CC BY
7ARCHITECTURE
ВПЛИВ ПОЛОЖЕННЯ В1КОННИХ БЛОК1В ПО ТОВЩИН1 СТ1НИ НА ТЕПЛОТЕХН1ЧН1 ХАРАКТЕРИСТИКИ ВУЗЛА ГХ ПРИМИКАННЯ
Пашинський В.А.
професор, доктор технгчних наук, Настоящий В.А. професор, кандидат технгчних наук, Джирма С.О. доцент, кандидат технгчних наук, Плоттков О.А. асистент, Остапчук А.С. маггстрант
Центральноукршнський нацюнальний техтчний утверситет
м. Кропивницький, Украша
THE INFLUENCE OF THE POSITION OF THE WINDOW BLOCKS BY WALL THICKNESS ON THERMAL CHARACTERISTICS OF JUNCTION NODE
Pashynskyi V.A.
Sc. D., professor, Nastoyashchiy V.A. Ph. D., professor, Dzhyrma S.O.
Ph. D., Associate Professor Plotnikov О.А. assistant lecturer Ostapchuk A. S. M. S. in engineering Central Ukrainian National Technical University Kropivnitskiy, Ukraine
АНОТАЦ1Я
Одшею з вагомих складових втрат тепла через огороджувальш конструкци будiвель е вшна та вузли !х примикання до стш. Проведет дослщження дозволили визначити положения вiкна в товщi стiни, яке забезпечуе оптимальний тепловий режим вузла примикання вшна до стiни в заданих ктматичних умовах експлуатаци. Результати дослвдження можуть бути основою для створення загально! методики визначення оптимального положення вжон рiзних типiв у зовнiшнiх стшах рiзних конструкцiй, що експлуатуються в рiзних клiматичних умовах. Впровадження результата зменшить втрати тепла в вузлах примикання вшэн та забезпечить ввдсутшсть конденсацп вологи в зонi цих вузлiв.
ABSTRACT
One of the significant components of heat loss through the enclosure structures of buildings is the windows and junction nodes to the walls. The conducted researches allowed to determine the position of the window in the thickness of the wall, which provides the optimal thermal mode of the node, that connects the window to the wall in the given climatic conditions of operation. The results of the research may be the foundation for creating a methodology for determining the optimal position of windows of different types in the outer walls of different designs, operated in different climatic conditions. Implementation of the results will reduce the heat losses in the in the nodes of windows to the outer walls and ensure the absence of condensation in the zone of these nodes.
Ключовi слова: енергоефектившсть, втрати тепла, цеглят стши, вшна ПВХ, температурш поля.
Keywords: energy efficiency, heat loss, brick walls, PVC windows, temperature fields.
Вступ. На сьогодтшнш день енерго- i ресур-созбереження е головним напрямом техшчно! поль тики в галузi будiвництва. В Укра1ш за один опалю-
вальний сезон на 1 млн. м2 житлово! площi витра-чаеться 55 тисяч тон природного палива, що в два рази б№ше, шж у £врош. Це пов'язано, в першу
чергу, з тим, що втрати тепла в навколишне середо-вище в рiзних будiвлях, спричиненi низькими теп-лозахисними властивостями огороджувальних конструкцш, складають 20...60% [1, 2]. Тому полш-шення теплових характеристик огороджувальних конструкцп е актуальним науково-техшчним за-вданням.
Аналiз останнiх дослвджень та публiкацiй.
Аналiз структури загальних тепловтрат в житлових i цившьних будiвлях показуе, що через вшонш про-рiзи втрачаеться до 20...30% тепла [3, 4]. При цьому значна частина тепла втрачаеться через мюця при-микання вiкон до стш i через укоси [5, 6].
З метою тдвищення рiвня теплоiзоляцil i ком-фортностi юнуючих житлових будiвель в 1990 роках почалося масове застосування вшон з ПВХ (по-лiвiнiлхлоридних профшв) замiсть традицiйних де-рев'яних, що е значним резервом для економи енергетичних i природних ресурсiв.
Впровадження в практику будiвництва однос-тулкових вiкон з вузькою коробкою з ПВХ спричи-нило ряд помилок при проектуванш зовнiшнiх стiн будiвель, а також при монтаж! свилопрозорих кон-струкцiй. В основному вони полягають у невраху-ваннi при теплотехшчних розрахунках i розробцi проекпв особливостей розташування вiкон в прорь зах стiн.
Одна з помилок початкового впровадження таких вшон пов'язана з малою шириною пластмасо-вих коробок i стулок вшонних блоков у межах 60.. .70 мм, у зв'язку з чим на внутршшх поверхнях коробок i вшэнних вiдкосiв, як в одношарових, так i двошарових стiнах виникають зони з пониженими температурами. Це призводить до утворення конденсату на внутршнш поверхнi вiконних укосiв, а в рядi випадк1в - навггь до !х промерзання.
Як1сть теплоiзоляцil вузлiв примикань вiкон з ПВХ до огороджувальних конструкцш може бути оцшена за допомогою тепловiзiйного контролю. Характерш температурнi поля, отриманi на екраш тепловiзора у виглядi кольорового зображення, на-веденi на рис. 1 за даними ввдкритих штернет-дже-рел. Градацiя кольорового зображення теплограм вiдповiдае рiзним температурам i наочно шдтвер-джуе значнi тепловтрати в мюцях зовнiшнiх вшон-них вщкоав.
В процесi монтажу дуже важливо правильно встановити вiкно в товщi стiни, щоб в холодну пору року внутршня поверхня стiни i внутрiшнi укоси не охолоджувалися нижче температури точки роси, при як1й починаеться конденсащя водяно! пари, намокания й промерзання конструкцш.
Рисунок 1 - Тепловтрати через вузли примикань вшон з ПВХ до зовшшшх стш житлових будиншв
Конструкщя зовшшньо! стши на сущльнш тощо) розподш температур перестае бути р1вном1р-
плоскш дшянщ е однорщною з теплоф1зично! то- ним. У м1ру наближення до в1кна паралельш 1зоте-
чки зору. 1зотерми в нш розташоваш паралельно рми вигинаються (рис. 2), прямуючи до м1сця стику
поверхш стши (рис. 2), а тепловий пот1к спрямова- в1конно! рами та стши. Температура стши в цш зош
ний зсередини примщення назовш перпендикуля- знижуеться 1 ризикуе наблизитися до критично! то-
рно 1зотермам. Але на деяких дшянках стши (у зов- чки роси, при якш на поверхш вщкоав 1 вшна кон-
шшшх кутах, навколо вшонних 1 дверних прор1з1в денсуеться волога.
Рисунок 2 - 1зотерми в одношаровш суцшънт цеглянш стн та вузлi примикання вжна до стти.
Розрахунки та досвщ експлуатаци показують, що частина ввдкосу й коробки в1кна може опини-тися в зош точки роси, що у свою чергу приводить до утворення в цьому мюш конденсату по всьому периметру в1кна (рис. 3). При цьому р1зко падае ло-кальний терм1чний отр огороджувально! констру-кци та з'являються додатков1 втрати тепла через
ввдшс. Фактично стша в зош монтажного шва зме-ншуеться в товщиш, ошр теплопередач1 падае та вь дбуваеться локальне промерзання ввдкосу.
Виршення ще! проблеми можливе шляхом змщення в1кна в зону позитивних температур за ра-хунок застосування широко! коробки або утеплюю-чого вкладиша. Тод1 опр теплопередач1 стши в зош ввдкосу стане достатшм для того, щоб утворення конденсату стало неможливим.
Рисунок 3 - Розподшення температур по товщиш стiни.
Однак, змщення в1кна в б1к примщення змен-шуе р1вень освггленосл помешкання 1 зменшуе ро-зм1ри шдвжоння, що в свою чергу негативно впли-вае на штер'ер примщення, а також потребуе наяв-носп широко! додатково! вшонно! коробки [7].
У нормативних документах [8, 9] формулю-ються основш положення по установш, кршленню вшонних блоков у прор1з1, вимоги до якосп матерь ал1в, а також надаються схеми виконання монтажного шва. Однак в зазначених документах вщсутш чпта рекомендацп по розмщенню вшонного блока
в товщ1 стши, що суттево впливае на теплозахисш якосп в1кон. В основному рекомендуеться встанов-лювати в1кна на вщсташ 2/3 товщини в1д зовшш-нього боку стши, або надаються посилання на конс-трукторську документацш (проект на буд1вництво) [10].
Даш рекомендацп не враховують матер1ал, з якого виготовлено зовшшш стши, товщину вшон-ного блока, температурш умови мюця буд1вництва 1 не дають змоги правильно встановити в1кно в то-
вщi стши, виходячи з умови достатшх теплових характеристик зон примикання вiкон до зовнiшнiх стiн.
Для оцшки теплового стану вузлiв огороджу-вальних конструкцiй найбiльш показовою е iзоте-рма +100С. Вiдомо, що при температурi повiтря в примщенш +200С i вологостi 50% водяна пара кон-денсуеться при контакт з поверхнею, яка мае температуру нижче 9,3 0С. Оск1льки температура i во-логiсть повiтря в примщенш коливаються (температура - ввд 18 до 220С, а волопсть - вiд 40 до 60%), то в теплотехшчних розрахунках орiентуються на температуру точки роси +100С. Щоб запобiгти ви-паданню конденсату, iзотерма +100С повинна про-ходити усерединi конструкций Для цього вшно в отворi потрiбно змщувати в бiк примiщення, в зону позитивних температур [11].
Мета, завдання й методика дослвджень. Ви-значити оптимальне положення вiкна в товщi зов-шшньо! стiни за результатами дослщження темпе-ратурних полiв у вузлах примикання вшон до зов-нiшнiх стiн.
Дослвдження температурних полiв i передачi тепла через вузли примикання свiтлопрозорих ого-
роджувальних конструкцш до CTiH виконано за до-помогою програми THERM, яка е у вiльному дос-Tyni на сайп Нацюнально! лабораторй' Лоуренса Беркл (windows.lbl.gov) i дозволяе дослiдити роз-подiлення температур в товщi стши i в вyзлi примикання вiкна до стiни.
Дослiдження виконуються для мiста Кропив-ницький з такими ктматичними умовами [12]: роз-рахункова температура зовнiшнього повiтря -220С, температура в примiщеннi +200С та вщносна воло-гiсть 50%. Для прикладу розглянута сyцiльна цег-ляна стша товщиною 510 мм, яка е основною ого-роджувальною конструкщею iснyючих серiйних бyдiвель у мюта Кропивницький, зведених у 1960-х.. .2000-х роках, та вiконний блок з ПВХ iз товщиною коробки 70 мм.
Для побудови графта залежносп температури внyтрiшнього ввдкосу ввд положення вiкна в товщi стши виконано 17 розрахуншв у програш THERM при розмiщеннi вiконного блоку на вщсташ ввд 120 мм до 280 мм ввд зовшшньо! поверхнi стiни з кроком змщення 10 мм. Зазор мiж чвертю та змь щеним вiконним блоком заповнюеться вкладишем з пiнополiстиролy. Характерш приклади результа-тiв розрахунк1в наведеш на рисунку 4.
а
Рисунок 4 - Розподшення температур (гзотерм) в зонi примикання вiконного блоку з ПВХ до
одношаровог суцшъно'г цегляно'г' стiни: а - традицшне розташування вконного блоку вiдразу за чвертю; б - розташування вiконного блоку зi змщенням у бж примщення (на вiдстанъ 50 мм) i утепленням
зовтшнъо'г' nоверхнi вконного вiдкосу; в - розташування вконного блоку зi змiщенням у бiк примщення (на вiдстанъ 100 мм) i утепленням
зовтшнъог поверхнi вконного вiдкосу.
в
Результати дослвджень. Проведений ан^з зображених на рисунку 4 температурних полiв показав, що змщення вiкна в товщу стши призводить до ютотного шдвшцення температуры на поверхш
внутршнього ввдкосу. Залежшсть температури по-верхнi вiдкосу ввд глибини установки вшна зобра-жена на рисунку 5.
Рисунок 5 - Графж залежностi температури у вузлi примикання вжна до одношаровог суцшъног цегляног
стiни та розташування вжна у товщi стти.
З рисунка видно, що оптимальним положен-ням вшна е середина стши (вщстань ввд зовшшньо! поверхнi стiни складае 220 мм). При такому розта-шуваннi вiкна мiнiмальна температура в зош примикання вшонно! коробки до стши складае 10,50С, що перевищуе точку роси i гарантуе вiдсутнiсть умов для утворення конденсату на поверхш вузла примикання.
Розташування вшон вщповщно до рекоменда-цш виконаного дослiдження гарантуе неможли-вють утворення конденсату, виключае промерзання вщкосу i таким чином зменшуе тепловтрати через поверхню ввдкосу.
Данi дослвдження виконанi для зовшшньо! це-гляно! сушльно! стiни товщиною 510 мм (двi цег-лини). Враховано звичайш характеристики матерь алу стiни, ширину вшонно! коробки 70 мм, конст-рукцiю вузла примикання вiкна до зовшшньо! стши i конструктивне виконання внутрiшнiх укосiв, а та-кож мматичш умови м. Кропивницький.
Висновки та перспективи подальших дослi-джень.
Отриманий графiк дозволяе визначити оптима-льне положения вшонного блоку в товщi зовнiш-
ньо! стши, яка експлуатуеться в клiматичних умо-вах м. Кропивницький при вщомш температурi точки роси.
Приведена методика дослвдження i результати можуть бути покладеш в основу створення методики визначення доцiльного положення вiкон в зо-внiшнiх стiнах рiзноl конструкцп, та в рiзних клiма-тичних умовах, що в свою чергу дозволить знизити тепловитрати у вузлах примикання вiкон до зовш-шнiх стiн i пвдвищити енергоефективнiсть юную-чих та нових будiвель.
Таким чином, ефективнiсть нових вшон з ПВХ значною мiрою залежить ввд технiчних i технолоп-чних рiшень з 1х монтажу. Важливо, щоб положення вшзн в стiнi були диференцiйованi залежно вiд клiматичних умов та конструкцп вшон i стiн, а також точно виконувалися правила монтажу при замш чи встановленш вшон в нових будiвлях.
Лiтература
1. Керш В.Я. Енергоефективш матерiали для огороджувальних конструкцiй будiвель та споруд: Навч. пос. / В.Я. Керш. - Одеса: Астропринт, 2007. - 31 с.
2. Ччрко А.1. Дослвдження впливу щшьносп бетону на енергоефективнiсть зовтштх стш сучасних каркасно-монолiтних залiзобетонних житлових буда-вель / Чiчiрко А.1., Джирма С.О. // Збiрник тез доповь дей IV Всеукрашського студентського науково-прак-тичного семiнару "Досввд впровадження у навчальнiй процес сучасних комп'ютерних технологш". - КНТУ, 2016. - С. 67-74.
3. Тепловтрати через рiзнi види зовнiшнiх огоро-джень [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://bibliograph.com.ua/spravochnik-113-uteplenie/3.htm.
4. Тукало О.С. Дослщження впливу положення вiкон з ПВХ в товщi стiн на тепловтрати юнуючих житлових будiвель вторинного ринку нерухомосп в м. Кiровоград / Тукало О.С., Джирма С.О. // Збiр-ник тез доповвдей IV Всеукрашського студентського науково-практичного семшару "Досввд впровадження у навчальнш процес сучасних комп'ютерних технологш". - КНТУ, 2016. - С. 59-66.
5. Беляев B.C. Пути повышения энергоэффективности окон и улучшения воздушного режима помещений // Стройресурс. - №5. - 2003.
6. Правиленко Н.М., Джирма С.О. Зниження тепловтрат будiвель шляхом застосування енергое-фективних проектних i технологiчних рiшень вуз-лiв примикань сучасних свiтлопрозорих огороджу-ючих конструкцш / Правиленко Н.М., Джирма С.О. // Збiрник праць молодих науковщв КНТУ. - Вип. 3. - Юровоград: КНТУ, 2014. - С. 510-513.
7. Гаврилова В.В. Технолопчш особливосп крiплення сучасних вшон i3 ПХВ в пройомах зовш-шнiх стiн з шаром утеплювача / Гаврилова В.В., Джирма С.О. // Збiрник тез доповiдей III Всеукраш-ського студентського науково-практичного семь нару "Досвщ впровадження у навчальнш процес сучасних комп'ютерних технологш". - КНТУ, 2015. -С. 37-43.
8. Швы монтажные узлов примыкания оконных блоков к стеновым проемам. Общие технические условия: ГОСТ 30971-2012. - М. Стандартин-форм, 2014. - 43 с. (Межгосударственный стандарт).
9. Конструкцп будиншв i споруд. Настанова щодо проектування й улаштування вшон та дверей: ДСТУ-Н Б В.2.6-146:2010. - К. Мiнрегiонбуд Укра-!ни, 2010. - 104 с. (Нацюнальний стандарт Укра-ши).
10. Конструкцii будинкiв i споруд. Шви з'едну-вальнi мюць примикань вiконних блокiв до конструкцш стш. Загальнi технiчнi умови: ДСТУ Б В.2.6-79:2009. - К. Мiнрегiонбуд Украши, 2009. - 26 с. (Нацюнальний стандарт Укра1ни).
11. Красовский, П.С. Новые строительные материалы и технологии: учеб. пособие / П.С. Красовский. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005. - 223 с.
12. Захист ввд небезпечних геолопчних проце-сiв, шквдливих експлуатацiйних впливiв, вiд по-жежт Будiвельна клiматологiя: ДСТУ-Н Б В.1.1 - К.: Мiнiстерство регiонального розвитку та будiвництва Украши, 2011. - 131 с. (Нацюнальний стандарт Украши).
