CC BY
14Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Heat protection of buildings
УДК 697.11
Р.А. ШЕПС, инженер (romansheps@yandex.ru), Т.В. ЩУКИНА, канд. техн. наук
Воронежский Государственный архитектурно-строительный университет (394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84)
г ■ 1 __о о
Теплозащитные свойства ограждении с учетом прогнозируемых условий эксплуатации
Рассматривается влияние различных факторов на теплозащитные свойства строительных материалов. Предложено в соответствии с теорией тепловых и диффузионных процессов использовать линейное функциональное изменение основополагающих параметров. Получены зависимости для определения расчетных значений коэффициентов теплопроводности при прогнозируемом увлажнении в процессе эксплуатации наружных ограждений.
Ключевые слова: теплопроводность, ограждающие конструкции, старение материалов, влажность.
R.A. SHEPS, Engineer (romansheps@yandex.ru), T.V. SHCHUKINA, Candidate of Science (Engineering) Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering
Heat Protection Properties of Enclosing Structures with Due Regard for Operating Conditions
The influence of various factors on heat protection properties of building materials is considered. In accordance with the theory of heat and diffusion processes, it is proposed to use the linear functional change in the fundamental parameters. Dependences for determining calculation values of heat conduction coefficients at the forecasted moistening during the process of external enclosing structures operation have been obtained.
Keywords: heat conductivity, enclosing structures, material aging, humidity.
Достаточно продолжительный опыт строительства сооружений с многослойными наружными ограждениями показывает возрастающую потребность в расчетах тепло-влажностных режимов, максимально приближенных к реальным условиям эксплуатации и корректно определяющих требуемые показатели для проектирования систем обеспечения микроклимата. Проведенные обследования зданий, построенных после 2000 г. в Воронеже, подтвердили предположение, что при принятых безупречных проектных решениях теплотехнические свойства наружных ограждений под влиянием внешних и внутренних факторов не соответствуют действующим нормам. Этот вывод основывается на более достоверных результатах экспериментальных исследований, проведенных фирмой «Интеллект сервис» в климатической зоне ЦЧР.
В европейской и мировой практике прогнозирование температурно-влажностного режима ограждений выполняется на базе нескольких стандартов, регламентирующих как последовательность расчета, так и методику определения требуемых характеристик строительных материалов. Федеральный закон № 184 «О техническом регулировании» предусматривает развитие отечественной нормативной базы в соответствии с апробированными в течении длительного времени международными стандартами, что отражается на проводимой актуализации действующих правил.
По стандартам EN (ISO) [1, 2] расчетный коэффициент теплопроводности для строительных материалов вначале определяется посредством измерений в лабораторных или натуральных условиях. Затем расчетом учитывается влияние температуры, влажности и старения, которые в совокупности изменяют теплоизоляционные свойства ограждений в процессе длительной эксплуатации зданий.
Методика определения расчетных коэффициентов теплопроводности и термических сопротивлений конструктивных слоев, а также предлагаемая последовательность принятия решений [1, 2] предполагают использование следующих зависимостей:
Х.= IFF F ;
2 2 T m a
R,
Ro =
■2 ~ F„F F
rTrmra,
(1)
(2)
где и Х2 - коэффициенты теплопроводности, соответственно определенные в результате испытаний при стандартных условиях БЫ 10456 и с учетом заданных значений влажности и температуры для рассматриваемого материала, Вт/(м-°С);
Я1, Я2- термические сопротивления слоя материала при стандартных условиях испытаний и прогнозировании те-пловлажностного режима эксплуатации, а также дальнейшего старения, м2-°С/Вт;
Рт, Рт, Ра - безразмерные поправочные коэффициенты, учитывающие влияние на теплозащитные свойства строительных материалов температуры, влажности и их последующего старения.
Безразмерные коэффициенты в соответствии с [1, 2] рекомендовано определять по экспоненциальным зависимостям:
р =е/и<и2-и1>; (3) т
р ^т-Ь); (4)
т
p=eUT2-T,)
(5)
где и, - содержание влаги в материале при условиях экспериментального определения коэффициентов теплопроводности по массе, кг/кг, и по объему, м3/м3; например,
7'2015
29
Тепловая защита зданий
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
Коэффициент теплопроводности в зависимости от влажности теплоизоляционных материалов
Относительная влажность материала, % Теплопроводность, Вт/(м°С), бетонов
Шлаковая вата, кг/м3 Стеклянная вата, кг/м3
400 200 200 150
0 0,076 0,047 0,047 0,041
2 0,084 0,051 0,052 0,047
5 0,094 0,058 0,060 0,055
10 0,11 0,07 0,074 0,067
15 0,12 0,081 0,087 0,08
20 0,14 0,093 0,101 0,093
25 0,154 0,105 0,114 0,105
30 0,167 0,116 0,128 0,116
(6)
X =X +АХш,
ш ш0 '
(7)
делия в большинстве случаев принимается равным 0,0062; ю - относительная влажность материала, %.
Как показали результаты расчетов, предложенная в [5] зависимость (7) не дает достаточной точности, особенно для класса теплоизоляционных материалов. Поэтому, при использовании общепринятых подходов в решении задач по определению тепловлажностных режимов, целесообразно изменение теплопроводности выражать линейной пропорциональностью вида:
X =X (1+Р *ш),
Ш Wov 1 Ш п
(8)
в сухом состоянии и1 =0; •ф1 = 0; и2, ф2 - содержание влаги в материале при расчетных условиях эксплуатации соответственно по массе и по объему; Т1 и Т2 - начальная и конечная температуры в зависимости от условий эксплуатации; /и/ф/Т - коэффициенты для конкретных видов материалов, приведенные в справочных данных БЫ 10456.
Изменение физических параметров достаточно часто описывается экспоненциальными зависимостями и поэтому предлагаемый подход имеет полное основание для применения на практике. Но классическая теория теплопроводности доказывает линейную пропорциональность температуры материала в виде следующего уравнения [3]:
где Х( - коэффициент теплопроводности сухого материала при температуре 0°С, Вт/(м-°С); X - температура, °С; р - коэффициент пропорциональности.
В работе [4] приводится значение обобщенного для строительных материалов коэффициента пропорциональности р. Рекомендуется р принимать равным 0,0025.
В России учитывать влияние влажности строительных материалов наиболее обоснованно было предложено А.У. Франчуком [5]. Проведенные экспериментальные исследования [5] выявили закономерные изменения значений коэффициентов теплопроводности строительных материалов при их постепенном увлажнении. Например, для тепловой изоляции с показателями, приведенными в таблице, наиболее адекватна аппроксимация коэффициентов теплопроводности линейной зависимостью. В работе [5] приводится обобщенная формула вида:
где рю - коэффициент пропорциональности.
Обобщая экспериментальные данные [5] по категориям теплотехнических свойств, можно принять, что для строительных материалов, обладающих несущей способностью, рю как правило, равен 2, а для теплоизоляционных слоев рю равен 6.
Так, например, для стекловаты зависимость (8) имеет вид: при плотности 200 кг/м3 Хю=0,047(1+5,74ю); (9) при плотности 150 кг/м3 Хю=0,041(1+6,1ю). (10)
С учетом принятых за основу определения коэффициентов теплопроводности выражений (6, 8) его изменение в зависимости от срока эксплуатации можно записать в виде: Х=Хто(1+Рт-т), (11)
где X - значение коэффициента теплопроводности в первый год эксплуатации, Вт/(м2-°С); рт - коэффициент пропорциональности; т - срок эксплуатации, год.
Тогда коэффициент теплопроводности строительных материалов при действительных условиях эксплуатации с прогнозируемыми изменениями температуры, влажности и по истечении длительного срока после окончания строительства можно определить по общей формуле:
X=Xo(1+Ptt) (1+Ри-ю) (1+Рт-т)
(12)
где X - коэффициент теплопроводности материала при начальном сухом состоянии, Вт/(м.°С); АХ - градиент изменения теплопроводности при увлажнении строительного из-
где Х0 - коэффициент теплопроводности сухого материала при температуре 0°С в первый год эксплуатации, Вт/(м°С).
В некоторых случаях изменение структуры материалов, вызванное старением, незначительно влияет на теплопроводность, тогда в выражении (12) этим фактором можно пренебречь.
Учитывая рекомендуемые значения, можно заключить, что основное влияние на изменение коэффициента теплопроводности оказывает увлажнение материалов. Это обстоятельство в процессе эксплуатации может значительно увеличить теплопотери наружных ограждений и отрицательно повлиять на санитарно-гигиенические условия в помещениях. Поэтому выполняемый первоначально теплотехнический расчет должен при проектировании включать прогнозирование возможных влажностных режимов строительных конструкций и оценку изменения теплозащитных свойств в процессе эксплуатации в соответствии с предложенными зависимостями.
Список литературы
References
2.
EN (ISO) 10456. Building materials and products -Hygrothermal properties - Tabulated design values and procedures for determining declared and design thermal values. Geneva: ISO copyright office. 2007. 27 c. EN (ISO) 13788 Hygrothermal performance of building components and building elements - Internal surface
EN (ISO) 10456. Building materials and products -Hygrothermal properties - Tabulated design values and procedures for determining declared and design thermal values. Geneva: ISO copyright office. 2007. 27 p. EN (ISO) 13788 Hygrothermal performance of building components and building elements - Internal surface
2
30
7'2015
