ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ И ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА ОГРАЖДЕНИЙ ДОМОВ ПОВЫШЕННОЙ ЭТАЖНОСТИ

ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ОКОН С БОЛЬШИМИ ПЛОЩДЯМИ ОСТЕКЛЕНИЙ

При проектировании жилых и гражданских зданий все более прослеживается тенденция к увеличению раз­меров световых проемов за счет уменьшения площади поверхности стен. В современных типовых проектах ос­вещенность помещений в 1,5—2 раза превышает норма­тивные значения, в помещениях малой глубины — при­мерно в 2,3 раза, в кухнях — в 3—6 раз. В соответствии с указаниями СНиП [36], площадь световых проемов должна быть не менее У8 площади пола, а при наличии лоджий — она увеличивается на 20—30%.

Площадь световых проемов в доме серии 1-515 соста­вляет 32,5, в 17-этажном доме — 40,4, а в администра­тивных зданиях на пр. Калинина в Москве — около 70% площади наружных стен.

В типовых крупнопанельных домах теплопотери через световые проемы составляют более половины суммарных теплопотерь всего дома. В зданиях повышенной этажно­сти по сравнению с крупнопанельными 5-этажными зда­ниями теплопотери не уменьшаются, а увеличиваются. По расчетам, в 17-этажном экспериментальном доме (42-й квартал Юго-Запада) теплопотери 1 м2 фасад­ных стен на 12% выше, чем в типовом 5-этажном. Тепло­потери световых проемов от теплопотерь фасадных стен составляют: в 17-этажном доме 72,6; в доме серии 1-515 65,4%.

Световые проемы с большими площадями остеклений особенно характерны для общественных или уникальных зданий. В частности, практически без стен запроектиро­ваны фасадные ограждения в 26-этажном здании Гидро­проекта на Ленинградском проспекте в Москве. Натур­ные наблюдения, проведенные в этом здании зимой (см. гл. IV), показали, что температурные условия во многих его помещениях не удовлетворяют требованиям комфор­та.

Особенно большое значение в современных зданиях (зданиях повышенной этажности) имеет воздухопрони­цаемость ограждений и световых проемов. Большая пло­щадь световых проемов увеличивает протяженность при­творов, через которые проникает холодный воздух в по­мещения. По данным натурных исследований, воздухо­проницаемость световых проемов в 17-этажном доме в 42-м квартале Юго-Запада оказалась равной 22,6- Ю-5 кг-м/(Н-с) [8 кг/(м-ч-мм вод. ст.)], а по данным К. П. Копылова и К. С. Траут [39], в административных зданиях на просп. Калинина — 16,1 • 10~5 кг-м/(Н-с) [5,7 кг/(м-ч-мм вод. ст.)], что на 117% выше паспорт­ных данных и на 83% выше нормативных требований.

Эксперименты показали, что нейтральная зона в до­мах повышенной этажности располагается выше, чем считалось ранее, а именно на расстоянии 4/5 высоты зда­ния от уровня земли, т. е. на уровне 14-го этажа в 17- этажном доме. Большое поступление холодного воздуха через окна помещений нижележащих этажей в результа­те теплового и ветрового напоров вызывает дополнитель­ный расход тепла на нагревание поступающего воздуха. Это приводит к снижению температуры воздуха в поме­
щении и значительным теплопотерям помещений нижних этажей здания. При полной герметизации швов теплопо­тери через оконные проемы в жилых зданиях составляют менее 25, при фильтрации воздуха через окна — около 50% общих теплопотерь здания.

Основной нормируемой теплотехнической характери­стикой заполнений световых проемов, так же как и на­ружных ограждений, является коэффициент теплопере­дачи или сопротивление теплопередаче. Сопротивление теплопередаче окон с двойными или спаренными переплетами составляет 0,34 м2-К/Вт, или 0,4 м2-чХ Х°С/ккал.

Для ограждающей конструкции из материалов плот­ной структуры, не содержащих пустот и воздушных про­слоек, термическое сопротивление является характери­стикой, зависящей только от геометрической формы конструкций и физических свойств ее материалов, т. е. термическое сопротивление конструкции обусловлено яв­лением только чистой теплопроводности, описываемым законом теплопроводности Фурье. Если же конструкция содержит крупнопористые материалы или имеет воздуш­ные прослойки, как, например, заполнения оконных про­емов, то термическое сопротивление такой конструкции зависит в основном от характера формирования темпе­ратурного поля в элементах заполнения и от интенсив­ности конвективных и лучистых тепловых потоков. В этом случае термическое сопротивление определяется в зависимости от тепловых потоков, проходящих через эле­менты заполнений и от перепада температур на различ­ных поверхностях. Но так как конвективные и лучистые тепловые потоки и температурные перепады в значитель­ной мере зависят от тепловоздушного режима заполне­ний, то определяемое таким способом термическое со­противление имеет условное значение, эквивалентное термическому сопротивлению некоторой конструкции с материалами плотной структуры. Указанное положение особенно усугубляется при фильтрации воздуха через различные неплотности оконных заполнений. Как пока­зали исследования, для окон с двойным остеклением при фильтрации воздуха тепловые потоки, измеряемые по внутреннему и наружному остеклению окна, совершенно различны и изменяются с определенной закономерностью. Это обстоятельство подчеркивается также проф. В. Н. Бо­гословским [7] и подтверждается в работе [20]. Следо-

Вательно, термическое сопротивление, определяемое по тепловым потокам, не является величиной однозначной и его выбор как показателя теплозащитной способности окна должен быть обоснован дополнительными сообра­жениями

Таким образом, теплозащитные качества заполнений оконных проемов определяются теплофизическими свой­ствами воздушных прослоек и состоянием заделки окна и герметизации различных неплотностей.

Методы определения теплозащитных показателей за­полнений световых проемов основаны на закономерно­стях теплопередачи в воздушных прослойках при свобод­ной конвекции в условиях их полной гсрметичносги Эти закономерности, полученные эмпирически в виде кри­териальных соотношений, связывают характеристики теплообмена и теплопередачи с теплофизическими ха­рактеристиками среды и ее температурным режимом.

Гакие зависимости для поверхностей различной ориен­тации и разных рабочих объемов наиболее полно систе­матизированы М. А. Михеевым [21]. В частности, он предложил рассматривать сложный процесс теплопере­дачи через прослойки как элементарный процесс переда­чи тепла теплопроводностью и представлять все резуль­таты в виде единой зависимости от чисел Релея путем введения эквивалентной теплопроводности Аэкв

Конкретные расчеты эквивалентной теплопроводно­сти для вертикальных и горизонтальных воздушных про­слоек в зависимости от их толщины и температурных пе­репадов были выполнены К. Ф. Фокиным [45]. Эти ре­зультаты до сих пор находят широкое применение в теплотехнических расчетах окон и других ограждений с воздушными полостями и отражены в различных руко­водствах, в частности в СНиП II-A. 17-71 [35]. Отечест­венными исследователями в области строительной теп­лофизики накоплен весьма обширный материал по теплотехническим характеристикам ограждений и свето - прозрачных конструкций, теплопередача в которых в значительной мере определяется конвективным тепло­обменом. В работах К. П. Копылова, Г. К - Авдеева, Э. М- Литинского и других представлены результаты си­стематических исследований конкретных типов окон, балконных дверей и других крупноразмерных светопро- зрачных конструкций, полученные на основе теплотехни­ческих испытаний в климатических камерах или из на­
турных наблюдений. Р. Е. Брилинг, а затем Ф. В. Уш­ков, П. М. Брдлик, Ю. А. Калядин и другие исследовали теплофизические свойства конструкций, заполненных пористыми воздухопроницаемыми материалами. Прово­дятся исследования теплопередачи в светопрозрачных конструкциях при фильтрации воздуха, обусловленной поперечными или продольными его движениями в раз­личных полостях. Интерес к этому объясняется следую­щими соображениями.

1. В противовес модели заполнения светового проема с равномерным по площади фильтрующим потоком воз­духа (пористый вдув или отсос) модель заполнения окон с фильтрацией воздуха по определенным горизонталь­ным или вертикальным неплотностям более точно отра­жает реальные конструкции окон.

2. В теплопередаче современных конструкций окон, витрин, витражей решающую роль играет характер тече­ния воздушных масс в различных полостях, и учет в теп­лотехнических расчетах их характеристик становится не­обходимым.

3. В связи с тем, что степень герметизации различных неплотностей в заполнениях световых проемов можно регулировать, в последнее время повышается интерес к аэродинамическим и теплофизическим исследованиям различных режимов движения воздуха в полостях с целью выявления возможности кондиционирования его и рационального использования неизбежных теплопо­терь. Такое направление исследований является сравни­тельно новым, требующим еще глубоких теоретических разработок и экспериментальных проверок, на базе ко­торых могут быть определены эффективность и эконо­мическая целесообразность разрабатываемых проект­ных решений конструкций.

В связи с вышеизложенным детальное исследование теплофизических процессов в заполнениях оконных про­емов при различных режимах фильтрации наружного и внутреннего воздуха с целью установления основных за­кономерностей изменения температур и характеристик теплообмена и теплопередачи представляет собой науч­ный интерес и имеет большое практическое значение. Постановкой специальных экспериментов получены так­же закономерности, анализ и обобщение которых приве­ли к результатам, необходимым для теплотехнических расчетов окон с учетом их воздухопроницаемости. В ча-

Стностн, эти результаты используются (в необходимых случаях) при расчетах температурных полей конструк­ции, связанны к с выбором теплофизических параметров оконных заполнений, воздушных прослоек (см. гл. IV), а также при разработке методов и руководств по расче­ту эффективности устройства вертикальных воздушных прослоек.