Пример теплотехнического расчета вентилируемого фасада: Расчет вентилируемого фасада: виды, примеры и проекты

Армирование шва кладки

${name}

  Телефон: ${phone}

(СП 50.13330.2012, т.3)

(СП 50.13330.2012, т.3)

(по СП 50. 13330.2012, т.4)

(по СП 50.13330.2012, т.5)

(по СП 50.13330.2012, т.6)

(по ГОСТ 30494-2011)

(по ГОСТ 30494-2011, СП 131. 13330.2020 т.3.1)

(СП 50.13330.2012 т.1)

(СП 50.13330.2012 т.2)

СП 50. 13330.2012 ф.5.3)

${layer.funcLabel.toUpperCase()}

Расчёт ориентировочного термического сопротивления утеплителя

Расчёт ориентировочной толщины слоя утеплителя из условия:

Санитарно-гигиеническое требование

Расчётный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции:

Температуру внутренней поверхности – Tв, °С, ограждающей конструкции (без теплопроводного включения), следует определять по формуле:

График распределения температур в сечении конструкции

Температуру t_x, °С, ограждающей конструкции в плоскости, соответствующей границе слоя x, следует определять по формуле:

где: x – номер слоя, x=0 – это внутреннее пространство, R_i – сопротивление теплопередачи слоя с номером i, в направлении от внутреннего пространства.

Определение плоскости максимального увлажнения (конденсации)

Выбор теплоизоляционных материалов для навесных вентилируемых фасадов

Большое количество публикаций, круглых столов, конференций, посвященных теплоизоляционным материалам и теплоизолированным конструкциям, существенно укрепили идеи энергосбережения как в сознании российских граждан вообще, так и в сознании участников строительного сообщества. Сегодня трудно себе представить, что, например, стена вновь возводимого здания вообще не содержит теплоизоляционных слоев. Вместе с тем, рекламная направленность многих публикаций, нечеткие, часто противоречивые, а иногда и ложные представления о теплотехнических свойствах теплоизолированных конструкций, внесли определенную путаницу в процесс конструирования последних с точки зрения оценки рациональности принимаемых решений.

Целью настоящей статьи является попытка предложить алгоритм рационального выбора теплоизоляционного материала при проектировании конструкции навесного вентилируемого фасада. Алгоритм базируется на трех основных положениях: критерии эффективности конструкции, критерии для выбора утеплителя и оценка экономической эффективности принятого решения.

Критерии эффективности конструкции

Очень часто, говоря об эффективности конструкции, имеют в виду только стоимостной аспект понятия. Однако, кроме стоимости, в понятие эффективности любой строительной конструкции или сооружения входят и другие, не менее важные аспекты. В общем виде определение эффективности можно сформулировать так: конструктивное решение эффективно при достижении:

• заданного уровня конструктивного качества. В это понятие входят, например, несущая способность, жесткость, устойчивость, теплозащитные свойства и т.д.
• заданной долговечности и надежности, т. е. сохранении заданного уровня качества в течение заданного времени при условии периодического обслуживания или без него.
• минимальных издержек по возведению конструкции или здания в целом. Очевидно, что издержки (в основном) определяются стоимостью материалов и работ.

Современный уровень качества ограждающей конструкции определяется ее теплозащитными свойствами при условии обеспечения заданной долговечности и надежности. Действительно, обеспечить прочность и устойчивость стены в течение длительного промежутка времени не сложно. Например, построив ее в 1½ кирпича. Другое дело, насколько эффективно она будет защищать от отрицательных температур, например, в Новосибирске?

В период осознания на государственном уровне значимости вопросов энергосбережения именно теплозащитные свойства строительных конструкций выходят на первый план при определении понятия их качества.

Критерии для эффективного выбора утеплителя

Главная задача теплоизоляционного слоя – обеспечение заданных теплозащитных свойств конструкции в течение заданного времени при заданных условиях эксплуатации. Отсюда и главная характеристика теплоизоляционных материалов – коэффициент теплопроводности. Однако, только сравнения этих коэффициентов для различных утеплителей явно недостаточно.

Выбор утеплителей проводится на основе сравнительного анализа показателей свойств, значимых для данной конструкции. Свойство утеплителя является критерием для сравнения, если при решении задачи обеспечения заданного уровня теплозащиты и надежности конструкции есть четкое представление о влиянии этого свойства на конечное качество конструкции или технологию производства работ, т.е. имеется количественная методика.

Самый простой пример – величина коэффициента теплопроводности. Чем он выше, тем большая толщина слоя утеплителя необходима в конструкции для достижения заданного уровня приведенного сопротивления теплопередаче. Другой пример –  коэффициент паропроницаемости, который входит в расчет влажностного режима любой конструкции. Важен и такой параметр как воздухопроницаемость материала. Правда, стоит отметить, что на сегодняшний день в России отсутствует общепринятая методика учета воздухопроницаемости волокнистых утеплителей в конструкции вентилируемого фасада. Существенным является сочетание различных свойств в одном материале. Например, при устройстве конструкции вентилируемого фасада утеплитель должен обладать хорошими показателями по паропроницаемости и малым весом. Этим критериям соответствуют экологически безопасные изделия из стеклянного штапельного волокна URSA GEO.

Кроме того, при устройстве конструкции с вентилируемым зазором материал должен как можно плотнее примыкать к несущей стене, обходя возможные неровности поверхности, пилястры и эркеры сложной формы без образования щелей между утеплителем и стеной. Реализовать эту задачу позволяют такие механические характеристики как упругость, сжимаемость и гибкость теплоизоляционного материала. Очевидно, что по этим показателям утеплители из упругого штапельного стекловолокна обладают преимуществом перед более жесткими плитами. Также утеплитель в подобной конструкции должен сопротивляться отрыву слоев и обладать необходимой прочностью для крепления в конструкции.

Для наилучшего соответствия комплексу требований к теплоизоляции в навесных вентилируемых фасадах производители предлагают двухслойные решения. Например, в качестве внутреннего слоя теплоизоляции используется мягкий и упругий слой URSA GEO П-20; в качестве наружного слоя – более плотный продукт URSA GEO ФАСАД со специальным кашированием стеклохолстом повышенной прочности.

Специальный продукт URSA GEO ФАСАД производится в виде плит, удобен в монтаже, имеет отличные теплоизоляционные характеристики, а также высокую формостабильность. Материал оклеен (каширован) черным стеклохолстом повышенной плотности, благодаря чему не требует установки дополнительной ветрозащиты и более устойчив к неблагоприятным воздействиям среды, которым утеплитель подвергается во время монтажа до закрытия его облицовкой фасада.

Двухслойное решение позволяет получить дополнительный экономический эффект. Основная толщина теплоизоляционного слоя содержит более легкий, а значит менее дорогой продукт, и только в качестве наружного слоя используется более плотная плита с ветрозащитным покрытием. В результате получается конструкция с внутренним слоем, который надежно примыкает к поверхности стены без образования полостей и разрывов. Этот слой гарантирует защиту от проникновения холодного воздуха, а наружный слой обладает большей прочностью и менее требователен к качеству монтажа.

Одним из важных критериев выбора теплоизоляционных материалов для навесных вентилируемых фасадов является показатель прочности материала.

В точке крепления утеплителя возникают растягивающие усилия от собственного веса, направленные параллельно плоскости плиты (рис. 1). Величина растягивающего усилия зависит от плотности утеплителя, толщины слоя и количества точек закрепления на 1 кв. м. Данная величина не должна превышать прочности материала на растяжение. Результаты, полученные при определении прочности на разрыв в плоскости плиты, позволяют утверждать, что принятая схема крепления теплоизоляции с установкой 5 анкеров на плиту гарантирует надежность положения плит URSA GEO П-20, П-30 и ФАСАД в конструкции, т. к. в этом случае обеспечивается практически десятикратный запас по прочности.

Рис. 1

Сжимающие усилия в теплоизоляционном слое, как правило, возникают в результате неправильного выбора или нарушения технологии установки крепежных элементов и приводят к локальным деформациям утеплителя (рис. 2). Соответственно, происходит локальное уменьшение толщины утеплителя, а значит, фактическое значение сопротивления теплопередаче такой конструкции может отличаться от заданного в проекте. Утеплители с высокой сжимаемостью легко деформируются, и говорить о величине их прочности на сжатие не приходится. В жестких утеплителях величина сжимающих усилий не должна превышать их прочности на сдвиг, которую можно уровнять с прочностью на сжатие, традиционно определяемой для жестких утеплителей. Решение проблемы локального сжатия утеплителя находится в правильном подборе типа анкера в зависимости от толщины теплоизоляции и материала стены. Не менее важно соблюдение технологии монтажа, рекомендуемой производителями анкеров.

Рис. 2

Усилия от изгибающих моментов в утеплителе, возникающие при эксплуатации, зависят от формы утепляемой поверхности и способа закрепления теплоизоляции. Эти усилия не должны превышать предел прочности утеплителя на растяжение. Для теплоизоляционных материалов из стекловолокна это предел прочности на растяжение вдоль волокон. Кроме того, в утеплителях, имеющих высокую гибкость, не возникает значительных растягивающих напряжений, и по этой причине их применение наиболее предпочтительно в случае криволинейной поверхности стены (рис. 3).

Рис. 3

Критериями надежности утеплителей являются показатели свойств, определяющие надежность всей конструкции по сохранению теплозащитных свойств в условиях эксплуатации в течение заданного времени. Для теплоизоляционных слоев всех без исключения конструкций крайне важно сохранение сплошности слоя. Не менее важно и сохранение первоначальной толщины в течение всего срока службы конструкции. К сожалению, никто из производителей теплоизоляционных материалов пока не декларирует таких показателей, как стабильность размеров и формы при заданной влажности и температуре. Отчасти потому, что советские ГОСТы на теплоизоляцию не содержали таких требований. В настоящее время национальный стандарт на определение этих показателей готовит Ассоциация «Росизол».

Применительно к классификации свойств теплоизоляционных материалов целесообразно ввести следующие определения:

• эксплуатационные свойства – свойства, определяющие долговечность и надежность теплозащитных свойств конструкции
• конструктивные свойства – свойства, определяющие материалоемкость для обеспечения заданного уровня теплозащитных свойств
• технологические свойства – свойства, определяющие временные издержки при производстве работ по обеспечению заданного уровня теплозащитных свойств

Ориентироваться в такой системе координат достаточно просто, а самое главное, что она позволяет проводить корректное сравнение различных теплоизоляционных изделий при обосновании эффективности конструкции.

В приведенной таблице 1 представлены свойства теплоизоляционных материалов, необходимые при обосновании выбора изделий для наружного утепления стены с навесным фасадом и вентилируемым воздушным зазором.

Таблица 1. Необходимые свойства теплоизоляционных материалов, применяемых в конструкции навесного вентилируемого фасада

Использование приведенного выше алгоритма при проектировании ограждающих конструкций, безусловно, способствует повышению качества этих конструкций и ведет к снижению издержек при их строительстве и эксплуатации. Предложенный критерий эффективности конструкции позволяет простым и понятным способом сравнивать различные варианты конструктивных решений, содержащие различные современные теплоизоляционные изделия.

Зданий | Бесплатный полнотекстовый | Оценка точечной теплопередачи различных типов систем крепления облицовки вентилируемого фасада на основе метода конечных элементов

1. Введение

Система вентилируемого фасада является популярной системой облицовки для снижения энергопотребления в недавно построенных офисных зданиях или реконструируемых зданиях. Благодаря своей конструкции он защищает и сохраняет стены и теплоизоляцию здания сухими, а также снижает теплопередачу стен, тем самым обеспечивая более длительный срок службы установки. Поскольку облицовка крепится к стене с помощью кронштейнов, можно избежать трещин в облицовке, вызванных движением здания. Благодаря принципу «масса-пружина-масса» он обладает выгодными звукоизоляционными свойствами и изготовлен по сухой технологии, поэтому может возводиться круглый год и требует минимального обслуживания [1,2]. Наиболее важным показателем ограждающих конструкций при расчете энергоэффективности является ее коэффициент теплопередачи, который необходимо корректировать из-за различных неоднородностей и тепловых мостов. В случае облицовки вентилируемого фасада точечные тепловые мосты, которые необходимо учитывать в пределах коэффициента теплопередачи ограждающей конструкции, возникают из-за элементов системы крепления, а именно скоб, которые прокалывают теплоизоляцию, а также анкеров и дюбелей, удерживающих кронштейны.

Как упоминалось выше, одна из первых попыток рассмотреть потери тепла, вызванные креплениями, была опубликована в 1984 году [3]. Позже, в 2006 г., BREE опубликовал руководство [4] по расчету коэффициента теплопередачи, включая влияние облицовки вентилируемого фасада в качестве непроизводной рекомендации, в случае, если невозможно определить коэффициент теплопередачи с помощью численного моделирования. В настоящее время стандарты не содержат каких-либо текущих рекомендаций по учету тепловых эффектов крепежных изделий, за исключением моделирования методом конечных элементов или эмпирического моделирования, поэтому несколько специалистов пытались разработать каталоги тепловых мостов [5] и упрощенные методы расчета [6].

Анализируя доступную научную литературу по теме, большая часть изучаемой литературы сходится во мнении, что пренебрежение точечными тепловыми мостами, вызванными крепежными элементами, может привести к существенной разнице от 5 до 30% в расчете тепловых потерь в исследуемом здании. . Хорошим примером является исследование García et al. [7], в которой были рассмотрены результаты расчетов на основе эмпирических, численных и экспериментальных методов в реальных условиях, в различных конфигурациях фасадов. Исследования подтвердили, что результаты, полученные упрощенным методом, существенно отличаются от результатов экспериментальных измерений в горячем боксе, особенно при использовании кронштейнов с высокой теплопроводностью. Исследование Levinskytė et al. [8] пришли к выводу, что использование упрощенного метода может ввести в заблуждение при взгляде на результаты, поскольку если в случае кронштейнов с низкой теплопроводностью мы получаем результаты, рассчитанные по результатам численного моделирования, с разницей всего в 3,6 %, то в в случае кронштейнов с более высокой теплопроводностью эта разница составляет от 70 до 130,4%. Они также рассмотрели разницу между результатами эмпирических и численных методов расчета. Они сказали, что во всех случаях эмпирический метод расчета по ISO 6946 [9] показал гораздо более высокие значения коэффициента теплопередачи, чем метод по ISO 10211 [10] с использованием программного обеспечения для трехмерного моделирования.

В большинстве ранее опубликованных исследований изучалось влияние брекетов из нержавеющей стали, стали и алюминия [8,11] на точечные коэффициенты теплопередачи, но в [12] они также касались перфорированных брекетов. Были также исследованы брекеты, армированные стекловолокном [8]. Также создан каталог брекетов из углеродистой стали и «термо» из полимерного композиционного материала [13]. Упомянутые выше исследования показали, что выбор кронштейна с соответствующей теплопроводностью, например, из нержавеющей стали или стального композита, может значительно снизить рассчитанные для конструкции значения U до 40%. В случае алюминиевых кронштейнов [14] испытания показали, что увеличение теплопроводности материала несущего слоя и толщины теплоизоляционного слоя может увеличить коэффициент теплопередачи всей стены до 35 %, т. к. в результате действия точечного теплового моста. Hilti [15], один из крупнейших европейских производителей кронштейнов, также использовала численные модели для исследования того, как теплоизоляционные свойства и кронштейны влияют на значение точечной теплопередачи, и создала каталог тепловых мостов для своих систем крепления. Еще одним важным аспектом исследования в большинстве исследований является влияние теплоизоляционных свойств и стены на точечный коэффициент теплопередачи. В основном они рассматривали местные материалы, характерные для страны исследования. Так, основными материалами стен являются бетон, железобетон и каменная кладка, а также исследовались ячеистый бетон [12], красный глиняный кирпич [11] и силикатный блок [16]. Феодосиу и др. [17,18,19] исследовали влияние различных материалов и геометрических свойств на точечный коэффициент теплопередачи брекетов. Они пришли к выводу, что ни теплоизоляция, ни терморазрывы не могут эффективно уменьшить влияние точечных тепловых мостов, создаваемых кронштейнами. В большей части научной литературы рассматривались только кронштейны, а их анкеровка и штифты не учитывались. Тем не менее, в [18] исследовались стальная, пластиковая и химическая анкеровка соответственно, но для сравнения анализировались только стальные и химические анкеровки. В [16] трехмерное численное моделирование использовалось для построения диаграмм распределения температуры стен и теплоизоляции с различными материалами и коэффициентами теплопроводности. Они указали на проблемы тепловых мостов, вызванные скобами и дюбелями. Чтобы уменьшить точечные тепловые мосты, вызванные креплениями, Ingeli et al. [20] запатентовали использование анкеров с пластиковым покрытием, которые могут эффективно уменьшить влияние точечных тепловых мостов и, следовательно, тепловые потери зданий. Однако большинство исследований касаются только степени влияния параметров на величину коэффициента теплопередачи, а сводились лишь к оценке данных, и не было разработано упрощенной методики расчета. Шадаускене и др. [21] попытались разработать упрощенный метод расчета. Однако создаваемая ими система уравнений, определяющая точечный коэффициент теплопередачи, относится только к моделируемым диапазонам и содержит ненезависимые параметры.

Настоящее исследование направлено на создание всеобъемлющего и независимого от производителя каталога тепловых мостов, который можно будет использовать на международном уровне, чтобы помочь специалистам-практикам и ученым рассчитать вентилируемые фасады. Во-первых, были собраны возможные значения различных параметров, необходимых для моделирования. Затем было создано в общей сложности 60 различных параметрических геометрических моделей, чтобы иметь возможность обрабатывать все важные случаи. Были смоделированы и оценены точечные коэффициенты теплопередачи вентилируемых фасадов на разных стенах с использованием различных кронштейнов, терморазрывов, анкеров и дюбелей. Значения были сведены в каталог тепловых мостов, и был разработан упрощенный метод на основе действующих стандартов ISO.

2. Материалы и методы

2.1. Конструкция системы вентилируемого фасада

Общая структура систем облицовки вентилируемого фасада показана на рисунке 1. Материал систем облицовки изменяется в широких масштабах; есть глазурованная керамика, металлические листы, фиброцемент, каменные плиты, композиты и пластиковые плиты. Внешняя кора/слой работает по принципу «зонтик-зонтик» (см. рис. 1). Он защищает стену и теплоизоляцию от солнечного излучения, как зонтик. Он защищает от осадков, как зонт, отсюда и распространенный термин «дождезащитная облицовка» [22]. Внешний слой также включает защиту от внешних механических воздействий и метеорологических нагрузок, таких как ветер. Следующим слоем является открытый вентиляционный зазор, в котором воздух течет снизу вверх за счет «эффекта дымохода», так что зимой натекающий воздух выносит рассеянную влагу из помещений [23]. В то же время летом он выполняет роль теплозащитного экрана, улучшая теплоизоляцию фасада. Для обеспечения этого эффекта и вентиляции рекомендуемая толщина составляет от 3 до 5 см с учетом влагоотводящей способности вентилируемого воздушного канала [24], но это также зависит, в том числе, от условий окружающей среды, типа используемых материалов, высота здания и ширина фасадной стены [25].

Выбор соответствующей толщины воздушного слоя также важен, и им нельзя пренебрегать, так как здесь мы можем компенсировать разницу в допусках на размеры между подпорной стеной и облицовочными плитами. Важно отметить, что из-за дымоходного эффекта необходимо уделять большое внимание противопожарной защите, так как в этих вентилируемых воздушных зазорах огонь может распространяться гораздо быстрее за счет движения воздуха вверх [26]. Поэтому очень важно выбирать негорючую теплоизоляцию. За интенсивно вентилируемым воздушным слоем находится теплоизоляция; в большинстве случаев минеральная вата. Рекомендуется выбирать вариант с более высокой плотностью, чтобы воздух в теплоизоляции оставался спокойным и не начинал течь, ухудшая эффект теплоизоляции [27].

2.2. Параметры и геометрия

Первым шагом к моделированию систем крепления облицовки вентилируемого фасада был сбор их элементов и определение их геометрических и тепловых свойств. Важно отметить, что при моделировании не учитывалось влияние наружной облицовки и вентилируемого воздушного слоя. В данном исследовании исследуется термическое воздействие системы крепления, пронизывающей теплоизоляцию. Исследователи имели дело с воздушными зазорами и экспериментальным и численным моделированием течения воздуха в воздушном зазоре ранее [28,29].,30,31]; однако в этих исследованиях обычно пренебрегают тепловыми эффектами опорных кронштейнов. В этом текущем исследовании мы сосредоточимся на влиянии систем крепления. В ISO 6946 [9] указано, что если воздушная прослойка интенсивно вентилируется, то ее можно исключить из тепловых расчетов со всеми остальными внешними прослойками. Многие ранее упомянутые исследования исключили из своего исследования облицовку и вентилируемый воздушный слой. В указанном стандарте также указано, что коэффициент теплопередачи следует наносить на поверхность теплоизоляции, и его нельзя корректировать из-за торчащих скоб, так как все скобы имеют коэффициент теплопередачи выше 2,5 Вт/(м × К). теплопроводность.

Поэтому при моделировании достаточно учитывать элементы, непосредственно контактирующие с крепежными элементами, такие как стена, штукатурка/раствор, теплоизоляция, кронштейны и дюбели. Поскольку для построения геометрической модели требовалось более 20 независимых параметров, для уменьшения количества комбинаций в качестве входных параметров задавались нижний и верхний пределы, а в некоторых случаях и промежуточное значение. Даже после сбора и уменьшения параметров почти 100 000 возможных комбинаций было бы невозможно обработать; таким образом, геометрия должна была быть разделена на части. Различие проводилось между материалом стены и другими перегородками по наличию терморазрывов/изоляторов, толщине стены и теплоизоляции и количеству дюбелей. Результатом этого процесса стало создание 60 параметризованных геометрических моделей с использованием программного обеспечения для численного моделирования методом конечных элементов Comsol Multiphysics [32], в котором остальные параметры контролировались предустановками. Выбранная численная модель, включающая железобетонную (ЖБ) стену, кронштейн, закрепленный двумя анкерами, и термическое разделение с его упрощениями, показана на рис. 2 в сравнении с имеющейся в продаже системой вентилируемого фасада, содержащей аналогичные элементы.

Пример параметризованной геометрической модели показан на рисунке 2b. Мы выбрали компоненты и материалы для исследования, чтобы они соответствовали наиболее распространенной конфигурации систем крепления на основе [15], и мы использовали верхнюю и нижнюю теплопроводности для представления изменчивости материалов, где это, как ожидается, будет иметь значение. Все модели были созданы для обработки 1 м ² конструкции, чтобы упростить расчеты в дальнейшем и обеспечить возможность полного развития многомерных тепловых потоков во время моделирования; поэтому размер модели не влияет на результаты. Геометрия используемых элементов была упрощена, чтобы ее можно было обрабатывать и создавать сетки во время моделирования методом конечных элементов.

В смоделированных сценариях учитывались следующие параметры, которые перечислены в Таблице 1. Стена построена из кирпичной кладки или железобетона. Кирпичные стены рассматривались толщиной от 25 см до 38 см с использованием различных коэффициентов теплопроводности, доступных в Венгрии, например, 0,07 Вт/(м × К) для представления современного кирпичного блока с теплоизоляцией или 0,72 Вт/(м × К). включать мелкие полнотелые кладочные кирпичи. Ж/б стены имели толщину 15, 20, 25 и 30 см с теплопроводностью 2,0 и 2,5 Вт/(м × К). Кирпичные стены включали внутреннюю штукатурку толщиной 1,5 см и внешнюю штукатурку толщиной 1 см, в то время как стены из железобетона имели только внутреннюю штукатурку толщиной 1,5 см, поскольку она считается воздухонепроницаемой без внешней штукатурки. Теплоизоляция представляла собой минеральную вату толщиной 10, 20 или 30 см с коэффициентом теплопроводности 0,03 Вт/(м × К) или 0,04 Вт/(м × К) — доступным в настоящее время диапазоном теплопроводности минеральной ваты.

Г-образные опорные кронштейны были смоделированы из нержавеющей стали, стали или алюминия. Высота кронштейнов составляла 6 см для малых (неподвижных) и 20 см для больших (раздвижных) кронштейнов. Основание кронштейнов было выбрано равным 6 см для маленького кронштейна и либо 6 см в ширину, либо 10 см для большого кронштейна. Толщина брекетов также была параметризована и варьировалась от 4 мм до 8 мм. Длина кронштейнов изменена в соответствии с шириной теплоизоляции; поэтому тестировались и 10, 20 и 30 см.

Под скобами в некоторых случаях были предусмотрены терморазрывы. При применении термических разрывов материалом был полиамид (ПА) или полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) толщиной 5 мм или 20 мм. Кронштейны крепились к стене с помощью анкеров из нержавеющей стали или стали и дюбелей из полиамида. Для крепления кронштейнов в моделях использовался либо 1 анкер для малого, либо 2 анкера для больших кронштейнов, а также была изменена глубина крепления от 5 см до 15 см, где это применимо.

2.3. Методология численного моделирования

С помощью численного моделирования можно провести детальные расчеты с учетом влияния многомерных тепловых потоков [33]. Согласно [34], в случае оконных установок эффект точечных креплений, таких как кронштейны, сравнивался с 2D- и 3D-моделированием, и был сделан вывод о том, что в случае точечных креплений следует использовать 3D-численное моделирование. Несмотря на то, что существует метод оценки точечного коэффициента теплопередачи с помощью двумерного моделирования [35], в нашем исследовании мы использовали трехмерное численное моделирование для обработки точечного коэффициента теплопередачи крепежных систем.

В рамках данного исследования программа Comsol Multiphysics 5.6 использовалась для решения трехмерных стационарных уравнений теплопроводности для определения точечного коэффициента теплопередачи с учетом влияния точечных тепловых мостов. Методика расчета, граничные условия и требуемая точность для твердых тел указаны в ISO 10211 [10]. Уравнение в частных производных стационарной теплопроводности имеет следующий вид:

Граничные условия задаются с помощью уравнений (2) и (3):

где в уравнении (2) hci — коэффициент теплоотдачи внутренней конвективной поверхности (2,5 Вт/(м ² × K)), ε — длинноволновая излучательная способность поверхности (0,9), σ — постоянная Стефана–Больцмана ( 5,67 × 10 ⁻⁸ Вт/(м ² × K ⁴ )) и Tm,i — средняя термодинамическая температура внутренней поверхности и ее окружения, установленная равной 293,15 К по МСЗ 24140 [36]. В уравнении (3) hce=4+4·v, где v — скорость ветра в [м/с] согласно [9].]. Скоростью ветра пренебрегали, так как облицовка защищает поверхность теплоизоляции от ветровых нагрузок. Tm,e — средняя термодинамическая температура внешней поверхности и ее окружения в Кельвинах, равная 268,15 К согласно [36].

Тест на независимость сетки для одной из самых сложных геометрически построенных моделей (см. рис. 2b) был создан для выбора наиболее подходящей плотности сетки конечных элементов с точки зрения точности результатов и времени выполнения. Эта модель содержала большой кронштейн с терморазрывом и крепилась двумя анкерами. В основу расчета погрешности легло значение точечного коэффициента теплопередачи, полученное путем применения существующей сетки с наибольшей плотностью. Поскольку автоматическую сетку можно задать вручную в программном обеспечении Comsol Multiphysics, для кронштейнов, дюбелей и терморазрывов была выбрана сетка с повышенной плотностью, а затем были смоделированы однородные элементы, такие как стена, теплоизоляция и штукатурка. Создание сетки и моделирование выполнялись на рабочей станции, включающей процессор AMD Ryzen Threadripper 29.ЦП 50X (Advanced Micro Devices, Inc., Санта-Клара, США), 128 ГБ оперативной памяти DDR4 (ADATA Technology Co., Ltd., Тайвань), графический процессор Nvidia Quadro RTX 4000 (NVIDIA Corporate, США) и 2 ТБ m.2 SSD (ADATA Technology Co. , Ltd., Тайвань). Статистика сетки представлена ​​в таблице 2 для случаев автоматического создания сетки.

Мы также создали управляемую пользователем сетку на основе автоматизированной. Однако мы увеличили плотность сетки только для компонентов системы крепления, например, кронштейнов, терморазрывов, анкеров и дюбелей. Таблица 3 показывает, что сетка, управляемая пользователем, была выполнена с той же ошибкой, что и автоматизированная сетка с более точными настройками. Программное обеспечение даже создало такое же количество элементов и степень свободы (DoF). Однако эта настройка сетки привела к тому, что время построения сетки составило 26 с вместо 33 с. Поскольку мы выполнили тысячи прогонов, мы предпочли создание сетки под управлением пользователя, чтобы сэкономить время вычислений при построении сетки.

2.4. Расчет коэффициентов теплопередачи в точке

Согласно венгерскому постановлению TNM 7/2006 [33], при исследовании коэффициента U стены необходимо учитывать влияние механических креплений на основе приведенного ниже уравнения во время подробных расчетов, в соответствии с ИСО 6946 [9]:

где Rse — поверхностное сопротивление внешней поверхности ((м ² × К)/Вт), Rsi — сопротивление внутренней поверхности ((м ² × К)/Вт), di — толщина композиционного слоя (м), λi – теплопроводность композиционного слоя (Вт/(м × К)), ΔUf – поправочный коэффициент механических креплений (Вт/(м ² × K)), ΔUg — поправочный коэффициент зазоров стыков (Вт/(м ² × K)), ΔUr — поправочный коэффициент обратнослойных плоских крыш (Вт/(м ² × K)), nk — количество точечных тепловых мостов (1/м ² ), а χk — значение точечного коэффициента теплопередачи (Вт/К), учитываемое для других видов точечных тепловых мостов (например, стяжек, кронштейнов, и т. д.).

В данном исследовании мы исследовали термический эффект крепежных элементов облицовки фасада. Поэтому мы разобрались с поправочным коэффициентом на механическое крепление скоб. Это важно, поскольку ISO 6946 Приложение F [9] содержит упрощенный расчет ΔUf только в случае механических креплений цилиндрической формы при креплении теплоизоляции и не касается точечных тепловых мостов, возникающих из-за анкеров кронштейнов или Г-образных кронштейнов. , которые имеют очень разную геометрию [8].

Если мы хотим учесть точечные тепловые мосты для потерь при передаче в наших расчетах, отличных от цилиндрических крепежных деталей, то при отсутствии упрощенного метода расчета мы должны использовать численное моделирование, как было представлено ранее. Поведение точечных тепловых мостов можно описать точечным коэффициентом теплопередачи χ (Вт/К), который в данном случае показывает, какой дополнительный тепловой поток (Вт) вызывается частью крепежного элемента в результате единичной температуры. разница (1/К).

Его расчет основан на разнице между тепловыми потоками, рассчитанными для всего 3D-элемента при численном моделировании, и тепловыми потоками, полученными при пренебрежении точечными тепловыми мостиками:

где χ — точечный коэффициент теплопередачи (Вт/К), L3D — коэффициент теплового соединения из трехмерного расчета (Вт/(м ² × К)), Ui — значение коэффициента теплопередачи, рассчитанное без учета трехмерного точечного теплового мостов (Вт/(м ² × K)) и Ai – площадь исследуемого элемента (м ² ).

Потери тепла, вызванные крепежными изделиями, можно учитывать с поправкой на коэффициент теплопередачи. Поскольку крепежные элементы многократно встречаются на фасаде, их тепловой эффект можно рассчитать с поправочным коэффициентом ΔU (Вт/(м ² × К)), если указать, сколько крепежных элементов (nf) пронизывает теплоизоляционный слой за один раз. 1 м ² тестируемой поверхности:

Для упрощения мы исследовали 1 м ² поверхности стены при моделировании, на котором размещали один кронштейн. В этом случае, согласно уравнению (5), значение точечного коэффициента теплопередачи (χ) в точке равно разнице между нескорректированным коэффициентом теплопередачи (U) и точечным коэффициентом теплопередачи, рассчитанным по конечно-элементной программе, которая также учитывает поправки (L _3D ):

3. Результаты и обсуждение

3.1. Визуализация результатов

После численного теплового моделирования распределение температуры и плотность теплового потока можно визуализировать в 3D. Однако наилучшая наглядность обеспечивается при использовании 2D-сечений (см. рис. 3).

На Рисунке 4 и Рисунке 5, включенных для иллюстрации оценки, мы выбрали геометрию кирпичной стены, чтобы показать возможности визуализации. Распределение температуры показывает, что кронштейн вызывает сильное возмущение температурного поля, особенно в вертикальном направлении, как видно на рисунке 4. Кронштейны намного теплее, чем теплоизоляция, и создают тепловые мосты в конструкции. Также видно, что кронштейны из-за их высокой теплопроводности имеют почти одинаковую температуру по всей своей конструкции, в то время как в теплоизоляции видно распределение температуры между значительно более широкими диапазонами температур. Также можно сделать вывод, что одиночный кронштейн, несмотря на температурные нарушения теплоизоляции, вблизи основания кронштейна и вблизи анкеров и дюбелей, не вызывает существенных изменений на внутренней поверхности. Таким образом, на внутренней поверхности не возникает риск образования конденсата из-за применения кронштейнов для крепления вентилируемых фасадов. Этот вывод коррелирует с Arregi et al. [37]. В их исследовании использовались различные типы брекетов из нержавеющей стали. Они сказали, что даже 40 мм теплоизоляции достаточно, чтобы поднять температуру внутренней поверхности выше температуры точки росы, чтобы избежать роста плесени. Мы расширяем этот вывод, утверждая, что можно использовать даже алюминиевые скобы без терморазрыва. При использовании стен с теплоизоляцией толщиной 10–30 см внутренняя температура существенно не изменится. Помимо рассмотрения распределения температуры, на рис. 5 также визуализирована плотность теплового потока. Плотность теплового потока вдоль кронштейна самая высокая, из чего можно сделать вывод, что поток тепла от конструкции вдоль кронштейнов значительно выше, чем через теплоизоляцию. Также видно, что окружение основания кронштейна также имеет более высокую плотность теплового потока в каменной стене.

Также можно визуализировать направление и величину векторов теплового потока, показанных на рисунке 6. Изучив несколько моделей с разными материалами кронштейна, можно сказать, что направление стрелок, представляющих векторы теплового потока, одинаково и не существенно меняются в зависимости от материала кронштейна, изменяется только величина теплового потока. Из рисунков видно, что в данном случае тепло идет в горизонтальном направлении от скобы, которую можно назвать одномерной, а затем, приближаясь, можно говорить о трехмерных тепловых потоках. В вертикальном направлении на расстоянии около 25–30 см тепловые потоки меняются с одномерных на трехмерные. На рисунке в обе стороны видно, что изменение теплового потока влияет и на теплоизоляционный слой. Исходя из этого, можно сказать, что площади в один квадратный метр, рассматриваемой при численном моделировании, достаточно для исследования, так как на граничных поверхностях уже существуют одномерные тепловые потоки. Однако трехмерные тепловые потоки вокруг креплений подтверждают необходимость трехмерного численного моделирования. Также можно сделать вывод, что кронштейны крепления облицовки вентилируемого фасада можно моделировать с помощью точечных тепловых мостов, поскольку кронштейны создают тепловые мосты вокруг себя и не могут быть представлены просто в виде 2D-модели.

3.2. Влияние свойств стены

Чтобы показать влияние различной толщины стен и типов стен, мы создали рисунок, на котором показаны случаи с аналогичными кронштейнами и теплоизоляцией. На рис. 7 показаны случаи с нанесенной на стены 20-сантиметровой теплоизоляцией (0,04 Вт/(м × К)), а также рассмотрены небольшие алюминиевые кронштейны с термическими тормозами. На рис. 7 показано, что по мере увеличения теплового сопротивления стены (толщина стены, деленная на теплопроводность стены) точечный коэффициент теплопередачи значительно уменьшается, аналогично результатам работы [14], где одним из основных выводов является точечный тепловой мост может снизить коэффициент теплопередачи всей стены до 28% за счет увеличения толщины несущего слоя и использования изоляционных материалов с более высокой теплопроводностью. Мы также достигли аналогичного результата с [11] в случае железобетонной стены, потому что из-за ее высокой теплопроводности мы получаем гораздо более высокий точечный коэффициент теплопередачи, чем в кирпичных стенах. Это означает, что материал, теплопроводность несущей стены, влияет на точечный коэффициент теплопередачи.

Однако на рис. 7 также показано, что свойства анкеровки, такие как материал анкеров, количество анкеров и длина просверленного отверстия, влияют на значение точечного коэффициента теплопередачи, особенно при обследовании каменных стен. . Однако анкеры оказывают гораздо меньшее влияние на величину точечного коэффициента теплопередачи, чем материал стены, и ими можно пренебречь. Это можно объяснить материалом дюбелей анкеров, поскольку они изготовлены из полиамида, который по существу действует как теплоизолятор для анкеров. Этот эффект также исследуется в работе [18], включая химическое закрепление, и они пришли к выводу, что этот тип закрепления следует выбирать, когда это возможно. Химическая анкеровка также создает теплоизоляцию для анкеров, подобно ПА. Однако в своих инструкциях производители крепежных систем обычно советуют по возможности использовать для анкеров дюбели из полиамида, так как это намного дешевле, более известно и проще в изготовлении.

Оценивая железобетонные стены с разной толщиной и теплопроводностью, видно, что в случаях с одинаковой толщиной и теплопроводностью, но с разными анкерами, наибольшая разница между точечными коэффициентами теплопроводности составляет 3,2%. По мере увеличения теплопроводности несущей стены разница между случаями с разными анкерами уменьшается. В случае испытанной каменной стены с самой высокой теплопроводностью (0,72 Вт/(м × К), принадлежащей полнотелому керамическому кирпичу), разница также составляет всего 3% для различных анкеров. Однако в случае каменных стен с низкой теплопроводностью (0,07 Вт/(м × К), что относится к современным кладочным блокам с теплоизоляционным наполнением [38]), эта разница составляет почти 20 %.

3.3. Влияние свойств кронштейнов и теплоизоляции

Также было исследовано влияние различной толщины и теплопроводности теплоизоляции на точечные коэффициенты теплопередачи. На рис. 8 показаны два случая: на рис. 8а показана железобетонная стена, а на рис. 8б — каменная стена. В обоих случаях разные брекеты фиксировались в скользящем положении с помощью одного анкера. Брекеты с различной геометрией были представлены разными маркерами, а толщина — разными цветами (рис. 8). Существуют значительные различия в коэффициентах теплопередачи точек из-за толщины кронштейнов. Скобки толщиной 8 мм, как правило, имеют гораздо большие значения, чем скобки толщиной 4 мм. Следовательно, выбор более тонких кронштейнов может сэкономить много энергии, в первую очередь, если используются железобетонные стены или каменные стены с более низким термическим сопротивлением и если механические расчеты позволяют их использовать. Толщина теплоизоляции не вызывает больших различий в точечном коэффициенте теплопередачи с учетом толщины кронштейнов. Однако при большей теплоизоляции конструкции несущей стены различия в точечном коэффициенте теплопередачи, вызванные толщиной кронштейнов, несколько уменьшаются в случае железобетонной стены (рис. 8а) и немного увеличиваются в случае каменной стены (рис. 8б). ).

При сравнении эффекта дополнительной теплоизоляции между стенами из различных материалов существует значительная разница. В случае железобетонных стен снижение может составить до 30%, если мы выберем теплоизоляцию толщиной 30 см вместо 10 см. При использовании больших скобок относительная разница меньше, чем при использовании маленьких скобок. Добавляя больше теплоизоляции к железобетонной стене, это может снизить точечный коэффициент теплопередачи, а дополнительная теплоизоляция увеличит точечный коэффициент теплопередачи на современных кирпичных стенах. Этот эффект можно объяснить разницей в термическом сопротивлении материалов стен.

Этот эффект также наблюдался в [5,6,8,12,39]. Мы можем расширить их утверждение, сделав вывод, что выбор более толстой теплоизоляции в случае стен из керамической кладки может увеличить точечный коэффициент теплопередачи более чем на 45% как для малых, так и для больших кронштейнов. Поэтому очень важно подробно рассмотреть вопрос о теплопотерях кронштейнов, поскольку простой выбор более толстой теплоизоляции не решает проблему точечной теплопередачи.

3.4. Влияние свойств кронштейнов и термических прокладок

Также оценивалось влияние свойств брекета и терморазрыва, таких как его материал, толщина и геометрия. Случай с железобетонной стеной и теплоизоляцией толщиной 20 см показан на рисунке 9. В предыдущих исследованиях [8,11] также изучалось влияние различных металлических кронштейнов на точечный коэффициент теплопередачи. Однако они исследовали только кронштейны из оцинкованной стали разной длины, тогда как мы исследовали кронштейны из трех разных материалов (нержавеющая сталь, сталь и алюминий) с различной геометрией.

Оценив результаты численного моделирования, можно сказать, что на точечный коэффициент теплопередачи брекетов существенное влияние оказывают геометрия, материал и толщина брекетов. Более толстые брекеты могут увеличить χ не менее чем на 26 % (маленькие брекеты из нержавеющей стали) и до 60 % (большие алюминиевые брекеты). Кронштейны с более высокой теплопроводностью могут увеличить точечный коэффициент теплопередачи не менее чем на 27 % (большие брекеты) и до 48 % (маленькие брекеты). Выбор больших кронштейнов вместо маленьких может увеличить значение коэффициента теплопередачи точки на 61–67%. Хотя мы не изучали механические характеристики кронштейнов в рамках исследования, на основании полученных результатов можно сказать, что в процессе проектирования стоит выбирать самые маленькие и тонкие статически приемлемые кронштейны, поскольку таким образом потери тепла на фасадных поверхностях можно значительно уменьшить. Это также более выгодно с точки зрения экономики и устойчивости, поскольку используется меньше материала.

На основании оценки термических прокладок, также показанной на рисунке 9, можно сказать, что наличие, материал и толщина термических прокладок не ограничивают потери тепла кронштейнами. Последнее утверждение, к сожалению, является широко распространенным мнением практиков, но оно опровергается при выполнении численного моделирования, как и некоторые предыдущие исследования [8,12], особенно для брекетов из нержавеющей стали. Помимо нашего исследования, исследователи также исследовали брекеты, армированные стекловолокном [8]. Они пришли к выводу, что разница в результатах 3D-моделирования с терморазрывом и без него практически равна нулю (0,0–0,3%). При использовании кронштейнов из нержавеющей стали разница составляет до 0,9.%, стальных брекетов до 5,5 % и алюминиевых брекетов варьируется от 4,8 % до 5,7 %. Поэтому мы тестировали терморазрывы только из полиамида и полиэтилена высокой плотности толщиной от 5 мм до 20 мм.

Основываясь на наших моделях, мы можем сказать, что термические прокладки толщиной 20 мм могут снизить χ не менее чем на 2 % для небольших брекетов из нержавеющей стали и до 24 % для больших алюминиевых брекетов. Если бы терморазрывы были изготовлены из полиамида толщиной 5 мм, они могли бы уменьшить коэффициент теплопередачи больших алюминиевых скоб до 12 %. Сравнивая различные доступные терморазрывы, даже изолятор PA толщиной 20 мм может сэкономить только 28% на железобетонной стене. Таким образом, видно, что если мы рассматриваем только тепловые аспекты, использование теплоизоляторов может стоить усилий только с алюминиевыми кронштейнами. Тем не менее, мы рекомендуем просчитать экономические аспекты использования терморазрывов перед их применением.

3.5. Каталоги тепловых мостов

Мы создали исчерпывающий каталог тепловых мостов на основе 41 118 точечных значений коэффициента теплопередачи, смоделированных методом конечных элементов (см. рис. 10). Для компиляции результатов в управляемый каталог были созданы две сводные таблицы результатов; один содержит точечный коэффициент теплопередачи, полученный в результате моделирования моделей без тепловых разрывов, а другой — с тепловыми разрывами. Материалы были отсортированы по стеновым конструкциям разного материала и ширины, изоляции разной толщины, теплопроводности и длины анкера. Список поиска на основе раскрывающегося списка также облегчает поиск подходящих значений для заданных параметров. Каталог тепловых мостов можно найти в качестве дополнительных материалов к статье в формате Excel, чтобы помочь читателям и практикам использовать результаты исследования.

3.6. Упрощенный метод

В дополнение к каталогу тепловых мостов был также создан новый упрощенный метод, основанный на результатах численных моделей и расчета влияния механических крепежных деталей в соответствии с ISO 6946, Приложение F [9]. Новый упрощенный метод создан для обработки эффекта скобок с небольшими изменениями исходного уравнения в [9]. Основная структура уравнения осталась, но для уравнения создан новый поправочный коэффициент умножения «α», учитывающий влияние скобок, а также некоторые компоненты (Ab,λb) теперь представляют скобки вместо цилиндрические механические крепежные детали в уравнении (8):

где Uf,b — точечный коэффициент теплопередачи скоб (Вт/(м ² × K)), n — количество скоб (1/м ² ), Ab — площадь поверхности скобы, проходящей слой теплоизоляции (м ² ), λb — теплопроводность материала кронштейна (Вт/(м × К)), d0 — толщина проникаемой теплоизоляции (м), R1 — тепловое сопротивление проникающая теплоизоляция ((м ² × К)/Вт), Rth – полное тепловое сопротивление поперечного сечения без учета поправочных коэффициентов ((м ² × К)/Вт). Коэффициент «α» был создан для получения результатов численного моделирования с отклонением менее ±10% по сравнению с численными моделями в случае отсутствия тепловых разрывов. Как видно из уравнения (8), этот упрощенный метод не учитывает наличие и свойства термических разрывов. Однако, если этот метод рассчитывает коррекцию брекетов с терморазрывом, результаты будут отклоняться в пользу безопасности.

В табличной форме мы сравнили точечный коэффициент теплопередачи для определенных комбинаций параметров. Мы проверили разницу между результатами, рассчитанными в исходной форме поправочной формулы, и значениями χ, полученными в результате моделирования. В ходе исследования мы пришли к выводу, что изменение геометрии и материала кронштейна вызывает существенные различия значений точечного коэффициента теплопередачи в точке, изменение теплопроводности теплоизоляции и свойств дюбелей, а также наличие термические разрывы приводят только к различиям в пределах 10%. Исходя из этого, мы выбрали стратегию рассмотрения случаев, относящихся к конкретным свойствам теплоизоляции, стен и кронштейнов, в отдельных группах и определения того, какой постоянный множитель мы можем использовать, чтобы формула коррекции возвращала результаты моделирования в пределах погрешности. запас менее ±10% в случае отсутствия терморазрыва. Мы протестировали и создали поправочные коэффициенты умножения для обоих оцениваемых типов брекетов; поэтому коэффициенты α подходят для брекетов из алюминия, стали и нержавеющей стали. Поскольку мы пришли к выводу, что тепловые разрывы имеют относительно небольшое влияние на точечный коэффициент теплопередачи, мы пренебрегли ими. Мы посчитали это упрощение вдвое меньшим числом поправочных коэффициентов умножения. Поправочные коэффициенты умножения также были созданы для обработки диапазона толщины изоляции (0,1, 0,2 и 0,3 м) и теплопроводности изоляции (0,3 и 0,4 Вт/(м × К), а также от малых (0,06 м) до больших. (0,2 м) кронштейны различной толщины (от 0,004 до 0,008 м) Любые значения между этими значениями могут быть рассчитаны с использованием линейной интерполяции.

В случае каменных стен было создано семь таблиц, содержащих поправочные коэффициенты умножения «α», с учетом всех протестированных толщин стен и коэффициентов теплопроводности. Например, в табл. 4 приведена таблица для стены из керамической кладки толщиной 30 см с коэффициентом теплопроводности λ = 0,19 Вт/(м × К). В верхней строке таблицы мы можем найти значения различных теплоизоляционных свойств. Напротив, в крайнем левом столбце мы можем найти значения различной теплопроводности кронштейнов в зависимости от геометрии кронштейнов.

В случае железобетонной стены было достаточно составить только одну таблицу (см. Таблицу 5), так как испытания показали, что из-за относительно высокой теплопроводности железобетонной стены (от 2 до 2,5 Вт/(м × К) )), толщина стенки и теплопроводность не оказывают существенного влияния на коэффициент теплопередачи точки.

Таблицы 4 и 5, а также остальные шесть таблиц (таблицы S1–S6) для каменных стен другой толщины можно найти в качестве дополнительных материалов к статье в формате Excel.

Для проверки упрощенного метода мы провели сравнение, представленное на рисунке 11. Мы рассмотрели различия между результатами, полученными в результате численного моделирования, и расчетными результатами с выбранными коэффициентами умножения в случае железобетонных стен и стен из кирпичной кладки. На основании графиков можно сказать, что для обоих типов стен в случаях без термических разрывов отклонение держалось в пределах 10% погрешности; поэтому упрощенный метод оправдал ожидания. Однако, когда были добавлены термические разрывы, некоторые отклонения, особенно при более высоких значениях коэффициента теплопередачи, были немного больше 20%. Однако отклонение от упрощенного метода было в положительную сторону в пользу безопасности.

4. Выводы

В ходе исследования влияние параметров изучалось в более широком масштабе, чем в большинстве предыдущих исследований, выявленных при обзоре литературы. Было проведено численное моделирование для прогнозирования влияния металлических крепежных изделий на тепловые характеристики ограждающей конструкции. Основные выводы можно резюмировать следующим образом в диапазоне испытанных параметров:

• Термическое сопротивление (толщина стены/теплопроводность стены) стены значительно влияет на точечный коэффициент теплопередачи (χ) кронштейнов. .

• Точечный коэффициент теплопередачи (χ) кронштейнов не зависит от количества, материала анкеров, дюбелей и длины отверстия.

• Точечный коэффициент теплопередачи (χ) кронштейнов не зависит от теплопроводности теплоизоляции.

• На точечный коэффициент теплопередачи (χ) кронштейнов существенно влияет толщина теплоизоляции.

• Точечный коэффициент теплопередачи (χ) брекетов в значительной степени зависит от их геометрии (размера), материала и толщины брекетов.

• Терморазрывы могут снизить точечную теплопроводность намного меньше, чем ожидалось, особенно при использовании кронштейнов из нержавеющей стали.

В целом можно сказать, что результаты численного моделирования ясно показывают, что для механического крепления недостаточно учитывать только анкеры и дюбеля. Влияние скобок на коэффициент теплопередачи точки также существенно. Используя результаты десятков тысяч численных моделей, мы создали точечный каталог тепловых мостов. В рамках исследования, помимо создания каталога, мы создали упрощенный метод с использованием поправочного коэффициента умножения в табличной форме. Полученный каталог и упрощенный метод могут быть использованы при исследованиях экономической эффективности и способствуют дальнейшему развитию несущих конструкций и разработке их конструкции. Существуют также возможности для дальнейших исследований, таких как мультифизические испытания (например, комбинированный перенос тепла и влаги) или структурный анализ (например, влияние неточностей конструкции, деформация кронштейна).

Дополнительные материалы

Следующую вспомогательную информацию можно загрузить по адресу: https://www.mdpi.com/article/10.3390/buildings12081153/s1. FP-BN_Thermal_bridge_catalogue_v1.0.zip.

Вклад авторов

Концептуализация, Б.Н.; методология, Б.Н.; расследование, Ф.П. и Б.Н.; курирование данных, Б.Н.; написание – подготовка первоначального проекта, Ф.П. и Б.Н.; написание-обзор и редактирование, Б. Н.; валидация, Б.Н.; визуализация, Ф.П. и Б.Н.; надзор, Б.Н. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Первый автор был поддержан Новой национальной программой повышения квалификации ÚNKP-21-1 Министерства инноваций и технологий из средств Национального фонда исследований, разработок и инноваций. Соответствующий автор был поддержан новой национальной программой передового опыта ÚNKP-21-4 Министерства инноваций и технологий из средств Национального фонда исследований, разработок и инноваций. Проект FK_128663 реализован при поддержке Национального фонда исследований, развития и инноваций Венгрии, финансируемого по схеме финансирования FK_18.

Заявление Институционального контрольного совета

Неприменимо.

Заявление об информированном согласии

Неприменимо.

Заявление о доступности данных

Неприменимо.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Ссылки

1. Урбан, Д.; Рузен, штат Нью-Брансуик; Затько П.; Рихтарикова, М.; Томашович, П .; Glorieux, C. Оценка звукоизоляции естественно вентилируемых двойных фасадов. Строить. Окружающая среда. 2016 , 110, 148–160. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]
2. Zamora Mestre, JL; Ньямпира, А. Легкий вентилируемый фасад: акустические характеристики в лабораторных условиях, анализ влияния регулируемых вариаций вентиляции на изоляцию воздушного шума. Строить. акуст. 2020 , 27, 367–379. [Google Scholar] [CrossRef]
3. Heindl, W.; Зигмунд, А. Влияние облицовки с воздушной подкладкой на кронштейнах на теплоизоляцию наружных стен. Бауфизик 1984 , 6, 137–141. [Google Scholar]
4. Андерсон Б. Условные обозначения для расчета U-значения; The Building Research Establishment: Watford, UK, 2006. [Google Scholar]
5. Колесник И. Определение линейной и точечной теплопроводности наиболее распространенных тепловых мостов в наружных стенах. Бутон. O Zoptymalizowanym Potencjale Energetycznym 2013 , 2, 47–54. [Google Scholar]
6. Шадаускене Ю.; Раманаускас, Дж.; Шедуйките, Л.; Даукшис, М .; Василюс А. Упрощенная методика оценки влияния точечных тепловых мостов на высокоэнергетические характеристики пассивного дома. Устойчивое развитие 2015 , 7, 16687–16702. [Google Scholar] [CrossRef][Зеленая версия]
7. Гарсия, Б.З.; Гойколеа, Б.А.; Мартин, JMG; Эрнандес Гарсия, Дж. Л. Сравнение теоретической модели теплопередачи с результатами экспериментального мониторинга, установленного при реконструкции вентилируемого фасада. ИОП конф. сер. Земная среда. науч. 2020 , 410, 012104. [Google Scholar] [CrossRef]
8. Левинске А.; Блюджиус Р.; Капачюнас Р. Сравнение численного и эмпирического расчета теплопроводности вентилируемого фасада с различными теплопроводными соединениями. Дж. Сустейн. Архит. Гражданский англ. 2018 , 23, 39–48. [Google Scholar] [CrossRef]
9. ISO 6946:2017; Строительные компоненты и строительные элементы. Тепловое сопротивление и теплопередача. Международная организация по стандартизации: Женева, Швейцария, 2017 г.
10. ISO 10211:2017; Тепловые мосты в строительстве зданий — тепловые потоки и температура поверхности — подробные расчеты. Международная организация по стандартизации: Женева, Швейцария, 2017 г.
11. Альгамди, А.; Альхарти, А .; Аланази, А .; Халавани, М. Влияние металлических креплений вентилируемого фасада здания на тепловые характеристики ограждающих конструкций. Зданий 2021 , 11, 267. [Google Scholar] [CrossRef]
12. Новак, К.; Бырды А. Влияние монтажных кронштейнов на теплотехнические характеристики зданий с вентилируемыми фасадами. Дж. Билд. физ. 2019 , 43, 46–56. [Google Scholar] [CrossRef]
13. Дода, А. Тепловой мост в облицовке Rainscreen. Доступно в Интернете: https://www.patrickryanassociates.com/media/files/Cold-Bridging-in-Rainscreen-Cladding-System.pdf (по состоянию на 30 июня 2022 г.).
14. Садаускене Ю.; Раманаускас, Дж.; Василюс А. Влияние точечных тепловых мостов на тепловые свойства ограждающих конструкций. Терм. науч. 2020 , 24, 2181–2188. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]
15. Техническое руководство по вентилируемым фасадам Hilti V1.0. Доступно в Интернете: https://www.hilti.hu/content/dam/documents/pdf/e4/engineering/manuals/MFT_Technical%20Manual%20PRINTING%20V1.0%20low.pdf (по состоянию на 30 июня 2022 г.).
16. Уйма, А.; Помада М. Анализ распределения температуры в месте крепления вентилируемого фасада. Веб-конференция E3S. 2019 , 97, 01041. [Google Scholar] [CrossRef]
17. Феодосиу, Т.Г.; Цикалудаки, А.Г.; Контолеон, К.Дж.; Бикас, Д.К. Анализ теплового моста в системах облицовки фасадов зданий. Энергетическая сборка. 2015 , 109, 377–384. [Google Scholar] [CrossRef]
18. Феодосиу, Т.; Цикалудаки, К.; Бикас, Д. Анализ эффекта теплового моста на вентилируемых фасадах. Procedia Окружающая среда. науч. 2017 , 38, 397–404. [Google Scholar] [CrossRef]
19. Феодосиу, Т.; Цикалудаки, К.; Цока, С .; Частас, П. Проблемы теплового моста в передовых системах облицовки и умных фасадах зданий. Дж. Чистый. Произв. 2019 , 214, 62–69. [Google Scholar] [CrossRef]
20. Ингели Р.; Гашпарик, Дж.; Paulovičová, L. Влияние инновационного решения для прерывания трехмерных тепловых мостов в зданиях на устойчивость. Устойчивое развитие 2021 , 13, 11561. [Google Scholar] [CrossRef]
21. Шадаускене, Ю.; Раманаускас, Дж.; Шедуйките, Л.; Буска А. Оценка зданий с вентилируемыми фасадными системами и оценка точечных тепловых мостов. Дж. Сустейн. Архит. Гражданский англ. 2015 , 11, 59–71. [Google Scholar] [CrossRef]
22. Грауэр, М. Вклад подрамника вентилируемой системы облицовки дождевого экрана в годовое потребление энергии источника в офисных зданиях среднего размера. Энергетическая сборка. 2019 , 187, 269–280. [Google Scholar] [CrossRef]
23. Salvalai, G.; Сесана, М.М. Экспериментальный анализ различных технологий утепления фасадов в летних условиях. Дж. Зеленая сборка. 2019 , 14, 77–91. [Google Scholar] [CrossRef]
24. Ольшевский В.; Стаценко, Е.; Мусорина Т.; Немова, Д.; Островая А. Влагоперенос в вентилируемых фасадных конструкциях. Веб-конференция MATEC. 2016 , 53, 01010. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]
25. Feris, P.; Страчан, П.; Димуди, А .; Андруцопулос, А. Исследование производительности вентилируемой стены. Энергетическая сборка. 2011 , 43, 2167–2178. [Google Scholar]
26. Шарма А.; Мишра, К. Б. Экспериментальные исследования влияния дымоходного эффекта на огнестойкость экранирующих фасадов высотных зданий. Дж. Билд. англ. 2021 , 44, 103257. [Google Scholar] [CrossRef]
27. Косинский П.; Бжиски, П.; Сухораб, З .; Лагод, Г. Тепловые потери, вызванные временным воздействием ветра в деревянных каркасных стенах, утепленных волокнистыми материалами. Материалы 2020 , 13, 5514. [Google Scholar] [CrossRef]
28. Рахиминеджад, М.; Холвалыг Д. Термическое сопротивление вентилируемых воздушных пространств за наружными облицовками; определения и проблемы (ASHRAE 1759-RP). науч. Технол. Построенная среда. 2021 , 27, 788–805. [Google Scholar] [CrossRef]
29. Домингес-Торрес, Калифорния; Леон-Родригес, AL; Суарес, Р .; Домингес-Дельгадо, А. Эмпирический и численный анализ непрозрачного вентилируемого фасада с оконными проемами в условиях средиземноморского климата. Математика 2022 , 10, 163. [Google Scholar] [CrossRef]
30. Ибаньес-Пюи, М.; Видаурре-Арбису, М.; Сакристан-Фернандес, JA; Мартин-Гомес, К. Непрозрачные вентилируемые фасады: обзор тепловых и энергетических характеристик. Продлить. Поддерживать. Energy Rev. 2017 , 79, 180–191. [Google Scholar] [CrossRef]
31. Гальяно, А.; Анели, С. Анализ энергетических характеристик непрозрачного вентилируемого фасада в зимних и летних погодных условиях. Сол. Энергия 2020 , 205, 531–544. [Академия Google] [CrossRef]
32. Руководство пользователя модуля теплопередачи; COMSOL Multiphysics® версии 5.6; COMSOL AB: Стокгольм, Швеция, 2021 г.
33. Постановление TNM 7/2006. Об определении энергоэффективности зданий. Доступно в Интернете: https://njt.hu/jogszabaly/2006–7-20–6F (по состоянию на 30 июня 2022 г.).
34. Халлик, Дж.; Каламис, Т. Новый метод оценки точечной теплопередачи на основе комбинированного двумерного расчета теплового потока. Веб-конференция E3S. 2020 , 172, 08005. [Google Scholar] [CrossRef]
35. Ян, В.; Шадаускиен, Дж.; Раманаускас, Дж.; Кравчик, Д.А.; Клумбыт, Э.Э.; Фокайдес, П.А. Исследование тепловых мостов новой высокоэффективной оконной установки с использованием 2-D и 3-D методологии. Здания 2022 , 12, 572.
36. МСЗ 24140:2015; Энергетические расчеты размеров зданий и ограждающих конструкций. Венгерский институт стандартов: Будапешт, Венгрия, 2015 г.
37. Арреги, Б.; Гарай, Р .; Гарридо-Марихуан, А. Оценка тепловых характеристик и риска поверхностной влаги для системы облицовки с тыльной вентиляцией для реконструкции фасада. ИОП конф. сер. Земная среда. науч. 2020 , 410, 012102. [Google Scholar] [CrossRef]
38. Надь, Б.; Стокер, Г. Численный анализ тепловых и влагопроницаемых мостов в заполненных изоляцией кирпичных стенах и угловых соединениях. Период. Политех. Гражданский англ. 2019 , 63, 446–455. [Google Scholar] [CrossRef][Зеленая версия]
39. Арреги Гойколеа, Б.; Гарай Мартинес, Р .; Риверола Лакаста, А .; Кемисана Вильегас, Д. Теплопередача через анкерные элементы в системе теплоизоляции с вентилируемой задней стенкой для модернизации фасада. In Proceedings of Construction Pathology, Rehabilitation Technology and Heritage Management (Конгресс REHABEND 2018), Касерес, Испания, 15–18 мая 2018 г. [Google Scholar]

Рисунок 1. Конструкция облицовки вентилируемого фасада, выполняющей функцию зонтика-зонта.

Рисунок 1. Конструкция облицовки вентилируемого фасада, выполняющей функцию зонтика-зонта.

Рисунок 2. ( a ) Вентилируемая фасадная конструкция с большими алюминиевыми кронштейнами с использованием термического разделения [15], ( b ) параметрическая геометрическая модель бетонной стены с большим алюминиевым кронштейном и термическим разделением, созданная в Comsol для численного моделирования.

Рисунок 2. ( a ) Вентилируемая фасадная конструкция с большими алюминиевыми кронштейнами с использованием термического разделения [15], ( b ) параметрическая геометрическая модель бетонной стены с большим алюминиевым кронштейном и термическим разделением, созданная в Comsol для численного моделирования.

Рисунок 3. 3D-модели, показывающие результаты с использованием вертикальных и горизонтальных сечений для ( a ) распределения температуры (°C) и ( b ) плотности теплового потока (Вт/м ² ).

Рисунок 3. Трехмерные модели, показывающие результаты с использованием вертикальных и горизонтальных сечений для ( a ) распределения температуры (°C) и ( b ) плотности теплового потока (Вт/м ² ).

Рисунок 4. Распределение температуры (°C) в двухмерных вертикальных ( a ) и горизонтальных ( b ) сечениях.

Рисунок 4. Распределение температуры (°C) в 2D по вертикали ( a ) и по горизонтали ( b ) разделы.

Рисунок 5. Плотность теплового потока (Вт/м ² ) в двумерных вертикальных ( a ) и горизонтальных ( b ) сечениях.

Рисунок 5. Плотность теплового потока (Вт/м ² ) в двумерных вертикальных ( a ) и горизонтальных ( b ) сечениях.

Рисунок 6. Векторы тепловых потоков вокруг скобок в вертикальном ( a ) и горизонтальном ( b ) сечениях.

Рис. 6. Векторы тепловых потоков вокруг скобок в вертикальном ( a ) и горизонтальном ( b ) сечениях.

Рисунок 7. Влияние толщины и типа стены и анкеров. Теплоизоляция толщиной 20 см, λ = 0,04 Вт/(м × K), пронизанная небольшими (0,06 м × 0,06 м × 0,004 м) алюминиевыми скобами, оснащенными терморазрывом из полиамида толщиной 5 мм.

Рис. 7. Влияние толщины и типа стены и анкеров. Теплоизоляция толщиной 20 см, λ = 0,04 Вт/(м × K), пронизанная небольшими (0,06 м × 0,06 м × 0,004 м) алюминиевыми скобами, оснащенными терморазрывом из полиамида толщиной 5 мм.

Рисунок 8. ( a ) Кронштейны из нержавеющей стали с терморазрывом, закрепленные одним стальным анкерным анкером длиной 5 см в железобетонной стене толщиной 20 см. ( b ) Алюминиевые кронштейны с терморазрывом, закрепленные одним стальным анкером длиной 5 см в каменной стене толщиной 30 см.

Рис. 8. ( a ) Кронштейны из нержавеющей стали с терморазрывом, закрепленные одним стальным анкерным анкером длиной 5 см в железобетонной стене толщиной 20 см. ( b ) Алюминиевые кронштейны с терморазрывом, закрепленные одним стальным анкером длиной 5 см в каменной стене толщиной 30 см.

Рисунок 9. Кронштейны крепятся с помощью одного стального анкера длиной 5 см в железобетонной стене толщиной 20 см с теплоизоляцией λ = 0,04 Вт/(м × K) толщиной 20 см.

Рис. 9. Кронштейны крепятся с помощью одного стального анкера длиной 5 см в железобетонной стене толщиной 20 см с теплоизоляцией λ = 0,04 Вт/(м × K) толщиной 20 см.

Рисунок 10. Каталог тепловых мостов (выдержка).

Рис. 10. Каталог тепловых мостов (выдержка).

Рисунок 11. Сравнение рассчитанного и численно смоделированного точечного коэффициента теплопередачи в случае кирпичной ( a ) или железобетонной ( b ) стены.

Рисунок 11. Сравнение рассчитанного и численно смоделированного точечного коэффициента теплопередачи в случае кирпичной ( a ) или железобетонной ( b ) стены.

Таблица 1. Параметры, используемые в исследовании.

Таблица 1. Параметры, используемые в исследовании.

Компонент	0.8
Wall	25	Masonry	0. 25
	30		0.07, 0.19, 0.64
	38		0.07, 0.19, 0.72
	15, 20, 25, 30	Reinforced concrete	2, 2.5
External plaster	1.5	Lime–cement	0.8
Insulation	10, 20, 30	Mineral wool	0.03, 0.04
Dowels	0.2	PA	0. 25
Anchors	5, 15	Stainless steel	17
	5, 15	Steel	50
Thermal break	0.5, 2	PA	0.25
	0.5, 2	HDPE	0.5
Bracket	0.2, 0.4 /6 × 6, 6 × 20, 10 × 20	из нержавеющей стали	17
	0,2, 0,4/6 × 6, 6 × 20, 10 × 2094444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444449н 0,4/6 × 6, 6 × 20, 10 × 20	Алюминий	160

Таблица 2. Статистика сетки автоматического построения сетки.

Таблица 2. Статистика сетки автоматического построения сетки.

Mesh Type	Elements	DoF	Meshing Time	Calculation Error
Extremely fine	2,455,556	3,313,544	690 s	–
Extra fine	849,732	1,154,228	99 s	0.48%
Finer	375,266	513,094	33 s	1. 33%
Fine	207,507	285,978	17 s	2.37%
Normal	125,816	174,791	12 s	3.24%
Coarse	58,688	82,881	6 s	5.41%
Coarser	27,244	39,233	5 s	7. 98%
Extra coarse	13,403	19,605	4 s	11.45%
Extremely coarse	4503	6699	4 с	20,00%

Таблица 3. Статистика сетки управляемой пользователем сетки.

Таблица 3. Статистика сетки управляемой пользователем сетки.

Mesh Type	Elements	DoF	Meshing Time	Calculation Error
Fine + extra fine	207,507	285,978	13 s	2. 37%
Finer + сверхтонкая	375 266	513 094	26 с	1,33%

Таблица 4. Поправочные коэффициенты умножения «α» для каменной стены толщиной 30 см (λ = 0,19Вт/(м × К)).

Таблица 4. Поправочные коэффициенты умножения «α» для каменной стены толщиной 30 см (λ = 0,19 Вт/(м × K)).

Thermal Conductivity of the Brackets [W/(m × K)]	The Geometry of the Brackets [h × t]	Thickness of Insulation [m]
		0.1		0.2		0. 3
		Теплопроводность изоляции [Вт/(м × К)]
		0,03	0,04	0.03	0.04	0.03	0.04
17 ( stainless steel )	0.06 × 0.004	0.320	0.208	2.000	1.200	5.200	3,200
	0,06 × 0,008	0,224	0,144	1,440	0,144	1,440	0,144	1,440	0,144	1,440	0,144	,0534	0. 2 × 0.004	0.224	0.144	1.440	0.920	4.400	2.560
	0.2 × 0.008	0.176	0.104	1.120	0.720	3.440	2.000
	50 ( steel )	0.06 × 0.004	0.128	0.080	0.960	0. 560	2.800	1.760
0.06 × 0.008		0.088	0.088	0.640	0.400	2.000	1.280
0.2 × 0.004		0.104	0.056	0.720	0.440	2.240	1.440
0.2 × 0.008		0.064	0. 064	0.480	0.296	1.520	0.960
160 ( aluminium )	0.06 × 0.004	0.044	0.029	0.344	0.224	1.120	0.720
	0.06 × 0.008	0.029	0.019	0.216	0.144	0.720	0. 480
	0.2 × 0.004	0.034	0.022	0.256	0.160	0.880	0.560
	0.2 × 0.008	0.022	0.014	0.160	0.104	0.560	0.320

Table 5 Поправочные коэффициенты умножения «α» для железобетонной стены.

Таблица 5. Поправочные коэффициенты умножения «α» для железобетонной стены.

Thermal Conductivity of the Brackets [W/(m × K)]	The Geometry of the Brackets [h × t]	Thickness of Insulation [m]
		0. 1		0.2		0.3
		Thermal Conductivity of Insulation [W/(m × K)]
		0.03	0.04	0.03	0.04	0.03	0.04
17 ( stainless steel )	0.06 × 0.004	0.320	0.208	2.000	1.256	5.600	3. 360
	0.06 × 0.008	0.240	0.160	1.680	1.040	4.800	2.880
	0.2 × 0.004	0.296	0.184	1.840	1.080	5.200	3.200
	0.2 × 0.008	0.224	0.136	1.480	0. 880	4.160	2.560
50 ( steel )	0.06 × 0.004	0.136	0,088	1,040	0,640	3,200	2,080
	0,06 × 0,008	0,06 × 0,008	0,06 × 0,008	.	0.480	2.400	1. 520
	0.2 × 0.004	0.120	0.080	0.920	0.560	2.800	1.760
	0.2 × 0.008	0.088	0.056	0,680	0,400	2,080	1,280
160 ( Alumin 35) 160235 ( Alumin 3535) ( Alumin 3335) ( Alumin “>33535353535) (
	0.048	0.032	0.400	0.264	1.360	0.880
	0.06 × 0.008	0.032	0.021	0.272	0.176	0.920	0.560
	0.2 × 0.004	0.040	0.028	0.336	0. 224	1.120	0.720
0.2 × 0.008	0.030	0.019	0.232	0.144	0.800	0.480

Строительство уникальных зданий и сооружений

195251, Россия, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29 AAH-2547-2019780168657

-0001-7011-8213Барабанщиков Юрий Германович Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Российская Федерация[email protected]

Санкт-Петербург, Российская Федерация

Коррозия стальных тонкостенных профилей в ограждающих конструкциях Легкие стальные тонкостенные конструкции (ЛСТК), в частности термопрофили, широко используются в строительстве каркасов зданий. Согласно последним изменениям в нормативных документах оцинкованные термопрофили без дополнительного лакокрасочного покрытия могут использоваться в качестве несущих конструкций только в неагрессивных условиях. Нанесение лакокрасочного покрытия в дополнение к цинковому влечет за собой дополнительные затраты, а эффективность этой меры может не соответствовать затратам. Решение этого вопроса требует специальных исследований. Целью данной статьи является анализ условий протекания коррозионных процессов и разработка методов испытаний тонкостенных стальных изделий с учетом особенностей их службы в ограждающих конструкциях. 10.18720/КУБС.44.1УДК 69профили стальные тонкостенные 1.714:691-422 оцинкованные; тепловой профиль; коррозия; порядок проведения коррозионных испытаний; защитное покрытие краски;https://unistroy.spbstu.ru/article/2016.44.1/1_barabanschikov_44.pdfRARRUS19-30Кирюдчева АнастасияСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого[email protected]ШишкинаВикторияСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого[email protected]

29 Политехническая ул., Санкт-Петербург, 195251, Россия

Г-2929-201856227381

00-0003-2673-4566НемоваДарья ВикторовнаСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великогодарья[email protected]

Санкт-Петербург, Российская Федерация

Энергоэффективность ограждающих конструкций общественных зданий Одним из наиболее простых и оптимальных способов энергосбережения в строительной отрасли является снижение теплопотерь через ограждающие конструкции зданий и сооружений. Тема энергоэффективности становится все более популярной, публикуется множество научных статей, однако цель данной статьи – выявить наиболее энергоэффективные ограждающие конструкции в общественном здании. Для этого были выбраны два типа конструкций: обычный многослойный фасад и навесной вентилируемый фасад с одинаковой толщиной слоя утеплителя. Данная статья состоит из трех основных частей: во-первых, выбраны лучшие и наиболее используемые ограждающие конструкции общественных зданий; Затем был произведен Тепловой расчет конструкций; наконец, были проведены сравнения фасадов с экономической точки зрения, которые показали, что общая стоимость материалов и монтажа для многослойного фасада меньше, чем для вентилируемого фасада, но разница невелика, поэтому в результате получается рекомендуется использовать вентилируемый фасад.10.18720/КУБС.44.2УДК 699.86энергоэффективность; оболочка здания; навесной вентилируемый фасад; теплотехнический расчет; энергосбережение; https://unistroy.spbstu.ru/article/2016.44.2/2_kiryudcheva_44.pdfRARRUS31-45AutaSamuel MahutaFederal University of Technology [email protected]

Minna, Nigeria

UthmanAdemolaFederal University of Technology Minnathmania@yahoo. com

Минна, Нигерия

СадикуСалавуФедеральный технологический университет [email protected]

Минна, Нигерия

TsadoTheophilus YisaFederal University of Technology [email protected]

Минна, Нигерия

ShiwuaJohnСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого[email protected]

ул. Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251, Россия

Прочность на изгиб армированной ребристых бетонных балок с зольными опилками в качестве частичной замены цемента В этой статье исследуется прочность на изгиб армированных и повторно вибрированных бетонных балок с использованием зольных опилок (SDA) в качестве частичной замены обычного портландцемента (OPC). Химический анализ образца SDA содержит основные химические оксиды, содержащиеся в цементе: SiO2 (27,23%), Al2O3 (290,05), Fe2O3 (9,32%). Семь балок размером 150 мм x 150 мм x 600 мм, армированных стальными стержнями диаметром 12 мм (Y12), были отлиты для каждой 0%, 5%, 10%, 15% и 20% замены OPC на SDA. Балки повторно вибрировали в течение 20 секунд с интервалом в 10 минут последовательно до 1 часа после первоначальной вибрации. Другой набор из трех балок того же размера и армирования для каждого процента замены OPC на SDA также был отлит, но без ревибрации. Всего было отлито 50 балок: 35 с вибрацией и 15 без вибраций, и все они были отверждены в течение 28 дней. Испытание на прочность на изгиб, проведенное на каждой балке, показало максимальную прочность на изгиб при 0 % с последующей заменой на 5 % через двадцать (20) минут с выдержкой времени вибрации. Максимальная достигнутая прочность на изгиб составила 10 Н/мм2 при 0%, затем 90,5 Н/мм2 при 5% для вибрационных балок соответственно, а для невибрационных балок были достигнуты 8,87 Н/мм2 и 6,67 Н/мм2 для 0% и 5% замен. Таким образом, видно, что вибрация повышает прочность железобетонных балок на изгиб, и, таким образом, SDA может использоваться до 5% для замены цемента.10.18720/CUBS.44.3УДК 691.3бетона; изгиб; сила; ревибрация; опилки золаhttps://unistroy. spbstu.ru/article/2016.44.3/3_auta_44.pdfRARRUS46-57ПестряковИгорь Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого[email protected]

, ул. Политехническая, д. 29, Санкт-Петербург, 195251, Россия

ГумероваЭлизаСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого[email protected]

ул. Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251, Россия

Купчин Алексей, ООО “Прикладная механика”, 52 (304)[email protected]

, ул. Маршала Говорова, Санкт-Петербург, Россия, 198095

Оценка эффективности виброгасящего материала «Teroson WT 129» Применение виброгасящего материала считается наиболее эффективным способом гашения колебаний стальных корпусов вагонов и локомотивов. Исследование показало диссипативные характеристики материала на примере «Teroson WT 129».», которые были получены экспериментальным путем: модуль упругости Е=0,096; 0,103 МПа, коэффициент рассеяния Н=0,628; Н=0,454 для соответствующей толщины покрытия 3,6 мм и 6,1 мм. На основании полученных данных был проведен сравнительный анализ с существующими вибропоглощающими мастики: характеристики нового покрытия «Teroson WT 129» выше диссипативных свойств других материалов Кроме того, перед нами стояла задача оценить эффективность нового материала: снижение уровня вибрации ∆N равно 29дБ. Конечным результатом исследования явилась перспективность практического применения изучаемого материала в тонколистовых металлоконструкциях при изготовлении транспортных средств, железнодорожных вагонов.10.18720/CUBS.44.4УДК 691Вибрация; вибропоглощающие; вибропоглощающие материалы; коэффициент механических потерь; железнодорожные перевозки; строительствоhttps://unistroy.spbstu.ru/article/2016.44.4/4_pestryakov_44.pdfRARRUS58-71SudarOlgaСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого[email protected]

ул. Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251, Россия

56297902

00-0003-2842-4633Улыбин Алексей ВладимировичООО «ОЗИС-Венчур»ulybin@mail.

ru

Санкт-Петербург, Российская Федерация

КукушкинаГалинаСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого[email protected]

ул. Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251, Россия

Расчет стоимости обследования зданий и сооружений по инженерным человеко-часамВ настоящее время существует большое количество сборников справочных цен, которыми пользуются специалисты для оценки стоимости обследования зданий и сооружений. Однако единого сбора для определения стоимости осмотра не существует. Кроме того, отсутствует единый подход к формированию цен на выполнение работ. В статье рассматриваются существующие подходы к определению стоимости труда на основе калькуляции затрат труда. Определяют стоимость работ по визуальному осмотру различными способами: в трудозатратах и ​​сборах базовых цен. Сделан вывод о применении метода расчета стоимости затрат труда и возможных путях его применения.10.18720/CUBS.44.5УДК 69.003инженерные человеко-часы; осмотр зданий и сооружений; сбор базовых цен; Ориентировочная стоимость; ценообразование;https://unistroy. spbstu.ru/article/2016.44.5/5_sudar_44.pdfRARRUS72-89SudarOlgaСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого[email protected]

Россия,

, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д. 29 56297902

00-0003-2842-4633Улыбин Алексей ВладимировичООО «ОЗИС-Венчур»[email protected]

Санкт-Петербург, Российская Федерация

КукушкинаГалинаСанкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого[email protected]

, ул. Политехническая, д. 29, Санкт-Петербург, 195251, Россия

Обзор действующих нормативов ценообразования на техническое обследование зданий и сооруженийВ настоящее время существует большое количество нормативов ценообразования на техническое обследование зданий и сооружений. При ценообразовании на проведение геологоразведочных работ специалисты используют сборники. В данной статье произведен анализ содержания нескольких сборников цен для установления причины разброса затрат на работы, определяемых разными сметными нормативами. Рассмотрен порядок определения стоимости обследования. Выполнено сравнение значений корректирующих коэффициентов, усложняющих выполнение работы, а также расценок на инструментальные измерения в различных справочниках. По результатам анализа нормативов сделан вывод о необходимости разработки единого сборника для определения стоимости обследования.10.18720/CUBS.44.6УДК 69.003цена; сбор базовых цен; Ориентировочная стоимость; обследование зданий и сооружений; проектно-изыскательские работы;https://unistroy.spbstu.ru/article/2016.44.6/6_sudar_44.pdf

Инновационные технологии в развитии строительной отрасли в каталоге SearchWorks

Выходные данные

Цюрих: Trans Tech Publishers, © 2015.

Физическое описание

1 интернет-ресурс (1675 страниц): иллюстрации (некоторые цветные)

Серия

Прикладная механика и материалы ; т. 725-726.

Онлайн

Доступно онлайн

Описание

Создатели/участники

Встреча

Научная конференция «Неделя науки в СПбГПУ – Строительство» (2014 г. : Санкт-Петербург, Россия)

Участник

Ватин Николай Иванович, редактор.

Содержание/Резюме

Библиография

Включает библиографические ссылки.

Содержимое

• Инновационные технологии в развитии строительной отрасли; Предисловие и Научный комитет; Оглавление;
• Глава 1: Здания и сооружения; Влияние швов кирпичной кладки на теплотехническую однородность наружных стен из газобетонных блоков; Расчетный метод обоснования технических мероприятий по предотвращению образования наледи на зданиях со скатной крышей; Огнестойкость нетрещиностойких железобетонных элементов на изгиб; Тепломассоперенос в низкотемпературной изоляции во влажных условиях.

• Сравнение различных типов светопрозрачных конструкций для высотных зданий с полностью остекленным фасадом; Продром в экспериментальном исследовании систем теплозащиты в ограждающих конструкциях; Улучшение двухслойных фасадов; пониженное термическое сопротивление двухслойной стеновой конструкции; нестационарный температурный режим ограждающей конструкции; Нестационарный воздуховод как эффективный способ предотвращения таяния льда на кровле здания; Влажностный режим ограждающей конструкции с облицовкой из силикатного кирпича с переменным воздушным зазором.

• Характеристика и применение фасадной системы «Полиалпан»; Стеклянные вентилируемые фасады
• Исследование воздушного зазора; Результаты экспериментального определения производительности и скорости потока воздуха в двухслойных фасадах; Совершенствование технологии возведения быстровозводимых зданий в условиях северных регионов; Строительство вахтового поселка и выбор оптимального типа здания; Анализ расчета каменной кладки с вертикальными кольцевыми балками по европейским стандартам.

• Программно-целевой подход к организации мониторинга деформаций зданий и сооружений; Определяющие соотношения бетона и арматурной стали при высоких температурах; Объективная оценка использования ветрозащитных и атмосферостойких мембран в двухслойных фасадах; Противопожарная защита строительства “Пластбау”; Исследование влияния базальтовой ваты на звукоизоляцию плавающего пола; Оценка эффективности высотного комплексного строительства в зависимости от размещения строительной площадки; Использование ИНС при прогнозировании сейсмических повреждений жилых зданий.

• Экспериментальные испытания подпорных стенок сборных элементов;
• Глава 2: Фундаменты, подземные сооружения; Особенности расчета подземных сооружений, возводимых методом замораживания; Расчет подпорных стен с анкеровкой на разных уровнях; Сравнение несущей способности свай по результатам аналитических расчетов и статических испытаний; Оценка точности моделирования свай упругой связью; Некоторые аспекты содержания эскалаторов наклонных тоннелей в Санкт-Петербурге; Эффективность армирования грунтов на основе комплексного золоцементного вяжущего.

Резюме

Сборник избранных, рецензируемых докладов научной конференции «Неделя науки в СПбГПУ – Строительство» (СПбWOSCE 2014), 3-4 декабря 2014 г., Санкт-Петербург, Россия. 233 документа сгруппированы следующим образом: Глава 1: Здания и сооружения; Глава 2: Фундаменты, подземные сооружения; Глава 3: Гидротехнические работы; Глава 4: Строительные материалы и изделия; Глава 5: Прикладная механика в материаловедении, статические и динамические нагрузки конструкций и сооружений; Глава 6: Организация и планирование строительных работ; Глава 7: Архитектура и городское планирование.

Субъекты

Субъекты

Строительная индустрия > Управление > Конгрессы.

Стратегическое планирование > Конгрессы.

Технологические инновации > Конгрессы.

ТЕХНОЛОГИИ И ИНЖИНИРИНГ > Гражданский > Общий.

Строительная индустрия > Управление.

Стратегическое планирование.

Технологические инновации.

Жанр

Материалы и материалы конференции.

Библиотечный вид | Кошка: 13345101

Расчет системы отопления частного дома: формулы и примеры

Отопление частного дома необходимый элемент комфортного жилья. Согласитесь, что к обустройству отопительного комплекса нужно подходить внимательно, так как ошибки дорого обходятся. Но вы никогда не делали таких расчетов и не умеете их правильно выполнять?

Мы Вам поможем – в нашей статье мы подробно рассмотрим, как делается расчет системы отопления частного дома, чтобы эффективно компенсировать теплопотери в зимние месяцы.

Приводим конкретные примеры, дополняя материал статьи наглядными фото и полезными видео-советами, а также соответствующими таблицами с необходимыми для расчетов показателями и коэффициентами.

Содержание статьи:

• Теплопотери частного дома
  • Расчет теплопотерь через стены
  • Учет влияния вентиляции частного дома
  • Затраты энергии на приготовление ГВС
• Расчет мощности котла
• Выбор радиаторов
• Выводы и полезное видео по теме в теме

Теплопотери частного дома

Здание теряет тепло из-за разницы температур воздуха внутри и снаружи дома. Теплопотери тем выше, чем значительнее площадь ограждающих конструкций (окна, кровля, стены, фундамент).

Также связаны с материалами ограждающих конструкций и их размерами. Например, теплопотери тонких стенок больше, чем толстых.

Фотогалерея

Фото

Основной целью расчета отопления является грамотный выбор теплового узла, способного компенсировать потери тепла в холодное время года

Подобрать оборудование необходимой мощности, потери тепла составляют суммируется по ограждающим конструкциям

В расчетах учтены утечки тепла через незакрепленные оконные и дверные створки, а также энергия, необходимая для нагрева поступающего снаружи воздуха

Для помещений с организованной механической вентиляцией, которая смешивает приточно-вытяжную воздушную массу с улицы, учитывается потребность в энергозатратах на его обогрев

Если планируется использовать двухконтурный котел в качестве основного агрегата для отопления и подогрев воды для системы горячего водоснабжения, в расчетах учитывается необходимая для данной задачи энергия

Правильно выполненные расчеты обязательно учитывают вид топлива и его энергоэффективность

Все расчеты корректируются с привязкой к способу устройства отопительных контуров, при скрытой установке системы необходимо учитывать обогрев строительных конструкций

При расчете для открытых отопительных контуров, непосредственно сообщающихся с атмосферой через открытую расширительный бак, необходимо учитывать потери энергии при охлаждении теплоносителя

Система отопления частного дома с двумя агрегатами

Вариант отопления в срубе

Утечки воздуха и тепла через окна и двери

Система приточной вентиляции

Схема контуров ГВС и отопления

Выбор котла по типу топлива

Варианты прокладки контуров отопления

Вариант наружного отопления

Эффективен для частного дома обязательно учитывать материалы, используемые при возведении ограждающих конструкций.

Например, при равной толщине стены из дерева и кирпича тепло осуществляется с разной интенсивностью – теплопотери через деревянные конструкции идут медленнее. Одни материалы лучше пропускают тепло (металл, кирпич, бетон), другие хуже (дерево, минеральная вата, пенополистирол).

Атмосфера внутри жилого дома косвенно связана с внешней воздушной средой. Стены, оконные и дверные проемы, крыша и фундамент зимой отдают тепло от дома наружу, отдавая взамен холод. На их долю приходится 70-90% общих теплопотерь коттеджа.

Стены, крыша, окна и двери – зимой все пропускает тепло. Тепловизор четко показывает утечки тепла

Постоянная утечка тепловой энергии в отопительный сезон также происходит через вентиляцию и канализацию.

При расчете теплопотерь индивидуального домостроения эти данные обычно не учитывают. А вот включение потерь тепла через канализационную и вентиляционную системы в общий тепловой расчет дома – все же правильное решение.

Значительно устроенная система теплоизоляции позволяет значительно снизить теплопотери, проходящие через строительные конструкции, дверные/оконные проемы

Расчет автономной схемы отопления загородного дома невозможен без оценки теплопотерь его ограждающих конструкций. Точнее, не получится достаточно, чтобы обогреть дачу в самые сильные морозы.

Анализ фактического потребления тепловой энергии через стены позволит сопоставить затраты на котельное оборудование и топливо с затратами на теплоизоляцию ограждающих конструкций.

Ведь чем энергоэффективнее дом, т.е. чем меньше тепла он теряет в зимние месяцы, тем меньше затраты на приобретение топлива.

Для грамотного расчета системы отопления вам потребуются обычные строительные материалы.

Таблица значений коэффициента теплопроводности различных строительных материалов, наиболее часто используемых в

Расчет теплопотерь через стены

На примере условного двухэтажного коттеджа рассчитаем теплопотери через его стеновые конструкции.

Исходные данные:

• квадратная «коробка» с передними стенками шириной 12 м и высотой 7 м;
• В стенах 16 проемов, площадь каждого 2,5 м ² ;
• материал фасадных стен – полнотелый керамический кирпич;
• толщина стенки – 2 кирпича.

Далее рассчитаем группу показателей, из которых складывается общая величина теплопотерь через стены.

Сопротивление теплопередаче

Чтобы узнать показатель сопротивления теплопередаче фасадной стены, необходимо толщину стенового материала разделить на его коэффициент теплопроводности.

Для ряда конструкционных материалов данные по коэффициенту теплопроводности представлены на изображениях выше и ниже.

Для точных расчетов потребуется коэффициент теплопроводности, указанный в таблице теплоизоляционных материалов, используемых в строительстве.

Наша условная стена сложена из полнотелого керамического кирпича, теплопроводность которого составляет 0,56 Вт/м ^о С. Ее толщина с учетом кладки на ЦРП составляет 0,51 м. Разделив толщину стены на коэффициент теплопроводности кирпича, получим сопротивление теплопередаче стены:

0,51:0,56 = 0,91 Вт/м ^{2 × о} С

Результат деления округляем до двух знаков после запятой ; нет необходимости в более точных данных по сопротивлению теплопередаче.

Площадь наружных стен

Поскольку в качестве примера было выбрано квадратное здание, площадь его стен определяется путем умножения ширины на высоту одной стены, затем на количество наружных стен:

12 · 7·4 = 336 м ²

Итак, мы знаем площади фасадных стен. А вот оконные и дверные проемы, занимающие вместе 40 м2 (2,5 · 16 = 40 м ² ) фасадной стены, надо ли их учитывать?

Действительно, как правильно рассчитать без учета сопротивления теплопередаче оконных и дверных конструкций.

Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов, применяемых для утепления несущих стен

При необходимости расчета теплопотерь здания большой площади или теплого дома (энергоэффективного) – да, с учетом коэффициенты теплопередачи оконных рам и входных дверей будут правильными при расчете.

Однако для малоэтажных зданий ИЖС, построенных из традиционных материалов, дверными и оконными проемами можно пренебречь. Те. Не отнимайте их площадь от общей площади фасадных стен.

Общие теплопотери стены

Теплопотери стены определяем с одного ее квадратного метра при разнице температур воздуха внутри и снаружи дома в один градус.

Для этого разделите единицу на сопротивление теплопередаче стены, рассчитанное ранее:

1:0,91 = 1,09 Вт/м ² · ^о С

Зная теплопотери на квадратный метр периметра наружных стен можно определить теплопотери при определенных уличных температурах.

Например, если температура на даче +20 ^о С, а на улице -17 ^о С, разница температур составит 20 + 17 = 37 ^о С. В этой ситуации общие теплопотери стен нашего условного дома составят:

0,91 · 336 · 37 = 11313 Вт ,

Где: 0,91 – сопротивление теплопередаче на квадратный метр стены; 336 – площадь передних стенок; 37 – разница температур между внутренней и наружной атмосферой.

Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов, применяемых для утепления пола/стен, для сухой стяжки пола и выравнивания стен

Полученные потери тепла пересчитываем в киловатт-часы, они более удобны для восприятия и последующих расчетов мощности Отопительная система.

Теплопотери стен в киловатт-часах

Сначала выясним, сколько тепловой энергии пройдет через стены за один час при разнице температур 37 ^около С.

Напоминаем, что расчет производится для дома с конструктивными характеристиками, условно выбранными для показательно-показательных расчетов:

113131: 1000 = 11,313 кВт·ч ,

Где: 11313 – сумма теплопотерь, полученная ранее ; 1 час; 1000 – это количество ватт на киловатт.

Коэффициент теплопроводности строительных материалов, применяемых для утепления стен и полов

Для расчета тепловых потерь в сутки полученные тепловые потери в час умножают на 24 часа:

11,31324 = 271,512 кВтч

Для наглядности находим потери тепловой энергии за полный отопительный сезон:

7 · 30 · 271,512 = 57017,52 кВтч – 0 число 9

месяцев

, 271,512 = 57017,52 кВтч в отопительный сезон; 30 – количество дней в месяце; 271 512 – суточные теплопотери стен.

Итак, расчетные теплопотери дома с указанными выше характеристиками ограждающих конструкций составят 57017,52 кВтч за семь месяцев отопительного сезона.

С учетом влияния вентиляции частного дома

В качестве примера рассчитаем вентиляционные теплопотери за отопительный сезон для условного коттеджа квадратной формы, со стеной шириной 12 метров и высотой 7 метров.

Без учета мебели и внутренних стен внутренний объем атмосферы в этом здании составит:

12 · 12 · 7 = 1008 м ³

При температуре воздуха +20 ^около С (норма в отопительного сезона) его плотность 1,2047 кг/м ³ и удельной теплоемкостью 1,005 кДж/( ^{кг о} С).

Рассчитываем массу атмосферы в доме:

10081,2047 = 1214,34 кг ,

Где: 1008 – объем домашней атмосферы; 1.2047 – плотность воздуха при t +20 ^о с.

Таблица со значением коэффициента теплопроводности материалов, которая может потребоваться для точных расчетов

Допустим пятикратное изменение объема воздуха в помещениях дома. Учтите, что точный приток свежего воздуха зависит от количества проживающих в коттедже.

При средней разнице температур между домом и улицей в отопительный сезон, равной 27 ^о С (20 ^о С дома, -7 ^о С наружной атмосферы) в сутки для отопления подачи холодного воздуха нужна тепловая энергия:

5,271214,34-1,005 = 164755,58 кДж ,

Где: 5 – количество воздухообменов в помещении; 27 – разница температур внутренней и наружной атмосферы; 1214.34 – плотность воздуха при t +20 ^о С; 1,005 – удельная теплоемкость воздуха.

Переводим килоджоули в киловатт-часы, разделив значение на количество килоджоулей в одном киловатт-часе (3600):

164755,58:3600 = 45,76 кВтч

Выяснив затраты в воздухе тепловой энергии на подогрев дома при его пятикратной замене через приточную вентиляцию, можно рассчитать «воздушные» теплопотери за семимесячный отопительный сезон:

7 · 30 · 45,76 = 9609,6 кВтч ,

Где: 7 – количество «отапливаемых» месяцев; 30 – среднее количество дней в месяце; 45,76 – суточные затраты тепловой энергии на подогрев приточного воздуха.

Энергозатраты на вентиляцию (инфильтрацию) неизбежны, так как обновление воздуха в коттедже жизненно необходимо.

Потребность в отоплении заменяемой воздушной атмосферы в доме необходимо рассчитать, просуммировать с потерями тепла через ограждающие конструкции и учесть при выборе отопительного котла. Существует еще один вид потребления тепловой энергии, последний – потери тепла канализацией.

Энергозатраты на приготовление ГВС

Если в теплое время года из крана в коттедж течет холодная вода, то в отопительный сезон она ледяная, с температурой не выше +5 ^о С. Купание, мытье посуды и стирка невозможна без подогрева воды.

Вода, набранная в унитаз, контактирует с домашней атмосферой через стены, забирая немного тепла. Что происходит с водой, нагретой за счет сжигания безвозмездного топлива и потраченной на бытовые нужды? Его сливают в канализацию.

Котел двухконтурный с бойлером косвенного нагрева, используемый как для нагрева теплоносителя, так и для подачи горячей воды в построенный для него контур

Рассмотрим пример. Семья из трех человек, предположительно, тратит 17 м ³ воды ежемесячно. 1000 кг/м ³ — плотность воды, а 4,183 кДж/кг ^о С — ее удельная теплоемкость.

Средняя температура отопительной воды, предназначенной для хозяйственно-бытовых нужд, пусть будет +40 ^около С. Соответственно разница средней температуры между холодной водой, поступающей в дом (+5 ^о С) и нагретой в котле (+30 ^о С) получается 25 ^о С.

Для расчета теплопотерь канализации считаем:

17 · 1000 · 25 · 4,183 = 1777775 кДж ,

Где: 17 – месячный объем водопотребления; 1000 — плотность воды; 25 – разница температур холодной и нагретой воды; 4,183 – удельная теплоемкость воды;

Чтобы перевести килоджоули в более понятные киловатт-часы:

1777775:3600 = 493,82 кВт·ч

Таким образом, за семимесячный период отопительного сезона теплоэнергии уходит в канализацию в количестве:

493,827 = 3456,74 кВт·ч подогрев воды на гигиенические нужды невелик, по сравнению с потерями тепла через стены и вентиляцию. Но это еще и энергозатраты, нагружающие котел или бойлер и вызывающие расход топлива.

Расчет мощности котла

Котел в системе отопления предназначен для компенсации теплопотерь здания. А также, в случае или при оснащении котла бойлером косвенного нагрева, для нагрева воды на гигиенические нужды.

Рассчитывая суточные теплопотери и расход теплой воды «на канализацию», можно точно определить необходимую мощность котла для коттеджа определенной площади и характеристики ограждающих конструкций.

Одноконтурный котел производит только теплоноситель для системы отопления

Для определения мощности котла отопления необходимо рассчитать затраты тепловой энергии дома через фасадные стены и нагрев сменной воздушной атмосферы внутренних помещений.

Требуются данные о тепловых потерях в киловатт-часах в сутки – в случае условного дома, рассчитанные для примера, это:

271,512 + 45,76 = 317,272 кВтч ,

Где: 271 512 – суточные теплопотери по наружным стенам; 45,76 – суточные тепловые потери на подогрев приточного воздуха.

Соответственно, необходимая теплопроизводительность котла составит:

317,272:24 (часа) = 13,22 кВт

Однако такой котел будет находиться под постоянно высокой нагрузкой, что сокращает срок его службы. А в особо морозные дни номинальной мощности котла будет недостаточно, так как при большой разнице температур внутренней и наружной атмосферы резко возрастут теплопотери здания.

поэтому по среднему расчету стоимость тепловой энергии не стоит – может не справиться с сильными морозами.

Рационально будет увеличить требуемую мощность котельного оборудования на 20%:

13,22,2 + 13,22 = 15,86 кВт

Рассчитать требуемую мощность второго контура котла, нагрев воды для мытья посуды , баня и т.п., необходимо месячный расход теплоты «канализационных» теплопотерь разделить на количество дней в месяце и на 24 часа:

493,82:30:24 = 0,68 кВт

Согласно По результатам расчета оптимальная мощность котла для примера коттеджа составляет 15,86 кВт для отопительного контура и 0,68 кВт для отопительного контура.

Выбор радиаторов

Традиционно рекомендуется выбирать площадь отапливаемого помещения, с завышением потребности в мощности на 15-20%, на всякий случай.

В качестве примера рассмотрим, насколько корректна методика выбора радиатора «10 м2 площади – 1,2 кВт».

Тепловая мощность радиаторов зависит от способа их подключения, что необходимо учитывать при расчете системы отопления

Исходные данные: угловая комната на первом уровне двухэтажного дома ИЖС; наружная стена из двухрядной кладки из керамического кирпича; ширина помещения 3 м, длина 4 м, высота потолков 3 м.

По упрощенной схеме подбора предлагается рассчитать площадь помещения, считаем:

3 (ширина) · 4 (длина) = 12 м ²

Т.е. необходимая мощность радиатора отопления с надбавкой 20% составляет 14,4 кВт. Теперь рассчитаем мощностные параметры радиатора отопления исходя из теплопотерь помещения.

На самом деле площадь помещения меньше влияет на потери тепловой энергии, чем площадь его стен, выходящих на одну сторону здания (фасад).

Поэтому будем считать именно площадь имеющихся в помещении «уличных» стен:

3 (ширина) · 3 (высота) + 4 (длина) · 3 (высота) = 21 м ²

Зная площадь стен, отдающих тепло «на улицу», рассчитываем теплопотери при разнице комнатной и уличной температуры 30 ^о (в доме +18 ^о С, на улице -12 ^о С), и сразу в киловатт-часах:

0,91 · 21 · 30: ​​1000 = 0,57 кВт ,

Где: 0,91 – сопротивление теплопередаче м2 стен помещения, выходящих «на улицу»; 21 — площадь «уличных» стен; 30 – разница температур внутри и снаружи дома; 1000 – это количество ватт на киловатт.

По строительным нормам отопительные приборы располагают в местах максимальных теплопотерь. Например, радиаторы устанавливаются под оконными проемами, тепловые пушки – над входом в дом. В угловых комнатах батареи устанавливают на глухие стены, подверженные максимальному ветровому воздействию.

Получается, что для компенсации теплопотерь через фасадные стены данной конструкции, при 30 ^о разнице температур в доме и на улице достаточно отопления мощностью 0,57 кВтч. Увеличиваем требуемую мощность на 20, даже на 30% — получаем 0,74 кВтч.

Таким образом, реальная потребность в мощности отопления может быть значительно ниже торговой схемы «1,2 кВт на квадратный метр жилой площади».

Более того, правильный расчет требуемой мощности радиаторов отопления позволит уменьшить их объем, что снизит нагрузку на котел и расходы на топливо.

Выводы и полезное видео по теме

Куда уходит тепло из дома – в видео даны ответы:

В видео рассмотрен порядок расчета теплопотерь дома через ограждающие конструкции. Зная тепловых потерь можно будет точно рассчитать мощность системы отопления:

Подробное видео о принципах подбора мощностных характеристик котла отопления смотрите ниже:

Ежегодно растет производство тепла – растут цены на топливо.

Добавить комментарий Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Комментарий *

Имя *

Email *

Сайт