Главная > Статьи > Теплотехнический расчет вентилируемых фасадов




Теплотехнический расчет вентилируемых фасадов

Просмотров: 11185

Вентилируемые фасады, теплотехнический расчетСтатья адресована специалистам, производящим проектирование и расчет вентилируемых фасадов, устройство вентилируемых фасадов и затрагивает такие аспекты технологии, как расчет вентилируемых фасадов с точки зрения теплотехнических характеристик, функциональность систем вентилируемых фасадов, имеющих утепление и облицовочное гранито-керамическое покрытие. 

На сегодняшний день практически во всех странах с развитой экономикой приняты и активно применяются на практике технологические нормативы, регламентирующие вопросы строительства зданий и сооружений с учетом рационального распределения энергии. Как показывает эксплуатационная практика, данная проблема решается путем строительства различных  вентилируемых конструкций. В частности, в этом плане высокую эффективность неоднократно доказала система вентилируемых фасадов: технология вентилируемый фасад позволяет стабильно осуществлять вентиляцию зданий при любых климатических условиях. Более успешно данная задача решается, если на практике применяется система вентилируемых фасадов, оснащенная дополнительной теплоизоляцией: такая система вентилируемых фасадов позволяет обеспечить эффективную теплозащиту ограждающих конструкций, изготовленных из любого строительного материала. Кроме этого, система вентилируемых фасадов эффективно предохраняет стены здания от влияния погодных условий: технология вентилируемый фасад позволяет стабилизировать режим теплопередачи при любых эксплуатационных условиях.  

При описании функциональности таких конструкций, как система вентилируемых фасадов принято указывать на следующие технические параметры:

- Система вентилируемых фасадов позволяет проектировать различные дизайнерские решения: поставщики таких конструкций, как вентилируемые фасады зданий предлагают огромный ассортимент облицовочных плит и панелей, изготовленных в разных форматах и цветовых гаммах.

- Монтаж вентфасадов - это экономически выгодное решение: устройство вентилируемых фасадов позволяет обеспечить эффективную теплозащиту.

- Система вентилируемых фасадов позволяет продлить эксплуатационный срок службы здания.

- Вентилируемый фасад (стоимость системы, как правило, рассчитывается индивидуально) обеспечивает отличную звукоизоляцию.

- Система вентилируемых фасадов имеет продолжительный срок эксплуатации, оптимально подходит для облицовки новых зданий, применяется при реконструкции старых объектов.

- Вентилируемые фасады зданий не нуждаются в специальном уходе. Расходы на сервисное обслуживание такой конструкции, как система вентилируемых фасадов минимальны.

- При необходимости система навесных вентилируемых фасадов легко ремонтируется.


Расчет вентилируемых фасадов: теплозащита

В плане теплозащиты здания технология вентилируемый фасад предполагает устройство вентилируемых фасадов из нескольких функциональных слоев.

  1. Внутренняя обработка стеновой поверхности (штукатурка, средняя толщина 6-10 мм).
  2. Кирпичная кладка (средняя толщина 250 мм.).
  3. Слой теплоизоляционных материалов (минераловатная плита, толщина 125 мм.).
  4. Специальная пленка, обеспечивающая ветрозащиту и защиту от влаги.
  5. Технологический промежуток для вентиляции (ширина - 50 мм.)
  6. Слой облицовочных материалов (средняя толщина 10 мм.) 

Технология вентилируемый фасад предусматривает особый вид крепления облицовочных плит или пластин: фиксация лицевой части фасада производится к специальной подсистемной конструкции. В свою очередь, подсистема для вентилируемых фасадов крепится непосредственно к несущей кирпичной или бетонной стене здания. Крепление подсистемы осуществляется с помощью таких элементов конструкции, как кронштейны. Технологические размеры кронштейнов подбираются в прямой зависимости от толщины слоя теплоизоляционных материалов и размеров вентиляционного промежутка.

Стоит отметить, что основная тематика данного материала не связана с такими аспектами, как проектирование и расчет вентилируемых фасадов, устройство вентилируемых фасадов: авторской задачей является расчет влияния элементов такой конструкции, как система вентилируемых фасадов на теплотехнические свойства стен зданий и сооружений.

Основные теплотехнические характеристики слоев многослойной наружной стены представлены в таблице 1.

Таблица 1

N

Слои конструкции наружной стены

go
[kg/m3

A [m2]

d
[mm]

l
[W/m0k]

m [-]

r
[N.h/kg]

1

Внутр. известково-песчаная штукатурка

1600

17,604

20

0,70

10

3,2.105

2

Наружная стена

сплошной глин. кирпич

1800

11,949

250

0,81

8,5

34.105

ж/бетон

2500

5,655

250

2,04

-

-

3

Мин.ватная плита "Роквул"

156

17,604

125

0,047

1,2

2,4.105

4

Ветро-гидрозащитная паропроницаемая мембрана Tyvek soft(1460 В)

-

17,604

0,2

-

-

0,32.105

5

Вентилируемая воздушная прослойка

-

-

50

-

-

-

6

Облицовка гранитно - керамической плиты

-

-

10

-

-

-

Примечание: 1) Все значения теплотехнических характеристик приведенные в табл.1 приняты для параметров Б согласно СНиП-П-3-79*.
2) m [-] - показатель сопротивления диффузии водяного пара.
3) r [N.h/kg] - удельное сопротивление диффузии водяного пара разных слоев.
Расчет термического сопротивления многослойной наружной стены осуществляетс по следующей формуле: Rо = 1/ a
в + S d / lБ + 1/ aмод (1)
где:
a
в = 8,7 [W/m2k] - внутренний коэффициент теплоотдачи
d [т] - толщина разных слоев наружной стены
l
Б [W/mk] - коэффициент теплопроводимости разных слоев наружной стены для условий Б
a
мод [W/m2k] - модифицированный коэффициент теплоотдачи вентилируемой воздушной прослойки

В первую очередь произведен расчет термического сопротивления утепленной ограждающей конструкции. Воздействие такой конструкции, как подсистема для вентилируемых фасадов не учитывалось. На следующем этапе расчетов была проведена корректировка полученных результатов с учетом влияния так называемого мостика холода, который создает подсистема для вентилируемых фасадов. Важно, что при таких вычислениях, как расчет теплового сопротивления внешней стены здания с вентилируемым фасадом, не следует учитывать технологический промежуток для вентиляции и специфику облицовочной части конструкции системы: влияние данных элементов учтено в aмод.

В специализированной литературе представлены различные значения aмод. (см. таблица 2)


Таблица 2

Модифицированный коэффициент теплоотдачи вентилируемой воздушной прослойки aмод [W/m2k]

СНиП-П-3-79*
Таблица 6*

DIN 4701, Teil 2
Tabelle 16

BFE Richlinie
[9]

12

11,11

8

Согласно литературе "EMPA Schussbericht Nr 158740" формула для расчета амод гласит: 1/ aмод= 1/ aн+Rэк (2)
где:
a
н [W/m2k] - наружный коэффициент теплоотдачи
Rэк [m2k/W] - эквивалентное термическое сопротивление вентилируемой воздушной прослойки
Rэк = 0,08 [m2k/W] - согласно SIA Norm 180

Расчетом амод по формуле (2) получаются результаты, которые подтверждены при проведении измерений на действующих вентилируемых фасадах.

На основании теплотехнических характеристик слоев конструкции наружной стены здания взятых их таблицы 1, а также a
в = 8,7 [W/m2k] и aмод = 12 [W/m2k], по формуле (1) расчитано ее термическое сопротивление (без влияния алюминиевого каркаса), при чем получены следующие результаты:

Rожб = 3,195 [m2k/W] - для наружной ограждающей конструкции (часть наружной стены из ж/б)

Rок = 3,0089 [m2k/W] - для наружной ограждающей конструкции (часть наружной стены из кирпича)

Rопр = 3,135 [m2k/W] - приведенное термическое сопротивление наружной ограждающей конструкции зданий

Uо = 0,319 [W/m2k] - коэффициент теплопередачи наружной ограждающей конструкции здани
Технические параметры, полученные при данном вычислении, указывают на тот факт, что 

коэффициент теплопередачи наружной стены здания, оснащенного такой конструкцией, как система вентилируемых фасадов увеличен из-за воздействия, которое оказывает подсистема для вентилируемых фасадов:

- на 23,8%, если подсистема для вентилируемых фасадов имеет алюминиевый каркас с алюминиевым кронштейном и термопрокладкой.

-на 14,7%, если подсистема для вентилируемых фасадов имеет алюминиевый каркас со стальным кронштейном (нержавеющая сталь CrNiMo).

Данный расчет вентилируемых фасадов с точки зрения теплотехнических характеристик подтверждает предположение, что при производстве таких работ, как проектирование и расчет вентилируемых фасадов необходимо с особым вниманием принимать решение о выборе таких элементов конструкции, как подсистема для вентилируемых фасадов и крепежная фурнитура. 


Система вентилируемых фасадов: расчет диффузии водяного пара

Согласно общеизвестному мнению, при грамотном подходе к монтажу таких многослойных конструкций, как система вентилируемых фасадов появление какого-либо конденсата во внутренней части системы полностью исключается. В данном параграфе показан пример расчета, целью которого является выяснение степени влияния ветрозащитной паропроницаемой пленки, применяемой при производстве таких работ, как монтаж вентфасадов, устройство вентилируемых фасадов, на диффузию водяного пара через многослойную ограждающую конструкцию.  


Расчет диффузии водяного пара для стационарного режима осуществляется по формуле:

stat2f.gif

где:
ев [N/m2] - упругость водяного пара в воздухе помещени ен
ен [N/m2] - упругость водяного пара в наружном воздухе
r [N.h/kg] - удельное сопротивление диффузии водяного пара разных слоев конструкции наружной стены

Расчет диффузии водяного пара выполнен для следующих расчетных условий:
- РВУ: tв = 20 ?С; (фв = 50%; ев = 1170 [N/m2]
- РНУ: tн = -10,2 ?С; фн = 83%; ен = 261 [N/m2] (месяц январь для Москвы)

При расчете диффузии водяного пара по формуле (3) на основании данных, указанных в таблице 1 получены следующие результаты:
g = 0,24 [g/m2h] - для конструкции многослойной наружной стены с вентилируемой воздушной прослойкой без гидро-ветрозащитной паропроницаемой мембраны
g = 0,239 [g/m2h] - для конструкции многослойной наружной стены с вентилируемой воздушной прослойкой с гидро-ветрозащитной паропроницаемой мембраной

Результаты расчета подтверждают, что гидро-ветрозащитная паропроницаемая мембрана практически очень мало (0,5%) влияет на уменьшение диффузии водяного пара через многослойную конструкцию наружной стены с вентилируемой воздушной прослойкой.

Также осуществлен расчет Е (максимальная упругость водяного пара) и е на всех местах стыков разных слоев многослойной конструкции наружной стены , при чем установлено, что Е>е, т.е. в толщи стены нет конденсации.


Технология вентилируемый фасад: необходимость ветрозащитной пленки

При необходимости обеспечения высоких эксплуатационных характеристик такой конструкции, как система вентилируемых фасадов, рекомендуется создавать следующие условия для теплоизоляции:

- Несмотря на климатические условия, утеплитель круглогодично должен оставаться сухим.

- Продольное движение воздушного потока вдоль слоя утеплителя должно быть предотвращено. Для решения этой задачи при проведении таких работ, как монтаж вентфасадов, устройство вентилируемых фасадов на стенах, высота которых превышает 22 метра, рекомендуется применять теплоизоляционные материалы, обладающие небольшим коэффициентом диффузии водяного пара. В этом плане в качестве оптимального теплоизоляционного материала идеально подходят минераловатные плиты. К сожалению, теплоизоляционные параметры данного вида утеплителя могут измениться не в лучшую сторону (на 20-36%) в период холодных климатических условий, если на лицевой поверхности теплоизолятора будут оставлены хотя бы 6% воздухопроницаемых щелей. Как правило, основная масса подобных щелей находится в местах стыковки утеплителя и кронштейнов такой конструкции, как подсистема для вентилируемых фасадов.   


Технология вентилируемый фасад предполагает применение ветрозащитной паропроницаемой пленки для решения следующих задач:

- Защитная мембрана, установленная в такой конструкции, как система вентилируемых фасадов, предотвращает увлажнение теплоизоляционного материала

- Ветрозащитная пленка, применяемая при производстве таких работ, как монтаж вентфасадов, устройство вентилируемых фасадов, эффективно препятствует образованию возможных воздушных потоков.

- Паропроницаемая пленка обладает свойством высушивать теплоизоляцию и такую конструкцию, как подсистема для вентилируемых фасадов.  

При выборе ветрозащитной пленки, применяемой при производстве таких работ, как устройство вентилируемых фасадов, рекомендуется знать, что важными функциональными характеристиками защитной мембраны являются такие параметры, как высокая водонепроницаемость и воздухонепроницаемость.


Система вентилируемых фасадов: основные характеристики

Технология вентилируемый фасад предполагает, что для эффективного функционирования такой конструкции, как система вентилируемых фасадов, всегда необходимо обращать внимание на определение габаритных параметров стыковых швов облицовочной части конструкции, определение толщины вентиляционного промежутка и водопроницаемости материалов ограждающей конструкции и утеплителя.

Примечательно, что данные характеристики рекомендуется рассчитывать с учетом оперативного выравнивания давления наружного воздуха (с внешней стороны такой конструкции, как система вентилируемых фасадов) и давления в промежутке, предназначенном для вентиляции фасада. Быстрое выравнивание давления наружного воздуха и давления в вентилируемом слое конструкции необходимо для избежания попадания капель дождя в вентилируемый промежуток и предотвращения излишней ветровой нагрузки при переменном воздействии порывов ветра.

В специализированной литературе для эффективного проведения таких работ, как монтаж навесных фасадов, устройство вентилируемых фасадов рекомендуется разделять поверхность вентилируемого промежутка на секции различных размеров в центре фасада и по периферии. Для решения задачи оперативного выравнивания давления при воздействии переменного ветра определение толщины пространства для вентиляции  можно произвести на основании методов, предложенных в специальной литературе. При проведении изысканий на базе такой конструкции, как введенная в эксплуатацию система вентилируемых фасадов скорость движения воздуха в вентиляционном промежутке составляет v = 0,3 - 0,4 m/s  По данным немецкого DIM 18516 Teil 1 оптимальная толщина вентилируемого слоя такой конструкции, как вентилируемые фасады зданий, должна быть не менее 2 см. Оптимальные значения основных технических характеристик такой конструкции, как система вентилируемых фасадов представлены на рис.4.


Система вентилируемых фасадов: выводы

Несмотря на такие обстоятельства, что технология вентилируемый фасад стала применяться на практике еще с начала 90-х годов прошлого столетия, а в Германии - на родине на такой конструкции, как система вентилируемых фасадов - функционирует специализированная ассоциация, производящая проектирование и расчет вентилируемых фасадов, на сегодняшний день единая оптимальная методология расчета подобных конструкций не разработана. Показательно и то, что в столице РФ наблюдается тенденция использование при строительстве зданий и сооружений различного назначения именно вентилируемых фасадных систем. Во многом по этой причине существует необходимость разработки единых методологических правил теплотехнического и аэродинамического расчета таких конструкций, как вентилируемые фасады зданий. Важно, что при разработке подобной методологии необходимо будет учитывать и обосновывать оптимальность выбора тех или иных видов теплоизоляционных материалов, учитывать условия, при которых утеплитель фасада будет обеспечивать расчетные характеристики и продолжительный срок эксплуатации.

Согласно наблюдениям и расчетам, такой технологический процесс, как устройство вентилируемых фасадов должен исключать применение паронепроницаемой тепловой защиты. Как показывают результаты исследований, применение теплоизолятора данного типа заметно снижает эксплуатационную эффективность такой конструкции, как система вентилируемых фасадов. Несомненно, технические параметры таких систем, как вентилируемые фасады зданий во многом зависят и от таких технологических процессов, как монтаж вентфасадов, устройство вентилируемых фасадов на стенах, оснащенных оконными блоками, однако данное направление разработки единой методологии должно являться темой отдельного серьезного исследования.  

Рис.1 Фасады с вентилируемой воздушной прослойкой

влияние мостика холода

Влияние мостика холода

обеспечивает благоприятный климат

Обеспечивает благоприятный климат в помещении

гарантирует удаление влаги

Гарантирует удаление влаги

Обеспечивает надежную тепловую защиту

Обеспечивает надежную тепловую защиту

Стойкость к погодным условиям

Стойкость к погодным условиям

Защищает строительную конструкцию

Защищает строительную конструкцию от воздействия предельных температурных перепадов



Процесс высушивания стен из пористого бетона

a = 0,19 W/mK (DIN 4108); rmax = 600 kg/m3

1 -НЕВЕНТИЛИРУЕМЫЙ ФАСАД
2 - ВЕНТИЛИРУЕМЫЙ ФАСАД

Процесс высушивания стен из пористого бетона

Рис. 3 Для выравнивания давления необходимы:
воздухонепроницаемая конструкция стены, воздушная прослойка,
отражающая перегородка и открытые швы в облицовке

Для выравнивания давления необходимы

Параметры для определения сопротивления воздушного
потока через вентилируемую воздушную прослойку

Параметры для определения сопротивления

Алюминиевый каркас (подконструкция) фасада

Алюминиевый каркас

1 - Внутр. штукатурка, aB = 0,81 W/mK, d = 20 mm.
2 - Наружная кирпичная стена a
B = 0,81 W/mK, d = 250 mm.
3 - Кронштейн (H. О.) AIMgSi 0,5 F25, a = 170 W/mK.
3a, 5a - Термическая прокладка PVC-GHS, d = 6mm, a
= 0,09 W/mK.
4 - Теплоизоляция, мин. ват. плита a
Б = 0,047 W/mK, d = 125 mm.
5 - Кронштейн (П. О.) AIMgSi 0,5 F25, a = 170 W/mK.
6 - AI - профиль, AIMgSi 0,5 F25, a
= 170 W/mK.
7 - Ветро-гидрозащитная ПАРОПРОНИЦАЕМАЯ мембрана Tyvek SOFT (1460 B), паропроницаемость за 24 часа не менее от 0,75 Кг/м, ГОСТ 2678-94; (Sd =< 0,02m, DIN 52615).

Площадь фасада без окон

17,604

м2

Общая длина l линейного мостика холода

0

м

Кол-во пунктирных мостиков холода (Н.О.) 8(бетон)+8(кирпич)

16

шт.

Кол-во пунктирных мостиков холода (П.О.) 8(бетон)+8(кирпич)

16

шт.

Расчет теплопередачи



Термическое сопротивление части наружн. стены, к которой крепитс кронштейн с помощью анкера

бетон - 0,049

м2K/W

кирпич - 0,31

м2K/W

Толщина d теплоизоляции

0,125

м

Коэффициент теплопроводимости теплоизоляции a

0,047

W/mK

Коэффициент теплопередачи наружной стены Uo
без мостика холода (кронштейн)

0,319

W/м2K

Коэффициент теплопотери при пунктирном мостике холода с термической прокладкой c

бетон - 0,049

W/K

кирпич - 0,035

W/K

КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ: (0,319x17,604 + 16x0,049 + 16x0,035) / 17,604 = 0,395 W/м2K
УВЕЛИЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ НАРУЖНОЙ СТЕНЫ ИЗ-ЗА МОСТИКА ХОЛОДА: ( (0,395 - 0,319) / 0,319 ) x 100 = 23,8 %

Диаграмма расчета. (диаграмма 3)

Теплопотери мостика холода в зависимости от термического сопротивления R= d / l части наружной стены, к который крепится кронштейн через термическую прокладку (PVC-GHS прокладка толщиной 6 мм). Коэффициент теплопотери при пунктирном мостике холода c [W/K]

Диаграмма расчета

Термическое сопротивление R части наружной стены, к которой крепится кронштейн с помощью анкера [m2K/W]

Алюминиевый каркас (подконструкция) фасада

Алюминиевый каркас (подконструкция) фасада

1 - Внутр. штукатурка, aB = 0,81 W/mK, d = 20 mm.
2 - Наружная кирпичная стена a
B = 0,81 W/mK, d = 250 mm.
3 - Кронштейн (H. О.), нерж. сталь CrNiMo, a = 15 W/mK.
4 - Теплоизоляция, мин. ват. плита a
Б = 0,047 W/mK, d = 125 mm.
5 - Кронштейн (П. О.) нерж. сталь CrNiMo, a = 15 W/mK.
6 - AI - профиль, AIMgSi 0,5 F25, a
= 170 W/mK.
7 - Ветро-гидрозащитная ПАРОПРОНИЦАЕМАЯ мембрана Tyvek SOFT (1460 B), паропроницаемость за 24 часа не менее от 0,75 Кг/м, ГОСТ 2678-94; (Sd =< 0,02m, DIN 52615).

Площадь фасада без окон

17,604

м2

Общая длина l линейного мостика холода

0

м

Кол-во пунктирных мостиков холода (Н.О.) 8(бетон)+8(кирпич)

16

шт.

Кол-во пунктирных мостиков холода (П.О.) 8(бетон)+8(кирпич)

16

шт.

Расчет теплопередачи



Термическое сопротивление части наружн. стены, к которой крепитс кронштейн с помощью анкера

бетон - 0,049

м2K/W

кирпич - 0,31

м2K/W

Толщина d теплоизоляции

0,125

м

Коэффициент теплопроводимости теплоизоляции a

0,047

W/mK

Коэффициент теплопередачи наружной стены Uo
без мостика холода (кронштейн)

0,319

W/м2K

Коэффициент теплопотери при пунктирном мостике холода с термической прокладкой c

бетон - 0,029

W/K

кирпич - 0,0225

W/K

КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ: (0,319x17,604 + 16x0,029 + 16x0,0225) / 17,604 = 0,366 W/м2K
УВЕЛИЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ НАРУЖНОЙ СТЕНЫ ИЗ-ЗА МОСТИКА ХОЛОДА: ( (0,366 - 0,319) / 0,319 ) x 100 = 14,7 %

Диаграмма расчета. (диаграмма 4)

Теплопотери мостика холода в зависимости от термического сопротивления R= d / l части наружной стены, к который крепится кронштейн.
Коэффициент теплопотери при пунктирном мостике холода c [W/K]

Диаграмма расчета (диаграмма 4)

Термическое сопротивление R части наружной стены, к которой крепится кронштейн с помощью анкера [m2K/W]

Автор: Фасадные системы (ООО)

Лучшие компании этого раздела
Последние статьи

Нет комментариев

Оставьте свой комментарий!

Внимание: действует премодерация комментариев!

* -поля, обязательные для заполнения.

Ваше имя*
Текст комментария*
Текст на картинке*
Строительная информация г. Кирова
Новости
Скидки
Акции
Статьи
Kirovsp43-ru.gif

Декабрь (Кристалл-Электро)
Акции и Скидки города:
  На товары магазинов
  На услуги компаний
  По недвижимости (первичный рынок)
Идеи для дома:
 
Дизайн помещений  
  Идеи для мебели
  Варианты декора

Обучение специалистов:
  Начальное профессиональное
  Среднее профессиональное
  Высшее профессиональное
  Повышение квалификации
  Дополнительное образование
История застройки города:
 
Хронология застройки
  Архитектура города
  Исторические статьи
  Архитектура города
Недвижимость (новостройки):
  Квартиры в новостройках
  Коттеджные поселки
 
Карта новостроек
  Карта поселков
Строительные новости:

  Новости города и области
  Федеральные новости
  Новости тех регулирования
  Новости компаний города
Разное:
 
Калькуляторы ремонта 
  Интерактивная карта  
  Строительные термины  
  Тематические статьи

 




 

Администрация не несет ответственность за достоверность рекламных материалов, размещенных на сервере, а так же за актуальность цен и контактной информации компаний - абонентов.
Любое испльзование материалов Кировского строительного портала Kirovsp43.ru допускается только при наличии прямой сылки.