ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ И ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА ОГРАЖДЕНИЙ ДОМОВ ПОВЫШЕННОЙ ЭТАЖНОСТИ

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАРУЖНЫХ ТРЕХСЛОЙНЫХ ПАНЕЛЕЙ

За последние два десятилетия в нашей стране и за рубежом широкое распространение получили наружные ограждения слоистой структуры. К таким ограждениям в первую очередь относятся трехслойные панели с желе­зобетонными внешними слоями и утеплителем из це­ментного фибролита, минсраливатных плит, полисти - рольного пенопласта и др.

Отличительная особенность трехслойных панелей от однослойных — возможность обеспечить повышенное сопротивление теплопередаче панелей в результате при­менения легкого высокоэффективного утеплителя. По данным многочисленных натурных наблюдений канд. техн. наук Б. Ф Васильева, сопротивление теплопереда­че трехслойных панелей по глади обычно превышает требуемое в 1,2—2 раза. Основным недостатком трех­слойных ограждений является наличие связей внешних железобетонных слоев в виде сквозных ребер, распола­гаемых по периметру оконных проемов и контуру пане­лей. Такое конструктивное решение панелей характерно для ограждений жилых домов серий 11-49, 1605, П42/16, 1143/16. Сквозные связи выполняют из теплопроводного материала, чаще всего из бетона.

Многочисленные обследования наружных трехслой­ных ограждений, проведенные МНИИТЭПом, НИИМос - строем, ЦНИИЭП жилища, НИИстройфизикп и другими, показали, что сквозные связи значительно ухудшают теплозащитные характеристики панелей. Имеются слу­чаи образования конденсата на внутренней поверхности панелей в местах теплопроводных включений. При вскрытии панелей зачастую обнаруживается, что толщи­на ребер но соответствует проектным размерам: 6- 8 см, вместо 4 см.

Трехслойные стеновые панели с утеплителем из фибролита, минераловатных плит или из этих материа­лов вместе применяют в домах серий Н-49Д и 1605-АМ, выпускаемых ДСК-1 и ДСК-2 Главмосстроя. Натурные наблюдения показывают, что фактическое сопротивле­ние теплопередаче трехслойных наружных стен по утеплителю (табл. 4) значительно выше требуемого, т. е. 0,95м2-К/Вт (1,1 м2-ч-°С/ккал). Однако опыт эксплуата­ции полносборных домов, в том числе и домов повышен - F А б л и ц а 4. Фактические сопротивления теплопередаче трехслойных панелей по утеплителю

Ной этажности, показал, что во многих случаях темпера­турный режим внутренних поверхностей наружных стен не соответствует нормальным санитарно-гигиеническим требованиям. Наружные стены в крупнопанельных зда­ниях в целом холоднее, чем в кирпичных. Кирпичные стены толщиной в 2,5 кирпича имеют сопротивление теп­лопередаче 0,95 м2-К/Вт (1,1 м2-ч-°С/ккал), одинаковое по всей поверхности стены. Многослойные же панельные стены имеют многочисленные теплопроводные включе­ния («мостики холода»). Приведенное сопротивление теплопередаче jR"p стен из трехслойных панелей меньше, чем для кирпичных стен, хотя по глади панельная стена, как правило, теплее кирпичной. Например, по данным д-ра техн. наук Ф. В. Ушкова, панельная стена, утеп­ленная минераловатными плитами, при сопротивлении теплопередаче Ro по утеплителю, равному 1(1,2), имеет приведенное R*? =0,69 (м2-К)/Вт (0,8 м2-ч.°С/ккал), а при Ro по утеплителю 1,5(1,7)—приведенное Rn0P — = 0,95 м2- К/Вт (1,1 м2-ч-°С/ккал).

Наличие «мостиков холода» и образование в резуль­тате этого на внутренней поверхности стен конденсата вызывают иногда сомнения в теплозащитных качествах многослойных панелей и являются основанием для по­вышения нормируемого значения сопротивления тепло­передаче этих панелей. И то и другое не обосновано. Повышать нужно не сопротивление теплопередаче по утеплителю (и так достаточно высокое), а теплозащит­ные качества узлов сопряжений панелей: вертикальных и горизонтальных стыков, стыков лоджий, наружных и карнизных узлов. Это может быть достигнуто правиль­ным конструированием стыков, введением в стыки эффективных утепляющих пакетов и обеспечением их воздухо - и водонепроницаемости.

В домах повышенной этажности с многослойными наружными стенами внутренний бетонный фактурный слой из условия прочности увеличен с 2—3 до 8—13 см. Это оказало положительное влияние на температурный режим стыков, так как более теплопроводный бетонный фактурный слой подводит к теплопроводному включе­нию или стыку больше тепла и температура в узле или в месте теплопроводного включения повышается. Из данных табл. 5 видно, что с увеличением толщины фак­турного слоя и уменьшением ширины теплопроводного включения температурный режим внутренней поверхнос­ти стыка улучшается. Температурный режим внутренних поверхностей наружных стен, а также мест примыкания к ним внутренних железобетонных перегородок приве­ден в табл. 6. Температурный режим вертикального сты­ка продольных панелей, как поданным расчета темпера­турного поля, так и по натурным наблюдениям, оказался весьма благоприятным. Это объясняется наличием стоя­ков отопления в железобетонных перегородках, примы­кающих к вертикальному стыку. Минимальная темпера­тура в углу примыкания перегородок к стене составила 31,2° С.

Некоторое различие натурных и расчетных данных объ­ясняется тем, что при более высоких температурах на­ружного воздуха температура воды в стояках отопления обычно ниже расчетного значения, принимаемого tc= = 60° С.

Наличие в перегородочных панелях дома серии 11-49 отопительных стояков в непосредственной близости от наружной стены обеспечивает на внутренней поверхнос­ти вертикального стыка температуры, превышающие температуру воздуха в помещении. Но при этом значи­тельно возрастают теплопотери стен в районе стыка.

Чтобы найти оптимальный вариант расположения отопительных стояков в перегородочной панели и вы­явить их влияние на температуру внутренней поверхнос­ти и на дополнительные теплопотери стены в районе стыков, были просчитаны несколько схем расположения стояков в перегородке от внутренней поверхности на­ружной стены: на расстоянии 5 (проектное решение),

Т а б л и ц а 6. Распределение температуры на внутренней поверхности наружных стен в опытных квартирах дома серии П-49Д

28 и 40 см при замоноли - чивании полости стыка керамзшобетоном. По ре - результатам расчетов построен график (рис. 12), показывающий, что вполне возможно отодви­нуть отопительные стояки в перегородочной панели на 50 см от внутренней поверхности наружной стены. При этом мини­мальная температура на поверхности стыка будет около 10° С, это на 1.2° С выше температуры «точки росы», а дополнительные теп­лопотери в районе стыка составят 10 Rt.

Впервые в отечественной практике крупнопанельного домостроения в доме серии 11-49Д запроектирован, а затем выполнен горизонтальный стык с противодожде - вым «зубом». Это сразу же благоприятно сказалось на его температурном режиме. По натурным наблюдениям минимальная температура в районе горизонтального стыка составила тв=11,7°С, а на верхнем ребре оконно­го откоса тв=14,5°С. Однако неблагоприятным оказал­ся наружный угол лоджий, минимальная температура внутренней поверхности его была 5,7" С против расчет­ной 6,6° С Сопоставление результатов расчетов с натур­ными наблюдениями (см. табл. 6) и измерениями тем­ператур по всем девяти этажам показало, что наружный угол лоджии имеет неудовлетворительный температур­ный режим, значительно худший, чем полученный по расчетам температурных полей.

При обследовании квартир с лоджиями почти во всех случаях обнаружен конденсат в наружных углах. В связи с этим проектным организациям было предло­жено при корректировке проектов утеплить наружный угол лоджии стиропором. В эксплуатируемых уже до­мах утеплить наружные углы лоджии можно путем при­клеивания к внутренней поверхности угла уголка из древесноволокнистой плиты сечением 20X^X2 см. Тем­пературный режим узла, как видно из табл. G, в этом случае значительно улучшается.

Температурное поле наружного угла без стояка ото­пления также оказалось неблагоприятным — минималь­ная температура в углу составляла лишь 8° С. Стояк отопления, безусловно, оказывает здесь благоприятное воздействие, так как минимальная температура в на­ружном углу поднимается до 13,9° С. В случаях, когда система отопления дома предусмотрена без стояка, кон­струкция наружного угла должна быть переработана. Таким образом, экспериментальные и расчетные дан­ные показывают, что температурный режим наружного 'угла, карнизного узла и узлов лоджии в доме серии 11-49Д оказался ниже уровня санитарно-гигиенических '.требований. Но температурный режим узлов примыка­ния внутренних перегородок к продольным и торцовым наружным стенам благоприятен.

Нормальный влажностный режим материалов трех­слойных панелей имеет большое значение не только для повышения теплозащитных качеств ограждения, но и для долговечности материалов конструкций. Для оцен­ки влажностного состояния теплоизоляционных матери­алов в наружных многослойных стеновых панелях и сов­мещенных покрытиях в Москве были проведены много­летние натурные наблюдения и исследования влажност­ного режима расчетным путем. Эти исследования пока­зали следующее.

1. Максимальная влажность теплоизоляционных ма­териалов в наружных трехслойных ограждениях отапли­ваемых зданий в зимнее время зависит в основном от интенсивности перемещения в них влаги в результате термодиффузии в направлении понижения температуры. Влага, поступающая в ограждение из помещения, имеет меньшее значение в переувлажнении материала в холод­ной зоне.

2. Интенсивность перемещения влаги в теплоизоля­ционном материале в направлении понижения темпера­туры зависит от градиента температуры в нем и от его паропроницаемости.

3. Влажностный режим стеновых панелей с двухслой­ным утеплителем характеризуется в основном влаж­ностью теплоизоляционного материала, расположенного у наружного фактурного слоя. Слой теплоизоляционного материала, расположенного у внутреннего фактурного слоя, всегда находится в благоприятных влажностных условиях.

4. В стеновых панелях и совмещенных покрытиях с двухслойным утеплителем наиболее рациональное рас­положение утепляющих слоев такое, при котором мате­риал с большой паропроницаемостью и большой паро - емкостью (например, фибролит) находится у внутреннего фактурного слоя, а материал с малой теплопроводностью и малой паропроницаемостью (например, стиропор) —у наружного фактурного слоя. Это следует учитывать при проектировании наружных ограждений. В частности, для обеспечения нормального влажностного режима наруж­ных стен, утепленных стиропором и фибролитом, а так­же минераловатными плитами и фибролитом у внутрен­него фактурного слоя целесообразно размещать фибро­лит, а у наружного — стиропор или минераловатные плиты. Для влажностного режима стеновых панелей, утепленных минераловатными плитами и стиропором, порядок размещения последних в панели не имеет боль­шого значения, так как в обоих случаях он будет благо­приятным.

5. Место расположения пароизоляционного слоя в ограждающей конструкции зависит от пароемкости теп­лоизоляционного материала. Если материал обладает большой пароемкостыо, как, например, цементный фиб­ролит, то пароизоляционный слой рациональнее распола­гать в середине теплоизоляционного материала, несколь­ко смещая его к наружной поверхности. При теплоизоля­ционных материалах с малой пароемкостью, как, напри­мер, стиропор и минераловатные плиты, пароизоляцион­ный слой следует располагать у внутренней поверхности ограждения.

6. В стеновых панелях, утепленных различными теп­лоизоляционными материалами с внутренним фактурным слоем из бетона толщиной более 70 мм, устройство паро - изоляции не требуется. При этом расположение утепли­телей в панели должно соответствовать указаниям п. 4.

Рассмотрим теперь теплотехнические качества трех­слойных стеновых панелей на гибких металлических связях.

За последние шесть-семь лет созданы и внедряются в практику строительства трехслойные ограждающие конструкции нового типа, в которых бетонные сквозные ребра (теплопроводные включения) заменены местными связями в виде металлических стержней. Такие конст­рукции стеновых панелей получили название «огражде­ний на гибких связях». Конструкции наружных стеновых панелей с дискретными гибкими стальными связями меж­ду железобетонными слоями разработаны ЦНИИЭП жилища совместно с ЦНИИСК им. В. А Кучеренко, ВНИИГЮ МВД СССР и другими организациями и ис­пользуются в экспериментальном строительстве.

Гибкие связи выполняют в виде отдельных стержней из низколегированной стали марок 10ХНДП и 10ХНДШП, обладающей повышенной стойкостью к атмосферной коррозии. В качестве утеплителя применя­ют в основном полистирольный пенопласт ПСБ и ПСБ-С. Утеплители из сгораемых материалов допускаются к при­менению при условии защиты их на торцах панелей несгораемыми материалами. В 1970 г. в Мурманске впер­вые в СССР смонтирован 5-этажный 60-квартирный жилой дом серии 1-464 с наружными стенами из трех­слойных панелей на гибких связях Для связей использо­вали коррозиестойкую ста ль марки 10ХНДП. В качестве теплоизоляционного материала был применен полисти­рольный пенопласт ПСБ толщиной 10 см. Обшая толщи­на стеновой панели 30 см, толшины наружного и внутрен­него фактурных слоев по 10 см. Натурные наблюдения показали, что сопротивление теплопередаче панелг по глади составляет 2,8 м2-К/Вт (3,25 м2-ч-°С/ккал) при требуемом нормами 1,03 (1,2) [3] Таким образом, предва­рительными исследованиями было установлено, что гиб­кие металлические сзязи не влияют на характер темпе­ратурного поля и, следовательно, не снижают теплоза - зашитных качеств ограждения.

В 1969 г. Мастерская № 2 МНИИТЭП выпустила ти­повой проект 12-этажного панельного дома серии 1605- АМ-04/12Ю, разработанный на основе конструкции 9-этажного дома той же серии. Наружные стены — из трехслойных панелей с гибкими связями и с замонолп - ченпыми во внутреннем бетонном слое нагревательными регистрами системы отопления. Отличительной особен­ностью панелей являются соединительные гибкие связи, расположенные в местах установки анкерных выпусков и закладных деталей, вместо железобетонных; ребер по контуру панелей. В подоконной части панели внутренне­го бетонного слоя отсутствуют арматурные сетки. В от­личие от панелей ранней серии 1605, изменена раскладка утеплителя: вместо минераловатной плиты у наружного фактурного слоя панели укладывают полистирольный пенопласт, а цементный фибролит — у внутреннего слоя. Общая толщина фасадных панелей 25 см, торцовых 32 см (с двумя слоями цементного фибролита).

Натурные наблюдения над домом в Чертанове так­же показали, что фактическое сопротивление теплопере­даче продольной стеновой панели по глади стены вне зоны влияния замоноличенной системы отопления соста­вило 2,33 м2-К/Вт (2,71 м2-ч-°С/ккал), т. е. было выше расчетного значения на 23%. Многочисленные замеры термощупом температур на поверхности панели показа­ли, что температура в отдельных точках поверхности в зоне расположения нагревательных элементов равна 42—44° С, а вне зоны их влияния — 12—15° С (при TB=6—17° С). В связи с этим представляет интерес оценка теплопотерь рассматриваемых наружных панелей.

Определение теплопотерь наружного ограждения с замоноличенными регистрами системы отопления — чрез­вычайно сложная задача, так как это связано с расчетом трехмерного температурного поля в конструкции. Про­ведение соответствующих исследований в натурных условиях в эксплуатируемых домах также весьма затруд­нительно. Поэтому для приближенной оценки теплопо­терь наружной панели с гибкими связями и с замоноли­ченными регистрами системы отопления проведены сле­дующие расчеты.

На рис. 13 показана схема двухмодульной стеновой панели, разбитой по площади поверхности на 17 участков. По каждому участку просчитаны несколько двухмерных температурных полей по вертикальным или горизонталь­ным сечениям при температурах tH = —25°С, ^B=18°C и ан = 23,3; ав = 8,7 Вт/(м2-К). Расчет теплопотерь вы­полнен по перепаду между температурами наружного воздуха и плоскости раздела наружного фактурного слоя, термическое сопротивление которых составляет

, 0,05

R 0,043 + —1----- = 0,068 м2*К/Вт.

2,04

Пример расчета теплопотерь для подоконной части панели (участок 16). На рис. 14 показано температурное

Is

ОС

F(- —площадь, м2; q^ — теилопотери участка, Вт/м2; T = 1, 2, 3, ..., 17 — индекс участка; 1 — замоноличенные ре­Гистры отопления

Ц<Ф 12,6 T--12.5° С

Поле панели но вертикальному сечению участков 13 и 1G. Ввиду неравномерности распределения температур по плоскости раздела (наружный фактурный слой+утепли - тель ПСБ-С) участок 16, в свою очередь, по высоте раз­бит на четыре зоны:

Зона «а»: площадь поверхности ^=0,14X1,438= = 0,201 м2, средний перепад температур Ат==4,6°С, теп­ловой поток #=13,6 Вт; зона «б»:

F = 0,628-1,438 =-- 0,903 м2; Дт = 3,9°С; (/ = 51,8 Вт; Зона «в»:

F = 0,055-1,438 = 0,079 м2; Дт = 7,3°С; <7 = 8,5 Вт; Зона «г»:

F = 0,117-1,438 = 0,168 м2; Дт=10,4сС; <7 = 25,7 Вт.

Итого по участку: F—1,351 м2, q — 99,6 Вт, а теплопо - тери площади рассматриваемого участка составят 73,7 Вт/м2.

На рис. 13 на каждом из исследованных участков па­нели указаны их площади и соответствующие им тепло - потери, рассчитанные вышеприведенным способом. Теплопотери на участках увеличиваются по мере насы­щения последних регистрами системы отопления. Тепло - потери увеличиваются также на участках, граничащих со стыками и оконными проемами. Средние значения теплопотерь рассматриваемой двухмодульной панели на гибких связях при сопротивлении теплопередаче рав­ном Rq—,87 м2-К/Вт (2,18 м2-ч-°С/ккал), по расчет­ным данным (см. рис. 13), составили 48,6 Вт/м2 [41,8 ккал/(м2-ч)], что находится в нормируемых пре­делах.

Таким образом, стеновые панели с гибкими связями и с замоноличенными регистрами отопления обладают хо­рошими теплозащитными качествами, а их теплопотери не превышают обычных нормируемых пределов (48— 50 Вт/м2). В целом теплотехнические качества наруж­ных стеновых трехслойных панелей в домах повышенной этажности значительно выше по сравнению с аналогич­ными конструкциями 5-этажных домов.

4*