Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 19 июля, печатный экземпляр отправим 23 июля
Опубликовать статью

Молодой учёный

Улучшение теплофизических показателей ограждений для повышения энергоэффективности зданий

Спецвыпуск
28.11.2024
21
Поделиться
Библиографическое описание
Усен, Д. К. Улучшение теплофизических показателей ограждений для повышения энергоэффективности зданий / Д. К. Усен, Н. И. Бердикул, К. М. Нурпеисова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2024. — № 48.1 (547.1). — С. 49-51. — URL: https://moluch.ru/archive/547/119840/.


В статье рассматриваются подходы к повышению теплофизических характеристик ограждающих конструкций зданий для повышения их энергоэффективности.

Ключевые слова : энергоэффективность, ограждающие конструкции, теплоизоляция, теплофизические характеристики, теплопотери, здания.

The article discusses approaches to improving the thermophysical characteristics of building envelopes to improve their energy efficiency.

Keywords: energy efficiency, enclosing structures, thermal insulation, thermophysical characteristics, heat loss, buildings.

Введение. Энергоэффективность зданий является одной из ключевых задач современного строительства и эксплуатации объектов недвижимости. В условиях глобального потепления, растущих цен на энергоресурсы и необходимости снижения углеродного следа вопросы повышения энергоэффективности становятся особенно актуальными.

Современные исследования и практические подходы направлены на разработку и применение инновационных решений для повышения теплоизоляционных свойств ограждающих конструкций. Это включает использование энергоэффективных материалов, внедрение многослойных систем с низкой теплопроводностью, а также совершенствование систем утепления, герметизации и оптимизации тепловых потоков. Важным элементом повышения энергоэффективности зданий также является правильная организация систем отопления и вентиляции, обеспечивающих комфортные условия проживания и минимизацию теплопотерь.

Анализ методов определения коэффициента паропроницаемости строительных материалов

Коэффициент паропроницаемости является одним из ключевых факторов, определяющих процессы влагопереноса в строительных материалах. Для применения большинства математических моделей требуется экспериментальное определение этого коэффициента. Исследование характеристик паропроницаемости играет важную роль, так как данный показатель определяет влажностный режим ограждающих конструкций зданий [1–3].

Методику экспериментального определения паропроницаемости отработал К. Ф. Фокин [3]. Методика Фокина позволяет количественно оценивать способность материалов пропускать водяной пар, что является ключевым фактором при проектировании энергоэффективных и долговечных строительных конструкций. Его подходы используются для определения коэффициентов паропроницаемости различных материалов, что способствует предотвращению накопления влаги в конструкциях и повышению их эксплуатационных характеристик.

Методы определения коэффициента паропроницаемости регламентируются стандартом СТ РК 25898–2014 , который аналогичен ГОСТ 25898–2012 [4], но адаптирован под местные условия. Однако коэффициент паропроницаемости в эксплуатационных условиях может отличаться от значений, полученных лабораторным путем. Одним из важных факторов, который не учитывается в стандартной методике, является движение воздуха над поверхностью образца.

Одна из разработок, принадлежащих В. Н. Куприянову и А. С. Петрову [5]. Установка представляет собой термостат, который устанавливается на электронные весы. Термостат заполняется теплоносителем, в него вставляется чашка с испытуемым образцом и нагреватель. Над поверхностью образца параллельно поверхности образца вентилятором создается поток воздуха.

Другим фактором, влияющим на паропроницаемость, является сорбционная влажность материалов [6, 8].

В. М. Ильинский предложил использовать зависимость коэффициента паропроницаемости от его сорбционной влажности:

(1)

где — коэффициент паропроницаемости при относительной влажности кг/(м⋅с⋅Па); — коэффициент паропроницаемости при относительной влажности 80 %, кг/(м⋅с⋅Па); — равновесная влажность материала при относительной влажности; – равновесная влажность материала при относительной влажности 80 %.

Отдельный интерес вызывают исследования G. H. Galbraith, R. C. McLean и D. Kelly [9]. Авторы рассматривали определение коэффициента паропроницаемости под действием различного барометрического давления.

Таким образом, его методика позволяла выделять вклад штукатурного слоя в общее сопротивление паропроницаемости фасадной системы. Это имеет важное значение для точного расчёта влажностного режима стен и предотвращения накопления влаги, что влияет на долговечность и энергоэффективность зданий.

Влияние влажностного режима ограждающей конструкции на ее теплозащитные свойства и энергосбережение здания

Одним из ключевых результатов анализа влажностного состояния ограждающих конструкций является определение их эксплуатационной влажности. Повышенный уровень эксплуатационной влажности приводит к увеличению теплопроводности материала, что, в свою очередь, способствует росту тепловых потерь здания [6]. Это негативно сказывается на энергоэффективности и может привести к дополнительным затратам на отопление.

Для повышения энергоэффективности зданий крайне важно проектировать ограждающие конструкции с минимально возможной эксплуатационной влажностью [8, 7]. Этого можно добиться путём использования материалов с низкой способностью к влагонакоплению, обеспечения надлежащей пароизоляции и учёта климатических условий региона. Также важным аспектом является правильная организация вентиляции и использование паропроницаемых утеплителей, которые способствуют выводу влаги, предотвращая её накопление внутри конструкции.

В настоящее время действует СНиП РК 2.04–21–2004 [2], который предполагает определение зон влажности по климатической карте: сухая, нормальная, мокрая, а также выбор влажностного режима эксплуатации помещения здания в зависимости от температуры и относительной влажности внутреннего воздуха: сухой, нормальный, влажный, мокрый [8]. Существует метод, предполагающий назначение эксплуатационной влажности по изотерме сорбции [9].

Особенности применения методов в Казахстане климатическая специфика: на севере страны необходимы конструкции с высоким сопротивлением паропроницаемости, чтобы избежать накопления влаги внутри стен в зимний период. На юге важна способность материалов быстро выводить влагу, чтобы избежать перегрева и повышения влажности внутри зданий.

Энергосбережение учет паропроницаемости материалов позволяет снизить теплопотери в отопительный сезон.

Выводы. Рассмотрена общая постановка задачи тепло-влагопереноса, основанная на уравнении теплопроводности с краевыми условиями теплообмена третьего рода на границах ограждающей конструкции и условием неразрывности потока теплоты между слоями. Также учтено условие непрерывности теплового потока между слоями конструкции. Описан подход строительной теплофизики, предполагающий раздельное рассмотрение механизмов влагопереноса [5].Изучены расчеты, направленные на предотвращение переувлажнения ограждающих конструкций. Приведён обзор существующих устройств для измерения коэффициента паропроницаемости [2, 4–7]. В качестве основных факторов, влияющих на паропроницаемость материалов, выделены: движение воздуха, сорбционная влажность материала, температура и барометрическое давление.

Особое внимание уделено необходимости разработки методов для расчета нестационарного влажностного режима ограждающих конструкций на основе потенциала влажности. Подчеркивается важность упрощения определения плоскости максимального увлажнения в рамках методик защиты от переувлажнения, а также проверки корректности переноса экспериментальных данных, полученных методом «мокрой чаши», на вертикально ориентированные ограждающие конструкции. Кроме того, отмечается необходимость разработки стандартных значений эксплуатационной влажности.

Литература:

  1. СНиП РК 2.04–21–2004. Тепловая защита зданий. — Астана, 2004.
  2. СТ РК 25898–2014. Прокат холоднокатаный тонколистовой кровельный. Технические условия
  3. Фокин, К. Ф. Новые данные о паропроницаемости строительных материалов / К. Ф. Фокин // Проект и стандарт. — 1936. — № 8–9. С. 19–24.International Energy Agency. Energy Efficiency Indicators 2022: Buildings Sector. — Paris: IEA Publications, 2022.
  4. ГОСТ 25898–2012-Материалы и изделия строительные. Методы определения паропроницаемости и сопротивления паропроницанию. — М.: Стандартинформ, 2014. –15 с.
  5. Влияние различной скорости движения воздуха на паропроницаемость теплоизоляционных материалов / В. Н. Куприянов, А. С. Петров // Строительные материалы. — 2013. — № 6. — С. 20–21..
  6. Иванов, П.А., Сидоров, Е. В. Повышение энергоэффективности зданий с использованием инновационных утеплителей // Строительные материалы. — 2021. — № 5. — С. 32–38.
  7. Евдокимова, Л. В. Современные подходы к проектированию ограждающих конструкций / Л. В. Евдокимова. — СПб.: Наука и техника, 2019.
  8. Пастушков, П. П. Влияние влажностного режима ограждающих конструкций с наружными штукатурными слоями на энергоэффективность теплоизоляционных материалов: дис. … канд. техн. наук: 05.23.03 / Пастушков Павел Павлович. — М., 2013. — 169 с.
  9. Galbraith, G. H. Moisture permeability measurements under varying barometric pressure — Experimental methodology is developed for measuring moisture permeability of vapour and liquid / G. H. Galbraith, R. C. McLean, D. Kelly // Building research and information. — 1997. — Vol. 25. — № 6. — P. 348–353.
Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт и справку о публикации.
Опубликовать статью
Ключевые слова
энергоэффективность
ограждающие конструкции
теплоизоляция
теплофизические характеристики
теплопотери
здания
Молодой учёный №48 (547) ноябрь 2024 г.
Скачать часть журнала с этой статьей(стр. Т.1. 49-51):
Спецвыпуск 90 лет КазНИТУ имени К. И. Сатпаева (стр.1-54)
Расположение в файле:
стр. 1стр. Т.1. 49-51стр. 54

Молодой учёный