CC BY
79Доклады VIII Академических чтений РААСН «Актуальные вопросы строительной физики»
(М
л
Научно-технический и производственный журнал
УДК 697.1: 697.92
М.В. БОДРОВ, д-р техн. наук ([email protected]), В.Ю. КУЗИН, канд. техн. наук, М.С. МОРОЗОВ, инженер
Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет (603950, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65)
Влияние выбора оконных блоков на показатели энергетической эффективности теплового контура и воздушный режим малоэтажных жилых зданий
Рассмотрено влияние конструкции оконных блоков: сопряжения с наружными ограждениями; наличие организованных приточных. устройств (приточных клапанов) на показатели энергетической эффективности современных малоэтажных многоквартирных жилых домов, а также на фактическую величину средней кратности воздухообмена в помещениях жилых домов с учетом действительной периодичности проветривания (открытия/закрытия форточек и фрамуг). Сделан общий вывод о невозможности достоверного определения расчетным путем класса энергосбережения многоквартирных жилых домов, оборудованных системами естественной вентиляции и оконными проемами без организованных приточных устройств. Полученные результаты показали, что самовольное внесение изменений в конструкцию оконных проемов жильцами может привести к результату, обратному (отрицательному) энергосберегающему эффекту, даже в условиях повышения общей тепловой защиты зданий.
Ключевые слова: вентиляция, коэффициент теплотехнической однородности, многоквартирные жилые дома, тепловая защита зданий, энергетическая эффективность.
Для цитирования: Бодров М.В., Кузин В.Ю., Морозов М.С. Влияние выбора оконных блоков на показатели энергетической эффективности теплового контура и воздушный режим малоэтажных жилых зданий // Жилищное строительство. 2017. № 6. С. 24-26.
M.V. BODROV, Doctor of Sciences (Engineering) ([email protected]), V.Yu. KUZIN, Candidate of Sciences (Engineering), M.S. MOROZOV, Engineer Nizhny Novgorod State University ofArchitecture and Civil Engineering (65, Il'inskaja Street, Nizhnij Novgorod, 603950, Russian Federation)
Effect of Selecting Window Blocks on Indicators Energy Efficiency of thermal Construction and Air Mode of low-Rented Residential Buildings
The influence of the design of window blocks (their interface with external fences and the presence or absence of organized supply devices (inlet valves)) on the energy efficiency of modern low-rise apartment buildings, as well as on the actual value of the average air exchange rate in the premises of apartment houses taking into account the actual periodicity of ventilation (opening / closing of the ventilation pans and transoms). A general conclusion is made that it is impossible to reliably determine the energy-saving class of multi-family apartment houses equipped with natural ventilation systems and window openings without organized air-supply devices, by calculation. The results in the article showed that unauthorized changes in the construction of window openings by tenants can lead to the result of a reverse (negative) energy-saving effect even in conditions of increasing the overall thermal protection of buildings.
Keywords: ventilation, coefficient of thermal engineering uniformity, multi-apartment houses, thermal protection of buildings, energy efficiency.
For citation: Bodrov M.V. Kuzin V.Yu., Morozov M.S. Effect of selecting window blocks on indicators energy efficiency of thermal construction and air mode of lowrented residential buildings. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2017. No. 6, pp. 24-26. (In Russian).
Одним из ключевых элементов, обеспечивающих повышенную энергетическую эффективность теплового контура вновь строящихся и реконструируемых зданий, являются светопрозрачные заполнения оконных проемов (оконные блоки). Правильный выбор конструкции оконных блоков и узлов их сопряжений с наружными ограждениями определяет эффективность тепловой изоляции наружных ограждающих конструкций и обеспеченность расчетного воздушного режима в помещениях многоквартирных жилых домов.
Рассмотрим влияние выбора конструкции узлов сопряжений оконных блоков и наружных стен с внешними штукатурными слоями современного малоэтажного многоквартирного жилого дома, расположенного в климатических условиях Нижнего Новгорода, на зависимость показателей энергетической эффективности его теплового контура (коэффициента теплотехнической однородности г и приведенного сопротивления теплопередаче м2-°С/Вт [1-6]) от толщины бут тепловой изоляции, например каменной ваты, на основе горных пород базальтовой группы).
В работе рассматривали три варианта расположения оконных рам: 1 - рама располагается сразу за утеплите-
241 -
лем; 2 - рама сдвинута в утеплитель на 100 мм; 3 - рама сдвинута от утеплителя на 100 мм. Результаты расчета показателей г и Яопр при трех типах узлов сопряжений оконных блоков и наружных стен рассматриваемого здания, перфорации балконных плит 1/5 и нахлесте утеплителя на раму окна 60 мм приведены на рис. 1, 2.
Анализ полученных данных позволил сделать вывод, что в зависимости от выбора конструкции узла сопряжения оконных блоков и наружных стен однородность ограждающих конструкций будет значительно отличаться. Для рассматриваемого здания наиболее эффективным вариантом будет являться установка рамы сразу за утеплителем при толщине утеплителя 120 мм (при шаге толщин утеплителя, отпускаемого современными производителями, 10 мм). Альтернативные варианты установки оконного блока, соответствующие второму и третьему типу узлов, могут привести как к незначительному повышению приведенного сопротивления теплопередаче (поз. 3, рис. 2), так и к его уменьшению (поз. 2, рис. 2) при увеличении толщины утеплителя, что вызвано превалирующим над ним снижением теплотехнической однородности наружных стен.
^^^^^^^^^^^^^^ |б'2017
ЖИЛИЩНОЕ
Научно-технический и производственный журнал
Л
Reports of the VIII Academic rea ding RAACS «Actual issues of building physics»
r
0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4
1
\ . \
^^--
3 /-
2
50
100
150
200 8„,
250
1
(1)
где Ьр - расчетный расход воздуха, м3/ч; рф - фактическое располагаемое давление, Па; рр - расчетное располагаемое давление, Па.
Фактический перепад давления в течение отопительного периода определяется измеренными метеорологическими данными параметров наружного воздуха по зависимости:
RZ м2-°С/Вт 4
3,5
1,5
1
3
уС" / X
50
100
150
200 мм 250
Рис. 1. Зависимость коэффициента теплотехнической однородности г наружных стен здания от толщины тепловой изоляции б т: 1 — рама располагается сразу за утеплителем; 2 — рама сдвинута в утеплитель на 100мм; 3 — рама сдвинута от утеплителя на 100мм
■Устройство последних из рассмотренных узлов сопряжений оконных блоков и наружных стен возможно как при новом строительстве и плановом капитальном ремонте, так и при индивидуальной замене заполнений световых проемов каждым жильцом, которые в настоящее время фактически повсеместно не согласуются (либо формально согласуются) с домоуправляющими компаниями.
Как показали приведенные на р ис. 1, 2 результаты расчета для рассматриваемого двухэтажного многоквартирного ж илого дома, даже выбор наиболее эффективных узлов сопряжения элементов наружных стен при непродуманном монтаже сопряжений оконных блоков может свести на нет положительный экономический эффект [7] от повышения толщины эффективной тепловой изоляции фасада здания.
В современных строящихся и существующих зданиях в процессе выбора конструкции оконных блоков также незначительное внимание уделяется наличию организованного притока через окна в ПВХ-переплетах при применении наиболее распространенных систем естественной вентиляции. Как правило, в случае индивидуальной замены оконных блоков организованный приток обеспечивается только при открытии форточек, фрамуг. Установка приточных клапанов требует дополнительных капитальных затрат и является редким исключением в массовом строительстве.
Существующие актуальные требования к воздухопроницаемости элементов наружных ограждающих конструкций (в том числе окон) приводят к тому, что неорганизованная инфильтрация в помещения жилых домов не превышает 10-20% от значений проектного расчетного воздухообмена в помещениях жилых домов. Согласно данным испытаний оконных блоков из ПВХ-профиля разных систем известно, что при перепаде давления на них в 10 Па удельная воздухопроницаемость не превышает 3-4 кг/(м2ч) [8].
Фактический расход воздуха Ьф в помещениях многоквартирных жилых домов при наличии организованного притока воздуха может быть определен по формуле:
¡РФ
Рис. 2. Зависимость приведенного сопротивления теплопередаче на-
Гжых стен здания К"р, м2^°С/Вт, от толщины тепловой изоляции б : рама располагаемся сразу за утеплителем; 2 — рама сдвинута!"в утеплитель на 100мм; 3 — рама сдвинута от утеплителя на 100мм
Рф =(Рф -рв)#Яр +(с„х ±Свых)^ррф,
(2)
где рф, рв - фактическая плотность наружного и внутреннего воздуха, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2; Н - разность отметок точки забора и выброса воздуха, м; свх, свых - аэродинамические коэффициенты на входе и выходе воздуха из здания; V - фактическая скорость ветра, м/с.
В ходе эксплуатации помещений многоквартирных жилых домов непрерывное проветривание помещений жильцами не осуществляется, что связано со следующими основными причинами: помещения жилых домов не эксплуатируются в периоды отсутствия жильцов в помещениях (в часы работы, учебы, активного отдыха - всего от 8 до 16 часов в течение суток); в часы сна (от 6 до 10 часов в день) проемы для организованного притока воздуха закрыты, так как жильцы не могут реагировать на ночное падение температуры наружного воздуха, негативно влияющее на ощущение комфортной температуры внутреннего воздуха [9]; форточки и фрамуги закрываются при температуре наружного воздуха значительно более низкой, чем расчетная температура при проектировании систем естественной вентиляции 1н = +5°С и при сильном ветре, так как при наличии данных факторов возникает дискомфортная подвижность внутреннего воздуха в жилых помещениях.
Действительная кратность воздухообмена пдейств в помещениях жилого дома в течение отопительного периода при реальных условиях эксплуатации может быть определена по формуле:
^действ Ивенг.ф1Т Ивенг.ф2 0 Y)'
(3)
где пвентф1 - средняя кратность воздухообмена за отопительный период при открытой форточке, определяется в результате расчета фактических расходов воздуха по формулам (1), (2), ч-1; пвентф2 - то же, при закрытой форточке (находится согласно СП 60.13330 с учетом фактического располагаемого давления), ч-1; у - доля времени в отопительный период, когда форточка открыта.
Доля времени у зависит от индивидуального восприятия комфорта жильцами, их режима труда и отдыха, заселенности квартир, общей аэродинамики застройки, в которой располагается здание, и многих других часто случайных факторов, и выбор ее расчетного значения не представляется возможным без долговременных натурных наблюдений.
3
2
6'2017
25
Доклады VIII Академических чтений РААСН «Актуальные вопросы строительной физики»
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Действительные значения кратностей воздухообмена в жилом доме за отопительный период п ейсп при различных значениях у
П A., 4-1 И „ , ч-1, при Y1 действ' ' с '
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
1 0,19 0,28 0,37 0,46 0,55 0,64
0,9 0,18 0,26 0,34 0,42 0,5 0,58
0,8 0,17 0,24 0,31 0,38 0,45 0,52
0,7 0,16 0,22 0,28 0,34 0,4 0,46
0,6 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4
0,5 0,14 0,18 0,22 0,26 0,3 0,34
0,4 0,13 0,16 0,19 0,22 0,25 0,28
Примечание. Расчет проведен при ивнтф2 = 0,1 ч-1.
Результаты расчета действительных значений кратностей воздухообмена в жилом доме за отопительный период пдейств при различных значениях пвентф1 и у приведены в таблице.
Анализ результатов расчетов показал, что величина фактической кратности воздухообмена в зависимости от доли времени открытия форточек может отличаться в 5-6 раз. Данный результат позволяет сделать вывод о невозможности достоверного установления класса энергосбережения зданий с естественными системами вентиляции и оконны-
Список литературы
1. Гагарин В.Г., Козлов В.В., Неклюдов А.Ю. Учет теплопроводных включений при определении тепловой нагрузки на систему отопления здания // БСТ: Бюллетень строительной техники. 2016. № 2 (978). С. 57-61.
2. Гагарин В.Г. Учет теплотехнических неоднородностей ограждений при определении тепловой нагрузки на систему отопления здания // Жилищное строительство. 2014. № 6. С. 3-7.
3. Гагарин В.Г., Козлов В.В. О нормировании теплозащиты и требованиях расхода энергии на отопление и вентиляцию в проекте актуализированной редакции СНиП «Тепловая защита зданий» // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2013. № 31-2 (50). С. 468-474.
4. Гагарин В.Г. О нормировании тепловой защиты зданий в странах с холодным климатом // Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции: Сборник докладов VI Международной научно-технической конференции (НИУ МГСУ) 25-27 ноября 2015 г. М.: НИУ МГСУ, 2015. С. 21-30.
5. Самарин О.Д. Расчет удельных теплопотерь через точечные теплотехнические неоднородности при использовании актуализированной редакции СНиП 23-02 // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2014. № 1 (661). С. 81-85.
6. Костин В.И., Кармишкина А.В. Влияние величины теплотехнической неоднородности наружных ограждающих конструкций на толщину утеплителя // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2014. № 3. С. 52-60.
7. Малявина, Е.Г. Выявление экономически целесообразной теплозащиты наружных ограждений трехэтажного здания // Жилищное строительство. 2016. № 6. С. 13-15.
8. Дацюк Т.А. Качество воздуха в зданиях с естественной вентиляцией // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2016. № 1. С. 78-81.
9. Рымаров А.Г., Маркевич А.С. Воздушно-тепловой режим помещения // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2011. № 9 (117). С. 82-85.
10. Дацюк Т.А. Оценка эффективности естественной вентиляции жилых домов // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2014. № 1 (145). С. 112-115.
ми блоками без установленных приточных устройств (приточных клапанов). Таким образом, показания общедомовых узлов учета тепловой энергии также не могут быть использованы для определения класса энергосбережения зданий, так как получаемые значения потребления тепловой энергии за отопительный период будут достигаться за счет несоблюдения действующих требований к величине воздухообмена в помещениях жилых домов и к ее обеспеченности.
В заключение следует отметить, что неправильный выбор конструкции оконного блока, отсутствие в его раме современных приточных устройств, правильность установки которых может быть определена построением температурных полей [10], и непродуманность узлов его сопряжений с наружными ограждающими конструкциями практически гарантированно не позволят достичь высоких показателей энергетической эффективности теплового контура здания, достоверно установить его класс энергосбережения и значительно снизят фактическую обеспеченность расчетного воздухообмена в жилых помещениях. Приведенные данные показывают необходимость дополнительной оценки рассмотренных факторов при выборе конструкций оконных блоков как при новом строительстве, так и при капитальном ремонте существующего жилого фонда и при разработке проектной документации.
References
1. Gagarin V.G., Kozlov V.V., Nekljudov A.Ju. The account of heat-conducting inclusions at definition of a heat load on system of heating of a building. BST: Bjulleten' stroitel'noj tehniki. 2016. No. 2 (978), pp. 57-61. (In Russian).
2. Gagarin V.G. The account of thermotechnical heterogeneities of protections at definition of a heat load on system of heating of a building. Zhilishhnoe stroitel'stvo. [Housing Construction]. 2014. No. 6, pp. 3-7. (In Russian).
3. Gagarin V.G., Kozlov V.V. On the standardization of heat protection and the requirements for energy consumption for heating and ventilation in the draft updated version of SNiP «Thermal protection of buildings». Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroiteinogo universiteta. Serija: Stroitel'stvo i arhitektura. 2013. No. 31-2 (50), pp. 468-474. (In Russian).
4. Gagarin V.G. On the normalization of thermal protection of buildings in countries with a cold climate. Teoreticheskie osnovy teplogazosnabzhenija i ventiljacii: sbornik dokladov VI Mezhdunarodnoj nauchno-tehnicheskoj konferencii. 2527 nojabrja 2015. Moscow: NIU MGSU. 2015, pp. 21-30.
5. Samarin O.D. Calculation of specific heat loss through point heat engineering in homogeneities using the updated version of SNiP 23-02. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Stroitel'stvo. 2014. No. 1 (661), pp. 81-85. (In Russian).
6. Kostin V.I., Karmishkina A.V. Influence of the value of thermal engineering heterogeneity of external enclosing structures on the thickness of the insulation. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Stroitel'stvo. 2014. No. 3, pp. 52-60. (In Russian).
7. Maljavina E.G. Identification of economically feasible thermal protection of external fences of a three-story building. Zhilishhnoe stroitel'stvo [Housing Construction]. 2016. No. 6, pp. 13-15. (In Russian).
8. Dacjuk T.A. Quality of air in buildings with natural ventilation. Santehni-ka, otoplenie, kondicionirovanie. 2016. No. 1, pp. 78-81. (In Russian).
9. Rymarov A.G., Markevich A.S. Air-thermal regime of the room. Santehnika, otoplenie, kondicionirovanie. 2011. No. 9 (117), pp. 82-85. (In Russian).
10. Dacjuk T.A. Estimation of the efficiency of natural ventilation of residential buildings. Santehnika, otoplenie, kondicionirovanie. 2014. No. 1 (145), pp. 112-115. (In Russian).
26
62017
