ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ ПРОСЛОЙКИ В ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЯХ

​ASSESSMENT OF THE EFFECTIVENESS OF THE USE OF AN AIR GAP IN ENCLOSING STRUCTURES

Elizaveta Semenkova

student, Smolensk Branch of the National Research University MPEI,

Russia, Smolensk

Anastasia Mudryakova

student, Smolensk Branch of the National Research University MPEI,

Russia, Smolensk

Irina Kabanova

Scientific adviser, candidate of technical sciences, associate professor, Smolensk Branch of the National Research University MPEI,

Russia, Smolensk

аННОТАЦИЯ

При строительстве и реконструкции зданий большое внимание уделяется вопросам обеспечения высокой энергоэффективности и надежности ограждающих конструкций. В рамках исследования эффективности ограждающих конструкций здания   выполнено сравнение конструктивных вариантов крышных покрытий с применением вентилируемых каналов и без них. Рассмотрена методика расчета термического сопротивления вентилируемой прослойки и выполнена оценка влияния вентилируемой прослойки на коэффициент теплопередачи крышного покрытия.

ABSTRACT

In the construction and reconstruction of buildings, much attention is paid to the issues of ensuring high energy efficiency and reliability of enclosing structures. As part of the study of the effectiveness of building envelopes, a comparison was made of structural options for roof coverings with and without ventilated channels. A method for calculating the thermal resistance of a ventilated layer is considered and an assessment is made of the effect of a ventilated layer on the heat transfer coefficient of a roof covering.

Ключевые слова: воздух, коэффициент теплопередачи, потери тепла, ограждающая конструкция.

Keywords: air, heat transfer coefficient, heat loss, building envelope.

Дом теряет тепло через ограждающие конструкции: стены, окна, крыша, фундамент, а также вентиляцию и канализацию. Основные потери тепла идут через ограждающие конструкции — 60–90% от всех теплопотерь.

При одинаковой теплоизоляционной способности стен и кровли, потери тепла через последнюю всегда будут больше, что обусловлено большим перепадом температур между наружной и внутренней поверхностями покрытия мансарды. Кроме того, влагосодержание теплого воздуха обычно выше, чем холодного, поэтому конденсат на потолке верхнего этажа может образовываться при более высоких температурах, чем на внутренней поверхности стены. При увеличении влажности на 5% теплоизоляционные свойства материала уменьшаются почти в два раза. В связи с этим, к теплозащите кровельных покрытий предъявляются более жесткие требования, чем к наружным стенам.

Как показывает практика [1] потери через ограждающие конструкции составляют: через стены 10–15%, через окна 10–15%, через пол/подвал 10–15%. Доля теплопотерь через крыши составляет 10–20%.

Для снижения теплопотерь разрабатываются новые конструкционные решения кровли. Рассмотрим конструктивные особенности бесчердачного перекрытия.

Бесчердачные крыши подразделяются на невентилируемые, частично вентилируемые и вентилируемые наружным воздухом (рис. 1).

Рисунок 1. Совмещенные крыши:

а,б – невентилируемая, в – вентилируемая: 1 – защитный слой; 2 – рулонный ковер; 3 – стяжка; 4 – теплоизоляция; 5 – пароизоляция; 6 – несущая конструкция; 7 – отделочный слой; 8 – теплоизоляционный слой; 9 – воздушная прослойка.

В невентилируемых крышах требуется защита утеплителя от увлажнения. Невентилируемые крыши применяют в тех случаях, когда исключается накопление влаги в покрытии в период эксплуатации. Такие покрытия могут выполняться с теплоизоляцией, совмещенной с несущей конструкцией.

 В вентилируемых крышах имеется воздушная вентилируемая прослойка, осушающая покрытие зимой и предохраняющая его от перегрева солнечными лучами летом, сообщающаяся с наружным воздухом через отверстия в карнизе. В этих крышах нет необходимости защиты утеплителя от увлажнения.

Летом свежий воздух, который поступает в вентилируемое пространство, нагревается, поднимается и выходит, унося с собой тепло, полученное от кровельного покрытия и влагу, взятую от утеплителя – это, в свою очередь, помогает кровельной конструкции противостоять жаре. Зимой такая крыша позволяет оптимизировать затраты на отопление помещений и снижает теплопотери.

Водяной пар образуется при приготовлении пищи, стирки, ванных процедурах и т. д. Водяной пар поднимается за счет конвективного переноса и диффузии, охлаждается до температуры ниже точки росы и конденсируется под кровельным пространством. Количество образовавшейся влаги будет тем больше, чем больше разница температур воздуха в помещении здания и снаружи, поэтому именно зимой влага довольно интенсивно накапливается под кровельным пространством. В случае если вентилировании воздушной прослойки внутренним воздухом здания конденсация влаги в покрытии будет значительно большей.

Расчет ограждений с вентилируемой воздушной прослойкой проводят с целью определения действительных значений сопротивления теплопередаче, коэффициента теплопередачи и температуры воздуха в прослойке.

Согласно методике расчета температуры воздуха в прослойке, предложенной В. Д. Мачинским [2,3], вентилируемая воздушная прослойка в ограждении рассматривается как воздушный канал, через одну сторону которого теплота поступает в канал от внутреннего воздуха, а через другую сторону отдается наружному воздуху.

Определим количество воздуха, проходящего через прослойку, при ширине в 1 м:

где  скорость воздуха в прослойке, м/с;  толщина воздушной прослойки, м;   плотность воздуха,

Рисунок 2. Совмещенное покрытие с вентилируемой воздушной прослойкой

Температура воздуха изменяется по длине прослойки, то и величина коэффициента теплопередачи ограждения будет меняться по длине. Расчет температуры воздуха в прослойке производят для расстояния от входного отверстия начиная с 0,5 м и далее через каждый метр.

Температура воздуха в прослойке на расстоянии x м от входа воздуха в прослойку, :

где

 температура воздуха, входящего в прослойку,

c – удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг)

 коэффициент теплопередачи части ограждения от внутреннего воздуха в прослойке,

 коэффициент теплопередачи части ограждения от воздуха в прослойке до наружного воздуха,

Действительный коэффициент теплопередачи ограждения, зная температуру воздуха в прослойке:

Сопротивление теплопередаче всего покрытия:

Рассмотрим в качестве объекта исследования крышное покрытие, представленное на рис. 2, и оценим эффективность применения воздушной прослойки с точки зрения тепловых потерь. Результаты расчетов приведены в табл. 1.

Температура воздуха при отсутствии вентилирования прослойки:

на  больше, где  сопротивление теплопередачи верхней части покрытия.

Таблица 1.

Результаты расчетов покрытия с вентилируемой прослойкой

При отсутствии вентилируемой воздушной прослойки сопротивление теплопередачи покрытия было бы  а коэффициент телепередачи .

Определим зависимость коэффициента теплопередачи от толщины воздушной прослойки.

Таблица 2.

Расчётная таблица зависимости коэффициента теплопередачи от толщины воздушной прослойки

Примечание: при величине воздушного зазора более 200 мм необходимо устанавливать рассечки из оцинкованной стали, с перфорацией, для предотвращения эффекта трубы вследствие большой скорости воздуха.

ВЫВОД

В условиях приведенного примера вентилирование воздушной прослойки понизило теплозащитные свойства покрытия на 15% и повысило коэффициент теплопередачи покрытия на 18%. В то же время толщина прослойки незначительно изменяет величину коэффициента теплопередачи (порядка 4 %) при значительном увеличении толщины прослойки.

Приведенный метод расчета ограждений с вентилируемой воздушной прослойкой дает возможность учесть влияние вентилирования прослойки не только наружным воздухом, но также и при сообщении прослойки с внутренним воздухом или с воздухом других помещений. Этим же методом можно учесть влияние вентилирования воздушной прослойки покрытий на их теплотехнический режим и в условиях летнего времени.

Список литературы:

1. Ильинский В. М. Проектирование ограждающих конструкций зданий (с учетом физико-климатических воздействий). Стройиздат, 1964.
2. Мачинский В. Д. Теплотехнические основы строительства. Стройиздат, 1949.
3. Фокин К. Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий / Под ред. Ю. А. Табунщикова, В. Г. Гагарина. – 5-е изд.,пересмотр. – М.:АВОК-ПРЕСС,2006. – 256 с.