Анализ эффективности двухслойного и однослойного утепления вентилируемых фасадов

УДК 692.23

А.Я. ЮН, менеджер департамента маркетинга

ООО «Сен-Гобен Строительная Продукция Рус»

Анализ эффективности двухслойного и однослойного утепления вентилируемых фасадов

Сравниваются два варианта утепления одного из наиболее эффективных строительных решений утепления ограждающей конструкции -навесных вентилируемых фасадов. Рассматриваются два варианта устройства теплоизоляционного контура: монослойное, при котором неизбежны потери тепла через стыки примыкания теплоизоляционных плит, и двухслойное, при котором верхний слой плит перекрывает места сопряжения плит нижнего слоя. Расчетным методом с использованием специализированного программного комплекса HEAT 3D показано на примере объекта, расположенного в Новосибирске, что с точки зрения тепловой защиты зданий двухслойное утепление вентилируемых фасадов является более эффективным решением, нежели однослойное, так как позволяет повысить теплотехническую однородность конструкции на 37%, а утечки тепла через стыки плит сокращаются в десять раз.

Ключевые слова: энергосбережение, утепление, навесной вентилируемый фасад, энергоэффективное решение, теплотехническая однородность.

Для цитирования: Юн А.Я. Анализ эффективности двухслойного и однослойного утепления вентилируемых фасадов // Строительные материалы. 2017. № 7. С. 77-79.

A.Ya. YUN, Manager, Marketing Department

OOO «Saint-Gobain Building Products Rus»

Analysis of Efficiency of Two-Layer and One-Layer Heat Insulation of Ventilated Facades

Two variants of the heat insulation of one of the most efficient solutions of heat insulation of an enclosing structure, suspended ventilated facades, are compared. Two variants of the arrangement of a heat insulation contour, a mono-layer, when the heat losses through the junction joints of heat insulation slabs are unavoidable, and a two-layer where the upper layer of slabs overlaps the junction place of the lower layer slabs, are considered. The calculation method with the use of the specialized software HEAT 3D shows, on the example of an objects located in the city of Novosibirsk, that from the point of view of heat insulation of buildings, the two-layer heat insulation of ventilated facades is more efficient than the one-layer as makes it possible to improve the thermal-technical homogeneity by 37% and reduce the heat losses through the slab joints by 10 times.

Keywords: energy saving, heat insulation, suspended ventilated facade, energy efficient solution, thermal-technical homogeneity.

For citation: Yun A.Ya. Analysis of efficiency of two-layer and one-layer heat insulation of ventilated facades. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 7, pp. 77-79. (In Russian).

В настоящее время одним их самых эффективных способов теплоизоляции наружных стен зданий являются системы навесных вентилируемых фасадов (НВФ) [1].

Принято считать, что двухслойное утепление стен при применении НВФ является более предпочтительным с теплотехнической точки зрения по сравнению с однослойным решением.

Как правило, данный аргумент объясняется тем, что верхний слой плит теплоизоляции перекрывает швы (стыки) нижележащего слоя, тем самым конструкция становится более теплотехнически однородной [2, 3, 4].

Данное исследование направленно на то, чтобы сформировать научную базу с использованием современных вычислительных программ для определения

Таблица 1

Состав стены

Материал Толщина слоя, мм Коэффициент теплопроводности, Вт/

б \д

Решение 1 (однослойное) Штукатурный слой у=1800 кг/м3 20 0,76

Ячеисто-бетонные блоки у=600 кг/м3 300 0,19

Утеплитель ISOVER Венти у=85 кг/м3 130 0,038

Вентилируемый воздушный зазор 40 *

Облицовка НВФ * *

Решение 2 (двухслойное) Штукатурный слой у=1800 кг/м3 20 0,76

Ячеисто-бетонные блоки у=600 кг/м3 300 0,19

Утеплитель ISOVER Венти у=85 кг/м3 30 0,038

Утеплитель ISOVER ВентФасад-Низ у=19 кг/м3 100 0,038

Вентилируемый воздушный зазор 40 *

Облицовка НВФ * *

* В расчете не учитывается.

j t.

научно-технический и производственный журнал

июль 2017

77

Ма териалы и конструкции

Рис. 1.

ширины

4 Г

Месяцы

Зависимость скорости воздуха в вентилируемом зазоре от зазора: d - ширина вентилируемого зазора, м

лю работ». При этом, чтобы оценка данного эффекта была максимально прозрачна, из модели расчета были исключены прочие теплотехнические неоднородности такие как дюбеля и кронштейны подсистемы.

Теплотехнический расчет проводился согласно действующим нормативно-строительным документам СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуа-ли-зированная редакция СНиП 23-02—2003», СП 131.13330.2012 «Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-02—99*» для климатических условий Новосибирска.

Граничные условия для модели принимались следующие: со стороны помещения — Тв=21оС и ^=1/8,7=0,115 м2-°С/Вт; с наружной стороны - ^=-36,1^ и ^=1/10,8=0,0925 м2лС/Вт.

Температура на наружной поверхности модели рассчитывалась по формуле 1 СП 50.13330.2012 из условия, что средняя скорость воздуха в прослойке НВФ равна 0,6 м/с при ее толщине 40 мм, как для наиболее распространенной (рис. 1) [7]:

количественных параметров изменения теплового потока и его влияния на теплотехническую однородность конструкции [5, 6].

Для сравнительной оценки эффективности двух способов утепления НВФ в специализированной расчетной программе HEAT 3D был проведен теплотехнический расчет фрагмента стены, которая в первом случае утеплялась одним слоем минеральной ваты, во втором — двумя слоями с аналогичной общей толщиной и теплотехническими характеристиками (табл. 1).

Для рассматриваемого фрагмента стены оценивалось влияние мостиков холода в виде швов шириной 2 мм между плитами теплоизоляции согласно СТО НОСТРОЙ 2.14.67—2012 «Навесные фасадные системы. Работы по устройству. Общие требования к производству и контро-

_ 10,08h tnp-tH ^ _Vnp-Si-4i | t

где tHp — средняя температура воздуха в воздушной прослойке; tK — средняя температура наружного воздуха (-37оС для Новосибирска); h — разность высот от входа воздуха в прослойку до его выхода из нее, м; — сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Расчетная модель создавалась в программе HEAT 3D, которая выполняет расчет методом конечных разностей.

Для проведения данной работы были созданы две трехмерные модели стены с однослойным и двухслойным утеплением соответственно (рис. 2, 3). Теплоизоляционные слои моделировались в виде плит соответству-

а

299 2 299 2 299 2

299

299 2 299 2

299 2 1

z

1

1

600 2 600 2 600 2 600

1

299 2 299 2 299 2 299 2 299 2 299 2 299 2 299 1

JtJ

600 2 600 2 600 2 600 Рис. 3. Расчетная модель стены с двухслойным утеплением: а, б - общий вид; в - изометрия

Материал

Isover Венти 30 мм

Isover ВентФасад-Низ 100 мм

Замкнуная воздушная прослойка

Ячеисто-бетонные блоки «Сибит»

Штукатурка

б

в

"X

78

научно-технический и производственный журнал

июль 2017

¡SrrotfjSjiaiiJbds

Таблица 2

Таблица 3

Результаты расчетов моделей

Тепловой поток

Однослойное утепление Двухслойное утепление

qi«^=15,864 Вт/м2 q2_=11,458 Вт/м2

Температура на внутренней поверхности стены

Однослойное утепление Двухслойное утепление

Tmin 1слой=18,543 С Tmin 2слоя=19,567°С

ющих размеров с максимально допустимой шириной швов между плитами, равной 2 мм.

Результаты проведенного расчета представлены в табл. 2.

Для оценки эффективности каждого из рассматриваемых типов утепления сравним полученные параметры с аналогичными параметрами для однородного участка стены.

Определим условное сопротивление теплопередаче однородной конструкции (по глади):

yui dB ^Ц Ин 8,7

/0,02 0,3 lo,76 + 0,19

где ан, ав — коэффициенты теплоотдачи; 61 — толщина 1-го слоя стены; ^ — коэффициент теплопроводности 1-го слоя стены.

Потери теплоты через однородный участок стены.

Огладь = ¿,(21 + 36,1) = 10,91 Вт/м2

уел

5,23v

Tmin=tB-Atn .где

2.

4.

6.

Результаты расчетов

T ос 1 min' ^ q, Вт/м2 r

Решение 1 (однослойное) 18,54 15,86 0,69

Решение 2 (двухслойное) 19,56 11,45 0,95

Однородная стена 19,84 10,91 1

Таким образом, получаем, что минимальная температура на внутренней поверхности однородного участка стены будет равна 19,84оС.

Рассчитаем коэффициенты теплотехнической однородности для двух рассматриваемых случаев:

Г1слой —

Чглади Ч 1слой

= 0,69

д1п = _^=^1±36Д =1155ос . Ryc„ '«в 5,233-8,7 '

Список литературы

Есаулов Г.В. История России в градостроительстве: традиции и новации // Academia. Архитектура и строительство. 2012. № 4. С. 130-133.

Самарин О.Д., Лушин К.И. Энергетический баланс жилых зданий и его экспериментальные исследования // Вестник МГСУ. 2009. № 2. С. 423-430. Гагарин В.Г., Козлов В.В., Лушин К.И., Пастушков П.П. О применении ветрогидрозащитных мембран в навесных фасадных системах с вентилируемой воздушной прослойкой // Научно-технический вестник Поволжья. 2012. № 5. С. 128-131. Гагарин В.Г., Козлов В.В., Лушин К.И., Пастушков П.П. К вопросу о применении ветрогидрозащитных мембран в навесных фасадных системах с вентилируемой воздушной прослойкой // Научно-технический вестник Поволжья. 2013. № 3. С. 120-122. Гагарин В.Г., Гувернюк С.В., Лушин К.И. Моделирование эмиссии волокон из минераловатного утеплителя навесной фасадной системы с вентилируемой прослойкой // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 9. C. 27-29. Гагарин В.Г., Гувернюк С.В., Лушин К.И. Определение эмиссии волокон из минераловатного утеплителя навесной фасадной системы с вентилируемой прослойкой. Качество внутреннего воздуха и окружающей среды: Материалы XI Международной научной конференции. Ханой, 2013. С. 278-283.

Гагарин В.Г., Козлов В.В., Лушин К.И. Скорость движения воздуха в прослойке навесной фасадной системы при естественной вентиляции // Жилищное строительство. 2013. № 10. С. 14-17.

_ Чглади = о 95 Г2слоя Ч2слой '

Результаты всех расчетов сведены в табл. 3. В проведенном расчете трехмерных моделей стен, утепленных одним и двумя слоями минеральной ваты, в качестве теплотехнических неоднородностей между плитами теплоизоляции моделировались швы шириной 2 мм. По результатам можно сделать следующие выводы: — тепловые потери через стену при однослойном утеплении в 10 раз выше, чем для стены, утепленной двумя слоями минеральной ваты, и составляют соответственно 5 и 0,5 Вт/м2;

— теплотехническая однородность конструкции с использованием двухслойной системы утепления в сравнении с однослойной выше на 37%.

Таким образом, с точки зрения тепловой защиты зданий двухслойное утепление вентилируемых фасадов является более эффективным решением, поскольку верхний слой перекрывает швы между плитами нижнего слоя и значительно увеличивает теплотехническую однородность конструкции.

References

1. Esaulov G.V. History of Russia in town planning: traditions and innovations. Academia. Arkhitektura i stroitel'stvo. 2012. No. 4, pp. 130-133. (In Russian).

2. Samarin O.D., Lushin K.I. Energy balance of residential buildings and its pilot studies. Vestnik MGSU. 2009. No. 2, pp. 423-430. (In Russian).

3. Gagarin V.G., Kozlov V.V., Lushin K.I., Pastushkov P.P. About application the vetrogidrozashchitnykh of membranes in hinged front systems with the ventilated air gap. Nauchno-tekhnicheskii vestnikPovolzh'ya. 2012. No. 5, pp. 128-131. (In Russian).

4. Gagarin V.G., Kozlov V.V., Lushin K.I., Pastushkov P.P. To a question of application the vetrogidrozashchitnykh of membranes in hinged front systems with the ventilated air gap. Nauchno-tekhnicheskii vestnik Povolzh'ya. 2013. No. 3, pp. 120-122. (In Russian).

5. Gagarin V.G., Guvernyuk S.V., Lushin K.I. Model operation of an emission of fibers from a mineral-cotton heater of hinged front system with the ventilated layer. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2013. No. 9, pp. 27-29. (In Russian).

6. Gagarin V.G., Guvernyuk S.V., Lushin K.I. Definition of an emission of fibers from a mineral-cotton heater of hinged front system with the ventilated layer. Quality of internal air and surrounding medium. Materials XI of the International scientific conference. Hanoi. 2013, pp. 278-283.

7. Gagarin V.G., Kozlov V.V., Lushin K.I. Air Velocity in Air Cavity of Curtain Wall System at Free Ventilation. Zhilischnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2013. No. 10, pp. 14-17. (In Russian).

jËfcr^iJTïJBrlslE

научно-технический и производственный журнал

июль 2017

79

1.

S.