CC BY
33Тепловая защита зданий
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
УДК 692:699.8
А.М. ГАЙСИН, канд. техн. наук ([email protected]), С.Ю. САМОХОДОВА, инженер, А.Ю. ПАЙМЕТЬКИНА, инженер, И.В. НЕДОСЕКО, д-р техн. наук Уфимский государственный нефтяной технический университет
450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1
Сравнительная оценка удельных теплопотерь через элементы наружных стен жилых зданий, определяемых по различным методикам
Произведена сравнительная оценка результатов расчета приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен жилого дома типовой застройки для климатических условий Республики Башкортостан по методикам СП 50.13330. 2012 «Тепловая защита зданий» и СП 230.1325800.2015 «Конструкции ограждающие зданий. Характеристики теплотехнических неоднородностей». Показано количественное соотношение удельных теплопотерь через различные участки наружных стен жилого дома средней этажности, включая теплотехнические неоднородности.
Ключевые слова: приведенное сопротивление теплопередаче, теплозащитная оболочка здания, удельные потери теплоты, температурные поля, коэффициент теплотехнической однородности.
A.M. GAYSIN, Candidate of Sciences (Engineering) ([email protected]); S.Yu. SAMOKHODOVA, Engineer; A.Yu. PAYMETKINA, Engineer;
I.V. NEDOSEKO, Doctor of Sciences (Engineering) Ufa State Petroleum Technological University (1 Kosmonavtov Street, Ufa, 450062, Republic of Bashkortostan, Russian Federation)
Comparative Assessment of Specific Heat Losses through Elements of External Walls of Residential Buildings
Determined by Different Methods
The comparative assessment of results of the calculation of the reduced resistance to the heat transfer of external walls of a residential building of the development typical for climatic conditions of the Republic of Bashkortostan was made according to methods of SP 50.13330. 2012 "Heat Protection of Buildings" and SP 230.1325800.2015 "Enclosing Structures of Buildings. Characteristics of Thermal-Technical Heterogeneities". The quantitative ratio of specific heat losses through different parts of external walls of a residential house with average number of storeys, including thermal-technical heterogeneities, is shown.
Keywords: reduced resistance to heat transfer, heat protection envelope of building, specific heat losses, temperature fields, coefficient of thermal-technical heterogeneity.
Проблема повышения энергетической эффективности отечественного жилого фонда, доставшаяся в наследство от бывшего СССР, давно стала притчей во языцех. Причем это, к сожалению, касается не только ветхого жилья, но и многочисленных зданий жилищно-гражданского назначения, построенных в постсоветский период. Поэтому наиболее радикальные изменения нормативных требований в части теплозащиты зданий, начатые с изменения № 3 к СНиП 11-3-79 «Строительная теплотехника» от 1 сентября 1995 г., безусловно, были вызваны объективной необходимостью. Однако негативные последствия реального внедрения данных изменений в практику проектирования и строительства жилых зданий, происходившие за последние два десятилетия, из-за многочисленных причин как объективного, так и субъективного характера (низкое качество проектных решений и строительно-монтажных работ, недостаточная развитость базы стройиндустрии в отдельных регионах и др.), о чем достаточно объективно и подробно писали многие ведущие специалисты данного профиля [1, 2, 3], заставляли постоянно вносить последующие изменения в данные нормативы [4, 5], что еще более затрудняло решение проблемы, осложненное к тому же кризисными явлениями в отечественном строительстве. Последние российские нормативы, в частности СП 50.13330. 2012 «Тепловая защита зданий», учитывают современный опыт и наиболее полно приближены к реальным условиям [6, 7]. Согласно нему, приведенное сопротивление теплопередаче фрагмента
теплозащитной оболочки здания м2 °С/Вт, рассчитывается с использованием результатов расчетов температурных полей по методике, изложенной в приложении Е данного документа. При этом, приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен следует рассчитывать для всех фасадов с учетом откосов проемов, без учета их заполнений по формуле:
1
1
-¿Г + 2/Д+ Х«Л Ъа, Ц +2/Д.+
о
где I., пк - геометрические характеристики элементов, определяемые для конкретного проекта; •ф. хк - удельные потери теплоты через элементы; Лусл - осредненное по площади условное сопротивление теплопередаче фрагмента теплозащитной оболочки здания либо выделенной ограждающей конструкции, м2°С/Вт; и. - коэффициент теплопередачи однородной г-й части фрагмента теплозащитной оболочки здания (удельные потери теплоты через плоский элемент г-го вида), Вт/(м2-°С); а. - площадь плоского элемента конструкции ¡-го вида, приходящаяся на 1 м2 фрагмента теплозащитной оболочки здания или выделенной ограждающей конструкции, м2/м2.
Расчет основан на представлении фрагмента теплозащитной оболочки здания в виде набора независимых элементов, каждый из которых влияет на тепловые потери
Научно-технический и производственный журнал
Heat protection of buildings
7 8
10
9
L „
Т] ,Г'" "Л 2
1 3
■ ".Л -1 L .
я •■
- я—; 4
Рис. 1. Объемно-планировочные решения пятиэтажного жилого дома в г. Кумертау: а — план типового этажа; б — фасад
через фрагмент. Удельные потери теплоты, обусловленные каждым элементом, находятся на основе сравнения потока теплоты через узел, содержащий элемент, и через тот же узел, но без исследуемого элемента.
Наиболее неоднородным фрагментом теплозащитной оболочки здания, как правило, являются наружные стены. Как показывает практика, расчет реального приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен по методике СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» с использованием результатов расчетов температурных полей достаточно сложен и трудоемок. Специалистами НИИСФ РААСН В.Г. Гагариным и В.В. Козловым в 2015 г. был разработан свод правил СП 230.1325800.2015 «Конструкции ограждающие зданий. Характеристики теплотехнических неоднородностей», призванный существенно упростить работу по проектированию теплового контура здания.
Коллектив авторов данной статьи провел сравнительный расчет приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен жилого дома по трудоемкой методике СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» и инженерной методике СП 230.1325800.2015. В качестве примера рассматривался типовой проект пятиэтажного 30-квартирно-го жилого дома, расположенного в г. Кумертау Республики Башкортостан (рис. 1), широко используемый в массовом жилищном строительстве средней полосы России.
Здание имеет следующие объемно-планировочные показатели:
- отапливаемый объем здания 7,т=5398,42 м3;
- общая площадь наружных ограждающих конструкций Аогр=2198,84 м2, в том числе фасадов здания Афас=1416,46 м2; остекления 165,86 м2; входных дверей 10,56 м2;
- показатель компактности здания К =0,41.
комп '
Рис. 2. Схематичное изображение вертикального разреза наружной стены: 1 — кирпичная кладка; 2 — внутренний штукатурный слой; 3 — железобетонная плита перекрытия; 4 — железобетонная перемычка; 5 — минераловат-ный утеплитель; 6 — дюбель для крепления утеплителя к кладке; 7 — наружный штукатурный слой; 8 — монтажная пена; 9 — стеклопакет; ь 10 — рама
I
Наружные стены представляют собой кладку из керамического пустотелого кирпича на цементно-песчаном растворе толщиной 250 мм с утеплением минераловатными плитами толщиной 120 мм и последующим оштукатуриванием по сетке. Заполнение оконных проемов светопрозрачными конструкциями с приведенным сопротивлением теплопередаче 0,62 м2оС/Вт. По фасадным стенам имеются остекленные балконы и лоджии, препятствующие инфильтрации тепловой энергии. Глухая часть балконных дверей имеет сопротивление теплопередаче 0,87 м2°С/Вт. Остекление лоджий - одинарное в пластиковых профилях. Ограждения балконов и лоджий состоят из кирпичной кладки толщиной 120 мм с последующим оштукатуриванием. Фрагмент стены представлен на рис. 2.
Для определения приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены по методике, изложенной в приложении Е СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», фасад здания был представлен в виде следующих элементов:
- плоский элемент 1 - торец железобетонной плиты перекрытия в участке опирания на кирпичную кладку, утепленный минеральной ватой и оштукатуренный;
- плоский элемент 1б - выход балконных плит на фасад здания;
- плоский элемент 2 - железобетонная перемычка, утепленная минераловатной плитой, покрытой тонким слоем це-ментно-песчаной штукатурки;
- плоский элемент 2б - железобетонная перемычка в пределах остекленных балконов и лоджий, утепленная ми-нераловатной плитой;
- плоский элемент 3 - рядовой участок стены в виде кирпичной кладки с утеплением минераловатной плитой и оштукатуриванием;
- плоский элемент 3б - рядовой участок стены в пределах остекленных балконов и лоджий;
- линейный элемент 1 - оконный откос, образованный железобетонной перемычкой (рис. 3);
- линейный элемент 1б - то же, в пределах остекленных балконов;
- линейный элемент 2 - оконный откос, образованный кирпичной кладкой (рис. 4);
- линейный элемент 2б - то же, в пределах остекленных балконов;
- точечный элемент 1 - стеклопластиковый дюбель, прикрепляющий слой минераловатной плиты к торцам железобетонных плит;
- точечный элемент 2 - стеклопластиковый дюбель, прикрепляющий слой минераловатной плиты к железобетонным перемычкам;
52016
37
а
Тепловая защита зданий
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
1
= 2,78 м2-°С/Вт,
0,360
а коэффициент теплотехнической однородности г=0,79.
При расчете приведенного сопротивления теплопередаче по методике СП 230.1325800.2015 «Конструкции ограж-
Рис. 3. Распределение температуры и двумерное тепловое поле в сечении надоконного фрагмента трехслойной стеновой конструкции
- точечный элемент 3 - стеклопластиковый дюбель, прикрепляющий слой минераловатной плиты к кирпичной кладке.
Следует отметить, что такие фрагменты фасада, как примыкание к цокольному ограждению и углы здания, не учитывались ни в том, ни в другом расчете.
Расчет фрагментов фасада по глади производился из условия температуры внутреннего воздуха 21°C, наружного воздуха -35°C, а для участков в пределах остекленных балконов и лоджии принималась температура ^=-24,93°^ определенная из уравнения теплового баланса на балконе.
Результаты расчетов с использованием температурных полей по методике СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» представлены в табл. 1; наиболее характерные фрагменты температурных полей в элементах сопряжений в конструктивных элементах представлены на рис. 3 и 4.
Таким образом, приведенное сопротивление теплопередаче стены составило:
Рис. 4. Распределение температуры и двумерное тепловое поле в сечении подоконного фрагмента трехслойной стеновой конструкции
дающие зданий. Характеристики теплотехнических неодно-родностей» с использованием таблиц приложения Г фасад здания был представлен в виде следующих укрупненных элементов:
- плоский элемент 1 - торец железобетонной плиты в участке опирания на кирпичную кладку, утепленный мине-раловатной плитой, покрытой тонким слоем цементно-пес-чаной штукатурки;
- плоский элемент 2 - железобетонная перемычка, утепленная минераловатной плитой, покрытой тонким слоем цементно-песчаной штукатурки;
- плоский элемент 3 - кирпичная кладка, утепленная минераловатной плитой, покрытой тонким слоем цементно-песчаной штукатурки;
- линейный элемент 1 - примыкание оконного блока к стене;
- линейный элемент 2 - стык балконной плиты со стеной;
- точечный элемент 1 - стеклопластиковый дюбель, прикрепляющий слой минераловатной плиты к несущему слою.
Результаты расчетов с использованием справочных таблиц по методике СП 230.1325800.2015 представлены в табл. 2.
Таким образом, приведенное сопротивление теплопередаче стены составило:
Таблица 1
Результаты расчета удельных характеристик элементов наружной стены
Элемент конструкции Удельный геометрический показатель Удельные потери теплоты Удельный поток теплоты, обусловленный элементом Доля от общего потока теплоты через фрагмент, %
Плоский элемент 1 a1=0,027 м2/м2 U=0,299 Вт/(м2оС) U1 a=0,008 Вт/(м2 оС) 2,22
Плоский элемент1б а1б=0,019 м2/м2 U=1,299 Вт/(м2оС) U1 а1б=0,025 Вт/(м2 оС) 6,94
Плоский элемент 2 a2 0,012 м2/м2 U2 0,314 Вт/(м2оС) U2 a2=0,004 Вт/(м2 оС) 1,11
Плоский элемент 2б а2б=0,021 м2/м2 U=0,257 Вт/(м2оС) U2 а2б=0,005 Вт/(м2 оС) 1,39
Плоский элемент 3 а3=0,603 м/м2 U=0,283 Вт/(м2оС) U3 a3=0,171 Вт/(м2 оС) 47,5
Плоский элемент 3б а3б=0,319 м/м2 U3=0,232 Вт/(м2оС) U3 а3б=0,074 Вт/(м2 оС) 20,56
Линейный элемент 1 /=0,045 м/м2 ^=0,042 Вт/(моС) ^ /1=0,002 Вт/(м2оС) 0,56
Линейный элемент 1б /1б=0,077 м/м2 ^=0,06 Вт/(моС) ^ /1б=0,005 Вт/(м2оС) 1,39
Линейный элемент 2 /.=0,127 м/м2 ^=0,051 Вт/(моС) /2=0,007 Вт/(м2оС) 1,94
Линейный элемент 2б /^=0,394 м/м2 ^=0,045 Вт/(моС) /2б=0,018 Вт/(м2оС) 5
Точечный элемент 1 «=0,193 1/м2 Х=0,006 Вт/оС Х1 к=0,001 Вт/(м2оС) 0,28
Точечный элемент 2 «.=0,156 1/м2 Х2=0,009 Вт/оС Х2 «2=0,001 Вт/(м2оС) 0,28
Точечный элемент 3 и=6,45 1/м2 Х=0,006 Вт/оС Х3 «3=0,039 Вт/(м2 оС) 10,83
Итого Шр=0,36 Вт/(м2оС) 100
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Heat protection of buildings
Таблица 2
Результаты расчета удельных характеристик элементов наружной стены табличным методом
Элемент конструкции Удельный геометрический показатель Удельные потери теплоты Удельный поток теплоты, обусловленный элементом Доля общего потока теплоты через фрагмент, %
Плоский элемент 1 а1=0,051 м2/м2 U=0,299 Вт/(м2 °С) U1 а1=0,015 Вт/(м2 °С) 3,69
Плоский элемент 2 а.=0,036 м2/м2 U=0,314 Вт/(м2 °С) U2 а2=0,011 Вт/(м2 °С) 2,71
Плоский элемент 3 а^=0,91 м2/м2 U=0,283 Вт/(м2 °С) U3 а3=0,258 Вт/(м2 °С) 63,55
Линейный элемент 1 /1=0,587 м/м2 ^=0,062 Вт/(м°С) ^ /1=0,036 Вт/(м2°С) 8,87
Линейный элемент 2 /2=0,102 м/м2 ^2=0,437 Вт/(м°С) /2=0,045 Вт/(м2°С) 11,08
Точечный элемент 1 и1=6,8 1/м2 Х1=0,006 Вт/°С Х1и1=0,041 Вт/(м2°С) 10,1
Итого 1/Rn[= 0,406 Вт/(м2°С) 100
R"p = —!— = 2,46 м2°С1Вт 0 0,406
а коэффициент теплотехнической однородности составил r=0,70.
Как видно из табл. 1, рассчитанная с использованием температурных полей по методике СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» доля общего потока теплоты через совокупность плоских элементов, за исключением выхода балконных плит на фасад здания (плоский элемент 1б), составляет 72,78%, через оконные откосы и точечные элементы соответственно 8,89 и 11,39%. Доля общего потока теплоты через совокупность плоских элементов, рассчитанная по методике СП 230.1325800.2015 с использованием таблиц, составляет 69,95% (табл. 2), а через оконные откосы и точечные элементы соответственно составляет 8,87 и 10,1%. Таким образом, результаты расчета с использованием температурных полей по методике СП 50.13330.2012 и по ме-
Список литературы
1. Гагарин В.Г. Макроэкономические аспекты обоснования энергосберегающих мероприятий при повышении теплозащиты ограждающих конструкций зданий // Строительные материалы. 2010. № 3. С. 8-16.
2. Бабков В.В., Гайсин А.М., Федорцев И.В., Синицин Д.А., Кузнецов Д.В., Нафтулович И.М., Кильдибаев Р.С., Колесник Г.С., Каранаева Р.З., Саватеев Е.Б., Долгодворов В.А., Гусельникова Н.Е., Гареев Р.Р. Теплоэффективные конструкции наружных стен зданий, применяемые в практике проектирования и строительства Республики Башкортостан // Строительные материалы. 2006. № 5. С. 43-47.
3. Недосеко И.В., Бабков В.В., Алиев Р.Р., Кузьмин В.В. Применение конструкционно-теплоизоляционного ке-рамзитобетона в малоэтажном строительстве // Жилищное строительство. 2008. № 3. С. 26-28.
4. Гагарин В.Г., Козлов В.В. Требования к теплозащите и энергетической эффективности в проекте актуализированного СНиП «Тепловая защита зданий» // Жилищное строительство. 2011. № 8. С. 2-7.
5. Гагарин В.Г., Козлов В.В. Теоретические предпосылки расчета приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций // Строительные материалы. 2010. № 12. С. 4-12
6. Гагарин В.Г. Энергию надо тратить! // Энергия: экономика, техника, экология. 2009. № 2. С. 2-8.
7. Гагарин В.Г., Дмитриев К.А. Учет теплотехнических не-однородностей при оценке теплозащиты ограждающих конструкций в России и европейских странах // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 14-16.
5'2016 ^^^^^^^^^^^^^
тодике СП 230.1325800.2015 с использованием таблиц показывают достаточно хорошую сходимость. Более серьезные отличия доли общего потока теплоты показывают результаты расчета стыка балконной плиты со стеной (соответственно 6,94 и 11,08%). Это можно объяснить тем, что в первом случае элемент представлялся в виде плоского фрагмента и температура внешней среды назначалась равной температуре воздуха в пределах остекленной лоджии, а во втором случае - в виде линейного элемента и температура внешней среды приравнивалась к температуре наружного воздуха.
В целом расхождение результатов расчета приведенного сопротивления теплопередаче стены составляет около 12%, что вполне допустимо для инженерных расчетов, и методика СП 230.1325800.2015 с использованием справочных таблиц может быть рекомендована к более широкому использованию специалистами проектных и жилищно-экс-плуатационных организаций.
References
1. Gagarin V.G. Macroeconomic Aspects of Substantiation of Power Saving Measures Aimed at Improving the Heat Protection of Buildings' Enclosing Structures. Stroitefnye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 3, pp. 8-16. (In Russian).
2. Babkov V.V., Gaisin A.M., Fedortsev I.V., Sinitsin D.A., Kuznetsov D.V., Naftulovich I.M., Kil'dibaev R.S., Kolesnik G.S., Karanaeva R.Z., Savateev E.B., Dolgodvorov V.A., Gusel'nikova N.E., Gareev R.R. The heateffective designs of external walls of buildings applied in practice of design and construction of the Republic of Bashkortostan. Stroitefnye Materialy [Construction Materials]. 2006. No. 5, pp. 43-47. (In Russian).
3. Nedoseko I.V., Babkov V.V., Aliev R.R., Kuz'min V.V. Application of a constructional and heat-insulating Haydite Concrete in low construction. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2008. No. 3, pp. 26-28. (In Russian).
4. Gagarin V.G., Kozlov V.V. Requirements for Thermal Protection and Energy Efficiency in the Draft of the Updated SNiP «Thermal Protection of Buildings». Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2011. No. 8, pp. 2-7. (In Russian).
5. Gagarin V.G., Kozlov V.V. Theoretical Preconditions for Calculation of Reduced Resistance to Heat Transfer of Enclosing Structures. Stroitefnye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 12, pp. 4-12. (In Russian).
6. Gagarin V.G. Energy should be spent! Energiya: ekonomika, tekhnika, ekologiya. 2009. No. 2, pp. 2-8. (In Russian).
7. Gagarin V.G., Dmitriev K.A. Accounting Heat Engineering Heterogeneities When Assessing the Thermal Protection of Enveloping Structures in Russia and European Countries. Stroitefnye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 6, pp. 14-16. (In Russian).
- 39
