CC BY
8ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ НАВЕСНЫХ ВЕНТЕЛИРУЕМЫХ ФАСАДОВ
Лолаев Алан Батразович,
Доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВО Северо-Кавказского горно-металлургического института (Государственного технологического университета), г. Владикавказ;
Главный научный сотрудник Владикавказского научного центра Российской академии наук Бадоев Александр Сергеевич, Инженер-исследователь Научно-образовательного центра «Геоинжиниринг» ФГБОУ ВО Северо-Кавказского горно-металлургического института (Государственного технологического университета), г. Владикавказ; Научный сотрудник Владикавказского научного центра
Российской академии наук Арутюнова Анжелика Викторовна, Старший преподаватель ФГБОУ ВО Северо-Кавказского горно-металлургического института (Государственного технологического университета), г. Владикавказ Алборова Салима Муратовна Магистрант ФГБОУ ВО Северо-Кавказского горно-металлургического института (Государственного технологического университета),
г. Владикавказ
Аннотация
Определена пропускная способность воздушной прослойки навесных вентилируемых фасадов в условиях термогравитационной конвекции для обеспечения оптимальной работы данных систем.
Abstract
Bandwidth air layer of ventilated facades in thermogravitational convection conditions to ensure optimal performance of these systems are defined.
Ключевые слова: вентилируемый фасад, теплоотдача, термогравитационная конвекция.
Keywords: ventilated facade, heat transfer, thermogravitational convection.
Навесные вентилируемые фасады (НВФ) можно классифицировать по нескольким критериям, но самый распространенный - по внешней облицовке, а точнее, по материалу, применяемому для отделки, выбор которого влияет также на используемые подсистемы, а также способ проведения монтажных работ [3].
Отдавая предпочтение одному материалу перед другими, следует руководствоваться не только ценой изделий и стоимостью работ по установке,
но также учитывать архитектурные требования, как самого строения, так и окружающей среды [2].
Также существуют особенности при выборе материала для многоэтажных общественных зданий, частных домов либо загородных коттеджей.
Широко используются навесные вентилируемые фасады в случае необходимости улучшения теплоизоляционных характеристик стен или при реконструкции старых домов с целью придания им красивого современного и ухоженного вида. При всем многообразии НВФ рассмотрим некоторые из них.
Навесной вентилируемый фасад из керамогранита является одним из самых распространенных способов для отделки зданий, применяется как в частном домостроении, так и при облицовке общественных и/или жилых высотных объектов (Рисунок 1).
Из-за высоких прочностных характеристик и сравнительно невысокой стоимости часто используется для облицовки нижних уровней и цоколя. Явным недостатком является вес, поэтому перед тем, как использовать кера-могранит, следует подумать о том, способны ли несущие конструкции выдержать дополнительную нагрузку
Кронштейн Напрявляющий профиль
Анкер
Рисунок 1 Фасад из керамогранита
Вентилируемые фасады из фиброцементных плит представляет собой плиты, в производстве которых используется цемент и специальный волокнистый материал, обеспечивающий изделию упругость и одновременно повышающий его сопротивляемость перед механическими воздействиями [1].
Фиброцементная плита обладает высокими тепло- и звукоизолирующими способностями, морозоустойчива, полностью экологически безопасна. Кроме того - это самый демократичный, по цене, материал, отличающийся и высокой пожарной безопасностью (Рисунок 2).
Несмотря на достаточно красноречивое и говорящее название, фибро-цементная плита имеет весьма привлекательный вид, сохраняющийся на протяжении всего срока эксплуатации.
Но так как любой материал должен иметь какой-то недостаток, то он
есть и у этого материала - отсутствие вариативности выполнения монтажных работ - доступен только один способ, при котором крепежные элементы располагаются с внешней стороны, хотя этот факт не сильно влияет
Рисунок 2 Вентилируемый фасад из фиброцементных плит
Рассмотрим на основе технологии один из реальных объектов г. Нальчика. Стеновое ограждение здания выполнено в виде ненесущих стен, отделенных от каркаса из лицевого гиперпрессованного кирпича. По результатам обследования были выявлены массовые отпадения кирпича по всей высоте. Также наблюдалось частичное разрушение кирпичной кладки с образованием отколов, растрескиванием, выкрашиванием, шелушением и образованием трещин в теле кладки. Нужно было решение для исправления данной ситуации.
Для данного здания и конструкций были построены пьезометрические линии для трех случаев: с наветренной и подветренной стороны фасада для демонстрации влияния рустов на движение воздуха и варианта со значительными потерями на входе для демонстрации влияния плотного примыкания фасадных систем к цоколю [3, 4].
Как показали расчеты, именно в таких конструкциях может быть реализована оптимальная пропускная способность, и именно в таких системах воздушный поток будет двигаться вертикально вверх, что будет способствовать удалению влаги из конструкции, что подтверждается также численным экспериментом.
Построение численных моделей реальных конструкций продемонстрировало значительные резервы в усовершенствовании данных систем. При моделировании учитывались реальные узлы примыкания систем к цоколю здания, учитывались швы между плитами облицовки [1].
Было произведено сравнение нескольких вариантов и был выбран фасад из фиброцементных плит, так как он является наиболее оптимальным, в том числе и по экономическим соображениям.
Следовательно, для устранения обнаруженных недостатков конструкций НВФ и их усовершенствования существует решение.
Во-первых, необходимо обеспечить свободное проникание холодного воздуха в нижней части фасада, для того, чтобы он мог «разгонять» воздушный поток в воздушной прослойке вертикально вверх. Это обеспечило бы оптимальную работу данных систем. Влага, выделяемая в быту, не конденсировалась на конструкции, а удалялась с воздухом. Это можно сделать, внеся незначительное конструктивное изменение: заменив нижний слой плиток на вентиляционные решетки, на обычные диффузоры по всему периметру здания.
На рисунке 3 вариант усовершенствования конструкций НВФ. Далее можно было варьировать на эту тему: сделать решетки регулируемыми, в зависимости от силы ветра, окружающей температуры здания, даже от времени суток и режима здания. Можно с автоматическим или ручным регулированием. Во-вторых, можно было бы предложить герметизацию рустов. Их устраивают для компенсации температурных деформаций, если бы русты были герметизированы некоторым эластичным материалом, это позволило бы оптимизировать конструкцию НВФ.
Рисунок 3 Вариант усовершенствования конструкций НВФ
С помощью гидравлических методов расчета были определены характеристики потока в условиях термогравитационной конвекции (средняя скорость, расход, потери напора, давление, интенсивность передачи теплоты, показатель политропы, средняя по расходу температур и т.д.). Получены основные расчетные зависимости для средней скорости воздушного потока воздушной прослойки, для интенсивности теплопередачи, для распределения давления по высоте воздушной прослойки и для средней по расходу температуры. Было произведено численное моделирование плоского потока в условиях термогравитационной конвекции. Построены пьезометрические линии для восходящего свободно-конвективного потока в вертикальном плоском канале для различных условий.
Построены скоростные и температурные поля для воздушного потока для идеальной конструкции НВФ без рустов и со свободным входом. Пост-
роены скоростные и температурные поля для воздушного потока для реальных конструкций НВФ с рустами и закрытым входом для потока в воздушную прослойку.
Определены направления по практическому применению полученных результатов для принятия оптимальных проектных решений и усовершенствованию существующих конструкций НВФ, которые заключаются в следующем:
1. Видоизменить конструкцию навесных вентилируемых фасадов, дополнив ее диффузором, который устанавливается вместо первого ряда облицовочных плит в месте примыкания конструкции к цоколю по всему периметру здания.
2. Обеспечить герметизацию рустов эластичным материалом по всей высоте фасада в вертикальном и горизонтальном направлениях.
Список литературы
4. Богословский Б.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). Учебник для вузов 3-е изд. // СПб.: Изд-во «АВОК - Северо - Запад»., 2006. 400 с.
5. Немова Д.В., Петриченко М.Р. Гидравлически оптимальные конструкции навесных вентилируемых фасадов (НВФ) / Шестая Международная научная конференция «Архитектура, строительство - современность», сборник: в 2 ч. Ч. 2. - г. Варна: ВСУ «Черноризец Храбър», 2013. -С.20-25.
6. Табунщиков Ю.А., Ливчак В.И., Гагарин В.Г., Шилкин Н.В. Пути повышения энергоэффективности эксплуатируемых зданий // АВОК, 2009. -No5
7. Nikol'skaya S.B., Chumakov Yu.S. Experimental investigation of pulsation motion in a free-convection boundary layer // High Temperature. 2000. Т. 38. No 2. С. 231-237.
