопотерь через у-ю краевую зону, определяемый по формуле:

у = к. А/А. (7)

После подстановки (2) и (6) в (1) получим формулу для расчета общих трансмиссионных теплопо-терь через конструкцию за отопительный период:

Ог =

0,0864МиА

Г)СОП

КИ

н

(8)

Формула (8) позволяет рассчитать общие тепло-потери ограждения с учетом краевых зон и оценить вклад каждой краевой зоны в общие теплопотери.

Разработанная методика иллюстрируется примером.

Жилое многоквартирное здание имеет квадратную форму в плане с размерами в осях 27,6 X 27,6 м. Количество этажей 17. Пункт строительства г. Волгоград. Конструктивная схема здания каркасная, с монолитным железобетонным каркасом. Наружные стены кирпичные трехслойные с эффективным утеплителем и поэтажным опиранием на перекрытия. Окна и балконные двери — в виде двухкамерных стеклопакетов в пластиковых переплетах. Покрытие и перекрытие над техподпольем имеют эффективный утеплитель.

В качестве характерного многократно повторя-

ющегося фрагмента здания выделим типовой этаж и определим удельные трансмиссионные теплопо-тери через наружную стену выделенного фрагмента с учетом краевых зон. Расчет выполнен при следующих исходных данных: , = 20 °С; , = —2,4 °С; zw = 177 сут/год; ^соп = 4,06 м2 • °С/Вт; А = 253 м2. По формуле (3) М,, = 3965 °С • сут/год.

В наружной стене выделим следующие краевые зоны: углы; сопряжения наружной стены с внутренними стенами и междуэтажными перекрытиями; оконные откосы; теплопроводные включения. Рассмотрим различные варианты конструктивного решения краевых зон.

Первый вариант:

— углы, сопряжения наружной стены с внутренними стенами и междуэтажными перекрытиями без теплоизоляционных вкладышей;

— оконные откосы с узкой коробкой;

— теплопроводные включения в виде ребер жесткости колодцевой кладки.

Второй вариант:

— углы, сопряжения наружной стены с внутренними стенами и междуэтажными перекрытиями с теплоизоляционными вкладышами;

— оконные откосы с широкой коробкой;

— теплопроводные включения в виде пластмассовых малотеплопроводных коннекторов.

Площади зоны влияния А и коэффициенты влияния к для указанных вариантов краевых зон определим по температурному полю на основе расчета температурно-влажностного режима по компьютерной программе [2]. Результаты расчета представлены в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что значения у по второму варианту меньше по сравнению с первым для всех краевых зон. Наибольший вклад в добавочные теп-лопотери по первому варианту дают теплопроводные включения (у = 0,517).

Краевая зона Значения к¡, Л/ и у; по вариантам

1 2

к; А V/ к; А V/

Углы наружной стены 0,309 17,2 0,021 0,221 17,2 0,015

Сопряжения наружной стены с внутренними стенами 0,336 40 0,0531 0,1 40 0,0158

Сопряжения наружной стены с междуэтажными перекрытиями 0,42 112 0,186 0,336 112 0,149

Оконные откосы 0,196 130 0,101 0,03 130 0,0154

Теплопроводные включения 0,336 389 0,517 0,05 263 0,052

Таблица 1. Значения к , Л. , м2, и у для краевых зон наружной стены.

соп

соп

строительная теплофизика и энергосбережение

Значение показателя

Наименование показателя по вариантам

1 2

Основные теплопотери 82,7 82,7

Добавочные теплопотери 72,7 20,4

в том числе через:

углы наружной стены 1,74 1,24

сопряжения наружной стены с внутренними стенами 4,39 1,31

сопряжения наружной стены с междуэтажными перекрытиями 15,4 12,3

оконные откосы 8,36 1,27

теплопроводные включения 42,8 4,3

Общие теплопотери 155 103

Таблица 2. Удельные трансмиссионные теплопотери дт , МДж/(м2 - год), через наружную стену за отопительный период.

Полученные данные использованы для расчета удельных трансмиссионных теплопотерь через наружную стену за отопительный период (табл.2).

В табл. 2 удельные теплопотери определены отношением теплопотерь к жилой площади квартир (в пределах одного этажа здания), Ah = 258 м2.

На основании данных табл. 2 определена структура теплопотерь через наружную стену для рассматриваемых вариантов краевых зон, представленная в виде круговых диаграмм на рисунке.

Из рисунка видно, что краевые зоны оказывают существенное влияние на теплопотери наружной стены (47% общих теплопотерь по первому варианту) и, следовательно, должны учитываться при проек-

тировании. При этом максимальный вклад в добавочные теплопотери по первому варианту дают теплопроводные включения (59%), а значит, снизить общие теплопотери

в первую очередь можно за счет совершенствования конструктивного решения теплопроводных включений, например, путем замены ребер жесткости колодцевой кладки на малотеплопроводные коннекторы. Дальнейшее снижение теплопотерь достигается применением теплоизоляционных вкладышей в углах, сопряжениях наружной стены с внутренними стенами и междуэтажными перекрытиями, а также заменой оконных откосов с узкой коробкой на широкую (второй вариант). Указанные мероприятия

Рисунок. Теплопотери через наружную стену за отопительный период (а — по первому варианту, б — по второму варианту): 1 — основные; 2 — через углы; 3 — через сопряжения наружной стены с внутренними стенами; 4 — через сопряжения наружной стены с междуэтажными перекрытиями; 5 — через оконные откосы; 6 — через теплопроводные включения.

35o

2oio

35o

3

строительная теплофизика и энергосбережение

позволяют снизить общие трансмиссионные теплопотери через наружную стену на 34 % и повысить энергоэффективность здания.

Литература

1. Корниенко С.В. Метод решения трехмерной задачи совместного нестационарного тепло- и вла-гопереноса для ограждающих конструкций зданий // Известия вузов. Строительство. 2006. №2.

2. Корниенко С.В. Решение трехмерной задачи совместного нестационарного тепло- и влагопере-носа для ограждающих конструкций зданий // Строительные материалы. 2007. №10.

3. Корниенко С.В. Расчет тепловлажностного режима оконных откосов / / Жилищное строительство. 2008. №6.

4. Корниенко С.В. Расчет температурно-влаж-ностного режима наружных углов стен // Строительные материалы. 2008. №12.

5. Корниенко С.В. Расчет тепловлажностного режима в краевых зонах неоднородных участков ограждающих конструкций / / Вестник Международной академии холода. 2008. Вып. 4.

6. Корниенко С.В. Температурно-влажностный режим наружных стен с вентилируемым фасадом / / Academia. Архитектура и строительство. 2009. №5.

7. Корниенко С.В. Снижение теплопотерь за счет совершенствования краевых зон ограждающих конструкций / / Строительные материалы. 2010. №4.

8. Корниенко С.В. Совершенствование конструктивного решения светопрозрачных ограждений

при оценке теплопотерь / / Жилищное строительство. 2010. №4.

Повышение энергоэффективности зданий за счет

снижения теплопотерь через краевые зоны ограждающих конструкций

Приведена методика оценки влияния темпера-турно-влажностного режима на теплопотери через краевые зоны ограждающих конструкций. Показано, что совершенствование краевых зон позволяет снизить общие трансмиссионные теплопотери через наружные стены на 34 % и повысить энергоэффективность здания.

The Increase of Power Efficiency of Building at the expense of Reduction of Heat Losses through Edge Zones of Enclosure by S.V. Kornienko

The method of estimate of influence of temperature-humidity conditions on heat losses through edge zones of enclosure is given. It is shown that the improvement of edge zones allows reducing total transmission heat-losses through exterior walls at 34 % and increasing the power-efficiency of building.

Ключевые слова: ограждающие конструкции, теплопотери, энергоэффективность зданий.

Key words: enclosure, heat-losses, power-efficiency of building.