Разработка модели погоды для исследований систем теплоизоляции фасадов зданий в аппарате искусственной погоды

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ПОГОДЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ СИСТЕМ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ФАСАДОВ ЗДАНИЙ В АППАРАТЕ ИСКУССТВЕННОЙ ПОГОДЫ

Менейлюк А.И., Бабий И.Н., Борисов А.А. (Одесская государственная академия строительства и архитектуры, г. Одесса)

В статье рассмотрена проблематика исследования систем теплоизоляции фасадов зданий. Приведен обзор нормативной документации по теплоизоляции в странах Западной Европы. Представлена модель погоды для климатических испытаний образцов систем теплоизоляции в аппарате искусственной погоды.

Теплоизоляция фасадов зданий, как одна из важнейших составляющих при решении задачи энергосбережения, стала одной из самых актуальных при строительстве новых и реконструкции старых зданий. Это произошло вследствие повышения требований по теплоизоляции зданий, как нормативных, так и потребительских. Нормативные - отраженны в соответствующем документе [1], а потребительские основываются на желании пользователей помещения зданий иметь комфортные условия.

Многочисленные исследования в области расчета теплопотерь показывают, что при отоплении жилого дома через стены теряется до 40% тепла [2]. Количество жидкого топлива, необходимого для обогрева здания за год, составляет: не утепленного - 13 л/м2; частично утепленного - 5 л/м2; утепленного в соответствии с требованиями нормативных документов - 2 л/м2 [3]. Кроме того, повышенный уровень энергозатрат при обогреве помещений приводит не только к экономическим проблемам, но и оказывает существенное влияние на загрязнение окружающей среды, что представляет собой экологическую угрозу. В связи с этим возрастает необходимость в поиске наиболее эффективных способов теплоизоляции фасадов зданий.

В соответствии с существующими требованиями по теплоизоляции зданий, традиционные строительные материалы (железобетон, легкий бетон, кирпич и т.д.) не способны в однослойной ограждающей конструкции обеспечить требуемое значение термического сопротивления. Оно может быть достигнуто лишь в многослойной ограждающей конструкции, где в качестве утеплителя применяется эффективный теплоизоляционный материал.

Одним из экономически оправданных решений проблемы энергосбережения является дополнительное применение для утепления фасадов материалов с низким коэффициентом теплопроводности. Чем ниже его показатель, тем лучше изолированы внутренние помещения от внешних термических воздействий. Для этих целей в строительстве широкомасштабно используются такие материалы как пенополистирол, в частности экструдированный пенополистирол, и минеральная вата, физико-механические характеристики которых приведены в табл.1.

Таблица 1

Физико-механические характеристики теплоизоляционных плит

модель погода теплоизоляция здание

На сегодняшний день на украинском рынке теплоизоляционных материалов и систем представлена продукция и технологии как отечественных, так и производителей ближнего и дальнего зарубежья.

В новом строительстве и при реконструкции старых зданий применяются различные способы теплоизоляции - это „скрепленные системы”, „вентилируемые фасадные системы”, системы, сконструированные по принципу „сендвич”, а также устройство наружных стен с улучшенными теплоизоляционными характеристиками стенового материала и др. Каждая из предложенных систем обладает рядом недостатков. Так, например, к недостаткам систем „сендвич” можно отнести междуэтажные стыки, теплоизоляция которых осуществляется по «скрепленному» методу. В них в среднем слое может накапливаться влага. Необходимо также учитывать то, что система относится к трудно восстанавливаемым. Не достаточно изучен вопрос коррозии металлических конструкций в „вентилируемых фасадных системах”, возможна эрозия утеплителя вследствие влияния воздушных потоков, ограничение возможности в создании индивидуальных архитектурных особенностей зданий и сооружений, и т.д.

Но, если руководствоваться принципом, что система должна обеспечить на фасаде многоэтажного здания сплошной и равномерный термоизоляционный контур, то только два из выше перечисленных способов способны выполнить это условие: система скрепленной теплоизоляции (ССТИ) и вентилируемый фасад.

Однако, при достаточном разнообразии систем теплоизоляции фасадов зданий, предложенных на рынке Украины, правильно выбрать рациональную и эффективную, остается невозможным и по настоящий момент. Это объясняется отсутствием соответствующей государственной нормативной базы, регламентирующей выбор способа теплоизоляции, его эффективность и применение необходимых материалов.

В большинстве случаев, используемые фасадные системы, рассчитаны на теплоизоляцию фасадов зданий Западной Европы, т.е. «работе» теплоизоляции в соответствующих климатических условиях. Эти условия, в свою очередь, несколько отличаются от климатических условий Украины. Поэтому и в документации по их использованию приведены нормативные требования для этих стран и методики их испытаний. Следует также отметить, что за рубежом существуют различные методики, по которым проводят испытания систем фасадной теплоизоляции.

Так, для определения физико-механических показателей в странах Европы в 2000 году был принят нормативный документ, разработанный EOTA (European Organisation for Technical Approvals) - ETAG 004 [4]. Он определяет порядок проведения испытаний и сертификации систем теплоизоляции и является общим для всех стран Европейского Союза. Основными аспектами, освещающими суть данного документа, являются:

- требования к прочностным характеристикам системы и к отдельным компонентам, входящим в систему;

- методы осуществления контроля систем ETICS (внешние системы теплоизоляции композитные с отделкой).

- предложения и рекомендации, согласно которых оценена пригодность данных систем.

Кроме того, действует ряд других нормативных документов (EN 13499 [5], EN 13500 [6]). По ним выполняют процедуру технической апробации систем и системных материалов [4]. EN 13499 - композитные системы термоизоляции на основе вспененного полистирола. Этот стандарт описывает характеристики продукта, включая процедуру испытаний, маркировку и этикетки. EN 13500 - внешние теплоизоляционные композитные системы на основе минеральной ваты. Данный европейский стандарт описывает требования, предъявляемые к производству внешних теплоизоляционных композитных систем (ВТИКС) на основе минеральной ваты, поставляемых в комплектном виде и используемых для теплоизоляции в строительстве. Данный стандарт описывает характеристики и процедуры тестирования и маркировки. Особо следует отметить, что ни в одном, ни во втором стандарте нет сведений о проведении климатических испытаний, которые в свою очередь, сделают возможным прогнозирование долговечности систем фасадной теплоизоляции.

В свою очередь, на территории Украины нет единой методики определения долговечности теплоизоляционных фасадных систем как единого целого, рассматриваемого в комплексе. Существуют лишь ряд нормативных документов, предлагающих методики определения технических показателей, которые оказывают влияние на долговечность строительных материалов составляющих систему, в отдельности.

При использовании приведенных выше фасадных систем теплоизоляции первоочередными факторами, оказывающими наиболее интенсивное воздействие на них, являются климатические. Большое значение для рассматриваемого круга вопросов имеют такие показатели метеорологических условий, как температура и влажность наружного воздуха, скорость и направление ветров, солнечная радиация.

Основные данные, о климатическом воздействии на здания и сооружения, содержатся в разработанных в 80-90 годах прошлого столетия НИИСФом СНиП [7] и в Справочном пособии к СНиП «Строительная климатология» [8].

В них приведены численные параметры, комплексно характеризующие совместное действие таких факторов, как ветер и осадки, суммарная и рассеянная солнечная радиация, поступление тепла на различно ориентированные по сторонам горизонта вертикальные поверхности, увлажнение «косыми дождями». Комплексному воздействию неблагоприятных метеорологических сочетаний уделено большое внимание еще в 60-е годы ХХ века в работах А.И. Кругловой [9], А.А. Цвида [10, 11] и др.

В виду вышесказанного представляло интерес разработать методику ускоренных климатических испытаний. Для этого необходимы данные, полученные после климатических испытаний и результаты, полученные при натурных исследованиях. Следовательно, необходима имитация реальных погодных условий. Для проведения подобных исследований используются аппараты искусственной погоды.

В настоящих исследованиях принята камера производства немецкой фирмы WACKER (модель холод-холод-орошение WT 10`/40-90). Рабочий диапазон температур -40°С …. +90°С, точность поддержания температуры ±1°С, скорость охлаждения/нагрева 1°С/мин. Размер рабочего пространства: высота 2200 мм; ширина 1800 мм; длина 2600 мм.

Перед проведением подобных исследований, немаловажной является задача определения временных интервалов, с соответствующими температурными и влажностными режимами, т.е. «модель погоды», а также количества циклов знакопеременных воздействий экспериментальных климатических условий. Они, в свою очередь, должны позволить адекватно интерпретировать полученные результаты испытаний систем теплоизоляции после обработки их в климатической камере.

Так, образцы, устроенные в камере, подвергаются циклическим климатическим воздействиям. В каждый цикл входят два периода с условными названиями «жаро-дождевой» и «жаро-холодный». На рис.1. показано графическое отображение типового цикла с разбивкой на периоды.

Временные интервалы, температурные режимы и количество циклов установлены с использованием теории вероятности, метода системного анализа, численных методов решения строительно-технологических задач на ЭВМ по экспериментально-статистическим моделям (ЭСМ), а также анализа литературных данных.

Жаро-дождевой период:

Рис.1. Модель погоды

Нагревание образца до Т=+70°С при нормальной влажности в течение 1 часа.

Выдерживание образца в нагретом состоянии (Т = +70°С RH= 10%) в течении 4 часов, при одновременном воздействии ультрафиолета.

Орошение нагретого образца водой с расходом 2 л/мин в течение 1 часа с поддержанием температуры в камере около 20°С.

Выдерживание образца при Т = +20°С и нормальной влажности в течении 1 часа.

Жаро-холодный период:

Нагревание образца до Т=+50°С при нормальной влажности в течение 30 минут.

Выдерживание образца в нагретом состоянии (Т = +50°С при RH=15%) в течении 3 часов при одновременном воздействии ультрафиолета.

Охлаждение до Т=+15°С в течении 30 мин.

Опрыскивание образца водопроводной водой с расходом 2л/мин в течение 1 часа с поддержанием температуры в камере около т=+15°С.

Охлаждение до Т=+5°С в течение 10 мин.

Выдерживание образца при Т=+5°С в течение 1,5 часа.

Охлаждение до Т=-20°С в течение 30 мин.

Выдерживание образца при Т=-20°С в течение 1 часа.

Охлаждение до Т=-40°С в течение 20 мин.

Выдерживание образца при Т=-40°С в течение 1 часа.

Нагревание до Т=+20°С при RH=15% в течение 1 часа.

После проведения исследований в аппарате искусственной погоды производится оценка эксплуатационного ресурса системы в годах. Она может быть выполнена при сопоставлении результатов, которые были установлены при лабораторных испытаниях в камере и данных, полученных при исследованиях аналогичных систем, эксплуатируемых в натурных условиях.

Выводы

1. Установлены основные направления при разработке нормативной документации по системам внешней теплоизоляции зданий.

2. Предложена модель погоды для испытаний систем теплоизоляции в аппарате искусственной погоды.

3. По предложенным климатическим испытаниям возможна частичная разработка нормативной базы по наружной теплоизоляции зданий и определения эксплуатационной эффективности систем скрепленной теплоизоляции.

Література

1. ДБН В.2.6-31:2006 «Теплоизоляция зданий». Киев, -2006. -8с.

2. Маляренко В.А. Основи теплофізики будівель та енергозбереження. Харків, «Видавництво САГА», 2006.

3. П.В. Кривенко, В.П. Ильин, Г.С. Ростовская - Состояние и перспективы использования внешних теплоизоляционно-отделочных систем жилых зданий в Украине с взглядом на Европейские нормы. // Сборник научных работ. -2006, Винница.

4. ETAG 004. Директива для Европейской организации технического допуска. На системы внешней скрепленной теплоизоляции. -2000, Брюссель.

5. EN 13499. Европейский стандарт. Композитные системы теплоизоляции на основе вспененного полистирола. -2003.

6. EN 13500. Европейский стандарт. Композитные системы теплоизоляции на основе минеральной ваты. -2003. Брюссель.

7. СНиП 2.01.01-82 Строительная климатология и геофизика. М., -1983, 134 с.

8. Справочное пособие к СНиП «Строительная климатология». НИИСФ, М., Стройиздат, -1990, -С.3-12.

9. Круглова А.И. Климат и ограждающие конструкции. М., Стройиздат, -1970, 166 с.

10. Цвид А.А. Комплексный учет климата в строительстве на Дальнем Востоке. Благовещенск, -1967, -282 с.

11. Цвид А.А., Данилов В.А. О связи количества влаги, выпадающей на вертикальные поверхности со скоростью ветра и осадками. Сб. науч. работ ДВНИИС. Вып. 6, №1. Благовещенск, -1964.

Размещено на Allbest.ru