CC BY
79УДК 697.1
Ю.С. ВЫТЧИКОВ, канд. техн. наук, А.А. ДЕМЕНТЬЕВА, инженер,
Самарский государственный архитектурно-строительный университет;
В.М. ГОРИН, канд. техн. наук, генеральный директор ЗАО «НИИКерамзит» (Самара)
Теплофизический расчет трехслойной керамзитобетонной стеновой панели
В настоящее время в Российской Федерации на отопление зданий и сооружений расходуется около 70% всей тепловой энергии, вырабатываемой в стране. В 1995 г. были приняты повышенные нормативы по теплозащите ограждающих конструкций, в результате чего применение однослойных стеновых панелей из керам-зитобетона плотностью 1000—1100 кг/м3 стало невозможным из-за недостаточного сопротивления теплопередаче. Конструкции ограждающих стен массово стали возводить многослойными.
Однако имеющийся опыт производства и эксплуатации трехслойных панелей с использованием в качестве теплоизоляционного слоя пенополистирольных плит выявил ряд трудноустранимых недостатков. К ним относятся: термическая неоднородность за счет наличия связей между слоями (металлических, бетонных и т. д.), являющимися теплопроводными включениями и снижающими сопротивление теплопередаче конструкции в целом; повышенная трудоемкость изготовления из-за значительной доли ручного труда по раскрою и укладке утеплителя, установке связей между отдельными слоями, а также из-за дополнительных затрат на их защиту. Примененное в конструкции так называемое последовательное соединение внешнего и внутреннего слоев, отличающихся долговечностью, делает ее ремонтно-непригодной. Кроме того, их выпуск требует внесения значительных изменений в существующие технологические линии заводов ЖБИ.
С теплотехнической точки зрения использование в качестве теплоизоляционного слоя полимерных материалов, существенно отличающихся по своим теплофи-зическим характеристикам от конструкционных материалов, довольно часто приводит к увлажнению ограждающих конструкций в период сильных морозов.
Одним из эффективных путей повышения теплозащиты зданий является применение трехслойных ограждающих конструкций с наружными слоями из конструкционных бетонов и средним слоем из низкотеплопроводных легких бетонов.
Они обеспечивают
1 2 3
высокое сопротивление теплопередаче и могут использоваться при строительстве зданий гражданского и промышленного назначения в различных климатических условиях. Отличительной особенностью изготовления таких конструкций является последовательная укладка слоев в едином технологическом цикле, что обеспечивает надежное сцепление и устраняет не-
Рис. 1. Сечение стеновой панели. 1 -й слой - керамзитобетон: ^=1000 кг/м3; >•1=0,33 Вт/(моС); 1^=0,14 мг/(м ч Па); 2-й слой - беспесчаный керамзитобетон: >2=400 кг/м3; |12=0,11 Вт/(моС); |л2=0,19 мг/(мчПа); 3-й слой - керамзито-
бет°н- -П000 5"/м3; ^°,33Вт/(м-°С); обходимость установки ц3=0,14 мг/(мчПа) •'
стальных или дискрет-
ных железобетонных связей между слоями. При этом трудоемкость их изготовления практически не отличается от однослойных конструкций. С использованием указанной выше технологии могут изготавливаться несущие, самонесущие и навесные стеновые панели, плиты перекрытий и покрытий, крупноразмерные и мелкие стеновые блоки для сборного строительства, а также ограждающие конструкции в монолитном домостроении.
Весьма перспективным направлением в строительстве является использование крупнопористого беспесчаного керамзитобетона при возведении наружных стен.
Результаты исследования теплофизических характеристик беспесчаного керамзитобетона приведены в таблице.
Технология изготовления трехслойных стеновых панелей с применением легких бетонов подробно описана в [1].
Приведем теплофизический расчет наружной стены жилого здания, выполненной с применением беспесчаного керамзитобетона в качестве теплоизоляционного слоя. Район строительства — г. Самара.
На рис. 1 представлено сечение стеновой панели.
Теплотехнический расчет наружной стены выполним в следующей последовательности.
1. Определяем требуемое сопротивление теплопередаче, исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий согласно [2]:
П(!в-1Н)_ 1(20+30).
4-8,7
j?mp-R°l -
1,44 м2-°С/Вт.
А 1нав
2. Рассчитываем требуемое сопротивление теплопередаче наружной стены исходя из условия энергосбережения, по величине градусо-суток отопительного периода:
ГСОП=(^-0„.К.„=(20+5,2)-203=5116°Осут;
3,19 м2оС/Вт.
3. Находим минимально допустимое значение приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены при реализации потребительского подхода, используя понижающий коэффициент согласно [2]:
R
0
■ 0,63 = 3,19 • 0,63 = 2 м2 оС/Вт.
СП 1С „ Коэффициент
CD ^ О ^ теплопроводности X, Вт/(м.оС) и ст
1— S ент емо )
СО 1С 2 ск ии н <1 LQ
CD Я ^ о _о ° о ст о CCS --Р gcCLO SP S иц O^CO и. ф иц (м ф ни /( tat
8 § Е £ g £ м о % с O^ll m g d ^ ^ Я II В сп ^ Кп о р СП п со во
d В
486 0,12 0,13 0,14 0,16 0,066
357 0,10 0,11 0,118 0,19 0,075
534 0,118 0,138 0,148 0,14 0,067
599 0,132 0,152 0,168 0,148 0,071
научно-технический и производственный журнал ■Q'j'pyyrj'SjJ.yj-liyJS 12 ноябрь 2012 Ы ®
4. Определяем требуемую толщину беспесчаного ке-рамзитобетона из условия:
/ \ Ж + К\+К2 +Къ+~ан
>Д™П.
Принимаем коэффициент теплотехнической однородности г = 0,85 [3]:
£ -ав~к \~къ—дГн =
2 1 0,06 0,08 1 ... 2 о™
=-------------= 1,64 м2оС/Вт.
0,9 8,7 0,33 0,33 23
52^Х2=1,64^0,П=0,18 м. Принимаем б2=0,21 м.
5. Находим значение приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены:
ДоР=0,85
006 0Д1 ^08 8,7 + 0,33 + 0,11 +0,33 + 23
= 2,12 м2-°С/Вт.
Х; =
русл ' л0
У, =-
2Л.
Д.
(1)
где X — безразмерное сопротивление теплопередаче от внутреннего воздуха до рассматриваемого сечения наружной стены; Yi — безразмерное сопротивление паро-проницанию от внутреннего воздуха до рассматриваемого сечения наружной стены;
1 т
I*. ¡-1
сопротивление теплопередаче внутреннего воздуха до сечения х;
от
=ЯП1 + — сопротивление паропроницанию от ■-1 внутреннего воздуха до сечения х;
т
К-щ = Д., + — сопротивление паропроницанию
м глади наружной стены;
Дц, Я„ — сопротивление влагообмену между воздухом и соответственно внутренней и наружной поверхностями стеновой панели:
Д„=0,027 м2-ч-Па/мг; Я„=0,0137 мЧП/мг [6];
п — общее число слоев в ограждении;
т — число слоев до рассматриваемого сечения х (т< п).
Результаты расчета влажностного режима стеновой панели, выполненные с помощью программного комплекса «Диффузия», приведены на рис. 2.
На рис. 2 представлена зависимость безразмерного сопротивления паропроницанию Y от безразмерного термического сопротивления X для рассматриваемой стеновой панели. Кривая Yn характеризует значения безразмерного сопротивления паропроницанию для состояния насыщенного влажного воздуха.
Кривая Yn построена для значений: температуры внутреннего воздуха 11п=20°С и относительной влажно-
САПРок хк=0,89 +$к=0,21 т
Y
1
0,8 0,6 0,4 0,2
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Рис. 2. Результаты расчета влажностного режима стеновой панели
сти фы = 55 %. Параметры наружного воздуха принять средними для наиболее холодного месяца (?^=-13,5оС;
Фн = 84 %). в
У, =-
(2)
где ев, ен — упругость внутреннего и наружного воздуха соответственно, Па.
N = 2,125 +
15б + 8Д2[*.-*(*.-*„)]
После выполнения теплотехнического расчета наружной стены переходим к расчету влажностного режима с помощью метода безразмерных характеристик, приведенного в [4].
Для численной реализации метода безразмерных характеристик разработан программный комплекс «Диффузия» [5].
Расчет влажностного режима стеновой панели выполним в следующей последовательности.
Определяем значения безразмерных переменных Xi и Yi на границах слоев по следующим формулам:
236 + Г,-*(*.-/„)
Пересечение линий Y и Yn определяет область возможной конденсации водяного пара в толще ограждения. Плоскость возможной конденсации соответствует максимальному значению разности величин Y — Yn внутри этой области.
Плоскость возможной конденсации, как показал расчет, совпадает с наружной поверхностью слоя беспесчаного керамзитобетона.
Так как линии Y и Yn пересекаются (рис. 2), то имеет место конденсация водяного пара в толще рассматриваемой конструкции наружной стены, поэтому необходимо выполнить расчет на влагонакопление по известной методике [2].
Расчет показал, что накопление влаги в трехслойной стеновой панели не должно происходить за годовой период эксплуатации здания и не выходит за пределы допустимого сорбционного увлажнения за период с отрицательными температурами.
Рассмотренная трехслойная керамзитобетонная панель толщиной 350 мм рекомендуется для применения при строительстве жилых, общественных и административных зданий в Самарской области.
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.: Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2008. 319 с.
2. СНиП 23-02—2003. Тепловая защита зданий. М.: Госстрой России, 2003. 65 с.
3. СТО 00044807-001-2006. Теплозащитные свойства ограждающих конструкций. Стандарт организации. М.: РОИС, 2006. 64 с.
4. Вытчиков Ю.С., Беляков И.Г. Исследование влаж-ностного режима строительных ограждающих конструкций с помощью метода безразмерных характеристик. Известия вузов. Строительство. 1998. № 3. С. 76-79.
5. Вытчиков Ю.С., Беляков И.Г. Программа расчета влажностного режима строительных ограждающих конструкций «Диффузия-2005». Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 4481. Программа зарегистрирована в отраслевом фонде алгоритмов и программ.
6. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. М.: АВОК-Пресс, 2006. 256 с.
Г^ научно-технический и производственный журнал
М ® ноябрь 2012 !з"
