ВЛИЯНИЕ ДВОЙНЫХ ФАСАДОВ НА ТЕРМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

INFLUENCE OF DOUBLE-SKIN FACADES ON THE THERMAL RESISTANCE OF BUILDING ENVELOPES

Marina Velkovskaya

student, Department of Architecture, The State University on Land Use Planning,

Russia, Moscow

Vyacheslav Mukhin

student, Department of Architecture, The State University on Land Use Planning,

Russia, Moscow,

Svetlana Marakulina

scientific supervisor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Civil Engineering, The State University on Land Use Planning,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Работа посвящена исследованию влияния двойных фасадов на термическое сопротивление ограждающих конструкций. На основе анализа литературы и нормативной документации рассмотрены принципы работы, типы (вентилируемые и невентилируемые) и факторы эффективности двойных фасадов [3, 4, 5]. Приведен упрощенный пример расчета термического сопротивления двойного фасада для жилого здания в г. Москве. Рассмотрен пример использования двойного фасада в общественно-деловом комплексе «Лахта-центр» в г. Санкт-Петербург [6]. Показано, что применение двойных фасадов позволяет увеличить термическое сопротивление ограждающих конструкций, снизить теплопотери и улучшить тепловой комфорт в помещениях.

ABSTRACT

This study investigates the influence of double-skin facades on the thermal resistance of building envelopes. Based on literature and regulatory analysis, the operating principles, types (ventilated and non-ventilated), and efficiency factors of double-skin facades are examined [3, 4, 5]. A simplified example of calculating the thermal resistance of a double-skin facade for a residential building in Moscow is presented. The example of using a double-skin facade in the Lakhta Center public and business complex in St. Petersburg is considered [6]. It is shown that the use of double-skin facades allows increasing the thermal resistance of building envelopes, reducing heat loss, and improving thermal comfort in the premises.

Ключевые слова: двойной фасад, термическое сопротивление, энергоэффективность, тепловая защита зданий, Лахта-центр.

Keywords: double-skin facade, thermal resistance, energy efficiency, thermal protection of buildings, Lakhta Center.

Вопросы энергоэффективности и устойчивости являются одними из ключевых в строительстве [3]. Двойные фасады представляют собой перспективное решение, позволяющее улучшить теплотехнические характеристики зданий [4, 6]. Данная работа отвечает на вопрос: как изменяется термическое сопротивление ограждающих конструкций при использовании двойного фасада?

Двойной фасад – это система, состоящая из двух слоев ограждающих конструкций, разделенных воздушным зазором. Этот зазор играет ключевую роль в изменении теплотехнических характеристик [5].

Рисунок 1. Пример двойного фасада

Двойные фасады классифицируются на вентилируемые и невентилируемые, в зависимости от способа организации воздушного потока в межфасадном пространстве:

· Вентилируемый двойной фасад характеризуется наличием отверстий, обеспечивающих циркуляцию воздуха в зазоре между внешним и внутренним слоями ограждающей конструкции, удаляя избыточное тепло летом и уменьшая теплопотери зимой;

· Невентилируемый двойной фасад, напротив, представляет собой замкнутую систему, в которой циркуляция воздуха в зазоре ограничена или отсутствует. Это способствует снижению теплопотерь в холодное время года и поддержанию стабильной температуры внутри здания [3, 5].

Термическое сопротивление (R, м²·°С/Вт) – способность ограждающей конструкции препятствовать теплопередаче [1]. Высокое значение R указывает на лучшие теплоизоляционные свойства. Формула расчета R для однослойной стены:

где

d – толщина слоя, м;

λ – коэффициент теплопроводности материала (приложение Д, СП 50.13330.2012), Вт/(м·°С).

Применение двойных фасадов увеличивает общее термическое сопротивление ограждающей конструкции по следующим причинам [4, 6]:

· Двойной фасад добавляет к существующей стене дополнительный слой материала (обычно стекло или фасадные панели) с определенным термическим сопротивлением;

· Воздушный зазор между слоями фасадов также обладает своим термическим сопротивлением (R_зазор) – значение R_зазор зависит от его ширины, температуры воздуха, наличия вентиляции и отражающих поверхностей и определяется согласно СП 50.13330.2012. В невентилируемых фасадах зазор действует как дополнительный слой теплоизоляции. В вентилируемых – R_зазор может изменяться в зависимости от направления и скорости воздушного потока.

· Такая конструкция может способствовать снижению тепловых мостов в конструкции здания (тепловой мост (мостик холода) – это участок конструкции здания, через который происходит значительная теплопередача, превышающая общий коэффициент теплопроводности, особенно в местах соединения стен с окнами или другими элементами). Двойной фасад перекрывает эти участки и создает дополнительный слой теплоизоляции.

· Он позволяет контролировать солнечную радиацию, что влияет на температуру поверхности стены и, следовательно, на теплопередачу.

Рассмотрим упрощенный пример расчета термического сопротивления для двойного фасада для жилого здания, расположенного в г. Москва. В качестве примера принята конструкция, состоящая из трех слоев: существующей стены, воздушного зазора и внешней стеклянной панели.

Исходная стена имеет R = 2,5 м²·°С/Вт, которое соответствует требованиям СП 50.13330.2012 для жилых зданий в Московской области. Такая стена обеспечивает достаточную теплоизоляцию для поддержания комфортной температуры внутри помещения в зимний период.

Стеклянная панель имеет следующие характеристики: толщина d составляет 0,006 м, коэффициент теплопроводности λ – 1 Вт/(м·°С). Используя ранее приведенную формулу для расчета термического сопротивления однослойной стены, получаем:

Термическое сопротивление стекла относительно невелико по сравнению с другими материалами.

Воздушный зазор между стеной и стеклянной панелью имеет ширину 0,2 м. В данном примере примем значение R_зазор равным 0,18 м²·°С/Вт. Для более точного расчета Rзазор необходимо учитывать конвективный и радиационный теплообмен в зазоре [5].

Общее термическое сопротивление конструкции двойного фасада рассчитывается как сумма термических сопротивлений каждого слоя:

R_общ = R_стена + R_стекло + R_зазор = 2,5 + 0,006 + 0,18 = 2,686 м²·°С/Вт.

Сравнивая полученное значение общего термического сопротивления (2,686 м²·°С/Вт) с термическим сопротивлением исходной стены (2,5 м²·°С/Вт), можно сделать вывод, что добавление двойного фасада увеличило общее термическое сопротивление конструкции примерно на 7,4%. Это означает, что теплопотери через ограждающую конструкцию снизятся на 7,4%.

Использование двойного фасада эффективно в зданиях с большой площадью остекления, а также в регионах с экстремальными климатическими условиями [6]. Также важно учитывать ориентацию здания по сторонам света при проектировании, чтобы оптимизировать его теплотехнические характеристики.

Выдающимся и узнаваемым примеров двойного фасада является общественно-деловой комплекс «Лахта-центра» в г. Санкт-Петербург [6].

Рисунок 2. Комплекс «Лахта-центр», г. Санкт-Петербург

Здание расположено в регионе с продолжительным отопительным периодом (ГСОП ≈ 4800 °C·сут, по данным СП 131.13330.2018 «Строительная климатология»), поэтому применение такой ограждающей конструкции должно обеспечить минимальные теплопотери и комфортный микроклимат внутри. Предположительно (информация основана на общедоступных данных и предположениях о технических решениях «Лахта-центра»), ключевыми элементами конструкции являются: высокоэффективное остекление (использование низкоэмиссионных стекол для снижения потерь тепла за счет излучения), рассчитанный по нормам воздушный зазор и регулируемая вентиляция в нем [6]. Пример демонстрирует, что двойной фасад – это не просто архитектурное решение, но и сложная инженерная система, требующая тщательного проектирования и расчета [4, 5]. Также стоит отметить, что Лахта-центр относится к зданиям премиального класса. То есть данная конструкция нуждается в больших капитальных вложениях.

Таким образом, двойные фасады являются эффективным средством повышения термического сопротивления ограждающих конструкций зданий [4, 6]. Их использование позволяет снизить теплопотери зимой, предотвратить перегрев летом и улучшить тепловой комфорт в помещениях. Учитывая результаты расчета, применение двойного фасада увеличивает общее термическое сопротивление конструкции за счет добавления дополнительных слоев и создания воздушного зазора. Эффективность такой ограждающей конструкции зависит от его типа (вентилируемый или невентилируемый), ширины воздушного зазора, материалов, и климатических условий. Возможным недостатком можно считать значительные затраты на возведение конструкции.

Список литературы:

1. Тепловая защита зданий : СП 50.13330.2012. – Введ. 2013-01-01. – Москва : Минрегион России, 2012. – 88 с.
2. Строительная климатология : СП 131.13330.2018. – Введ. 2019-06-04. – Москва : Минстрой России, 2018. – 113 с.
3. Баранов, Б. И. Энергоэффективные фасады зданий / Б. И. Баранов. – Москва : [б. и.], 2010. – 150 с.
4. Наумов, В. В. Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций с двойными фасадами / В. В. Наумов // Строительные материалы. – 2015. – № 5. – С. 45-49.
5. Богословский, В. Н. Справочник проектировщика. Отопление, вентиляция и кондиционирование / В. Н. Богословский. – Москва : Стройиздат, 1990. – 688 с.
6. Васильева И.Л., Немова Д.В., Ватин Н.И. Внедрение двойных стеклянных фасадов на территории Российской Федерации // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2019. № 9(84). С. 51-62. DOI: 10.18720/CUBS.84.4.