ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ И ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА ОГРАЖДЕНИЙ ДОМОВ ПОВЫШЕННОЙ ЭТАЖНОСТИ

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ КАЧЕСТВА ЛЕГКИХ СТЕНОВЫХ ПАНЕЛЕЙ С ЭКРАНАМИ

Наружные ограждающие конструкции зданий, со­стоящие из двух частей — основной, возводимой из панелей или штучных элементов с необходимым сопро­тивлением теплопередаче, и декоративной части — экра­на, изготовляемого из алюминия, эмалированного ме­талла, стемалита, асбестоцемента и других, находят все большее применение в экспериментальном строитель-

Стве и в разрабатываемых проектах новых зданий. Экран обычно устраивают на относе, поэтому между ним и поверхностью основной части стены образуются воздушные промежутки, что в целом оказывает поло­жительное влияние на теплотехнический режим наруж­ных ограждений. Стыки основной, теплозащитной, час­ти и экрана обычно не совпадают, что также благопри­ятно сказывается на влагозащитных качествах наруж­ных ограждений. Применение экранов для наружных ограждающих конструкций делает более простой реше­ние проблемы стыков в таких типах зданий.

Впервые легкие асбоцементные панели с экранами из закаленного стекла — стемалита были применены в Москве при строительстве здания аэровокзала и 26- этажного корпуса Гидропроекта (на Ленинградском просп.). Наружные стены последнего выполнены из на­весных асбоцементных панелей толщиной 0,14 м, утеп­ленных пеностеклом. С наружной стороны на расстоя­нии 0,04 м от панелей устроены экраны из закаленного стекла темно-синего цвета, а с внутренней так же на расстоянии 0,04 м стены облицованы древесностружеч­ными плитами. Большую часть наружных ограждаю­щих конструкций здания составляют окна—52,5% всей площади стен, площадь светового проема от площади панели составляет 66%, высота проема равна 2,365, ши­рина 3 м. Расстояние между стеклами — 0,2 м, толщина стекла—5 мм. Переплеты светового проема — металли­ческие. Стыки панелей заполнены минераловатной пли­той на фенольной связке, обернутой стеклотканью. По стеклоткани наклеена алюминиевая фольга, а по сты­кам с наружной и внутренней сторон установлены алю­миниевые нащельники (рис. 37).

Натурные наблюдения за теплотехническим режи­мом ограждений, проведенные в зимний период при средней температуре наружного воздуха —22,7° С, по­казали, что сопротивление теплопередаче глухих участ­ков стен составляет в среднем 1,187 м2-К/Вт (1,38 м2Х Хч-°С/ккал), а заполнений оконных проемов — 0,4 м2Х ХК/Вт (0,46 м2-ч-°С/ккал).

Ниже дан анализ температурных полей основных узлов здания Гидропроекта и результаты сопоставле­ния их с данными натурных наблюдений.

Минимальная температура (8° С) на внутренней по­верхности стыка наружных стенорых панелей (рис. 38)

/ — древесностружечная плита, v=600 кг/м3; 2 — железобетокная колонна; 3 — бетон; 4— воздушные прослойки; 5 — минераловатные плиты на синтетической связке, v = I00 кг/м3; 6 — алюминиевый профиль; 7 — асбестоцементные листы

Зафиксирована в углу. Это вышё температуры точки росы внутреннего воздуха на 0,5° С (при /в =

18 С, cf =50%). По данным натурных наблюдений, при /„=—22,7° С и /В=18,7ПС минимальная температу­ра на внутренней поверхности оказалась равной 8,2е С.

Из анализа температурного поля открытого верти­кального стыка (рис. 39) видно, что минимальная тем­пература па внутренней поверхности стеновых панелей оказалась около алюминиевого пащелышка стыка, сна равна 8,1 С, а по натурным данным это 8,4° С, что вы­ше температуры точки росы внутреннего воздуха на 0,6° С при ф = 50%. При влажности воздуха выше 52%

1 — железо­бетонная ко­лонна; 2 — Бетон; 3 — древесност­ружечные плиты; 4 — Остекление; 5 — асбесто - цементпые листы; 6 — Пеностекло; 7 — уплотня­ющие резино­вые проклад­ки; 8 — рубе­роид; 9 — ми­нераловатные плиты на син­тетической связке; 10 — Алюминие­вые профили

Рис. 41. Тем­пературное поле горизон­тального сты­ка наружных стеновых па­нелей в зда нии Гидро­проекта

/ — асбесто- цементные ли­сты; 2 — алю­миниевые про­фили; 3 — ми­нераловатные плиты на син­тетической связке; 4 — Древесностру­жечная пли­та; 5 — уп­лотнители;

6 — герметик;

7 — алюмини­евые профили

На поверхности стыка в этом месте может образоваться конденсат. Температурное поле закрытого вертикально­го стыка (рис. 40) показало удовлетворительный темпе­ратурный режим внутренней поверхности стеновых па­нелей в зоне стыка. Минимальная температура на внут­ренней поверхности стеновых панелей в зоне стыка равна 14,5° С; а по инструментальным измерениям — 14,4° С.

Распределение температур на поверхностях горизон­тального стыка наружных стеновых панелей (рис. 41) показало, что минимальная температура — у горизон­тального стыка в месте установки герметичной про­кладки между металлической обвязкой окна и метал­лическим переплетом и составляет 4,9° С, а по инстру­ментальным измерениям—5,7° С, что ниже точки «ро­сы» внутреннего воздуха на 2,6° С. Еще ниже (0,4° С) температура на внутренних поверхностях металличес­ких профилей и в местах примыканий к ним витражей. Образование конденсата здесь неизбежно при любой допустимой, в пределах нормы, влажности внутреннего воздуха.

Интересно отметить следующее обстоятельство. По­лезная площадь типового этажа высотной части здания Гидропроекта — 663,2 м2, а площадь световых прое­мов— 255,4 м2, т. е. отношение площади световых прое­мов к полезной площади этажа здания составляет 0,395. В школьном здании полезная площадь типового эта­жа— 736 м2, а площадь световых проемов—133 м2, от­ношение этих площадей—0,181. Соотношение аналогич­ных площадей в жилом доме серии П-49П составляет 0,153. В зимний период времени в помещениях здания Гидропроекта создаются дискомфортные условия. По расчетам, средние теплопотери человека, находящегося на расстоянии 1 м от остекления в школьном здании, увеличиваются на 36%, а в помещении здания Гидро­проекта— на 64% по сравнению с теплопотерями чело­века, находящегося в комнате дома серии П-49П.

Таким образом, в здании Гидропроекта отношение площадей световых проемов к полезной площади этажа больше в 2 раза, по сравнению с аналогичным показа­телем школьного здания, нормативные требования к ес­тественному освещению которого такие же, как и для зданий, предназначенных для проектно-конструктор - ских работ.

Неоправданное увеличение площади световых прое­мов приводит к значительным теплопотерям зданий в зимнее время и перегреву помещений летом.

В здании Гидропроекта были проведены летние на­турные наблюдения в августе за внутренним темпера­турным режимом помещения на девятом этаже с на­ружными стенами, ориентированными на юго-восток, юго-запад и северо-запад. Изменение температур воз­духа и поверхностей остеклений оконного проема с юго - восточной ориентацией за сутки с воздухообменом через открытые фрамуги показан на рис. 42. Распределе­ние температур воздуха и поверхностей стекол опреде­ляли как при закрытых, так и при открытых фрамугах окон.

Тепло от солнечной радиации начинает поступать в помещение юго-восточной ориентации уже в 5 ч утра и достигает максимального значения в 14 ч. Тепловой по­ток, проходящий через световой проем вследствие раз­ности температур наружного и внутреннего воздуха, в течение суток изменяется не только по интенсивности, но и по направлению. Начиная с 0 ч и до 9 ч утра теп­ловой поток направлен от внутреннего воздуха поме­щения к наружному. В период с 13 до 20 ч тепловой поток большей интенсивности направлен, наоборот, от наружного воздуха к внутреннему и достигает макси­мального значения в 14 ч 74 Вт/м2.

Суммарное количество тепла (по разности темпера­тур воздуха и воздействию солнечной радиации) за пе­риод с 9 до 18 ч равно 275 Вт/м2. Максимальный сум­марный тепловой поток создается в 14 ч, он равен 501 Вт/м2. Такой приток тепла в помещение через све­товой проем повышает температуру внутреннего возду­ха в 14 ч на расстоянии 2 м от проема в среднем до 30,3° С.

Таким образом, в здании с большими площадями световых проемов в климатических условиях Москвы как в зимнее, так и летнее время наступают периоды переохлаждения и перегрева человека, т. е. создаются дискомфортные условия.

Всесоюзный институт легких сплавов разработал ас­боцементные панели с алюминиевыми обшивками, утеп­ленные перлитопластбетоном. Одним из первых зданий, при строительстве которого применены эти конструк­ции, был 9-эта>кный каркасно-панельный администра-

Юго-восточной ориентации (а); юго-западной ориентации (б); 1 — TH; 2 — 1В на расстоянии 2 м от светового проема; 3 — то же, 1 м; 4 — Температура внутренней поверхности внутреннего остекления; 5 — тем­пература воздуха в межстекольном пространстве; 6 — температура на­ружной поверхности наружного остекления тивный корпус, явившийся оригинальным как по конст­Рукции наружных ограждений, так и по сочетанию применяемых в них материалов.

Наружные стеновые панели здания имеют размеры 1880X4125 мм, обвязка их несущего каркаса выполне­на из двух алюминиевых профилей, соединенных меха­ническим способом через вкладыши из текстолита, раз­рывающие «мостик холода». Глухое заполнение карка­са панелей решено двумя вставками: наружной и внутренней (теплоизоляция панели).

Наружная вставка из штампованного алюминиевого листа 6 = 0,8 мм, устанавливаемая на расстоянии 25 мм от внутренней поверхности, выполняет функцию деко­ративной облицовки и одновременно служит экраном для снижения в летний период температуры нагревания обшивки панели. Для проветривания пространства ме­жду вставками в обрамляющих импостах предусмотре­ны отверстия. Внутренняя теплоизоляционная панель (вставка) состоит из трудносгораемого материала — перлитопластбетона — объемной массой 70 и 150 кг/м3 в несгораемой обшивке из асбоцементных листов толщи­ной 10 мм. Толщина слоя перлитопластбетона—50 мм. Торцы внутренней вставки оклеены стеклотканью. Ос­текление выполнено из стеклопакетов толщиной 35 мм, опирающихся по контуру на уголки каркаса панели.

Для герметизации глухих и светопрозрачных эле­ментов ограждений в местах соединения их с импоста­ми, стойками, а также между собой применены вулка­низирующиеся мастики марок У-ЗОМ, УТ-32, невулка- низирующиеся—У-20А, У-50, а также пористая резина.

Зимние натурные наблюдения проведены с 30 янва­ря по 9 февраля 1973 г. в типовом помещении на вось­мом этаже корпуса с ограждающими конструкциями, ориентированными на север (в соответствии с рекомен­дациями [23]). Размеры помещения в плане 3X12 м, высота —4 м. Средняя температура наружного воздуха за время наблюдения составила —9,3° С, минимальная среднесуточная понижалась до —23,6°С (2 февраля), а максимальная была +1,6°С (6 февраля). Средняя скорость ветра — 3,3 м/с, средняя относительная влаж­ность наружного воздуха—80%.

Метеорологической обсерваторией МГУ зима 1972/73 г. характеризовалась как экстремально-теплая, умерен­но влажная, умеренно солнечная. Но в феврале в ре­зультате выхода южных и западных циклонов осадков выпало вдвое больше нормы и период с 30 января по 9 февраля был холодным. Таким образом, комплекс воздействующих климатических факторов на алюмини­евые панели был достаточно полным, чтобы можно бы­ло оценить их теплотехнические качества. Температура внутреннего воздуха была выше нормы и в среднем со­ставила 21°С, средняя относительная влажность—35%. Температура на внутренней поверхности панели погл'а* ди вне зоны конвекторов системы отопления — плюс 8,9° С, а в зоне их влияния — плюс 15,1° С. Температура поверхности глухого участка стыка у конвектора была равна 19,8° С. При температуре наружной поверхности остекления минус 8,3° С на внутренней поверхности стыка температура составила 12,8° С, а на поверхности узла сопряжения панели с оконным заполнением в ниж­ней части (в зоне влияния отопительных приборов) —• плюс 7,3° С, в боковой части окна — плюс 5, а в верхней части под фрамугой — плюс 3,3° С. Плотность теплового потока через середину панели была равной 50,6 Вт/м2 (при нормируемой 52 Вт/м2).

Визуальное обследование стеновых панелей показа­ло, что на внутренней поверхности алюминиевой обшив­ки конденсата не было и в целом температурный режим по ее глади был благоприятным.

Несколько хуже теплотехнические качества у узлов сопряжения стеклопакетов со стеновой панелью. В свя­зи с этим для более полного анализа на рис. 43 пока­заны температурные поля верхней и нижней частей ок­на. При расчете температурных полей на ЭВМ темпе­ратура в верхней части окна равнялась 8,2° С, а в ниж­ней части — плюс 8,6° С, что хорошо согласуется с экс­периментальными данными. 1емпература внутренней поверхности узла сопряжения панели со стеклопакета - ми, полученная расчетом, в верхней части составила — 11,9, а в нижней —минус 9,У°С, а по эксперимен­тальным данным в том и другом месте — минус 3,2° С при *В=21,1°С, фв= 15,5%. При повышении относи­тельной влажности воздуха в помещении до 55%, в уз­лах и местах внутренней поверхности панели с темпе­ратурой ниже 8,8° С возможно образование конденсата.

На рис. 44 показаны конструкция и температурное поле вертикального стыка теплых частей стеновых па­нелей. Для утепления стыка между алюминиевыми про-

А — верхняя часть окна; б — нижняя часть окна; /— ас> бестоцементные листы; 2 — перлнтопластобетон, v=100 3— стеклоткань; 4 — конопатка из минеральной ваты 5 — вкладыш из текстолита; б—прокладка из Г1ХВ 7 — стеклопакет; 8 — мастика УТ-32; 9 — шлаковата 10 — металлические элементы панели; // — экран

Филями уложена шлаковая вата. Минимальная темпе­ратура на внутренней поверхности стыка, равная 10.6° С, наблюдалась по всей поверхности защелки у конопатки минеральной ватой. На остальной поверхности стыка температура также удовлетворительная.

Расчетное сопоотивление теплопередаче R,0 глу­хих участков панелей при коэффициенте теплооб­мена ап = 8,7 Вт/(м2-К) составляет 1,08 м2 К/Вг [1,25 м2-ч-°С/ккал]. По данным экспериментальных из­мерений, Rr = 0,94 м2-К/Вг (1,09 м2-ч-°С/ккал] при средней объемной массе керамзитобетона 1350 кг/м3 и влажности по массе 2,2%.

Таким образом, панели и их стыки в теплотехничес­ком отношении практически удовлетворяют минималь-

Ным требованиям. Проведение мероприятий по отоп­лению, кондиционированию помещений и окраске алюминиевых поверхностей могло бы улучшить темпера­турный режим мест примыкания окна к стене. На внут­ренней же поверхности стеклопакета против обвязоч­ных швеллеров температура понижается до минус 11,9° С и может вызвать образование наледи в этих ме­тах, что, по-видимому, можно устранить, если заменить швеллер двумя уголками, соединенными текстолитовой прокладкой так, чтобы между уголками был разрыв.

Летние натурные наблюдения были проведены с 4 по 12 июля в экспериментальном помещении седьмого этажа того же корпуса, ориентированном на юг. Разме­ры помещения в плане 5,75X3,9 м, высота от пола до потолка 4,6 м. В помещении есть два расположенных рядом окна высотой 3 м и общей шириной, равной ши­рине помещения. Верхняя часть наружного ограждения выполнена из стекла, а нижняя — из алюминиевых вставок.

По данным метеорологической обсерватории МГУ, за указанный период наблюдений среднесуточная тем­пература наружного воздуха изменялась от 13 до 22,4° С и в среднем составляла 17,8° С, максимальная температура повышалась до 30 (9 июля) и 28,7° С (12 июля), минимальная — была равна 11,5°С (7 ик> ля). Средняя скорость ветра — 2,6 м/с, средняя относи­тельная влажность наружного воздуха—57%. Наи­большее количество осадков за сутки составило 7,8 мм (7 июля). Максимальная суммарная радиация в Мос­кве в эти дни наблюдалась в 12 ч и колебалась в пре­делах от 24,4 (6 июля) до 71 Вт/м2 (8—9 июля). Коэф­фициент прозрачности атмосферы в этот период состав­лял 0,596—0,739.

За период наблюдений температура внутреннего воздуха в помещении в среднем составляла 20—25° С, а в наиболее жаркое время дня (с 12 до 15 ч) при fH>22° С (5, 8, 9, 10, 12 июля) превышала 25° С, при этом амплитуда колебаний температуры внутреннего воздуха была 1,5—3° С, что свидетельствует о недоста­точной теплоустойчивости помещения. В самые жаркие за период наблюдения дни 9 и 12 июля с 12 до 14 ч воздух в помещении нагревался до 28,2° С* при

30°С (9 июля), а относительная влажность его со­ставляла 40—58%.

Колебания температуры на внутренней поверхности ограждающих конструкций (1—5° С) значительно пре­вышали нормируемое для южных районов значение 2,5° С [35]. Основная причина такого «перегрева» поме­щения в здании ВИЛС, как и в здании Гидропроек­та,— большая площадь остекления, составляющая от общей площади наружного ограждения 70%.

Результаты теплотехнических исследований здания Гидропроекта и ВИЛС еще раз подтверждают недоста­точную обоснованность и отрицательные теплотехничес­кие качества зданий с большими площадями остекле­ний.

Панели с экраном из асбоцементных листов, покры­тых кремнийорганической эмалью (легкая фасадная панель ФПЛ), применяют в строительстве 25-этажных жилых зданий в районе Северное Чертаново. Навесная стеновая панель ФПЛ состоит из стального напряжен­ного каркаса, асбоцементных вставок на деревянном каркасе, наружной алюминиевой рамы и фасадного экрана из асбестоцементных листов с декоративной от­делкой. Между асбестоцементными вставками уклады­вают минераловатные плиты (у = 120 кг/м3, толщина 15 см) на синтетическом связующем. Пароизоляцион - ным слоем служит полиэтиленовая пленка, укладывае­мая со стороны внутренней части вставки. Панель ФПЛ используют в качестве ограждающих элементов здания. В конструкции фасадной стены панель сопрягается с керамзитобетонными вертикальными и горизонтальны­ми стенками и плитами лоджий и комплектуется высо­кокачественными деревоалюминиевыми оконными и балконными блоками.

Экспериментальные исследования показали, что ас- бестоцементные вставки, утепленные минераловатной плитой, обладают высоким сопротивлением теплопере­даче в пределах до 2 м2-К/Вт. Но в местах примыка­ний вставок к остальным элементам ограждения темпе­ратуры внутренних поверхностей значительно понижа­ются (рис. 45). На рисунке показано температурное Поле горизонтального стыка асбестоцементной вставки с деревоалюминиевым оконным блоком (подоконная часть) рассчитанное на ЭВМ. Стык асбестоцеметнои вставки и оконной рамы утеплен губчатой резиной, а

Рис. 45. Температурное поле уз­ла примыкания нижней части дереьоалюминиевого оконного блока к стеновой панели в жи­лых домах экспериментального жилого района Чертаново Се­верное

1 — асбестоцементный подокон­ник; 2 — дерезянный иаличник; 3 — деревоалюминиевып бток окна; 4 — губчатая резина; 5 — Стальная пластинка, 4X75 см; 6 — деревянный каркас стеновой панели; 7 — асбоцементные лис­ты; 8 — утеплителе из млнгра - ловатпых плит, 7=100 кг/м3

Рис. 4Р. Температурное поле вертикального стыка наружного простенка и железобетонной перегородки (в скобках с уче­том влияния стояка отопления, 'с = 70<

1 — ц;ч"еитно-песчапын раствор, 7= 1800 кг/м3; —пенопласт ПСЬ-С, 7=80; 3 — деревянный каркас; 4 — деревоалкшиниевый оконный блок; 5 — металличе­ские элементы простенка и оконного блока; 6—уплотни­тель из губчатой резины; 7 — экран из асбестоцементного ли­ста; 8 — "ернитовый шнув; 9— железобетонная пеоегородка

Жесткость соединений обеспечивают стальные пласти­ны, закрытые по внутренней стороне панели дубовым нащельником. Минимальная температура (3,7° С) на­блюдается на оконном блоке в месте примыкания к не­му подоконника. На остальной внутренней поверхности стыка и панели температуры достаточно высокие и до­стигают 13,7° С.

Более высокими (в теплотехническом отношении ка­чествами) обладает стык фасадных панелей с внутрен­ней железобетонной перегородкой, утепленный пено­пластом ПСБ-С (рис. 46). Минимальная температура в зоне стыка без учета влияния стояка отопления за­фиксирована в углу на железобетонной перегородке (10,9°С), а в зоне оконного блока — у нащельника (6,1° С). Если влияет стояк отопления (1С=70° С), эти температуры повышаются соответственно до 25,5 и 6,8° С.

Расчеты температурных полей, выполненные на ЭВМ для всех остальных узлов сопряжений легких па­нелей с горизонтальными фасадными элементами, меж­дуэтажными плитами перекрытий и другими керамзи - тобетонными конструкциями здания, показали, что теп­лотехнический режим этих узлов вполне удовлетвори­телен.