Тепловлажностный расчет фасадных систем с воздушным зазором

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра отопления и вентиляции

Тепловлажностный расчет фасадных систем с воздушным зазором

Методические указания к курсовой работе

по дисциплине «Строительная теплофизика»

для студентов дневного и заочного факультетов специальностей

«Теплогазоснабжение и вентиляция» и

«Промышленная теплоэнергетика»

Н.Новгород 2005

УДК 692.232.45:699.8

Тепловлажностный расчет фасадных систем с воздушным зазором

Методические указания к курсовой работе по курсу «Строительная теплофизика» для студентов дневного и заочного факультетов специальностей «Теплогазоснабжение и вентиляция» и «Промышленная теплоэнергетика»

Н.Новгород, 2005.

В методических указаниях приведены конструктивные особенности навесных фасадных систем с воздушным зазором. Приведена методика и примеры расчета тепловлажностного режима ограждающих конструкций.

Рис. 6, перечень норм. док. и лит. 15 наим.

Составители: А.Н. Машенков, Е.В. Чебурканова, В.А. Ершов, А.В. Щедров

Нижегородский государственный архитектурно-

строительный университет, 2005

Содержание

1. Назначение. Достоинства фасадных систем с воздушным зазором (ФСсВЗ).

1.1. Достоинства

2. Конструктивные решения ФСсВЗ

3. Теплотехнический расчет

3.1. Общие требования

3.2. Определение толщины теплоизоляционного слоя

3.3. Определение влажностного режима наружных стен

3.4. Определение параметров воздухообмена в прослойке

3.5. Определение параметров тепловлажностного режима прослойки

3.6. Методика определения условного приведенного сопротивления паропроницанию с учетом вертикальных щелей между облицовочными панелями.

4. Пример теплотехнического расчета наружных стен с вентилируемой воздушной прослойкой

4.1. Краткая характеристика объекта и нормативные требования

4.2. Расчет толщины теплоизоляции

4.3. Расчет влажностного режима бетонных стен

4.4. Определение скорости движения воздуха и упругости водяного пара на выходе из прослойки

5. Условные обозначения

6. Перечень нормативных документов и литературы

1. Назначение. Достоинства фасадных систем с воздушным зазором (ФСсВЗ).

Вне зависимости от разных конструкций, применяемых на здании, все их объединяет одна общая задача: они являются защитой от влияния погодных условий, создавая благоприятный климат внутри помещения. Поэтому внешнее покрытие здания должно быть устойчиво к любым проявлением атмосферных явлений.

Каждая постройка неизбежно подвергается воздействию дождя, зачастую ливневого дождя, а также тающего снега. Кроме того, на любые ежедневные и обусловленные сменой времен года перепады температуры и низкую температуру в зимний период, здание должно обладать надежной теплозащитой и необходимой тепловой аккумулирующей способностью.

При ненастной погоде однослойные стены, выполненные из однородного материала (камня, бетона, глины, дерева и т.д.) могут насквозь пропитаться влагой. При этом перевязка стенной кладки ослабляется, происходит отслоение материалов, вымывание солей и, в конечном итоге, разрушение конструкции под действием холода. Существенно ухудшаются теплоизоляционные свойства.

На основании вышеперечисленных воздействий и их последствий, появляются такие типы компоновки, при которых защищающая от воздействия атмосферных явлений оболочка здания выполняется отдельно от несущей конструкции.

Одним из таких климатически проверенных конструктивных решений является система навесных фасадов с регулируемым воздушным зазором. Внешний облик фасадов зданий всегда разный, однако, эффективность действия применяемых систем всегда высока.

Преимущества строительной технологии фасадных систем с воздушным зазором над однослойными стенами стали известны достаточно давно.

Кроме возможности применения разнообразных архитектурно-конструктивных решений, функциональные преимущества фасадов, как и раньше, являются неоспоримым доводом к их применению.

1.1. Достоинства

- Фасады, способные дышать: циркуляция воздуха и тепловое излучение в воздушном зазоре обеспечивает быстрое удаление влаги из внутренних помещений здания, несущих стен, утеплителя – здание «дышит».

Конструкция навесного вентилируемого фасада:

- Солнечная радиация: Наличие теплоизоляции и воздушного вентилируемого зазора увеличивает теплоустойчивость наружной стены, уменьшает амплитуду колебаний температуры внутренней её поверхности, что способствует повышению комфортности микроклимата помещения, снижая нагрузку на системы кондиционирования воздуха.

- Теплоизоляция: Наличие утеплителя, защищенного от воздействия осадков и, главным образом, от накопления конденсата, позволяет сократить расход энергии на системы кондиционирования микроклимата.

- Звукоизоляция: Совместное использование декоративного экрана (облицовки) навесного фасада и теплоизоляции снижает уровень внешнего звукового давления (шумов) в помещении.

- Защита от атмосферных осадков: Конструкция основного несущего профиля спроектирована таким образом, что вся влага, попадающая на поверхность фасада под действием ветра, удаляется в дренаж. Исключается контакт влаги с утеплителем и конструктивной частью стены.

- Защита от накопления влаги толщи наружной стены: Слои конструкции наружной стены расположены в порядке убывания сопротивления паропроницанию по ходу движения водяных паров из помещения наружу. Влага помещения в виде водяных паров диффундирует изнутри помещения в воздушную вентилируемую прослойку и удаляется потоком воздуха между утеплителем и облицовочным экраном.

- Пожарная безопасность: Система навесных фасадов включает в себя материалы и изделия, относящиеся к категории негорючих и слабогорючих со слабой дымообразующей способностью, малоопасные по токсичности продуктов горения.

Рентабельность при строительстве новых объектов:

 Высокая потребительская стоимость:

- Компоновка различных видов облицовочных материалов в различной цветовой гамме придает зданию оригинальный и эстетичный вид.

 Длительный безремонтный срок службы фасадов.

 Высокая технологичность - короткие сроки монтажа:

- Возможность работы круглый год - полностью исключены «мокрые процессы».

- Предварительная сборка отдельных элементов непосредственно на строительной площадке.

 Минимизация издержек:

Отпадает необходимость в ряде работ:

- Устранение поврежденного слоя штукатурки.

- Не требуется предварительной подготовки дефектов стен.

 Высокая ремонтопригодность:

- Облицовка легко демонтируется, не затрагивая при этом соседние элементы. Отсутствие риска продления сроков работ и повышения их стоимости.

2. Конструктивные решения ФСсВЗ

Конструкции навесных ФСсВЗ состоят из следующих основных частей:

- несущего каркаса (подконструкции);

- слоя теплоизоляции, наличие и величина которого определяется теплотехническим расчетом;

- ветрогидрозащитной паропроницаемой мембраны (может не устанавливаться);

- декоративного экрана (облицовки), устанавливаемого на относе от слоя теплоизоляции (или от стены-основания).

Слои теплоизоляции в ФСсВЗ устраивают из эффективного негорючего утеплителя – минераловатных плит.

Для предотвращения увлажнения от различного рода атмосферных воздействий, а также от возможного выветривания волокон утеплителя и предотвращения развития воздушных циркуляций внутри теплоизоляционного слоя, устанавливается ветрогидрозащитная паропроницаемая мембрана, или производится установка кашированных с наружной стороны минераловатных плит.

Слои теплоизоляции не являются обязательным элементом ФСсВЗ в том случае, если теплозащитные свойства наружного ограждения для зимних условий обеспечены массивом стены-основания или фасад является декоративным.

Несущий каркас (подконструкция), состоящий из металлических кронштейнов и направляющих, воспринимает и перераспределяет нагрузки от защитно-декоративного экрана и передаёт их на основание конструкции каркаса здания или сооружения и стену-основание (при её наличии). Для неответственных зданий или сооружений возможно применение «неметаллических» вариантов подконструкции.

Площадь сечения кронштейнов, их количество, теплопроводящие свойства материала, из которого они изготовлены, напрямую влияют на коэффициент теплотехнической однородности «r» слоя теплоизоляции и теплозащитные качества ограждения.

Декоративный экран (облицовка) защищает слой теплоизоляции и несущие конструкции здания от атмосферных воздействий и выполняет функции архитектурного дизайна.

Рис.2.1. Конструктивный вариант ФСсВЗ с облицовкой кассетными панелями.

а)

б)

1. Вертикальный профиль.

2. Кассетная панель.

3. Салазка с горизонтальным штифтом.

4. Крепежный элемент «икля».

5. Дренажный элемент.

Рис. 2.2. Конструктивный вариант ФСсВЗ с облицовкой кассетными панелями.

а) узел навески кассетных панелей

б) узел навески кассетных панелей с помощью крепежного элемента «икли».

1. Основание.

2. Кронштейн опорный.

3. Кронштейн несущий.

4. Удлинитель опорного кронштейна с салазкой.

5. Удлинитель несущего кронштейна с салазкой.

6. Анкерный болт.

7. Вертикальный профиль

8. Шайба с рифлением.

9. Заклепка

10. Утеплитель.

11. Тарельчатый дюбель.

12. Кляммер.

13. Плиты из керамогранита.

Рис. 2.3. Конструктивный вариант ФСсВЗ с облицовкой плитами керамогранита на кляммерах.

1. Вертикальный профиль.

2. Плита керамогранита.

3. Кляммер.

4. Заклепка.

Рис. 2.4. Конструктивный вариант ФСсВЗ с облицовкой плитами керамогранита.

Узел открытого крепления плит керамогранита.

а)

Рис. 2.5. Конструктивный вариант ФСсВЗ с облицовкой плитами керамогранита на кляммерах.

а – горизонтальный разрез

б – вертикальный разрез

3. Теплотехнический расчет

Методика теплотехнического расчета базируется на требованиях СНиП 23-02 «Тепловая защита зданий» [4].

3.1. Общие требования

Расчет наружных стен с экраном и вентилируемой воздушной прослойкой основан на расчете теплотехнических характеристик стен и расчете влажностного режима.

Теплотехнический расчет наружных стен с вентилируемой прослойкой включает в себя:

- выбор материала теплоизоляционного слоя;

- расчет и подбор слоя утеплителя:

- расчет влажностного режима;

- определение параметров воздухообмена в прослойке;

- определение температурно-влажностного режима прослойки;

- определение условного приведенного сопротивления паропроницанию экранов с учетом швов-зазоров между панелями-экранами.

Таким образом, для стен с вентилируемой воздушной прослойкой проводится несколько теплотехнических расчетов: расчет теплового режима стены и прослойки и влажностного режима стены и прослойки.

3.2. Определение толщины теплоизоляционного слоя

По температуре внутреннего воздуха и средней температуре отопительного периода и его продолжительности определяют градусо-сутки отопительного периода Dd, °Ссут, по формуле (2) [4]:

Dd = (tint – tht) zht, °Ссут   (1)

где tint - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая для расчета ограждающих конструкций группы зданий по поз. 1 таблицы 4 по минимальным значениям оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 (в интервале 20 - 22 °С), для группы зданий по поз. 2 таблицы 4 - согласно классификации помещений и минимальных значений оптимальной температуры по ГОСТ 30494 (в интервале 16 - 21 °С), зданий по поз. 3 таблицы 4 - по нормам проектирования соответствующих зданий;

tht, zht - средняя температура, °С, и продолжительность, сут, отопительного периода, принимаемые по СНиП 23-01 [3] для периода со средней суточной температурой наружного воздуха не более 10 °С - при проектировании лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых, и не более 8 °С - в остальных случаях.