На территории Средней Азии, особенно в южной ее части, средняя многолетняя температура самого жаркого месяца (июля) составляет +30°С. В наиболее жаркие часы (13 ч) средняя температура достигает +38°С. Абсолютные максимумы достигают +50°С.
Таким образом, при строительстве зданий в южных районах возникает необходимость защиты людей от перегрева в теплый период. Вместе с тем не снимается задача теплозащиты в зимний период, так как в пределах IV районов возможны достаточно низкие зимние температуры.
В жарком климате создание в помещениях температурно-влажностного режима, отвечающего санитарно-гигиеническим требованиям, возможно при использовании соответствующих искусственных средств охлаждения, требующих значительных единовременных затрат при строительстве и постоянных эксплуатационных расходов. В то же время возможно использование средств естественного регулирования микроклимата помещений, требующих относительно небольших единовременных затрат на их осуществление при строительстве и последующую эксплуатацию.
Основными средствами естественного регулирования микроклимата помещений являются:
– правильное размещение и взаиморасположение зданий на участке;
– меры благоустройства, озеленения и обводнения прилегающих к зданию территорий;
– повышение теплоустойчивости ограждений в отношении затухания в них температурных колебаний;
– снижение коэффициента теплопоглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности ограждения;
– специальные конструктивные приемы, а также экранирование наружных ограждений от солнечных лучей;
– применение чердачных перекрытий или совмещенных покрытий с воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом.
В борьбе с летним перегревом в жилых зданиях издавна применялись массивные стены, обладающие большой тепловой инерцией. Однако массивные стены, защищая помещение днем, в часы высоких наружных температур и действия солнечной радиации, служат источником поступления тепла в помещения ночью в часы низких температур наружного воздуха.
В индустриальном жилищном строительстве в сухом жарком климате пока еще не решены вопросы защиты помещения от перегрева.
Распространению легких ограждений препятствует их малая теплоустойчивость, приводящая в летний период либо к внутреннему дискомфорту, либо к значительным нагрузкам на систему охлаждения.
Достижению высокого уровня теплового комфорта в зданиях, снижению расхода материала в стенах и сокращению затрат энергии на охлаждение путем кондиционирования воздуха жилых помещений способствует переход на применение в зданиях наружных стен с экранами и воздушными прослойками.
Одним из таких направлений в индустриальном домостроении может быть создание конструкции стены из керамзитобетона с улучшенной теплозащитной способностью и железобетонным экраном с вентилируемой воздушной прослойкой. Такая конструкция способна уменьшить теплопоступления в помещении в жаркое время за счет повышенной теплоустойчивости бетона основной части панели, а также за счет удаления радиационного тепла движущимся в прослойке воздухом. При этом она быстро охлаждается в вечерние и ночные часы.
Одним из первых исследования теплотехнических свойств стен с экранами и воздушными прослойками провел Б. Ф. Васильев. В 1947 году лабораторией теплофизики института строительной техники были проведены в опытном павильоне исследования стен с замкнутыми воздушными прослойками. Исследования были в основном ориентированы на оценку изменений влажности материалов стен.
Экспериментальные исследования, выполненные А. В. Ершовым, Е. А. Солдатовым /3/ в лаборатории микроклимата в строительной физике ТашЗНИИЭП с 1960 по 1969 гг., СамГАСИ в 1970–1978 гг. послужили научной основой для выдачи рекомендаций толщине, выбору материала и типу наружных ограждений с учетом теплового действия солнечной радиации на территории Средней Азии.
Наружная стена- важный конструктивный элемент, от которого во многом зависит эксплуатационное состояние жилых помещений. Однослойные легкобетонные панели имеют преимущества перед многослойными: более просты в изготовлении, однородны по сечению, в них отсутствуют мосты холода. Их теплозащитные свойства определяются структурой и физическими показателями легкого бетона, (керамзитобетона), которые значительно зависят от влажности. Получая большую начальную влажность, керамзитобетонные стены могут высыхать с обеих сторон, что является еще одним преимуществом однослойных конструкций.
Темп испарения зависит от структуры и толщины стены: чем она толще, тем больше в нее вносится воды и тем больше будет ее удаление. По мнению Б. Ф. Васильева /1/, термическое сопротивление однослойного ограждения можно повысить не за счет пассивного увеличения его толщины, а в результате активного улучшения структуры материала. Это позволит снизить коэффициент теплопроводности, в некоторых случаях без уменьшения плотности материала.
При выборе конструктивно-технологического решения легкобетонных панелей наружных стен наибольшее значение имеют теплотехнические характеристики бетона, зависящие от его состава и структуры. Назначение расчетного коэффициента теплопроводности всегда достаточно сложная и ответственная задача.
Для определения целенаправленной структуры состава легкого бетона и его теплопроводности в ЦНИИЭП жилища и НИИСФ был проведен комплекс научно-исследовательских работ /1,2/.
Применительно к легкому бетону для наружных стен основным критерием оптимизации является максимальное снижение теплопроводности при обеспечении необходимой прочности, долговечности и водонепроницаемости.
Рациональным конструктивным решением солнцезащиты стен может быть стена, состоящая из солнцезащитного экрана и несущей утепленной конструкции, отделенных воздушной прослойкой /2,3,5,7/. Такая конструкция имеет следующие положительные качества:
– индустриальность;
– возможность использования различных видов наружных экранов прочных, легких и долговечных, которые в сочетании с устойчивыми красителями и мозаикой служат важным средством повышения архитектурно-художественной выразительности фасадов зданий. Особенно перспективны экраны из того же материала, что и основная стена;
– полное затемнение стен и возможность регулирования теплового и влажностного режима прослойки;
– надежная защита от атмосферной влаги, систематическое осушение внутреннего слоя, что особенно важно при использовании керамзитобетона с малой плотностью и высокой пористостью;
– наличие экрана позволяет снизить требования к герметизации стыковых соединений панелей, поскольку влага, попадающая внутрь прослойки, будет стекать по тыльной стороне экрана.
По сравнению с обычно применяемой совмещенной слоистой конструкцией наружных стен в виде монопанелей раздельная конструкция с экраном позволяет:
– изготовлять несущие стеновые панели в горизонтальных формах конвейерной линии;
– специализировать производство по изготовлению в одном технологическом цикле;
– применять разнообразные архитектурные решения фасадов с использованием в фасадных экранах различных конструкционных бетонов (с использованием цветных цементов) и отдельных материалов;
– исключить гибкие стальные связи для соединения наружного и внутреннего слоев бетона;
– снизить расход бетона в наружных стенах на 20 % (в зависимости от материала экрана) и облегчить их конструкции;
– повысить теплотехнические качества наружных стен до 20 % благодаря использованию воздушной прослойки (в разных режимах) между основными панелями и экраном /7/.
Практика строительства панельных зданий с экранированными наружными стенами пока имеет небольшой опыт. Экранирование наружных стен применено в экспериментальный 5-ти этажный крупнопанельный жилой дом в г. Бухаре/7/.
- Разработан и обоснован метод конструирования панельной наружной стены с экраном для индустриального домостроения в южных районах, улучшающей тепловой комфорт жилища в жаркий период года и теплозащитные свойства конструкции в зимний период.
- Разработаны рекомендации по проектированию легкобетонных панелей с экраном, в том числе предложения по конструкции экрана, несущей части, соединительных ребер, толщине воздушной прослойки.
- Разработан усовершенствованный состав конструкционно-теплоизоляционного легкого бетона для несущей части конструкции, обеспечивающий еёвысокую теплоустойчивость за счет применения химических добавок и низкого расхода пористого песка.
- На основании теоретических и экспериментальных исследований теплофизических свойств панелей с экраном получены следующие результаты:
– в условиях высоких летних температур амплитуда колебания температуры на внутренней поверхности стены с экраном в два раза меньше, чем в стене без экрана той же толщины;
– тепловой поток, проходящий через наружные стены с экраном, снижается в среднем более чем на 30 % по сравнению с однослойной панелью;
– фактическое сопротивление теплопередаче стены с железобетонным экраном и замкнутой воздушной прослойкой в зимний период более чем на 20 % выше сопротивления теплопередаче однослойной стены, а приведенное сопротивление теплопередаче на 12 % выше приведенного сопротивления теплопередаче стены без экрана;
– экспериментально установлено, что для вентилируема: воздушных прослоек толщиной 70 мм и высотой на 5 этажей среднесуточная скорость движения воздуха составляет 0,49 м/с;
- Конструкция стены с экраном обеспечивает в жилых помещениях более высокий тепловой комфорт по сравнению с традиционными однослойными панелями, а также позволяет снизить приведенные затраты на 17 %за счет сокращения затрат на кондиционирование и охлаждение воздуха в летних условиях.
Литература:
- Васильев Б. Ф. Теплотехнические качества и микроклимат крупнопанельных жилых зданий. — М. 1965. — 245 с.
- Власов О. Е. О теплоустойчивости ограждений с вентилируемой воздушной прослойкой. — Сб. н. тр. НИИСФ. Практические задачи теплофизики крупнопанельных зданий. М.: Изд-во литературы по строительству, 1966.
- Ершов А. В., Солдатов Е.А, Угрюмов Е. И. Натурные исследования теплоустойчивости экранированных стен с вентилируемой воздушной прослойкой. Строительство и архитектура Узбекистана, 1968. № 2. — С.38–41.
- Солдатов Е. А. Наружные ограждения и тепловой режим зданий в условиях действия солнечной радиацией. — Ташкент: ФАН, 1979. — 103 с.
- Хамидов С. А. Теплотехнический расчет стены с трансформируемой воздушной прослойкой. Дис…канд. техн. наук. — М. 1983. — 220 с.
- Шкловер А. М. Теплотехнические расчеты зданий, расположенных на юге СССР. –М.: Госстройиздат, 1952. — 43 с.
- Рузиев Х. Р. Легкобетонные панельные стены с экраном для условий жаркого климата. Дис… канд.техн.наук. — М. 1991. — 194 с.
