CC BY
35Влияние перфорации на теплотехнические характеристики «термопрофилей» легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК)
Безбородов Евгений Леонидович
старший преподаватель, кафедра «Проектирования зданий и сооружений», ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), [email protected]
В статье рассмотрены основные виды перфорации, используемой наиболее крупными производителями ЛСТК в конструкциях выпускаемых «термопрофилей». Произведён сравнительный анализ профилей и определены основные детали (позиции) в отличиях перфорации. Проанализированы альбомы технических решений отобранных производителей «термопрофилей» и подобрана типовая ограждающая конструкция, для моделирования и расчета. Указаны граничные условия в модели (по используемым материалам и температурному режиму), произведен расчет наружной стены (ограждающей конструкции). Результат проведенных исследований приведены в статье. Определены факторы, оказывающее влияние на теплотехнические характеристики «термопрофилей» ЛСТК.
Назначены направления по улучшению теплотехнических характеристик «термопрофилей» и определению оптимальной геометрии перфорации, с учетом влияния увеличения количества «проемов» и их размеров на несущую способность профилей.
В выводах отражены основные моменты статьи, определены направления, необходимые для дальнейшего изучения и исследования наружных стен, на основе каркаса из «термопрофилей» легких стальных тонкостенных конструкций. Ключевые слова: Легкие стальные тонкостенные конструкции, термопрофиль, перфорация, мостики холода.
Строительство быстровозводимого, комфортного, экологичного и энергоэффективного жилья, в настоящее время, является важным аспектом развития жилищного строительства на все территории РФ. Особенно, данная задача является критичной в районах с суровым климатом и на труднодоступных территориях. Одним их вариантов решения данной проблемы является строительство зданий с применением легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК).
Применение конструкций из ЛСТК, с малым собственным весом, проработанными типовыми конструкциями и узловыми соединениями, не требующих «мокрых» процессов и грузоподъемных механизмов, позволяет повысить производительность труда до 2-ух раз, по сравнению с традиционными методами строительства.
Каждый крупный производитель стремиться разработать собственные альбомы технических решений, предназначенные для решения стандартных задач при проектировании и строительстве зданий на основе каркаса из ЛСТК. Кроме того, производители разрабатывают собственные формы профилей, их геометрические размеры, толщины, маркировку и т.д.
Технические характеристики элементов легких стальных конструкций, отражающие несущую способностью, прочностью и жесткость профилей, различных форм, размеров и сечений, глубоко изучены и описаны в научных работах [2, с.35-39], [4, с.43-46]. Но вопросы, связанные с теплотехническими характеристиками профилей изучены недостаточно, хотя отдельные аспекты освещались в ряде работ отечественных и зарубежных специалистов [1, с.89], [2, с.35-39], [3, с.41-45], [4, с.43-46], [5, с.13-21], [6, с.44-52].
Идея «термопрофиля» состоит в том, что перфорация со смещенным шагом и различной формой отверстий, позволяет увеличить путь прохождения тепла в три раза [1, с.89]. Некоторые производители «приравнивают» теплопроводность «терпомпрофиля» к древесине. Технические данные, описывающие характеристики профилей с перфорацией, в АТР и другой дос-
х
X
о
го А с.
X
го т
о
ю 2
М О
О)
о
см
см
О!
о ш т
X
<
т О X X
тупнои документации производителями не освещаются.
Как влияет перфорация на теплопроводность профиля, зависит-ли «рисунок отверстии», их размеры и расстояние между ними на теплотехнические характеристики профиля?
В рамках настоящего эксперимента были отобраны восемь «термопрофилей» различных производителеи. Критерием отбора были:
- высота всех профилей - 200 мм;
- «П» - образное поперечное сечение всех профилей ;
Обзор геометрических характеристик каждого из рассматриваемого профиля будет приведен в отдельной статье. В настоящем эксперименте ограничимся только нумерацией профилей, без указания марки и производителей.
Перфорация «термопрофилей» каждого из производителей отличается:
- по длине «отверстий» перфорации - 75, 78, 80мм;
- по количеству вертикальных проемов в одном профиле - от 6 до 8 штук;
- по расположению «отверстий» относительно оси симметрии профиля- с «разрывом» (участком без перфорации), или без него;
- смещение перфорации, относительно внутренней и внешней поверхности, (несимметричный профиль);
- по форме торцов (прямоугольная, с закругленными торцами, со скошенными торцами и с торцами в виде острых углов);
Для сравнения была выбрана единая конструкция наружной стены, т.к. в каждом АТР отобранных производителей профилей имеются аналоги, с незначительными изменениями.
Рис. 1. Состав наружной стены с каркасом из термопрофилей, принятый для эксперимента
Цементно-минеральная плита АКВАПАНЕЛЬ наружная (толщина слоя -12,5мм ; теплопроводность слоя -0,32 Вт/(мСо));
Внутренняя обшивка - два листа ГКЛ (толщина слоя -25мм ; теплопроводность слоя -0,30 Вт/(мСо));
Профиль стоечный (термопрофиль);
4. Гидроветрозащитная пленка;
5. Пароизоляционная пленка;
Для проведенного эксперимента были выбраны граничные условия:
- единый набор слоев ограждающей конструкции (см. рис №1);
- температура внутреннего воздуха Твн= +20Со;
- температура наружного воздуха Тнар= -25Со;
Отличались расчетные модели только видами перфорации «термопрофилей». Расчет выполнялся в программном комплексе «РПхо 6». Данные по распределению температуры принимались по единой горизонтальной линии, в средней зоне рассматриваемого профиля. Точное значение температуры определялось в следующих точках:
/ /I
Ш р:
Ш Ш. ^ -
4.г тз^
Ч
А
\ш [22
Я
Рис. 2. Расположение контрольных точек на исследуемом профиле
Рис. 3. Пример полученных графических результатов
Полученные результаты приведены в табл. 1.
Итоги эксперимента:
Основным фактором, влияющим на теплотехнические свойства профилей, является не форма перфорации, а количество «отверстий», расположенных по одной линии поперечного сечения. Так, сравнив образец №5 (с шестью «отверстиям») с образцом № 8 (с восемью «отверстиям»), можно убедиться, что разница температуры на внутренних поверхностях профилей составит 3,18 Со;
При прочих равных условиях (количество и шаг перфорации), влияние оказывает длина «отверстия». При увеличении с 75мм (образец
№5) до 82 мм (образец №3) - разница температуры на внутренней поверхности профиля составляет 0,51 Со;
Таблица 1
№ профиля | На поверхности профиля (со сторо- 1 перфорация внутренняя поверх- 1 перфорация наружная поверх- 2 перфорация внутренняя поверх- 2 перфорация наружная поверх- 3 перфорация внутренняя поверх- 3 перфорация наружная поверх- 4 перфорация внутренняя поверх- 4 перфорация наружная поверх- 5 перфорация внутренняя поверх- 5 перфорация наружная поверх- 6 перфорация внутренняя поверх- 6 перфорация наружная поверх- 7 перфорация внутренняя поверх- 7 перфорация наружная поверх- 8 перфорация внутренняя поверх- 8 перфорация наружная поверх- На поверхности профиля (со старо-
4 5 6 7 8 9 о см со ю 6 00 ст»
о см сч см сч со см со см ю см ю CD см CD - см СО см СО 9
-5,81 -6,23 -6,90 -7,00 - 8,50 -8,52 -9,52 -9,53 -10,44 -10,46 -11,38 -11,40 -12,42 -12,37 -13,83 -13,85 -14,72 -15,10
ГМ 00 о ю -5,34 -6,10 -6,16 -7,95 О) -8,94 -8,93 -10,17 -10,31 -11,55 -11,59 -12,5 -12,51 со -14,36 -15,1 -15,39
го -6,85 -7,33 -8,34 -8,39 -9,82 -9,82 -10,78 -10,81 -11,77 -11,80 -13,18 -13,23 -14,24 -14,69
-7,25 -7,74 -8,53 -8,55 -10,11 -10,11 -10,87 -10,92 -11,72 -11,72 -13,24 -13,26 -14,08 -14,56
1 о СО со -7,83 -8,63 -8,65 -10,11 -10,13 -10,92 -10,97 -11,75 -11,76 -13,24 -13,27 -14,05 -14,53
со -4,91 -5,22 -6,46 -6,40 -7,57 -7,610 -9,260 -9,270 -10,07 -10,17 -11,07 - 11,16 -12,60 -12,63 -13,86 -14,06 -15,03 -15,44
-4,96 -5,33 -6,18 -6,22 -7,88 -7,88 -9,12 -9,18 -10,18 -10,22 -11,21 -11,20 -12,60 -12,61 -14,09 -14,39 -15,09 -15,44
СО -4,18 -4,47 -5,69 -5,75 9 СО CD -6,92 -8,65 -8,64 -9,55 -9,74 -10,67 -10,68 -12,34 -12,32 -13,68 -13,69 -14,83 -15,15
Влияние оказывает расположение «отверстий» относительно оси симметрии профиля. Образец №1, имеет геометрию перфорации аналогичную образцу №2, но её расположение различно. Так в образце №1, отверстия, расположены с равным шагом (8мм), а в образце №2 имеется «разрыв» (участок без перфорации) равный 42мм. В результате, температура на внутренней поверхности профиля образца №2 на 0,73 Со выше.
Смещение перфорации, относительно внутренней и внешней поверхности, (несимметричный профиль), (образец №6) - влияние на распределение температуры не оказывает. В этом можно убедиться, сравнив его с образцом №7.
Выводы:
Анализ доступной технической документации ведущих производителей профилей ЛСТК показал принципиальное единообразие основных решений, при изготовлении «термопрофилей», используемых в качестве ограждающих конструкций;
Геометрия и расположение перфорации «термопрофилей» оказывает существенное влияние на теплотехнические характеристики самого профиля и ограждающей конструкции здания в целом;
Для определения оптимальной геометрии перфорации, требуется проведение дополнительных экспериментов, с учетом влияния увеличения количества «проемов» и их размеров на несущую способность профилей;
Для повышения качества проектирования ограждающих конструкций и их дальнейшей безопасной и эффективной эксплуатации, необходимы дополнительные, всесторонние исследования;
Литература
1. European lightweight steel-framed construction [Европейские легкие стальные тонкостенные конструкции]. Printed by Victor Buck, Luxemburg, 2005. 89p.
2. Плотников А.А. Температурный режим наружной стены с каркасом из легких стальных тонкостенных конструкций в виде термопрофиля// Промышленное и гражданское строительство. 2016. №9. С.35-39
3. Корнилов Т.А. ,Герасимов Г.Н. О некоторых ошибках проектирования и строительства малоэтажных домов из легких стальных тонкостенных конструкций в условиях Крайнего Севера// Промышленное и гражданское строительство. 2015. №3. С.41-45
4. Туснина В.М. Перспективы строительства доступного и комфортного жилья на основе стальных каркасов // Промышленное и гражданское строительство. 2015. №6. С.43-46
5. Кузьменко Д.В., Ватин Н.И. Ограждающая конструкция «нулевой толщины»- темопанель // Инженерно-строительный журнал . 2008. №1. С.13-21
6. Лещенко М.В., Семко В.А. Теплотехнические свойства стеновых ограждающих конструкций из стальных тонкостенных профилей и по-листиролбетона // Инженерно-строительный журнал . 2015. №8. С.44-52
The effect of perforations on thermal performance "of
thermoprofiles" light gauge steel structures (LSTK) Bezborodov E.L.
Moscow state university of civil engineerin The article deals with the main types of perforation used by the largest manufacturers of LsTk in the designs produced by "thermal profiles". The comparative analysis of profiles is made and the main details (positions) in differences of perforation are defined. Analyzed albums of technical solutions selected by manufacturers " thermal profiles " and selected sample enclosure structure, for modeling and calculation. The boundary conditions in the model are specified (according to the materials used and the temperature regime), the external wall (enclosing structure) is calculated. The results of the research are given in the article. The factors influencing the thermal characteristics of "thermal profiles " LSTK are determined. Directions for improvement of thermal characteristics of "thermal profiles " and determination of the optimal geometry of perforation, taking into account the impact of increasing the number of "openings" and their size on the bearing capacity of the profiles.
X X О го А С.
X
го m
о
ю 2
М О
to
The conclusions reflect the main points of the article, the directions necessary for further study and study of enclosing structures based on the frame of "thermal profiles" of light steel thin-walled structures. Key words: Light steel thin-walled structures, thermal profile,
perforation, cold bridges. References
1. European lightweight steel-framed construction [European light steel thin-walled structures]. Printed by Victor Buck, Luxemburg, 2005. 89p.
2. Plotnikov A.A. The temperature regime of the outer wall with a
frame of light steel thin-walled structures in the form of a thermal profile // Industrial and civil construction. 2016. №9. P.35-39
3. Kornilov, T.A. , Gerasimov G.N. On some mistakes in the design and construction of low-rise houses from light steel thin-walled structures in the conditions of the Far North // Industrial and civil construction. 2015. №3. P.41-45
4. V. Tusnina Prospects for the construction of affordable and
comfortable housing on the basis of steel frames // Industrial and civil construction. 2015. №6. P.43-46
5. Kuzmenko D.V., Vatin N.I. "Zero thickness" fencing construction - temopanel // Construction Engineering Journal. 2008. №1. P.13-21
6. Leschenko M.V., Semko V.A. Thermal properties of wall enclosing structures made of steel thin-walled profiles and polystyrene concrete // Engineering and Construction Journal. 2015. №8. Pp.44-52
