Размещено на http://www.allbest.ru

Государственная акционерная железнодорожная компания

«Узбекистон темир йуллари»

Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта

На правах рукописи

Совершенствование теплозащиты стен крупнопанельных жилых зданий

Специальность: 5А580204

«Проектирование, строительство зданий и сооружений»

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание степени магистра

Шаумаров Саид Санатович

Научный руководитель:

К.т.н., доцент Щипачева Е.В.

Ташкент 2009

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1. Современное состояние вопроса теплозащиты стен

1.1 Климатические характеристики города Ташкента

1.2 Параметры воздушной среды, соответствующие комфортному микроклимату жилых зданий

1.3 Анализ теплотехнических свойств стен крупнопанельных жилых зданий, эксплуатируемых в Ташкенте

1.3.1 Конструктивное решение несущих панельных стен

1.3.2 Конструктивное решение легких навесных стеновых панелей

1.3.3 Теплотехнические свойства наружных стеновых панелей

1.4 Пути повышения теплозащитных свойств стеновых панелей жилых зданий, эксплуатируемых в Ташкенте

1.4.1 Системы с утеплением с внутренней стороны ограждающей

конструкции

1.4.2 Системы с утеплителем с наружной стороны ограждающей

конструкции

1.5 Выводы. Рабочая гипотеза. Цель и задачи исследований

2. Методы и материалы исследований

2.1 Конструктивное решение стеновых панелей и характеристика материалов для наружных стеновых панелей

2.2 Принятые методы исследований

2.2.1 Определение температуры и влажности воздуха в помещении

2.2.2 Определение температуры поверхности ограждения

2.2.3 Ультразвуковой метод оценки средней плотности легких бетонов

2.2.4 Расчет сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции

2.2.5 Расчет теплоустойчивости ограждающей конструкции

3. Разработка эффективной тепловой защиты панельных стен существующих жилых зданий

3.1 Определение температурно-влажностных характеристик среды эксплуатируемых жилых зданий

3.2 Определение фактической средней плотности материалов стеновых панелей эксплуатируемых жилых зданий

3.3 Исследование теплотехнических характеристик утепления панельных стен

3.4 Рекомендации по устройству тепловой защиты панельных стен существующих зданий

3.5 Выводы по главе

Общие выводы

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Повышение энергоэффективности гражданских зданий в последние десятилетия стало одним из направлений развития мировой строительной индустрии. В большинстве зарубежных стран нормируемые величины теплозащиты наружных ограждающих конструкций увеличились в 2,5-3 раза. Для климатических условий Узбекистана эта проблема ещё больше обостряется, так как необходима эффективная теплозащита и от чрезмерного перегрева в летнее время.

Наряду с новым строительством большое значение следует придавать и эксплуатируемому жилому фонду, как основному источнику энергосбережения. здание крупнопанельный тепловой защита

Забота о комфортности и здоровье человека в помещениях становится чрезвычайно важной и в связи с осложнением экологической обстановки на Земле, особенно в многочисленных мегаполисах с многомиллионным населением. Современные здания должны быть комфортными, с высоким качеством внутренней среды, они должны быть разумно экономичными с эффективным использованием энергии.

Однако, существующие на сегодняшний день конструкции крупнопанельных жилых домов зачастую малоэффективны, а главное, не обеспечивают комфортный микроклимат в жилых зданиях. Таким образом, проблема совершенствования наружных стен жилых зданий в Узбекистане является весьма актуальной.

Данная диссертационная работа посвящена разработке рекомендаций по устройству тепловой защиты панельных стен эксплуатируемых жилых зданий, обеспечивающей защиту помещений от внешних климатических факторов, влияющих на их микроклимат.

Научная новизна состоит в том, что разработаны экономически целесообразные технические решения утепления наружных легкобетонных стеновых панелей, позволяющие значительно повысить теплозащиту эксплуатируемых жилых зданий.

Работа выполнена в 2005-2007 гг. в научно-исследовательской лаборатории при кафедре «Строительство зданий и промышленных сооружений» Ташкентского института инженеров железнодорожного транспорта.

Работа состоит из введения, трех глав, выводов и списка использованной литературы.

В первой главе отражены климатические характеристики города Ташкента и параметры воздушной среды, соответствующие комфортному микроклимату помещений жилых зданий.

Также в ней приведен литературный анализ современного состояния вопроса тепловой защиты стен крупнопанельных жилых зданий, в том числе конструктивные решения наружных стен, анализ их теплозащитных свойств, и пути совершенствования ограждающих стеновых конструкций.

На основании данных литературных источников обоснована целесообразность исследования возможности повышение теплозащитных свойств стеновых панелей эксплуатируемых жилых зданий за счет применения наружной теплоизоляции на основе базальтового волокна.

Также в первой главе изложены цель и задачи исследований.

Во второй главе приводятся конструктивные решения стеновых панелей исследуемых эксплуатируемых зданий и характеристика материалов этих стеновых панелей, а также методы исследований.

Третья глава посвящена определению температурно-влажностных характеристик среды и фактической средней плотности материалов стеновых панелей эксплуатируемых в городе Ташкенте жилых зданий. На основе экспериментальных данных были проведены исследования теплотехнических характеристик панельных стен

Также в третьей главе представлены рекомендации по устройству тепловой защиты панельных стен эксплуатируемых в Ташкенте жилых зданий.

В заключении сформулированы общие выводы по работе.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ТЕПЛОЗАЩИТЫ СТЕН

1.1 Климатические характеристики города Ташкента

Среди многочисленных природных условий, влияющих на существование человека на земле, первостепенное значение имеют атмосферные условия: температура наружного воздуха, относительная влажность воздуха, солнечная радиация, ветровой режим.

По данным литературных источников [3, 15], город Ташкент занимает северо-восточную часть Узбекистана, относящуюся к IV строительно-климатической зоне.

Температура воздуха относится к основным метеорологическим факторам, определяющим режим погоды и климата, и характеризуется такими показателями как средние месячные и суточные температуры. Средняя месячная температура воздуха в январе составляет -0,4…-1,5єС, в июле 27-29єС [26].

Суточная амплитуда температуры воздуха в Ташкенте равна 13,0-18,5єС. На величину амплитуды сильно влияет облачность: наибольшие суточные амплитуды наблюдаются при ясном небе, а при пасмурном небе значения на 6-9єС меньше.

Максимальная амплитуда температуры воздуха в июле для Ташкента составляет 23,7єС, а средняя 17,4єС (для сравнения, в Тбилиси соответственно 19,9 и 14,3єС, и в Москве 15,7 и 11,8єС) [3].

По данным [3], расчетная температура наружного воздуха составляет t _max =39єС, t _{суточн.}.=30,3єС. Что касается зимнего периода, то средняя температура наиболее холодной пятидневки равна -15єС, средняя температура наиболее холодных суток равна -18єС.

Также, характерная особенность микроклиматических условий города Ташкента заключается в том, что, если летом длительное время дневная температура держится примерно на одном уровне, то зимой в течение 1-3 суток может наступить резкое изменение погоды, похолодание [7]. В таких условиях, архитектурно-планировочные меры, направленные на борьбу с летним перегревом, обусловленным интенсивной солнечной радиацией и высокой температурой воздуха, необходимо увязывать с требованиями теплозащиты в зимний период.

Для Ташкента среднегодовая относительная влажность воздуха составляет 58-60%, в летние месяцы 40-50% ночью и 25-30% днём [24]. Низкая относительная влажность воздуха на территории Ташкента обусловлена незначительным количеством осадков в течение года. Летом, очагом формирования сухого воздуха являются разогретые пустынные территории.

Суммарная солнечная радиация в районах с жарким сухим климатом достигает за год 7-8,5 кДж. Её значения возрастают с уменьшением широты и в зависимости от высоты над уровнем моря, а также от облачности. Так, в Ташкенте продолжительность солнечного сияния в среднем за год составляет 2889 часов [25].

В часы максимального облучения на горизонтальную поверхность города Ташкента в полдень в июле приходится 890 Вт/м², на вертикальную -610 Вт/м² [3].

Ветровой режим на территории Узбекистана проявляется различно в зависимости от скорости ветрового потока. В Ташкенте летом скорость ветра составляет 2,0-2,5м/с. В течение суток средняя скорость ветра в дневные часы увеличивается от 1,3 до 1,5-1,9 м/с, снижаясь в вечерние и ночные часы до 1,0-1,1м/с [3].

Таким образом, г. Ташкент распложен в регионе с резко выраженным континентальным климатом. В этих условиях конструктивные меры, направленные на борьбу с летним перегревом, необходимо увязывать с требованиями вытекающими из особенностей зимнего режима.

1.2 Параметры воздушной среды, соответствующие комфортному микроклимату жилых зданий

Нормальное тепловое состояние человека зависит от ряда факторов внешней среды, а также от индивидуальных особенностей организма человека. Во внешней среде к этим параметрам относятся температура наружного воздуха, относительная влажность воздуха, ветер и солнечная радиация.

Параметрами, определяющими комфортные для человека условия в помещениях, являются: температура, влажность и скорость движения воздуха, а также температура внутренних поверхностей ограждающих конструкций.

Анализ многочисленных данных по характеристикам температурно-влажностного режима помещений применительно к южным условиям (И.С.Ветошкин, М.С.Горомосов и др.), а также натурных наблюдений на территории Узбекистана (П.А.Азизов, И.М.Геллер, А.В.Ершов, Е.А.Солдатов) дают возможность определить границы благоприятных летних микроклиматических условий в помещениях [3].

Температура - наиболее характерная и наиболее существенная черта микроклимата помещений. Температура внутреннего воздуха в летнее время зависит в основном от количества тепла, вносимого инсоляцией через светопроемы и от нагретых в течение дня ограждающих конструкций [24].

Верхняя граница благоприятных температурных условий в помещении днём колеблется в пределах 24-26°С. Снижение относительной влажности и повышение скорости движения воздуха в дневное время, наблюдающиеся в условиях круглосуточного проветривания помещений, создают комфортные условия и при более высоких температурах (до 30-31°С) [3].

Температура воздуха внутри жилых домов города Ташкента летом достигает 33-36°С, что на 2-3,5°С выше среднесуточной наружной. В зданиях, сооружённых с отступлением от требований строительных норм и правил, возможны повышения внутренней температуры до 38-40°С [20].

Значение ограждающих конструкций с микроклиматической точки зрения заключалось в том, что они влияли на инерционные качества здания, т.е. на запаздывания внутренних теплофизических процессов по отношению к внешним. Температура внутри помещения начинает расти днем вслед за повышением температуры наружного воздуха и инсоляцией здания. Однако максимальная температура воздуха в помещениях в зависимости от теплотехнических качеств жилого дома наблюдается в 18-22 часа, а максимальная температура наружного - в 15-16 часов [3].

Таким образом, в жилых зданиях температура внутреннего воздуха в летний период превышает комфортные значения, и квартиры перегреваются.

Для решения этой проблемы обычно используют «искусственный климат помещений» в виде кондиционирования воздуха. Но не только с экономической точки зрения продиктовано довольно ограниченное применение системы кондиционирования воздуха в жилых домах. При кондиционировании создаются условия неблагоприятные для человека в физическом и психологическом отношении: имеет место очень сильный контраст между внешним климатом и кондиционируемой средой, приводящий к нарушению психического и физического равновесия организма человека.

Кроме того, исследования гигиенистов показывают, что наружный воздух, поступающий в помещение через калориферы, вентиляторы и воздуховоды, утрачивает отрицательные ионы и этим ухудшает свои биологические качества [7].

В зимний период в климатических условиях Узбекистана наблюдаются отрицательные температуры, выпадение снега, осадков и чрезмерное похолодание. Например, для Ташкента среднемесячная температура наружного воздуха в январе составляет -0,9°С, средняя температура наиболее холодной пятидневки -15°С, а наиболее холодных суток -18°С [27]. Это значит, что в зимний период необходима защита помещений и от холода.

Наиболее распространённый способ поддерживания искусственного микроклимата помещений в зимнее время - отопление, функционирующее в течение отопительного периода, что, строго говоря, обеспечивает только один параметр микроклимата - температуру внутреннего воздуха.

В настоящее время проектирование и строительство жилых зданий осуществляются согласно требований КМК [14]. Между тем, теплотехнические и микроклиматические требования КМК, основанные на минимальных гигиенических требованиях, не обеспечивают оптимальный микроклимат в помещениях. Соответственно, температурно-влажностный режим помещений, если и соответствует требованиям КМК, не является комфортным.

Обозначим требования гигиенического комфорта. В целях улучшения теплового режима жилищ расчетную зимнюю температуру воздуха в помещениях целесообразно повысить до гигиенического оптимума 21-22°С. (по КМК температура внутреннего воздуха в жилых зданиях должна составлять 20°С) При отоплении непрерывного действия (центральном) суточные колебания температуры не должны превышать ±1,5°С [23].

Важное гигиеническое значение в обеспечении теплового комфорта имеет величина горизонтальных и вертикальных перепадов температуры воздуха в помещении. Рекомендуется, чтобы температурные перепады воздуха по вертикали внутри помещения не выходили за пределы 2°С на уровне 1,5 м от пола [23]. В этих условиях человек в обычной одежде не ощущает неравномерности температуры.

Распределение температур воздуха по вертикали зависит от многих разнородных факторов: перепада Дt=tв-tн, теплозащитной способности наружных ограждений, главным образом перекрытий, и их воздухопроницаемости; стадии нагрева или остывания помещения при периодическом отоплении; расположения отопительных приборов в плане и по вертикали; расположения помещений (на нижнем, промежуточном или верхнем этаже).

Удельный вес воздуха уменьшается с повышением температуры, так как нагретые частицы стремятся подняться вверх. Поэтому при обычных конвективных системах отопления происходит общее повышение температуры поверхности пола и потолка. Однако, их температура остается ниже температуры омывающего их воздуха. Температура от уровня пола до известной высоты повышается, но в слоях воздуха, омывающего потолок, снова падает. Сочетание теплоизоляционной способности пола и потолка влияет на характер распределения температур по вертикали. Так, повышение воздухопроницаемости нижнего перекрытия приводит к охлаждению пола и нижних слоёв воздуха.

Физиолого-гигиенические наблюдения [23] позволяют считать, что этот перепад не должен превышать 1,5-2°С при 20±1°С температуре воздуха в помещениях.

В КМК допускается перепад между температурой внутренней поверхности наружных ограждений и температурой воздуха внутри помещения в 6°С. В США считают, что дискомфорт наблюдается уже при перепаде в 5°С [8]. С гигиенической точки зрения необходимо, чтобы температура внутренней поверхности наружного ограждения была ниже комфортной температуры воздуха помещений не более чем на 2-3°С, а расчётный перепад температур не превышал 3°С.

Влажность воздуха в условиях жаркого климата оказывает существенное влияние на терморегуляцию человека. При высоких температурах она затрудняет испарение влаги с кожного покрова и приводит к перегреву организма.

Общеизвестно, что сочетание высокой влажности не только с тёплым, но и с холодным воздухом неблагоприятно сказывается на тепловом состоянии и самочувствии человека [23].

Чрезмерная сухость воздуха (менее 30% относительной влажности) усиливает испарение влаги с поверхности слизистых оболочек дыхательных путей, вызывает ухудшение фильтрационной способности слизистой оболочки верхних дыхательных путей по отношению к микрофлоре и пыли.

Высокая относительная влажность, особенно при повышенной температуре, значительно ухудшает тепловое состояние человека, снижая испарения пота с поверхности кожи и, тем самым, затрудняя теплоотдачу. При очень большой относительной влажности (60% и более) испарение пота становится почти невозможным. При высокой температуре воздуха степень влажности приобретает решающее значение для теплового состояния организма.

При оптимальных комнатных температурах колебания относительной влажности в пределах 30-60% не оказывает столь значительного влияния на условия теплоотдачи и теплоощущения человека [12].

Снижение относительной влажности и повышение скорости движения воздуха в дневное время, наблюдающиеся в условиях круглосуточного проветривания помещений, создают комфортные условия и при более высоких температурах (до 30-31°С) [3].

Прямые солнечные лучи и инсоляция имеют огромное санирующее значение для жилища и необходимы для правильного развития организма человека. Но наряду с положительным влиянием на жизнь человека, солнечный свет, при определённых неблагоприятных условиях, может вызвать вредное явление перегрева, крайне отрицательно сказывающееся на здоровье и трудоспособности людей.

Из факторов, вызывающих перегрев воздушной среды, следует отметить солнечную радиацию. Благоприятные атмосферные условия при высоком стоянии солнца способствуют тому, что действительные суммы радиации составляют значительную долю возможных.

Помимо тепловых нагрузок от прямой солнечной радиации элементы зданий получают значительную долю тепла за счёт радиации, отражённой горизонтальными и вертикальными поверхностями окружающего городского ландшафта (земля, зелённые насаждения, стены домов). Это объясняется большой величиной суммарной солнечной радиации, поступающей на данные поверхности и высоким коэффициентом отражения этих поверхностей. Например, стены домов в Ташкенте получают до 31% дополнительной солнечной радиации, отражённой от поверхности земли [3].

Зона неблагоприятного влияния отражённой от стены радиации на человека составляет от 6 м (южная ориентация) до 15 м (западная ориентация).

Ветер играет немаловажную роль в формировании микроклимата помещений.

В зависимости от температуры воздуха и скорости движения, ветер может быть полезен или вреден для здоровья человека. При температуре 28-33°С и скорости 1-4 м/с ветер снижает неблагоприятные воздействия температуры, проветривание улучшает микроклимат. При более высоких температурах, особенно при относительной влажности воздуха менее 25% и скорости более 4 м/с, ветер не даёт облегчения. Если же рассматривать его при более высоких скоростях, он становится вредным для здоровья человека [24].

В городе Ташкенте ветровой режим в ночные часы недостаточно интенсивен: скорость ветра в июле менее 1,5 м/с, что снижает эффективность ночного охлаждения жилища [3].

В зимнее же время охлаждение помещений зависит не только от действия низких температур наружного воздуха, но и в значительной степени от скорости зимних ветров. Наиболее интенсивное охлаждение происходит при большой скорости ветра и низком качестве изготовления окон и балконных дверей, неудовлетворительном теплотехническом качестве наружных стеновых панелей. Причем температура наружного воздуха меньше влияет на охлаждение, чем ветер.

При характерном ветровом режиме Узбекистана объёмно-планировочная и композиционная организация жилой среды должна обеспечивать условия для ускоренного охлаждения жилища и территории застройки, ограждающих конструкций различных сооружений, улучшать условия теплообмена человека со средой.

С гигиенической точки зрения в жилых домах должна быть заложена схема проветривания помещений, обеспечивающая требуемую подвижность воздуха. Наиболее благоприятные условия для проветривания помещения создаются в двухсторонних квартирах со сквозной схемой проветривания. Сквозное проветривание способствуют увеличению средних скоростей движения воздуха в помещениях при открытых проёмах в 4-5 раз по сравнению боковым проветриванием в односторонних квартирах. В прохладное время суток помещения быстрее охлаждаются, улучшается теплоотдача организма конвекцией и испарением.

Загрязнённость атмосферы частицами песка и пыли неблагоприятна для дыхательных путей человека, а также вызывает загрязнение помещений.

Таким образом оптимальными параметрами воздушной среды в жилых зданиях, расположенных на территории Республики Узбекистан являются: внутренняя температура t_В=20-23⁰С, относительная влажность ц=30-45% и температурный перепад между внутренним воздухом и внутренней поверхностью стены равной Дt_В =4⁰С.

1.3 Анализ теплотехнических свойств панельных стен жилых зданий, эксплуатируемых в Ташкенте

В зависимости от принятой конструктивной системы здания наружные стены проектируют несущими, самонесущими и навесными.

1.3.1 Конструктивное решение несущих панельных стен

Панели для наружных стен могут быть однослойными, двухслойными и трёхслойными.

Однослойные стеновые панели изготавливают из одного материала, выполняющего одновременно несущие и теплотехнические функции (рис.1 а). В качестве материалов однослойных панелей применяются:

легкие бетоны на пористых заполнителях из керамзита, термозита, аглопорита, перлита и т.п. со средней плотностью в высушенном состоянии 800-1400 кг/м³, не ниже класса В2,3;

ячеистые бетоны автоклавного твердения со средней плотностью в высушенном состоянии 700-900 кг/м³, не ниже класса В1,6;

тяжёлые и плотные силикатные бетоны;

виброкирпичная кладка.

Рис. 1. Конструктивное решение наружных панельных стен

а -- однослойная; б -- двухслойная; в -- трехслойная: 1 -- фактурный (отделочный слой); 2 --керамзитобетон, перлитобетон, термозитобетон, ячеистый бетон, силикатный бетон, виброкирпичная кладка; 3 -- отделочный слой; 4 -- ячеистые и легкие бетоны; 5 -- железобетонная плита с ребрами по контуру; 6 -- железобетонная или бетонная плита; 7 -- железобетонные усиленные ребра; 8 -- утеплитель (минеральная вата, пенопласт, стекловата, плиты из ячеистого бетона, алюминиевая фольга), h--высота панелей (2,5--3,0 см).

Однослойные панели имеют простое конструктивное решение, технологичны в изготовлении.

Как показала практика эксплуатации однослойных панелей из легких бетонов, эти панели обладают рядом недостатков: малой трещиностойкостью, трудностью создания разнообразного по отделке и долговечности фасадного слоя, высокой производственной влажностью бетона, часто превышающей 20-25%, необходимостью защиты арматуры от коррозии, высоким водопоглощением под воздействием атмосферных осадков [3].

Двухслойные стеновые панели состоят из несущего армированного слоя из легкого или тяжёлого бетона и утепляющего слоя из теплоизоляционного легкого или ячеистого бетона (рис.1 б).

Для двухслойных панелей используются следующие материалы:

в несущих слоях - тяжёлый и силикатный бетон класса В12,5-22,5, лёгкий бетон на пористых заполнителях не ниже класса В7,5 со средней плотностью не более 1800 кг/м³;

в теплоизолирующем слое - ячеистый бетон со средней плотностью не более 500 кг/м³, легкий бетон (в том числе крупнопористый) со средней плотностью не более 600 кг/м³.

Трёхслойные панели состоят из двух наружных железобетонных или бетонных слоев и утеплителя между ними (рис.1 в).

В качестве утеплителя в трёхслойных панелях применяются:

плиты и маты полужёсткие минераловатные на фенольной связке со средней плотностью не более 250 кг/м³;

плиты полужесткие или жесткие из минеральной ваты на битумной связке со средней плотностью не более 300 кг/м³;

маты и плиты полужёсткие стекловатные для строительства;

плиты из ячеистых автоклавных и неавтоклавных бетонов (пенобетон, газобетон, керамзитобетон и др.) со средней плотностью более 400 кг/м³ , с пределом прочности при сжатии не ниже 15 кг/м³.

плиты из газонаполненных пластмасс (полистирольный пенопласт ПС-1, ПС-4, ПС-Б и ПСБ-С, фенол -формальдегидный пенопласт ФРП-1, пенополиуретан ПУ 4-60, ППУ-Э-2, ПУ-101, пенопласт на основе поливинилхлорида ПВХ-1, ПХВ-Э);

плиты цементно-фибролитовые со средней плотностью не более 400 кг/м³;

В трехслойных панельных стенах недоиспользуются прочностные свойства внешнего железобетонного слоя. Технологический процесс изготовления этих панелей достаточно сложен.

1.3.2 Конструктивное решение легких навесных стеновых панелей

Конструкция легких навесных панелей состоит из наружной и внутренней обшивок и слоя утеплителя. Обшивки выполняются из плоских и профилированных цветных алюминиевых листов, нержавеющей стали, окрашенных асбоцементных листов, пластических материалов, клеевой фанеры, а также из бетонных и керамических плит (рис.2).

В качестве утеплителя применяются легкие эффективные материалы: пенопласты, минеральная вата, стекловолокно, пеностекло, ячеистые бетоны и т.д.

Рис. 2. Конструктивное решение навесных стеновых панелей

а -- панели с алюминиевыми обшивками; б -- панели с асбестоцементными обшивками: 1 -- наружная обшивка из алюминиевых сплавов; 2 -- утеплитель (минеральная вата, пенопласт, стекловата); 3 -- внутренняя обшивка (сухая штукатурка, листы алюминия); 4-асбестоцемент --д<5 - 10 мм; 5 -- брус из антисептированной древесины; 6 -- обвязка из антисептированной древесины; 7 -- наружная обшивка из асбестоцементных листов толщиной 3 -- 10 мм; 8 -- уголковые профили из алюминия.

В конструктивном отношении достаточно сложно решаются вопросы: стыков панелей, крепежных деталей, примыкания оконных блоков.

1.3.3 Теплотехнические свойства наружных стеновых панелей

Многолетние натурные микроклиматические исследования в жилых домах с различными типами стен, проведенные на территории Республики Узбекистан, позволяют дать оценку теплотехническим качествам наружных ограждений [3].

Наружные стеновые ограждения в большинстве случаев (особенно на первом этаже) имеют неудовлетворительные теплотехнические качества. На это указывает наличие плесени и сырости на торцевых стенах обследованных квартир, капель в углах, а в некоторых случаях, затекание влаги под линолеум, что приводит к его вспучиванию и короблению, почернение и отклеивание обоев. Очевидно, что подобные явления связаны не только с плохой работой системы отопления в зимнем сезоне. Как было установлено [3], пониженные теплотехнические качества наружных ограждений во многом объясняются нестабильностью средней плотности материала самих стеновых панелей (повышение средней плотности легкого бетона в ряде случаев составляло 20-25%), низким качеством заделки стыков (отсутствие герметизирующих прокладок, неудовлетворительное уплотнение бетоном). Снижение теплотехнических характеристик наружных ограждений приводит, в свою очередь, к созданию некомфортных микроклиматических условий в квартирах, как в зимнее, так и в летнее время [8].

Оценка тепловой эффективности конструкций наружных стен [20] показала, что из однослойных стеновых панелей, выполненных из пустотелого кирпича, керамзитобетона и ячеистого бетона, менее эффективными являются керамзитобетонные панели. Этот недостаток объясняется тем, что у керамзитобетона очень высокая энергоемкость.

Утолщение однослойных панелей экономически нецелесообразно, поскольку уменьшение суммарного расхода тепла при этом незначительно (так как возрастает его расход на изготовление материалов и производство конструкций), а материалоёмкость панелей велика. Наименее энергоемкими из однослойных стеновых панелей являются газобетонные, однако недостаточный объем их производства сдерживает внедрение таких панелей. Применение легкобетонных однослойных панелей особенно целесообразно в сейсмоактивных районах.

Двухслойные панели с расположенным снаружи атмосферостойким утеплителем обеспечивают наиболее благоприятный влажностный режим помещений и обладают хорошей внутренней теплоустойчивостью в условиях летнего перегрева. В сухом и жарком климате, свойственном Ташкенту, могут быть допущены и двухслойные с расположенным внутри утеплителем.

Наибольшей тепловой эффективностью обладают трехслойные панели с гибкими связями, особенно с утеплителем из полистирольного пенопласта ( по сравнению с однослойными керамзитобетонными панелями суммарные расходы условного топлива снижаются в 2 раза [3]).

Приведенные затраты трехслойных панелей ниже на 12%, чем у однослойных керамзитобетонных панелей, а, в свою очередь, керамзитобетонных -- на 20% ниже, чем у кирпичных стен. По трудозатратам однослойные панели являются наиболее выгодными. Они на 15% менее трудоёмки, чем трехслойные и в 2,5 раза менее трудоёмки чем наружные стены из кирпича.

Основные различия в тепловых реакциях тяжеловесных и легковесных строений лежат в их неодинаковой способности к накоплению тепла. В условиях периодических жарких дней, когда значительная доля солнечной радиации разогревает большую поверхность здания, как бы пропитывая её теплом, температура достигает максимума и тепло начинает проникать внутрь помещения. Накапливаемое в течение дня тепло в массивных конструкциях зданий резко ухудшает внутренний температурный режим ночью. Следовательно, в таких помещениях колебания будут менее значительными, (более заглушенными), чем в легковесных конструкциях. И чем интенсивнее колебания наружной температуры и солнечной радиации, тем более заметна эта специфическая инертность тяжёлых конструкций. Легковесные же материалы, обладая малой теплоёмкостью, почти мгновенно пропускают тепло в помещение. [3].

Однослойные массивные стены снижают амплитуду, но не уменьшают среднесуточную температуру, так как в течение дня они аккумулируют большое количество тепла, которое начинают отдавать в ночное время при понижении температуры наружного воздуха. Это явление не оказывало значительного влияния на малоэтажное жилище, так как дома хорошо проветривались ночью. Однако в современном многоэтажном жилом здании при недостаточной площади летних помещений ночью тепловое влияние ограждений весьма заметно.

Действующие нормы проектирования КМК 2.01.04-97 «Строительная теплотехника» устанавливает нормативные значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций трех уровней теплозащиты. Показатели первого уровня являются обязательными, второго и третьего -рекомендуемыми. Обязательный уровень теплозащиты соответствует нормам, введённым ещё в 1979 году, практически таким же какие существовали в Европе до 1975 года (табл. 1)[3].

Таблица №1

Вид ограждающих конструкций	Сопротивление теплопередаче, (м2 ? 0С)/Вт
	в Европе	в Узбекистане
	Здания построенные	Уровень теплозащиты при температуре воздуха -150 (-200С)
	до 1975г.	После 1975г.	после 1985г.	первый обязател.	второй рекомен.	третий рекомен.
Наружные стены	0,526- 0,625	1,754- 2,174	5,0	0,67 (0,77)	0,8 (0,92)	1,6 (1,9)
Световые проёмы	0,391- 0,429	0,556- 0,769	0,769	0,39 (0,39)	0,39 (0,39)	0,39 (0,42)
Покрытия	0,385- 0,526	2,0- 3,33	5,0	1,0 (1,15)	1,15 (1,31)	3,2 (3,7)
Полы	0,526- 0,714	1,25- 2,5	3,33	2,01 (2,30)	2,01 (2,30)	2,6 (3,0)

Из таблицы видно, что только в Европе за десять лет (1975-1985гг.) дважды повышался уровень теплозащиты зданий и возрос в среднем в 8,8 раз для стен, 1,9 раз для световых проемов, в 11 раз для покрытий и в 5,5 раз для полов.

В Республике Узбекистан нормируемые сопротивления теплопередаче даже для третьего уровня теплозащиты ниже общеевропейских: для стен - в 3 раза, для световых проёмов - в 2 раза, для покрытий - в 1,5 раза, для полов - в 1,3 раза.

Таким образом, очевидно, что как способность к накоплению тепла, так и тепловое сопротивление предопределяют конструкцию здания, с помощью которой можно будет регулировать теплопередачу внутрь него. Там, где массу ограждающих помещения конструкций или используемых материалов изменить нельзя, основную роль в регулировании теплопередачи будут играть материалы с различным термическим сопротивлением [3].

1.4 Пути повышения теплоизоляционных свойств стеновых панелей жилых зданий эксплуатируемых в Ташкенте

Традиционные строительные материалы не способны в однослойной ограждающей конструкции обеспечить требуемое значение термического сопротивления Rє_тр. Оно может быть достигнуто лишь в многослойной ограждающей конструкции, где в качестве утеплителя применяется эффективный теплоизоляционный материал.

Для повышения теплозащитных свойств наружных стеновых панелей может применяться утепление с внутренней стороны ограждающей конструкции или с наружной.

1.4.1 Системы с утеплением с внутренней стороны ограждающей конструкции

Конструкция утепления с внутренней стороны выполняется в такой последовательности: теплоизоляционный слой, пароизоляционный и отделочный слой.

Существует несколько методов нанесения теплоизоляционного слоя. Один из них представляет собой крепление утеплителя из минераловатных плит или фибролита. Кроме того, используется метод напыления (набрызга) теплоизоляционного слоя из асбоминваты на поверхность конструкции. После чего происходит быстрое вспенивание, толщина нанесенного слоя увеличивается приблизительно в 5-10 раз. Затем он окончательно отверждается. Устройство асбоминватной теплоизоляции производят напылением под давлением механизированным способом на внутреннюю поверхность стены, через 24 часа на поверхность утеплителя наносят пароизоляционный слой.

При напылении применяют следующий состав асбоминваты (%): асбест К-VI-30-42%; минеральная вата-17%; водный раствор калиевого жидкого стекла-41% [4].

В качестве пароизоляции применяют рубероид подкладочный РП и РМ, изол, гидроизол, горячие битумные, холодные битумно-латексные мастики. Отделочный слой, выполняется листами сухой гипсовой штукатурки или штукатуркой цементно-песчаным раствором.

Повышение теплозащитных качеств R_доп. и прирост температуры (ф_доп єC) на внутренней поверхности стены при утеплении ее слоем различных теплоизоляционных материалов толщиной 1 см и облицовочного слоя приведен в таблице 2 [8].

Таблица №2

Повышение теплозащитных качеств стен

Материал	Rдоп. м2 єC/Вт	фдоп єC
Полистерольный пенопласт ПСБ и ПСБ-С	0,44-0,47	2,3-2,4
Пенопласт фенолоформальдегидный	0,30-0,4	2,2
Асбоминвата, асбоперлит	0,31	1,8
Минераловатные плиты на ситетической связке	0,31	1,9
Пеностекло	0,31	1,9
Фибролит на портландцементе	0,28	1,6

Положительными качествами таких систем являются:

теплоизоляцию можно произвести не во всех, а лишь в некоторых помещениях;

производство работ по устройству теплозащиты стен может производиться в любое время года, при этом в отличие от систем наружного утепления, не требуются средства подмащивания;

не меняется облик здания, если он имеет архитектурную ценность;

К отрицательным качествам данной системы относятся:

уменьшение площади помещения за счёт увеличения толщины стены;

массивная, хорошо аккумулирующая тепло часть стены в результате оказывается в зоне низких температур, что резко снижает тепловую инерцию ограждающей конструкции;

перегородки и перекрытия, жестко связанные с несущей стеной и обычно не имеющие отсекающих теплоизолирующих вкладышей, образуют по каркасу здания многочисленные тепловые мостики, что ведет к необходимости увеличения толщины плиты теплоизоляции.

1.4.2 Системы с утеплителем с наружной стороны ограждающей конструкции

Современные технологии отделки фасадов позволяют применить систему внешнего утепления здания.

Широко применяются две системы: так называемая система "мокрого" типа (с оштукатуриванием или с облицовкой фасада) и навесной вентилируемый фасад.

Основными элементами конструкции стены с вентилируемым воздушным фасадом, являются (рис. 3): конструкционный слой, слой теплоизоляции, подконструкция для крепления облицовочного слоя и сам облицовочный слой.

Рис. 3. Элементы конструкции стены с вентилируемым воздушным фасадом

Подконструкция состоит из кронштейнов, направляющих, элементов крепления облицовки. Различные системы с вентилируемым фасадом отличаются конструктивными особенностями элементов подконструкции. В частности, подконструкции выполняются с вертикальными, горизонтальными или совмещенными направляющими.

Отделочные слои конструкции системы с вентилируемым фасадом располагаются следующим образом: ограждающая конструкция (стена), теплоизоляция, в некоторых случаях паропропускающая, гидроветрозащитная пленка, воздушный зазор, защитный экран. Особенность этой системы заключается в том, что наружный защитно-декоративный экран отделен от внутреннего слоя воздушной прослойкой, сообщающейся с наружным воздухом. Наличие защитного экрана позволяет снизить требования к герметизации стыковых соединений панелей самого экрана, поскольку влага, попадающая внутрь прослойки, будет стекать по стальной стороне экрана, а размеры экрана могут и не совпадать с размерами панелей.

К системам с вентилируемым воздушным зазором относятся «Марморок» (рис. 4) и «Полиалпан». Эти системы требуют обязательного наличия внизу впускных, а вверху выпускных отверстий, т. к. экраны представляют собой сплошную паро- и воздухонепроницаемую преграду.



Рис. 4. Детали системы «Мармарок»

К положительным качествам этой системы утепления относятся:

обеспечение требуемого сопротивления теплопередаче для всех типов ограждающих конструкций;

влага, сконденсировавшаяся внутри системы наружной теплоизоляции, быстро испаряется, не вызывая переувлажнения конструкции;

отсутствие температурных деформаций несущей стены (все резкие колебания наружной температуры воспринимаются утеплителем) ;

препятствие к разрушению бетона и коррозии стальной арматуры несущих стен;

отсутствие «высолов» на фасадах.

Недостатками системы являются:

сложность с надлежащим оформлением узлов, обеспечивающих движение воздуха в прослойке;

нетехнологичность в изготовлении и монтаже;

малая заводская готовность;

высокая трудоемкость в построечных условиях, так как отделочные элементы стены изготавливаются на различных производствах и собираются в одно целое на строительной площадке.

«Мокрыми» называют такие фасадные работы, при которых прикрепление термоизоляционного материала к поверхности стены производится с помощью клея и механических соединителей. Клеевое закрепление утеплителя применяют при высоте стены до 8 м и при ее ровной прочной поверхности. Для более высоких зданий используют механическое крепление плит утеплителя к стенам. Используется также штукатурка из стекловолокна и синтетических материалов.

В зависимости от толщины фасадных штукатурных слоев применяют две разновидности устройства системы: с жесткими (рис. 5) и гибкими (подвижными или шарнирными) (рис. 6) крепежными элементами (кронштейнами, анкерами).



Рис. 5. Фасадная система с тонкослойной штукатуркой и жесткими крепежными элементами

Систему с жестким креплением используют при малых толщинах штукатурных слоев 8-12 мм. В этом случае температурно-влажностные деформации тонких слоев штукатурки не вызывают ее растрескивания, а нагрузка от веса может восприниматься жесткими крепежными элементами, работающими на поперечный изгиб и растяжение от ветрового отсоса.

К этим системам относятся: «Алсекко», «Капатек», «Текс-Колор», «Теплый дом», «Синтеко», «Сенарджи» и многие другие. В настоящее время в строительной практике применяется несколько десятков таких систем, отличающихся, главным образом, составом клеев и накрывочных штукатурок.



Рис. 6. Фасадная система с толстослойной штукатуркой и гибкими крепежными элементами

В «мокрых» фасадах также используется утеплитель. Это плотные минераловатные плиты или плиты из стекловолокна. Теплоизоляционные плиты приклеиваются к несущей стене, а потом дополнительно крепятся дюбелями. На утеплитель накладывается армированный слой, состоящий из клеящего раствора и стекло сетки. Сверху наносится "финишный" декоративный слой штукатурки.



Рис. 7. Составные части систем с «мокрым» фасадом

На рис. 7 представлены основные составные части системы с «мокрым» фасадом:1-основание, 2-клеевой слой, 3-плита утеплителя, 4- дюбель, 5- штукатурный слой, 6- армирующая сетка, 7- декоративно-отделочный штукатурный слой.

Основные преимущества таких фасадов заключаются в следующем:

обеспечение требуемого сопротивления теплопередаче для всех типов ограждающих конструкций.

влага, сконденсировавшаяся внутри системы наружной теплоизоляции, быстро испаряется, не вызывая переувлажнения конструкции.

возможность аккумулировать тепло в ограждающей конструкции (изотерма 0°С находится внутри теплоизоляционного материала).

отсутствие температурных деформаций несущей стены. Все резкие колебания наружной температуры воспринимаются утеплителем.

препятствие к разрушению бетона и коррозии стальной арматуры при выполнении несущих стен из бетона. К бетону практически нет доступа CO₂, воды и других агрессивных веществ и газов.

в панельном домостроении решается проблема защиты межпанельных швов.

значительно повышается звукоизоляция наружных стен.

возможность применения как на вновь строящихся, так и на реконструируемых зданиях.

Однако, система с «мокрым» фасадом имеет некоторые ограничения. Прежде всего - сезонность выполнения работ, так как, данная технология предполагает наличие мокрых процессов, которые могут проводиться только в теплую погоду (до +5°С). Возможно выполнение части работ (приклейка утеплителя, дюбелирование и армирование) в зимний период с использованием тепловых завес. Однако окончательную отделку, во всех случаях, осуществляют в теплое время года.

Одной из главных проблем для распространения в строительстве таких систем является их многокомпонентность. В состав систем входят элементы, изготовляемые различными производителями. Поэтому совместная работа этих разнородных элементов должна тщательно контролироваться. Кроме того, стоимость таких систем теплоизоляции составляет 35-65 долларов США за 1 м² стены.

В связи с этим, необходимо разработка таких систем утепления стен, которые были бы просты в технологии и основывались на использовании отечественной базы производства теплоизоляционных материалов.

В настоящее время в Республике Узбекистан начато производство минеральной ваты на основе базальтового волокна. Этот теплоизоляционный материал обладает высокими теплотехническими характеристиками.

1.5 Выводы. Рабочая гипотеза. Цель и задачи исследований

В основу диссертационной работы положена следующая рабочая гипотеза: повышение теплозащитных свойств стеновых панелей эксплуатируемых жилых зданий за счет применения наружной теплоизоляции на основе базальтового волокна.

В связи с изложенным предположением поставлена следующая цель исследований: научное обоснование эффективности применения наружной теплоизоляции на основе базальтового волокна для создания благоприятного микроклимата помещений панельных жилых зданий.

Исходя из цели исследований, анализа литературных данных, были поставлены следующие задачи:

Определить температурно-влажностные характеристики внутренней среды эксплуатируемых панельных жилых зданий

Определить фактические теплотехнические характеристики стеновых панелей

Произвести теплотехнический расчёт панельных стен эксплуатируемых жилых зданий с целью определения толщины утеплителя на основе базальтового волокна

Разработать предложения по устройству теплозащиты панельных стен эксплуатируемых жилых зданий.

Выводы по главе:

1. Теплотехнические характеристики наружных стеновых панелей эксплуатируемых жилых зданий не обеспечивают комфортный микроклимат помещений.

2. Повышение теплозащитных свойств наружных ограждающих конструкций может быть достигнуто только за счёт применения эффективных теплоизоляционных материалов.

3. С точки зрения поддержания нормального температурно-влажностного режима оптимальным является утепление панельных стен с наружной стороны.

4. Целесообразна разработка системы утепления наружных стен на основе местных теплоизоляционных материалов.

2. МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Конструктивное решение стеновых панелей и характеристика материалов для наружных стеновых панелей

В качестве объекта исследований приняты однослойные стеновые панели. Основным материалом для однослойных стеновых панелей является - легкий бетон.

В диссертационной работе рассматриваются однослойные керамзитобетонные и стеновые панели из ячеистого бетона - пенобетона.

Рис. 8. Конструкция и общий вид однослойной панели из керамзитобетона

1--каркасы; 2 -- керамзитобетон; 3 -- отделочные слои: 4 -- подоконная доска; 5 -- слив; 6 -- подъемная петля.

Конструкция и общий вид однослойной панели из керамзитобетона показана на рис. 8.

Панель выполнена размером на комнату (360x330 и 320x286 см) и имеет оконный проем. Наружный слой панели толщиной 2 см--из декоративного бетона на белом цементе. Внутренняя поверхность панели образована слоем цементного раствора толщиной 1 см.

В стеновых панелях используется керамзитобетон со средней плотностью 800-1200 кг/м³.

Конструкция панели из пенобетона представлена на рис. 9.

Рис. 9. Конструкция панели из пенобетона

1 -- арматурные сетки; 2 -- подъемные петли; 3 -- сварные каркасы; 4-- пазы для установки кронштейнов под подоконные доски.

В стеновых панелях используется пенобетон со средней плотностью 900 кг/м³.

В качестве теплоизоляционного материала в конструкции утепления наружной стены принята минеральная вата на основе базальтового волокна.

В соответствии с ГОСТ 7076-87 выбрана минеральная вата на основе базальтового волокна со следующими характеристиками:

г₀ =175 кг/мі - плотность материала в сухом состоянии.

л₀=0,04 Вт/(м·⁰С) - коэффициент теплопроводности материала в сухом состоянии.

2.2 Методы исследований

2.2.1 Определение температуры и влажности воздуха в помещении

Оценка влияния температурно-влажностных характеристик на микроклимат жилых домов была проведена по методике канд.техн.наук. Б.Ф.Васильева [6].

Температура и влажность воздуха в опытной комнате определяли при помощи аспирационного психрометра Ассмана (рис.10). Замеры температуры и влажности воздуха проводились в центре помещения на уровне 150 см от пола в 10, 15 и 20 ч.

Рис. 10. Аспирационный психрометр Ассмана:

а - общий вид психрометра с электроприводом; б - вариант аспирационной головки с механическим приводом; в - разрез по всасывающим трубкам; 1-защита всасывающих трубок; 2-термозащита; 3-ртутный метеорологический термометр (сухой); 4-воздухопроводная трубка; 5-аспирационная головка; 6-электрический шнур; 7-ртутный метеорологический термометр (влажный); 8-стеклянная трубка; 9-резиновая груша; 10-всасывающие трубки; 11-батист; 12-ключ механического привода.

Прибор состоит из двух одинаковых метеорологических ртутных термометров, закрепленных в специальной оправе. Резервуар правого термометра обернут батистом в один слой и перед работой смачивается дистиллированной водой при помощи пипетки [13].

Резервуары термометров вставлены во всасывающие трубки, защищенные от лучистого нагрева. В верхней части всасывающие трубки объединены воздухопроводной трубкой, которая крепится к аспирационной головке. В аспирационной головке размещён вентилятор с приводом, который протягивает воздух около резервуаров термометров со скоростью около 2 м/с.

Методика выполнения работы по определению температуры и влажности воздуха в помещении с помощью психрометра Ассмана заключается в следующем.

За четыре минуты до начала работы смачивают батист на резервуаре влажного термометра. Для этого берут пипетку с резиновой грушей, заранее наполненную дистиллированной водой, и легким нажимом на грушу доводят уровень воды в стеклянной трубке до риски. Если риска отсутствует, то уровень воды доводят не ближе чем на 1 см до края и удерживают ее на этом уровне зажимом. Затем пипетку вводят до отказа во всасывающую трубку влажного термометра. Через 2-3 с, не вынимая пипетки из трубки, разжимают зажим, вбирая излишнюю воду в грушу, и вынимают пипетку. По прошествии четырех минут после смачивания заводится механизм аспиратора. Через последующие четыре минуты производят отчеты по термометрам психрометра с точностью до 0,2⁰С.

Замеры параметров воздуха психрометром Ассмана следует произвести последовательно три раза, после чего из них определяется средний показатель.

Относительную влажность по показаниям психрометра Ассмана определяют по психрометрическому графику [18].

2.2.2 Определение температуры поверхности ограждения

Распределение температур на глади стен определялось прибором для измерения температуры поверхности конструкции DT-838 (Digital multimetеr) (рис.11).

Рис. 11. Прибор для измерения температуры поверхности конструкции DT-838 (Digital multimetеr)

Для этого два соединительных провода прибора крепятся к наружной поверхности стеновой панели в соответствующих точках (рис. 12.), затем с цифрового индикатора снимаются показания температуры.



Рис. 12. Схематический чертеж наружной стены с показанием на нём характерных точек

При проведении эксперимента, необходимо следить, чтобы на температурный режим исследуемой поверхности не оказывали влияния случайные факторы: сквозняки, близость исследователя и т.д.

2.2.3 Ультразвуковой метод оценки средней плотности легких бетонов

Для оценки средней плотности стеновых панелей эксплуатируемых жилых зданий применялся ультразвуковой метод.

Время распространения ультразвука в бетоне определялось при помощи прибора УК-14П (рис. 13).



Рис. 13. Общий вид ультразвукового прибора УК-14П

Перед измерением прибор настраивается и проверяется на соответствие требованиям инструкции по его эксплуатации.

Методика исследования состоит в следующем:

Осматривают наружную поверхность стены и определяют участки измерений;

В зоне контакта ультразвуковых преобразователей с поверхностью бетона не должно быть раковин, выбоин и воздушных пор глубиной более 3 мм и диаметром более 6 мм. Места измерений должны быть очищены от грязи, краски, которые могут оказать влияние на результат измерений.

Измерения начинают с нижнего участка стены. На ультразвуковые головки наносят слой солидола. Затем включают прибор и, прижимая головки соосно, снимают отсчет.

...