УДК 624.011.2
В.П. ЯРЦЕВ, доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой, В.А. КУЗНЕЦОВ, аспирант, кафедра «Конструкции зданий и сооружений»; ФГБОУ ВО «ТГТУ», г. Тамбов
Ключевые слова: каркасно-панельный дом; термическое сопротивление; тепловая защита; тепловые потери; сопротивление теплопередаче
Keywords: frame-panel houses, thermal resistance, heat shield, thermal losses, heat transfer resistance
Были выбраны основные материалы для дополнительного утепления и наружной отделки стандартной стеновой панели для каркасно-панельного здания. Все необходимые элементы дальнейшей модернизации дома полностью соответствуют требованиям энергоэффективности и экологичности. Выполнен расчет теплопотерь каркасно-панельного дома с дополнительным утеплением Austrotherm и отделкой из цементно-шлакового раствора и проведено сравнение по теплотехническим показателям в центральном и южном регионах России.
Каркасно-панельный дом состоит из плит цокольного перекрытия, на которые опирается антисептированный опорный брус, среднеразмерных стеновых панелей, плит междуэтажного перекрытия, собранных на производстве АО «ТАМАК», антресоли и элементов крыши.
Панель (цокольная, междуэтажная, стеновая) представляет собой деревянный каркас, выполненный из хвойных пород дерева, негорючего утеплителя из минераловатных плит «Изолайт» или ISOVER различной толщины и плотности и обшивки из цементно-стружечных плит (ЦСП). Данные панели весьма просты в монтаже, легкие, прочные, теплые и экологически чистые [1].
Каркас изготавливается из сосны, поставляемой с Урала и Сибири. Пиломатериал проходит строгий входящий контроль, автоматическую калибровку, сортировку и промышленную сушку. В готовых конструкциях сухой пиломатериал не подвергается гниению [2].
В стеновых панелях применяется утеплитель из негорючей базальтовой минераловатной плиты ISOROC, он обладает необходимыми плотностью (60 кг/м3) и жесткостью, исключающими его осаживание. Для северных регионов общая толщина утепления наружных стен составляет не менее 200 мм. ISOROC относится к классу материалов повышенной биостойкости. Он не подвержен воздействию насекомых и гниению [3].
Обшивка из ЦСП идеально подходит для стеновых панелей с деревянным каркасом. Цементно-стружечные плиты имеют ряд преимуществ по сравнению с другими листовыми строительными материалами: ОСП, СМЛ, ДПС и т.д. ЦСП – материал весьма плотный (1100…1400 кг/м3), с удельной теплоемкостью 1,15 кДж/(кг∙°С), «дышащий» и паропроницаемый (0,03 мг/(м∙ч∙Па). Имеет IV степень огнестойкости. Индекс распространения пламени – нулевой (пламя по поверхности не распространяется), предел огнестойкости – 50 мин., группа дымообразующей способности – Д (токсичные газы и пары не выделяются). Устойчив к гниению, с хорошей звукоизоляцией, водоустойчив, гарантийный срок службы – 50 лет [4, 5].
Утеплитель из пенополистирола Austrotherm (Польша) толщиной 160 мм, с параметрами: EPS-EN 13163-L3-A2-T1-S2-P3-DS (N) 2-DS (70,-) 1-TR150-BS100, Lambda 0.031 W/mK. Утеплитель крепится к панели при помощи органического клея фирмы STO.
Сравнительные расчеты теплопотерь наружных стеновых панелей в городах Москва и Сочи проводились в программе Smart Calc. Для расчета были приняты следующие данные: стандартная стеновая панель «ТАМАК» (ЦСП, толщ. 12 мм, пароизоляционная мембрана, толщиной 0,2 мм, утеплитель из минеральной каменной ваты, плотностью 45…75 кг/м3, толщиной 144 мм, ЦСП, толщиной 12 мм), Austrotherm γ=125кг/м3 – 160 мм, цементно-шлаковый раствор 1400 кг/м3 – 7 мм.
Тепловая защита для городов Москва и Сочи представлена в таблице 1 [6].
Таблица 1
| Москва | Сочи | |
| Температура холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 | -25°С | -2°С |
| Продолжительность отопительного периода | 205 суток | 94 суток |
| Средняя температура воздуха отопительного периода | -2,2°С | 6,6°С |
| Условия эксплуатации помещения | Б | Б |
| Количество градусо-суток отопительного периода (ГСОП) | 4551°С·сут | 1260°С·сут |
| Санитарно-гигиенические требования [RС] | 1,29(м2·°С)/Вт | 0,63(м2·°С)/Вт |
| Нормируемое значение поэлементных требований [RЭ] | 1,89(м2·°С)/Вт | 1,16(м2·°С)/Вт |
| Базовое значение поэлементных требований [RТ] | 2,99(м2·°С)/Вт | 1,84(м2·°С)/Вт |
Расчет стандартной стеновой панели «ТАМАК» с дополнительным утеплением Austrotherm и отделкой из цементно-шлакового раствора.
Слои конструкции представлены на рис. 1.
Результаты расчета тепловой защиты для Москвы и Сочи приведены в табл. 2.
Таблица 2. Результаты расчета тепловой защиты для г. Москва и Сочи
| d, мм | Материал | λ Вт/м2·°С | R (м2·°С)/Вт | TMAX·°С | TMIN·°С |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Сопротивление тепловосприятию | 0,11 | 20,00 | 19,40 | ||
| 12 | Цементно-стружечная плита | 0,26 | 0,05 | 19,40 | 19,20 |
| 0,1 | Пароизоляционная мембрана | 0 | 0,00 | 19,20 | 19,20 |
| 144 | Минеральная вата 44-75 кг/м3 | 0,04 | 3,35 | 19,20 | 2,80 |
| Сосна и ель | 0,18 | 0,80 | |||
| Каркас. Шаг 600 мм. Брус 144 мм | 1,90 | ||||
| 12 | Цементно-стружечная плита | 0,26 | 0,05 | 2,80 | 2,50 |
| 160 | Austrotherm γ=125 кг/м3 | 0,06 | 2,50 | 2,50 | -9,70 |
| 7 | Цементно-шлаковый раствор 1400 кг/м3 | 0,64 | 0,01 | -9,70 | -9,80 |
| Сопротивление теплоотдаче | 0,04 | -9,80 | -10,0 |
Термическое сопротивление Ra – 5,05 (м2 °С)/Вт;
Термическое сопротивление Rб – 4,5 (м2·°С)/Вт;
Термическое сопротивление огражд. конструкции – 4,68 (м2·°С)/Вт;
Сопротивление теплопередаче огражд. конструкции [R] – 4,84 (м2·°С)/Вт.
Как видно из результатов расчета, стеновая панель «ТАМАК» с дополнительным наружным утеплением Austrotherm и отделкой из цементно-шлакового раствора удовлетворяет требованиям теплозащиты согласно ГОСТ 26254-84 «Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций» [7].
Защита стеновой панели с дополнительным утеплением Austrotherm и отделкой из цементно-шлакового раствора
Расчет координаты плоскости максимального возможного увлажнения для городов Москва «А» и Сочи «Б» представлен на рис. 2.
Послойный расчет защиты от переувлажнения в Москве и Сочи представлен в табл. 3 и 4.
Таблица 3. Послойный расчет защиты от переувлажнения в г. Москва
| d, мм | Материал | µ | RП (м2·°С)/Вт | Х | RП(В) (м2·°С)/Вт | RП.ТР1 (м2·°С)/Вт | RП.ТР2 (м2·°С)/Вт |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 12 | Цементно-стружечная плита | 0,03 | 0,40 | -29,90 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| 0,1 | Пароизоляционная мембрана 3 | NaN | 7,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| 144 | Минеральная вата 44-75 кг/м3 | 0,62 | 0,23 |
144,00 465,60 |
7,63 | -0,38 | 0,68 |
| 12 | Цементно-стружечная плита | 0,03 | 0,40 | -912,6 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| 160 | Austrotherm γ=125 кг/м3 | 0,23 | 0,70 |
160,00 371,40 |
8,74 | 0,03 | 0,37 |
| 7 | Цементно-шлаковый раствор 1400 кг/м3 | 0,11 | 0,06 | -3875 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
Таблица 4. Послойный расчет защиты от переувлажнения в г. Сочи
| d, мм | Материал | µ | RП (м2·°С)/Вт | Х | RП(В) (м2·°С)/Вт | RП.ТР1 (м2·°С)/Вт | RП.ТР2 (м2·°С)/Вт |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 12 | Цементно-стружечная плита | 0,03 | 0,40 | -29,9 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| 0,1 | Пароизоляционная мембрана 3 | NaN | 7,00 | 0,0 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| 144 | Минеральная вата 44-75 кг/м3 | 0,62 | 0,23 |
144,4 931,5 |
7,63 | -1,13 | 0,00 |
| 12 | Цементно-стружечная плита | 0,03 | 0,40 | -912,6 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| 160 | Austrother γ=125 кг/м3 | 0,23 | 0,70 |
160, 905,9 |
8,73 | -0,06 | 0,00 |
| 7 | Цементно-шлаковый раствор 1400 кг/м3 | 0,11 | 0,06 | -3875 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
По графику и результатам расчета видно, что в ограждающей конструкции переувлажнение невозможно. Конструкция полностью удовлетворяет требованиям от переувлажнения.
Тепловые потери ограждающей конструкции для Москвы и Сочи
Рассчитанные тепловые потери ограждающей конструкции для городов Москва «А» и Сочи «Б» представлены на рис. 3.
Потери тепла (в час) в зависимости от изменения сопротивления теплопередаче в городах Москва и Сочи представлены в табл. 5 и 6.
Таблица 5. Потери тепла (в час) при изменении сопротивления теплопередаче (Вт·ч) для г. Москва
| Сопротивление теплопередаче | R (м2·°С)/Вт | ±R, % | Q, Вт·ч | ±Q, Вт·ч |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Санитарно-гигиенические требования [RC] | 1,29 | -73,29 | 34,80 | 25,50 |
|
Нормируемое значение поэлементных требований [RЭ] |
1,89 | -61,05 | 23,87 | 14,57 |
|
Базовое значение поэлементных требований [RТ] |
2,99 | -38,17 | 15,04 | 5,74 |
| Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции [R] | 4,84 | 0,00 | 9,30 | 0,00 |
| R+10% | 5,32 | 10,00 | 8,45 | -0,85 |
| R+25% | 6,05 | 25,00 | 7,44 | -1,86 |
| R+50% | 7,26 | 50,00 | 6,20 | -3,10 |
| R+100% | 9,68 | 100,00 | 4,65 | -4,65 |
Таблица 6. Потери тепла (в час) при изменении сопротивления теплопередаче (Вт·ч) для г. Сочи
| Сопротивление теплопередаче | R (м2·°С)/Вт | ±R, % | Q, Вт·ч | ±Q, Вт·ч |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Санитарно-гигиенические требования [RC] | 0,63 | -86,94 | 34,80 | 30,26 |
| Нормируемое значение поэлементных требований [RЭ] | 1,16 | -76,04 | 18,97 | 14,43 |
| Базовое значение поэлементных требований [RТ] | 1,84 | -61,97 | 11,95 | 7,41 |
| Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции [R] | 4,84 | 0,00 | 5,54 | 0,00 |
| R+10% | 5,32 | 10,00 | 4,13 | -0,41 |
| R+25% | 6,05 | 25,00 | 3,64 | -0,91 |
| R+50% | 7,26 | 50,00 | 3,03 | -1,51 |
| R+100% | 9,68 | 100,00 | 2,27 | -2,27 |
По полученным результатам можно сделать следующие выводы:
• Потери тепла за отопительный сезон для данной конструкции в городе Москва составляют 22,56 кВт·ч;
• Потери тепла за отопительный сезон для данной конструкции в городе Сочи составляют 6,24 кВт·ч.
Библиографический список
1. Молчанова Я.П., Вартанян М.А., Аверочкин Е.М. Современные требования к продукции, используемой в строительстве: стандарт в области окружающей среды и устойчивого развития // Сборник материалов II Всероссийской практической конференции «Управление качеством». – М.: МАТИ, 2012, с. 180-181.
2. ГОСТ 11047-90 Детали и изделия деревянные для малоэтажных жилых и общественных зданий. Технические условия. Введ. 29.10.1990, – М., 1990, – 12 с.
3. Литвинова А. Экологичные материалы для строительства / А. Литвинова // Экологическая грамотность, №3, 2013, с. 8-13.
4. ГОСТ 26816-86 Плиты цементно-стружечные. Технические условия. Введ. 01.07.1986, – М., 1986, – 20 с.
5. Ярцев В.П. Прочность и долговечность цементно-стружечных плит (статья) // Вестник ТГТУ, т. 6, №1, 2000, с. 137-147.
6. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Введ. 01.07.2013, – М., 2012, – 95 с.
7. ГОСТ 26254-84 Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Введ. 01.01.1985, – М., 1984, – 27 с.
