CC BY
13(М
л
Научно-технический и производственный журнал
УДК 692.82
DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-6-34-38
К.С. АНДРЕЙЦЕВА1, канд. техн. наук (9259988800@mail.ru); А.Ф. МОЛОДЦОВ2, инженер-конструктор (andrey.molodtsov@schoeck.ru), Н.Г. ПАВЛОВ2, инженер (Nikolay.Pavlov@schoeck.ru)
1 Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, г. Москва, Локомотивный пр., 21) 2 ООО «ШЁКК» (115114, г. Москва, 1-й Кожевнический пер., 8)
г ■ 1 ___
Температура на внутренней поверхности панорамного остекления в узле примыкания к железобетонной консоли
В статье рассмотрено конструктивное решение узла примыкания панорамно-остекленного фасада к железобетонной консоли, проходящей сквозь тепловой контур; показана актуальность рассмотрения изучаемой тематики. Выполнено трехмерное численное моделирование данного узла для граничных климатических условий нескольких крупных городов Российской Федерации, проведены расчеты температурных полей конструкции. Узел рассмотрен в трех вариантах выполнения консоли: сплошное бетонирование, перфорация плиты перекрытия вставками из утеплителя и с использованием несущих теплоизоляционных элементов заводского изготовления. Акцент сделан на сравнение минимальной температуры на поверхности конструкции для трех вариантов конструктивного решения узла для разных граничных условий с требованиями строительных норм и правил. Проведена проверка на выполнение санитарно-гигиенических требований. Изучено влияние климатических условий и типа выполнения конструкции консоли на минимальную внутреннюю температуру в узле. Обозначена актуальность дальнейшего изучения данной тематики. Из проведенного исследования видно, что в большинстве городов Российской Федерации температура на внутренней поверхности при применении и перфорации плиты перекрытия не соответствует санитарно-гигиеническим требованиям и становится необходимым применение специальных несущих теплоизоляционных элементов.
Ключевые слова: панорамное остекление, теплотехнический расчет, несущий теплоизоляционный элемент, термическая неоднородность.
Для цитирования: Андрейцева К.С., Молодцов А.Ф., Павлов Н.Г. Температура на внутренней поверхности панорамного остекления в узле примыкания к железобетонной консоли // Жилищное строительство. 2019. № 6. С. 34-38. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-6-34-38
K.S. ANDREYTSEVA1, Candidate of Sciences (Engineering) (9259988800@mail.ru); A.F. MOLODTSOV2, Engineer-Designer(andrey.molodtsov@schoeck.ru), N.G. PAVLOV2, Engineer(Nikolay.Pavlov@schoeck.ru)
1 Research Institute of Building Physics of RAACS (21, Lokomotivniy Driveway, Moscow, 127238, Russian Federation)
2 OOO "Schock " (8, 1st Kozhevnichesky lane, Moscow, 115114, Russian Federation)
Temperature on Inner Surface of Panoramic Glazing in the Junction to the Reinforced Concrete Console
The article deals with the structural solution of the junction of the panoramic-glazed façade to the reinforced concrete console passing through the thermal contour; the relevance of the subject is shown. Three-dimensional numerical modeling of this node was performed for the boundary climatic conditions of several large cities of the Russian Federation, and the temperature fields of the structure were calculated. The unit is considered in three versions of the console: continuous concreting, perforation of the floor slab with inserts of insulation and using prefabricated bearing heat-insulating elements. Emphasis is placed on comparing the minimum temperature on the surface of the structure for the three variants of the structural solution of the node for different boundary conditions with the requirements of building codes and regulations. A check for the implementation of sanitary and hygienic requirements was made. The influence of climatic conditions and the type of execution of the console design on the minimum internal temperature in the node was studied. The relevance of further study of this subject is indicated. The study shows that in most cities of the Russian Federation, the temperature on the inner surface when using the perforation of the slab does not meet sanitary and hygienic requirements and it becomes necessary to use special bearing thermal insulation elements.
Keywords: panoramic glazing system, thermal calculation, bearing insulating element, thermal heterogeneity
For citation: Andreytseva K.S., Molodtsov A.F., Pavlov N.G. Temperature on inner surface of panoramic glazing in the junction to the reinforced concrete console. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2019. No. 6, pp. 34-38. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-6-34-38
Научно-технический и производственный журнал
Reports of the X Academic reading RAACS «Actual issues of building physics»
Рис. 3. Схема консольного узла при наличии перфорации в плите перекрытия
Рис. 4. Схема консольного узла при наличии НТЭ в плите перекрытия
Рис. 2. ЖКSignature, Киев, Украина
В настоящее время все больше архитекторов и девелоперов реализуют проекты с применением панорамного остекления. Светопрозрачный фасад - это метод остекления, который может применяться на больших по площади, непрерывных участках внешней поверхности здания, создавая выдержанный, монолитный, привлекательный облик. Стеклянный фасад позволяет улучшить внешний облик здания, его эксплуатационные характеристики и сократить расходы на отопление и кондиционирование на долгие годы, к тому же такой фасад будет надежным и безопасным [1-4]. Разнообразие вариантов стекла, представленного на рынке, позволяет архитекторам и дизайнерам думать не только об эстетике фасада, но и планировать его технические характеристики, такие как теплосбережение, безопасность и шумо-изоляция, а также цвет, светопропускание и степень зеркальности [5-9].
Одной из главных особенностей системы витражного остекления являются высокие показатели свето-пропускания, которые способствуют максимальному проникновению солнечных лучей, что положительно влияет на самочувствие и настроение человека.
Нередки случаи, когда панорамное остекление реализуется с противопожарной консолью, лоджией или французским балконом. На рис. 1 и 2 приведены примеры зданий с подобной конструкцией.
Рис. 5. Трехмерная модель узла: 1 — оконный профиль; 2 — подкладка под оконный профиль; 3 — плита перекрытия; 4 — балконная плита; 5 — периметральная ж/б балка; 6 — утеплитель, минеральная вата; 7 — ж/б шпонка перфорации плиты; 8 — термовкладыш перфорации плиты
Узел примыкания панорамного остекления к железобетонной консоли является неоднородностью в наружной оболочке здания, так называемым мостиком холода, и приводит к повышению локальных теп-лопотерь через эти участки и снижению температуры на внутренней поверхности конструкции.
Вопрос однородности подобных участков наружных ограждающих конструкций в светопрозрач-ных фасадах в настоящее время изучен недостаточно. Узел примыкания панорамного остекления к железобетонной консоли подробно не описан в СП 230.1325800.2015 «Конструкции ограждающие зданий. Характеристики теплотехнических неодно-родностей», и, следовательно, при проектировании такого узла становится актуальным выполнение требований п. 5.7: «Температура внутренней поверхности ограждающей конструкции должна определяться по результатам расчета температурных полей всех зон с теплотехнической неоднородностью или по результатам испытаний в климатической камере в аккредитованной лаборатории» СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003». Таким образом, при проектировании подобного узла необходимо уделять особое внимание контролю промерзания и проверки минимальной температуры в узле.
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Таблица 1
Характеристика рассматриваемого узла по городам
Город Темп.холодной пятидневки (0,92), °С R , м2-°С/Вт тр' Толщина ж/б балки, мм Толщина фасадного утеплителя, мм Толщина перфорации, мм R (усл), расч ^ '' м2-°С/Вт
Сочи -2 1,87 250 80 80 2,23
Краснодар -14 2,34 250 100 100 2,72
Владивосток -23 3,15 250 180 120 4,67
Москва -25 3,06 250 180 120 4,67
Казань -31 3,28 250 180 120 4,67
Екатеринбург -32 3,44 250 200 160 5,16
Новосибирск -37 3,65 250 250 160 6,38
Таблица 2
Минимальные температуры на внутренней поверхности в узле
Тмин сквозное бетонирование Тмин перфорация Тмин нтэ
Сочи 11,66 13,06 18,42
Краснодар 7,40 9,80 17,66
Владивосток 5,07 8,02 17,18
Москва 4,38 7,46 17,05
Казань 2,29 5,79 16,66
Екатеринбург 2,14 6,22 16,83
Новосибирск 0,78 5,06 16,45
Рис. 6. Разрез узла в сечении по бетонной перемычке
В статье рассмотрено хорошо зарекомендовавшее себя в случаях, когда внешняя железобетонная конструкция (консоль, парапет, перегородка) с обеих сторон примыкает к утепленным конструкциям, решение: устройство перфорационных отверстий в перекрытии, заполненных теплоизоляционным материалом [1-4]. В рассматриваемом в статье узле консоль примыкает снизу к утепленной железобетонной балке, а сверху - к светопрозрачной конструкции (рис. 3). Перфорация плиты рассматривается в соотношении 200/600 мм.
АпТЬвптч7.а.13?2016.11ЮСМ.КсспЬЫ^к^г,1гк| сот
Рис. 7. Разрез узла в сечении по перфорации плиты перекрытия
Рис. 8. Разрез узла в сечении по НТЭ
Научно-технический и производственный журнал
Reports of the X Academic reading RAACS «Actual issues of building physics»
В Тмин бетонная перемычка ж Тмин перфорация Рис. 9. Зависимость минимальной температуры на внутренней поверхности узла от граничных условий. Красная линия — температура точки росы
В качестве альтернативного варианта решения проблемы теплотехнической неоднородности данного узла рассмотрено применение несущих теплоизоляционных элементов (НТЭ) заводского изготовления (рис. 4) [1].
Также нужно отметить, что из-за многообразия климатических зон в России решение перфорации плиты перекрытия получило распространение не во всех регионах страны, а только в наиболее холодном климате. Поэтому в статье рассмотрен данный узел для крупных городов с разными значениями температуры наиболее холодной пятидневки (Сочи, Краснодар, Владивосток, Москва, Казань, Екатеринбург, Новосибирск) [7-11], и также рассмотрен узел для монолитной железобетонной конструкции без перфорации [12-13].
Для вышеописанных вариантов конструкции был проведен расчет трехмерных температурных полей узла [10, 11] при различных граничных условиях (для разных городов) для трех случаев: 1) без перфорации; 2) с перфорацией; 3) с несущим теплоизоляционным элементом; далее проведен сравнительный анализ полученных результатов.
Полученные результаты приведены в табл. 1. Трехмерная модель узла изображена на рис. 5. Узел
рассмотрен с одной и той же профильной системой ^пр = 0,672 м2-°С/Вт) и одной и той же подкладкой под профильную систему ^пр = 1,565 м2-°С/Вт), но с разной толщиной утепления балки под консолью.
Так, например, для г. Москвы и схожих по климату регионов в рассмотренном узле в случае сквозного бетонирования минимальная температура на внутренней поверхности узла составляет 4,38оС (рис. 6), в случае перфорации плиты перекрытия - 7,46оС (рис. 7), а при использовании НТЭ -17,05оС (рис. 8).
Результаты численного моделирования приведены в табл. 2. Красным цветом выделены значения минимальной температуры на внутренней поверхности узла, не соответствующие санитарно-гигиеническим требованиям (ниже температуры точки росы). На рис. 9 показан график зависимости минимальной температуры на внутренней поверхности в зависимости от граничных условий.
На приведенном графике для каждого города показана минимальная температура в узле при различных вариантах исполнения утепления и показана линия температуры точки росы 10,7оС.
В соответствии с п. 5.7 СП 50.13330.2012 «температура внутренней поверхности ограждающей конструкции в зоне теплопроводных включений, в углах и оконных откосах, ... должны быть не ниже точки росы....», следовательно можно сделать вывод о том, что традиционное решение перфорирования плиты перекрытия не во всех рассмотренных случаях обеспечивает требования СП 50.13330.2012. При этом применение НТЭ для данного типа конструкций решает задачу обеспечения теплотехнической однородности оболочки здания и гарантирует соблюдение санитарно-гигиенических требований. Рассмотренный в статье узел является критическим и требует особого внимания при проектировании. Также рекомендуется проверять на соответствие минимальной температуры в данном узле требованиям п. 5.7 СП 50.13330.2012.
Список литературы
References
1. Умнякова Н.П., Андрейцева К.С., Смирнов В.А. Теплообмен на поверхности выступающих элементов наружных ограждений // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2016. № 4 (364). С. 157-161.
2. Козлов В.В., Андрейцева К.С. Разработка инженерного метода расчета минимальной температуры на внутренней поверхности конструкции в зоне примыкания балконной плиты к стене // БСТ. 2017. № 6 (994). С. 38-39.
3. Умнякова Н.П., Андрейцева К.С., Смирнов В.А. Особенности критерия Био для выступающих
1. Umnyakova N.P., Andreitseva K.S., Smirnov V.A. Heat transfer on the surface of protruding elements of external fences. Izvestiya vysshikh uchebnykh zave-denii. Tekhnologiya tekstiinoi promyshlennosti. 2016. No. 4 (364), pp. 157-161. (In Russian).
2. Kozlov V.V., Andreitseva K.S. Development of the engineering method for calculating the minimum temperature on the internal surface of the structure in the zone of the balcony plate to the wall. BST. 2017. No. 6 (994), pp. 38-39. (In Russian).
3. Umnyakova N.P., Andreitseva K.S., Smirnov V.A. Features of the Bio criterion for the protruding ele-
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
элементов здания // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2017. № 2 (368). С. 330-335.
4. Марков С.В., Шубин Л.И., Андрейцева К.С. Математическое моделирование для расчета трехмерных температурных полей узла сопряжения наружной стены с балконной плитой и монолитным междуэтажным перекрытием // Научное обозрение. 2014. № 7-1. С. 190-196.
5. Спиридонов А.В., Шубин И.Л. Развитие свето-прозрачных конструкций в России // Светотехника. 2014. № 3. С. 46-51.
6. Умнякова Н.П., Бутовский И.Н., Верховский А.А., Чеботарев А.Г. Требования к теплозащите наружных ограждающих конструкций высотных зданий // Жилищное строительство. 2016. № 12. С. 7-11.
7. Верховский А.А., Зимин А.Н., Потапов С.С. Применимость современных светопрозрачных ограждающих конструкций для климатических регионов России // Жилищное строительство. 2015. № 6. С. 16-19.
8. Верховский А.А., Зимин А.Н., Потапов С.С. Проектирование современных светопрозрачных ограждающих конструкций с учетом климатических условий регионов России // Светопроз-рачные конструкции. 2015. № 3-4 (101-102). С. 34-37.
9. Дубынин Н.В., Колесникова Т.Н., Петрова З.К., Кологривова Л.Б., Еремин К.И., Тонких Г.П. Архитектурно-технические решения, строительные технологии и нормативные требования к панорамному остеклению высотных зданий // Строительные материалы. 2018. № 9. С. 75-79.
10. Козлов В.В. Вопросы точности расчета приведенного сопротивления теплопередаче и температурных полей // Строительство и реконструкция. 2018. № 3 (77). С. 62-74.
11. Андрейцева К.С. Особенности расчета температурных полей при проектировании ограждающих конструкций // Жилищное строительство. 2018. № 6. С.19-23.
12. Гагарин В.Г., Коркина Е.В., Шмаров И.А. Тепло-поступления и теплопотери через стеклопакеты с повышенными теплозащитными свойствами // Academia. Архитектура и строительство. 2017. № 2. С. 106-110.
13. Gagarin V.G., Neklyudov A.Yu., Zhou Z. Determination of possible increase of R-value of enclosing structures based on the payback conditions // Procedia Engineering Сер. «8th International Cold Climate HVAC 2015 Conference, CCHVAC 2015». 2016. С. 100-102.
38l -
ments of a building. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Tekhnologiya tekstil'noi promyshlennosti.
2017. No. 2 (368), pp. 330-335. (In Russian).
4. Markov S.V., Shubin L.I., Andreitseva K.S. Mathematical modeling for calculation of three-dimensional temperature fields of the interface unit of the outer wall with a balcony plate and a monolithic inter-floor overlap. Nauchnoe obozrenie. 2014. No. 7-1, pp. 190-196. (In Russian).
5. Spiridonov A.V., Shubin I.L. The development of translucent structures in Russia. Svetotekhnika. 2014. No. 3, pp. 46-51. (In Russian).
6. Umnyakova N.P., Butovskii I.N., Verkhovskii A.A., Chebotarev A.G. Requirements for thermal protection of external enclosing structures of high-rise buildings. Zhilishchnoe Stroitelstvo [Housing Construction]. 2016. No. 12, pp. 7-11. (In Russian).
7. Verkhovskii A.A., Zimin A.N., Potapov S.S. The applicability of modern translucent walling for the climatic regions of Russia. Zhilishchnoe Stroitelstvo [Housing Construction]. 2015. No. 6, pp. 16-19. (In Russian).
8. Verkhovskii A.A., Zimin A.N., Potapov S.S. Designing modern translucent enclosing structures, taking into account the climatic conditions of the regions of Russia. Svetoprozrachnye konstruktsii. 2015. No. 3-4 (101-102), pp. 34-37. (In Russian).
9. Dubynin N.V., Kolesnikova T.N., Petrova Z.K., Kologrivova L.B., Eremin K.I., Tonkikh G.P. Architectural and technical solutions, construction technologies and regulatory requirements for panoramic glazing of high-rise buildings. Stroitelnye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 9, pp. 75-79. (In Russian).
10. Kozlov V.V. Questions of accuracy of calculation of reduced resistance to heat transfer and temperature fields. Stroitel'stvo i rekonstruktsiya. 2018. No. 3 (77), pp. 62-74. (In Russian).
11. Andreitseva K.S. Features of the calculation of temperature fields in the design of enclosing structures. Zhilishchnoe Stroitelstvo [Housing Construction].
2018. No. 6, pp. 19-23. (In Russian).
12. Gagarin V.G., Korkina E.V., Shmarov I.A. Heat gains and heat losses through the double-glazed windows with high heat-shielding properties. Academia. Arkh-itektura i stroitel'stvo. 2017. No. 2, pp. 106-110. (In Russian).
13. Gagarin V.G., Neklyudov A.Yu., Zhou Z. Determination of possible increase of R-value of enclosing structures based on the payback conditions. Procedia Engineering Сер. "8th International Cold Climate HVAC 2015 Conference, CCHVAC 2015". 2016. С.100-102.
^^^^^^^^^^^^^ |б'2019
