Тепловлажностный расчет фасадных систем с воздушным зазором

1) Определяется условное сопротивление паропроницанию в стыковых щелях по формуле:

 ,м2 · ч · Па/мг    (26)

где ηш = 6,5, г/ м · ч · мм рт. ст;

Σξш - местные сопротивления проходу воздуха;

δэ - толщина экрана, м.

2) Определяется сопротивление паропроницанию панелей по глади по формуле:

, м2 · ч · Па/мг  (27)

где μэ - коэффициент паропроницаемости панели по СНиП 23-02 [4], мг/ м · ч · мм рт. ст.

3) Определяется приведенное условное сопротивление паропроницанию панелей с учетом щелей Rνрпр по формуле

 мг/м²·ч·Па  (28)

где ΣF - суммарная расчетная площадь панели (как правило принимается на 1 м2);

Fгл - площадь панели без щелей, м2;

F′ - площадь щелей, через которые поступает воздух. Как правило площадь выходных щелей в верхней части панели не учитывается, м2;

Rνр и R′νр – то же что и в формулах (26), (27).

4. Пример теплотехнического расчета наружных стен с вентилируемой воздушной прослойкой

Климатические параметры района строительства принимаются по ТСН 23-301-97[12] для г. Н Новгорода.

Для жилых, административных и промышленных зданий климатические параметры имеют следующие значения:

- средняя температура наиболее холодной пятидневки text = -31°C;

- средняя температура отопительного периода tht = -4,1°C;

- продолжительность отопительного периода zht =215 сут.

Для детских и лечебных учреждений климатические параметры имеют следующие значения:

- средняя температура наиболее холодной пятидневки text = -31°C;

- средняя температура отопительного периода tht = -3,2°C;

- продолжительность отопительного периода zht =231 сут.

4.1. Краткая характеристика объекта и нормативные требования

Для расчета принято многоэтажное (6-ти этажное) жилое здание, расположенное в г. Н.Новгород.

Наружные стены двух вариантов: с внутренним слоем из монолитного железобетона γo = 2500 кг/м3, толщиной 0,18 м (λБ = 2,04 Вт/м °С) и кирпича, толщиной 0,51 м (λБ = 0,87 Вт/м °С).

Снаружи конструктивного слоя располагается утеплитель - базальтовая минвата «ROCKWOOL» толщиной, определяемой расчетом с λ = 0,045 Вт/м·°С, покрытая паропроницаемой влаговетрозащитной пленкой «TYVEK». На наружную сторону стены монтируется несущий каркас, состоящий из алюминиевых кронштейнов и линейных вертикальных направляющих, на которые навешивается экран - облицовочный слой из кассетных панелей. Кассетные панели шириной 0,6 и высотой 1,2 м выполнены из композитного листового материала «Alucobond» толщиной 4 мм. Кассетные панели, укрепленные на несущем каркасе, установлены с воздушным зазором относительно слоя утеплителя 60 мм. В нижней части экрана (у цоколя) устраивается приточное входное щелевое отверстие, а в верхней части (у карниза) - вытяжное выходное щелевое отверстие. Кроме того, обмен воздуха происходит через зазоры горизонтальных стыков отдельных кассетных панелей. Толщины утеплителя и воздушного зазора определяются соответствующими расчетами.

Требования к теплотехническим характеристикам конструкций содержатся в СНиП 23-02 [4].

Требования к сопротивлению теплопередаче конструкций приведены в [4], исходя из санитарно-гигиенических, комфортных условий и условий энергосбережения.

На основе [4] и [12] составлена таблица 3 исходных расчетных данных, где представлены требуемые сопротивления теплопередаче наружных стен жилых домов.

Таблица 3.

Значения нормативных требований к наружным ограждениям жилых зданий

4.2. Расчет толщины теплоизоляции

Толщина теплоизоляции «ROCKWOOL» типа «Венти-Баттс» кирпичной (рис. 4.2.1) стены для г. Н.Новгород равна:

, м

где 3,07 - приведенное сопротивление теплопередаче стен жилого дома для г. Н.Новгорода, м²·ºС/Вт;

0,702 - коэффициент теплотехнической однородности, см. табл. 1 (при проемности 25 %);

0,10 - термическое сопротивление вентилируемой воздушной прослойки условно принимаем равным 3% от приведенного сопротивления теплопередаче, м²·ºС/Вт;

0,001 – толщина паропроницаемой влаговетрозащитной пленки «TYVEK»,м.

0,045 - коэффициент теплопроводности «ROCKWOOL» типа «Венти-Баттс», Вт/м °С .

Принимаем толщину утеплителя «ROCKWOOL» типа «Венти-Баттс» равной 160 мм.

Сопротивление теплопередаче по глади кирпичной наружной стены при толщине утеплителя «ROCKWOOL» типа «Венти-Баттс» 0,16 м:

, м2 · °C/Вт

Приведенное фактическое сопротивление теплопередаче:

Roфакт = 4,446 · 0,702 = 3,12, м2 · °С/Вт

Толщина теплоизоляции из базальтовой минваты для бетонной стены для г. Н.Новгорода:

, м

где r = 0,83 в соответствии с табл. 2 (при проемности 25 %).

Сопротивление теплопередаче по глади наружной бетонной стены условное:

, м2 · °C/Вт.

1 – штукатурный известково-песчанный раствор;

2 - кирпичная кладка;

3 - минеральная вата;

4 - панель экрана;

5 - воздушная прослойка;

6 - зона возможной конденсации.

Рис. 4.2.1. Схема наружной стены для расчета влажностного режима.

Приведенное сопротивление теплопередаче:

Roфакт = 3,702 · 0,83 = 3,07 м2 · °С/Вт.

Толщина утеплителя может быть скорректирована в соответствии с номенклатурой выпускаемых изделий, что не повлияет на правомочность полученных расчетов и выводов.

4.3. Расчет влажностного режима бетонных стен

Выполняется расчет влажностного режима бетонных наружных стен с экраном по СНиП 23-02 [4] по глухой части без учета стыковых швов для г. Н.Новгорода.

Влажностный режим наружных стен характеризуется процессами влагонакопления, зависящими от ряда внешних факторов и физических характеристик, от сопротивления паропроницанию конструкции. Расчетное сопротивление паропроницанию Rνр, м2 · ч · Па/мг (до плоскости возможной конденсации) должно быть не менее большего из требуемых сопротивлений паропроницанию Rνр1req, из условия недопустимости накопления влаги за год эксплуатации и Rνр2req из условия ограничения накопления влаги в конструкции за период с отрицательным среднемесячными температурами.

Расчет ведется с учетом того, что плоскость возможной конденсации располагается на внешней границе утеплителя.

В период эксплуатации в зимних условиях температура внутреннего воздуха tint = 18 °С, а относительная влажность φ = 55 %.

Расчетное сопротивление паропроницанию наружной стены до плоскости возможной конденсации Rνр, м2 · ч · Па/мг:

, м2 · ч · Па/мг

Расчетное сопротивление паропроницанию части ограждающей конструкции, Rνр, м2 · ч · Па/мг, расположенной между наружной поверхностью и плоскостью возможной конденсации равно:

, м2 · ч · Па/мг

На экране с внутренней стороны конструкции стены по глухой части экрана в случае отсутствия или малого движения воздуха будет образовываться конденсат. Количественно в первом приближении это можно проиллюстрировать табл. 4, где показано влагонакопление в годовом цикле стены, с экраном, имеющим коэффициент паропроницаемости по глади μ = 0,008 мг/м · ч · Па (получено в натурных условиях [15]).

Из табл. 4 видно - за годовой цикл во всех месяцах упругость водяного пара eτ больше максимальной упругости водяного пара Еτ, а потому происходит постоянное влагонакопление в прослойке у экрана, в отдалении от горизонтальных швов при отсутствии движения воздуха в прослойке. Поскольку в районе горизонтальных швов распределение влаги иное, как и при движении воздуха, далее в расчетах учитываются эти обстоятельства.

Следующим этапом расчета является учет стыковых швов-зазоров в соответствии со специально разработанной методикой влажностного расчета для вентилируемых фасадов [14] ( в нашем случае кассетные панели экрана 1,2 × 0,6 м).

Условное сопротивление паропроницанию зазоров в горизонтальных приточных отверстиях экранов по формуле (26):

 , м2 · ч · мм рт. ст/г (0,000037 м2 · ч · Па/мг)

где: 0,004 м - толщина экрана.

Следующим этапом расчетов является учет воздухозаборных и воздуховыводящих отверстий приведенной площадью S = 0,03 м2 на п.м экрана, а на 18 м высоты 6-ти этажного жилого здания - 0,00166 м2.

Таблица 4.

Распределение влажности в кирпичной стене толщиной δ = 0,51 м, с утеплением минватой и панелью «Полиалпан», воздушной прослойкой (по глади μ = 0,008 мг/м ·ч · Па, 0,001 г/м ч мм рт. ст.)

Сопротивление паропроницанию по глади считается бесконечно большой величиной тогда формула (28) примет вид:

, м2 · ч · мм рт. ст/г (0,0225 м2 · ч · Па/мг)

где: 0,00166 - приведенная площадь приточных отверстий, м².

Расчетное сопротивление паропроницанию части ограждающей конструкции Rνр, расположенной между наружной поверхностью и плоскостью возможной конденсации: Rνр = 0,0225 м2 · ч · Па/мг (0,168 м2 · ч · мм рт. ст./г).

Нормируемое сопротивление паропроницанию Rνр1req, м2 .ч ·Па/мг из условия недопустимости накопления влаги за год эксплуатации СНиП 23-02[4]:

, м2 .ч ·Па/мг

Нормируемое сопротивление паропроницанию Rνр2req, м2 .ч ·Па/мг из условия ограничения влаги в наружной стеновой панели за период с отрицательными температурами наружного воздуха:

, м2 · ч · Па/мг

Поскольку Rνр1req и Rνр2req < Rνр = 6,533 м2 · ч · Па/мг, влажностный режим в зоне швов системы для г. Н Новгорода удовлетворяет требованиям норм строительной теплотехники при расчете по СНиП 23-02 [4] для бетонной стены.

4.4. Определение скорости движения воздуха и упругости водяного пара на выходе из прослойки

Определяется скорость движения воздуха в прослойке при температуре наружного воздуха минус -31 °С. Расчет проводится по формулам (15 ÷ 16) при расстоянии между приточными и вытяжными отверстиями h = 18 м.

Температура входящего в прослойку воздуха по формуле (18):

τо = -31 · 0,95 = -29,45, °С

Определяем расход воздуха в прослойке по формуле (17): при толщине прослойки 0,06 м в соответствии с ТСН 31-301-97 [12] по формуле (15):

, м/с

Vпр = 0,49 - 0,49 · 0,07 = 0,46, м/с

Расход воздуха в прослойке составит

W = 0,46 ·3600 · 0,06·1,45 = 144, кг/п.м·ч

где 0,07 - коэффициент, учитывающий трение.

Примечание:

В действительности средняя температура воздуха в прослойке будет выше, а скорость и расход воздуха больше, что идет в запас. Данная скорость и расход воздуха характерны в районе приточных и вытяжных отверстий.

Упругость водяного пара на выходе из прослойки еу при начальной упругости, соответствующей температуре наиболее холодной пятидневке text = -31ºC, ео = еext ·0,95= 34·0,95=32,3 Па

, Па

где:  ; , мг/ м2 · ч · Па

Мint + Мext = 44,593, мг/ м2 · ч · Па

Мint · еint + Мext · еext = 0,153 · 1135+ 44,44 ·34 = 1685, мг/ м2 · ч · Па

еу меньше максимальной упругости водяного пара Е, равной 39,1 Па, следовательно, принятые параметры конструкции удовлетворительные.

Далее выполнен расчет влажностного режима наружной кирпичной стены с экраном, имеющей несколько худшие влажностные характеристики с точки зрения влагонакопления у экрана за счет большей паропроницаемости, кирпичной стены по сравнению с бетонной (рис. 4.2.1).

Без учета горизонтальных швов, т.е. по глухой части экрана при отсутствии движения воздуха будет образовываться конденсат, см. выше.