Оценка влияния теплопроводных включений на приведенное сопротивление теплопередаче наружных многослойных стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях
Качественные решения
в строительстве
  • тел: +7 (495) 286-70-01
  • факс: +7 (499) 171-64-10

Оценка влияния теплопроводных включений на приведенное сопротивление теплопередаче наружных многослойных стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях

Проведены исследования влияния теплопроводных включений на приведенное сопротивление теплопередаче наружных многослойных стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях. Установлены рациональные толщины конструкций наружных многослойных стен на основе блоков из легких бетонов на стекловидных заполнителях плотностью Д600-Д700 для возможности их применения без дополнительного утепления в климатических условиях Московского региона

Ключевые слова: ограждающие конструкции, наружные стены, фасады, теплотехнические характеристики, сопротивление теплопередачи, теплопроводность, теплопроводные включения, фасадные конструкции, бетоны на стекловидных заполнителях,

 

В результате проводимой в стране технической политики по энергосбережению основным типом наружных стен в жилых и общественных зданиях стали многослойные конструкции на основе блоков из ячеистых или легких бетонов с применением плитных утеплителей и наружной облицовкой из различных материалов [1].

При эксплуатации таких стен обнаружен ряд недостатков, приводящих к появлению дефектов уже на начальной стадии эксплуатации, связанных с низкой прочностью и долговечностью узлов крепления наружной облицовки во внутреннем слое стен из легких или ячеистых бетонов плотностью 600кг/м3 и менее[5-7]. В случае применения более плотных и прочных бетонов необходимо дополнительное утепление,что ограничивает долговечность эксплуатационных качеств наружных стен сроком службысамого утеплителя, составляющего не более 25 лет, и ухудшает теплотехническую однородность конструкции[2-4].

Одним из направлений решения этой проблемы является применение в наружных стенах легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов на основе новых пористых заполнителей, твердая фаза которых находится в аморфизированном стекловидном состоянии (в дальнейшем – стекловидных).

Такие бетоны могут обеспечить необходимые теплотехническиекачества наружных стен без применения плитных утеплителей и, в сравнении с равноплотными ячеистыми бетонами,существенно повысить эксплуатационные качества конструкций, в том числе при креплениик ним различных фасадных облицовок[5].

Для проектирования наружных стен на основе новых легких конструкционно-теплоизоляционных бетонов на стекловидных заполнителях с различными вариантами наружной облицовки необходимо выполнить анализ их теплозащитных характеристик и определить рациональные толщины базового слоя (внутреннего) стены с учетом имеющихся теплопроводных включений.

Для обеспечения современных архитектурных требований к фасадам зданий были исследованы конструкции наружных стен с тремя вариантами наружной облицовки:

 1 вариант: с наружным слоем из навесной кирпичной кладки толщиной 120мм, выполненной с опиранием на междуэтажные перекрытия либо металлические уголки (рис. 1 а-б);

2 вариант: с наружным штукатурным слоем (рис. 1 в).

3 вариант: с наружным слоем в виде навесных декоративных конструкций – навесных фасадных систем (рис. 1 г);

Для исследований теплотехнических характеристикмоделировались блоки на основе легких бетонов на вспученномтуфоаргиллитовом гравиис плотностью ɣ=600-700кг/м3, с пределом прочности при сжатии R=3,1-7,3 МПа, коэффициентами теплопроводности λ0=0,14-0,18Вт/мºС и λБ=0,19-0,21Вт/мºС, коэффициентом паропроницаемости μ=0,175-0,115мг/мчПа и морозостойкостью F35-F150.

В качестве кладочных смесей возможно использование традиционных (λБ=0,93 Вт/мºС) или «теплых»(λБ=0,22Вт/мºС) цементно-песчаных растворов на основе портландцемента с толщиной кладочных швов 10-20мм. Также возможно применение клеевых составов, имеющих теплопроводность до 0,7Вт/мºС, при этом толщина кладочных швов уменьшится до 3-5мм.

Назначение минимальных требований к тепловой защите наружных стен должно выполняться из условий энергосбережения в соответствии с потребительским подходом потабл.9 СП 50.13330.2012«Тепловая защита зданий» [137], при котором удельный расход тепловой энергии в здании оказывается меньше нормируемого значения. В этом случае допускается уменьшение приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен по сравнению с нормируемым, но не ниже минимальных величин, определяемых по формуле Rмин=0,63Rтреб – для климатических условий Москвы Rмин=1,97м2ºС/Вт.

Для учета влияния проемов в наружных стенах, при теплотехнических расчетах принимаемкоэффициент теплотехнической однородности r = 0,8, в соответствии с [8] для жилых зданий при остекленности фасада до 18%, тогда Rмин=1,97/0,8=2,46 м2ºС/Вт. Таким образом, указанная величина определяет минимальные требования к тепловой защите наружных стен из условий энергосбережения в климатическом районе Москвы с учетом всех теплопроводных включений (перекрытий, кладочных швов и т.п.).

Приведенное сопротивление теплопередаче конструкций определялось наоснове расчета двухмерных температурных полей, с использованием программного комплекса ELCUT 5.4, реализующего метод конечных элементов (рис.2).

При расчете исследуемая конструкция изображалась в виде блоков с разными характеристиками, на поверхностях конструкции задавались граничные условия III рода – расчетные температуры наружного и внутреннего воздуха и коэффициенты теплообмена (tн =-28ºС, αн=23 Вт/м2ºС, tв =20ºС, αв=8.7 Вт/м2ºС).

Приведенное сопротивление теплопередаче вычисляется по формуле[9]:

formula.png,        (4.2.1)

где:  ∑Q - сумма тепловых потоков, пересекающих исследуемую область, Вт,

          S - площадь исследуемой области, м2,

tint text - соответственно, температура внутреннего и наружного воздуха, ºС.



По типу наружной облицовки рассматривались:

1) стены из ВТГ-блоков толщиной 450-600мм, с внутренним и наружным штукатурным слоем из цементно-песчаного раствора толщиной 20мм сλБ=0,93Вт/мºС;

2) стены из ВТГ-блоков толщиной 500-600мм, с внутренним штукатуреным слоем из цементно-песчаного растворатолщиной 20мм сλБ=0,93Вт/мºС и наружной кирпичной облицовкой из полнотелого керамического кирпича с λБ=0,81 Вт/м·ºС толщиной δ=120 мм.

По виду конструктивных решений наружных стен рассматривались:

1) самонесущие стены (когда плиты перекрытий не оказывают влияние на теплотехническую однородность конструкции вследствие отсутствия поэтажного переопирания);

2) ненесущие наружные стены с опиранием в уровне каждого этажа на плиты перекрытий (высота этажа – 3м);

3) ненесущие наружные стены с опиранием на плиты перекрытий через этаж.

По типу кладочного раствора рассматривались:

1) клеевые составы с теплопроводностьюλБ=0,7Вт/мºС и λБ=0,3Вт/мºС, при этом горизонтальные швов принимались толщиной 3-5мм;

2) цементные растворы с теплопроводностьюλБ=0,21Вт/мºС, λБ=0,6Вт/мºС (теплые цементные растворы на пористомпеске) и λБ=0,93Вт/мºС (традиционные цементно-песчаные растворы) при толщине горизонтальных швов 10,12,14,20мм. Также, при толщине шва 12 мм рассмотрено влияние арматурной сетки диаметром 4 мми ячейкой 50х50мм на сопротивление теплопередаче кладки.

Приведенное сопротивление теплопередачи железобетонных плит перекрытий, толщиной 200 мм иλБ=2.04 Вт/м·ºС, рассчитывалось с учетом контурного утепления термовкладышамис размерами 800х200х200сλБ=0.04Вт/м·ºС, расположенных через каждые 200мм.

Вывод.

В результате анализа выполненных теплотехнических расчетов конструкций наружных стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях с различными типами облицовок с учетом влияния теплопроводных включений (наличия узлов примыкания перекрытий, вида наружной облицовки, теплопроводности и толщины горизонтальных растворных швов, наличия армирования) предложены наиболее рациональные толщины кладки внутреннего слоя из легкобетонных блоков на стекловидных заполнителях, удовлетворяющих требованиям энергосбережения в климатических условиях Москвыбез применения эффективных утеплителей (таблице 1).

Таким образом, рациональная толщина внутреннего слоя наружной многослойной стены при ее эксплуатации без применения утеплителя для блоков плотностью Д600 составила от 400 до 500мм, для блоков Д700 от 500 до 600 мм.

 

davidyuk.jpg

 

Рис. 1.Конструкции наружных стен из блоков легкого бетона на стекловидных заполнителях с различными видами облицовок: а) из кирпича с опиранием на консольные выпуски плит перекрытий; б)из кирпича с опиранием на металлические уголки; в) с наружным штукатурным слоем; г) по системе навесных вентилируемых фасадов. 


davidyuk_2.jpg
          Рис. 2. Окно программы ELCUT 5.4 с результатами расчета


Минимально допустимые значения толщин слоев и растворных швов кладки в различных конструктивных решений наружных стен из легкобетонных блоков на стекловидных заполнителях плотностью ɣ=600кг/м3 и ɣ=700кг/м3 для их применения в условиях Москвы и Московской области                                                    Таблица 1.

 

Стены из ВТГ-блоков с наружным и внутренним штукатурными слоями δ=20мм (рис. 1 в), либо с вентилируемой наружной облицовкой, выполненной на относе от основной стены (рис. 1 г).

Стены из ВТГ-блоков с внутренним штукатурным слоем δ=20мм и наружным кирпичным слоем δ=120мм (рис. 1 а-б).

Тип конструкции стены*

1

2

3

2

3

Класс ВТГ-блоков по плотности

Мин. толщина кладки (мм)

Допустимая толщина горизонтальных швов кладки (мм) в зависимости от рассматриваемого типа конструкций стены и вида кладочного раствора*

К

Р1

Р2

Р3

Арм

К

Р1

Р2

Р3

Арм

К

Р1

Р2

Р3

Арм

К

Р1

Р2

Р3

Арм

К

Р1

Р2

Р3

Арм

D600

450

5

20

12

-

Р1

-

расчеты не проводились

500

5

20

20

12

Р2

5

20

-

-

Р1

5

20

12

-

Р1

5

20

20

10

Р2

5

20

20

12

Р2

550

5

20

20

20

Р3

5

20

14

-

Р2

5

20

20

14

Р3

5

20

20

14

Р3

5

20

20

20

Р3

D700

500

5

20

12

-

Р1

-

расчеты не проводились

550

5

20

20

14

Р2

5

20

12

-

Р1

5

20

14

-

Р1

5

20

20

10

Р2

5

20

20

12

Р2

600

5

20

20

20

Р3

5

20

20

12

Р2

5

20

20

14

Р3

5

20

20

20

Р3

5

20

20

20

Р3





























*Примечание.

конструкция 1 – конструкция без влияния перекрытий на теплотехническую ее однородность (например, самонесущая стена);

конструкция 2 – ненесущая стена с опиранием на плиты перекрытий с термовкладышами в уровне каждого этажа;

конструкция 3 – то же, с опиранием через этаж;

К – кладочный клеевой состав (λБ≤0,7Вт/мºС);

Р1 – теплый цементный раствор на пористом заполнителе (λБ≤0,21Вт/мºС);

Р2 – теплый цементный раствор на пористом заполнителе (λБ≤0,6Вт/мºС);

Р3 – традиционный цементно-песчаный раствор (λБ≤0,93Вт/мºС);

Арм – тип кладочного раствора по допустимой (максимальной) величине теплопроводности и толщине горизонтальных швов 12мм, при котором наружные стены с горизонтальным армированием из металлической сетки Æ4мм с ячейкой 50х50мм через каждые 2 ряда кладки будут удовлетворять условиям энергосбережения по [8];


Литература.

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: АСВ. 2008. 320 с.

2. Давидюк А.Н., Давидюк А.А. Прочностные свойства легких бетонов на стекловидных заполнителях для многослойных ограждающих конструкций. Журнал «Бетон и железобетон» №6(555), М., декабрь 2008 г., с.9-13.

3. Давидюк А.Н., Давидюк А.А. Деформативные свойства легких бетонов на стекловидных заполнителях. Журнал «Бетон и железобетон» №1(556), М., февраль 2009 г., с. 10-13.

4. Давидюк А.Н., Легкие конструкционно-теплоизоляционные бетоны на стекловидных пористых заполнителях. Научное издание. -М.: Издательство Красная звезда, 2008 г.

5. Давидюк А.А. Несущая способность анкерного крепежа и гибких базальто-пластиковых связей в кладке из легкобетонных блоков на стекловидных заполнителях. // Жилищное строительство, М., №3, 2014г.

6. Давидюк А.А. Анализ результатов обследования многослойных наружных стен многоэтажных каркасных зданий. // Жилищное строительство, М., №6, 2010г.

7. Ищук М.К. Отечественный опыт возведения зданий с наружными стенами из облегченной кирпичной кладки –М.: РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ», 2009г., 360с.

8. Ливчак В.И. О практике применения МГСН 201-99 при разработке раздела «Энергоэффективность» проектов зданий // МОСГОСЭКСПЕРТИЗА. Информационный бюллетень №2, 1999, 40-46 с.

9. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий.

 

 

 

Назад