CC BY
83
3/2011_МГСу ТНИК
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ЗДАНИЙ БЛАГОДАРЯ УСТРАНЕНИЮ КРИТИЧЕСКИХ МОСТИКОВ ХОЛОДА И НЕПРЕРЫВНОЙ ИЗОЛЯЦИИ ВЫСТУПАЮЩИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
INCREASE THE BUILDINGS ENERGY EFFICIENCY BY REMOVING THERMAL BRIDGES AND BY INSULATION OF PROJECTING CONSTRUCTION PARTS
T.C. Егорова, B.E. Черкас T.S. Egorova, V.E. Tscherkas
Schock Bauteile GmbH
Предметом рассмотрения нижеследующей статьи является проблематика мостиков холода в неизолированных выступающих строительных конструкциях и предотвращение их возникновения благодаря применению несущего теплоизоляционного элемента Schдck ЬокотЪ®.
The subject of this article is a problem of thermal bridges in projecting construction parts and solving the problem by application the thermal insulation supporting element Schock Isokorb®.
Понятие мостиков холода
Мостики холода - это локальные участки в оболочке здания, в которых наблюдается повышенная теплоотдача. Существует 2 вида мостиков холода: геометрические, которые определяются архитектурно-конструктивными особенностями, и материальные, обусловленные различной теплопроводностью строительных элементов.
Балкой как мостик холода
Неизолированные выступающие строительные конструкции
В неизолированных выступающих строительных конструкциях, таких как железобетонные балконы или стальные балки, вследствие взаимодействия геометрических мостиков холода (ребра охлаждения выступающего элемента) и мостиков холода, обусловленных используемым для его создания материалом (контакт области теплоизоляции с железобетоном или сталью), происходит сильная утечка тепла. Поэтому выступающие конструкции являются критическими мостиками холода в изоляции оболочки зданий. Вследствие отсутствия изоляции на выступающих конструкциях происходят значительные потери тепла и существенное падение температуры поверхности. Это приводит к резкому повышению расходов на отопление и возрастанию риска образования грибковой плесени в месте стыка с выступающим элементом.
Температура "точки росы"
Температура "точки росы" 0т помещения - это такая температура, при которой содержащаяся в воздухе помещения влага не может больше удерживаться в нем и выделяется в форме капель воды. Относительная влажность воздуха составляет в этом случае 100 %.
Слои воздуха помещения, имеющие непосредственный контакт с более холодными поверхностями строительных элементов, охлаждаются сильнее других - до температуры поверхности. Если минимальная температура поверхности в области мостика холода ниже температуры "точки росы", то температура воздуха непосредственно в этом месте также будет ниже температуры "точки росы". В результате этого влага, содержащаяся в этом слое воздуха, выделяется в виде конденсата на холодной поверхности.
Температура "точки росы" зависит только от температуры воздуха и влажности воздуха (см. рис.1). Чем выше влажность воздуха и чем выше температура воздуха, тем выше температура "точки росы", т.е. тем быстрее на холодных поверхностях образуется конденсат.
го 1С
3 £ Л 15 4 М "С
£ 12'С
1 1 10 X
2? 'С
г*
/ / /Ж X **
/ У ■ ■
у /
Г7 о
//
ЯЬ% 90*
Спдасниельнн. вллпнмь ыццуги ч
Рис.1: Зависимость температуры "точкиросы" от влажности воздуха и температуры в помещении
Как правило, температура воздуха во внутренних помещениях в среднем составляет 20,0°С при относительной влажности воздуха примерно 50%. Это дает в итоге температуру "точки росы" 9,3 °С. В помещениях с повышенной влажностью, например, в ванных комнатах, влажность достигает 60 % и больше. Соответственно выше и температура "точки росы", а также возрастает риск образования конденсата. Таким образом, температура "точки росы" при влажности воздуха помещения 60% составляет уже 12,0°С (см. рис.1). По крутизне характеристики на рисунке 1 хорошо видна сильная зависимость температуры "точки росы" от влажности воздуха помещения: уже небольшое повышение влажности воздуха приводит к существенному повышению температуры "точки росы". Этим обусловлено отчетливое повышение риска образования конденсата на холодных поверхностях строительных конструкций.
Температура образования плесени
Влажность на поверхности строительных конструкций, при которой наблюдается рост плесени, составляет 80%. Т.е. плесень образуется на холодных поверхностях строительных конструкций в том случае, если температура поверхности строительных конструкций не ниже температуры, при которой в прилегающем слое воздуха влажность составляет 80 %. Температура, при которой это происходит, называется „температурой образования плесени" 08.
Рост плесневого грнбка начинается, таким образом, уже при температурах выше "точки росы". Для климата помещения 20°С / 50% температура образования плесени составляет 12,6°С (см. рис.2), т.е. она выше на 3,3°С температуры "точки росы". Поэтому для предотвращения повреждения зданий (образование плесени) температура роста плесени важнее, чем температура "точки росы". Недостаточно, чтобы внутренние поверхности были теплее, чем температура "точки росы": температура поверхности должна быть еще и выше температуры образования плесени!
ist 161
1ЬЛ *с
и X
■в 1-3
с_
I
12Т
\ах st
6 "С
у
У У
- ''»у'
— /V S
л /
/
■г
ьа%
ю*
ю*
шмишши ёмжнопь иищуц|! ч Рис.2: Зависимость температуры образования плесени от влажности воздуха и температуры в
помещении
Краткие промежуточные выводы: последствия возникновения мостиков холода
В области мостика холода повышенная потеря тепла приводит к снижению температуры внутренней поверхности. Как только температура поверхности падает ниже так называемой "температуры роста плесени" 0S, плесневый грибок начинает интенсивно размножаться. Если температура поверхности опускается ниже температуры "точки росы" 0Т, то влага, находящаяся в воздухе помещения, конденсируется на холодных поверхностях.
Споры плесневого грибка вызывают аллергию и другие заболевания, например: синусит, ринит, астму. При длительном ежедневном воздействии существует высокий риск перерастания аллергической реакции в хроническое заболевание.
Кратко резюмируя, наличие мостиков холода приводит к следующим последствиям:
• опасность образования и распространения плесени;
• опасность для здоровья (аллергии и т.п.);
• опасность образования конденсата;
• повышенный расход энергии, затрачиваемой на отопление.
Решение проблемы: Эффективная теплоизоляция с помощью Schöck Isokorb®
Система Schöck Isokorb® благодаря своей оптимальной, с точки зрения теплотехники и статики, конструкции (минимизация сечения арматуры при оптимальной несущей способности с использованием высокоэффективных теплоизоляционных материалов), обеспечивает эффективную изоляцию выступающих конструкций.
Ниже на примере элемента Schöck Isokorb тип К мы представляем систему Schöck Isokorb®, служащую одновременно несущим и теплоизоляционным элементом.
Цель применения и компоненты элементов Schöck Isokorb® тип K
Элемент Schöck Isokorb® тип K является закладным узлом для стыковки железобетонных балконных плит с железобетонными перекрытиями. Он одновременно жестко соединяет конструкции и обеспечивает эффективную термоизоляцию, термически отсекая балкон от теплового контура здания. Бетон с высокой и арматура с еще более высокой теплопроводностью заменяются в области действия нагрузок элементом, состоящим из изоляционного материала Neopor® (является зарегистрированной торговой маркой фирмы BASF) и нержавеющей стали, обладающей, в сравнении с обычной арматурной сталью, очень низкой теплопроводностью. Кроме того, структура элемента содержит усовершенствованные опорные элементы из высокопрочного фибробетона.
^"и1.]
£ллиш
lUl't'ijlMMr
СЛериен^ i?:*"iui.iMi;.ii.i к. päLfttKemn |пг|МИИ*Гя1[1* г! щ]
tltpjuewv, ШПрШШМАОЩНЙ <|A|WP?4<I*VIHI1H (hH|MjBl>4lV№ fP15L|
ИМШЩиОнШ* №Ли Отц:рш.||;. muwui (иод»
Рис.3: элемент Бскоск ЬокогЬ тип К
Расчетная модель при интеграции элемента 8сЬоск ТэокогЬ® тип К
Несущая способность и передача усилий в месте сопряжения наружной и внутренней плиты перекрытия определяется на основании общеизвестных методов, основанных на модели ферменной аналогии.
1М—
М
'I
■ÜL -¡¡-
/
vi
(JllO|i,l
-
Рис.4: ферменная модель с элементом Schöck Isokorb тип K
Внешние воздействия воспринимаются отдельно взятыми компонентами системы Schöck Isokorb®
• Арматура в растянутом и опорные элементы (или HTE-модули) в сжатом поясе служат для восприятия изгибающего момента.
• Поперечная сила воспринимается арматурой, проходящей под углом через изоляционное тело, в направлении подкоса. Арматура подвергается растягивающим усилиям.
Би*н . __ирркрыт,.
м
а
Рис.5: расчетная модель элемента Schöck Isokorb тип K
Данные по снижению теплопроводности: система Schöck Isokorb для железобетонных балконов
В области стыка балкона элемент Schöck Isokorb® отсекает железобетонную панель, которая в ином случае проходит насквозь. Бетон с высокой и железобетон с еще более высокой теплопроводностью заменяются в области действия нагрузок элементом, состоящим из изоляционного материала Neopor® (является зарегистрированной торговой маркой фирмы BASF) и высококачественной нержавеющей стали, обладающей, в сравнении с обычной арматурной сталью, очень низкой теплопроводностью. Кроме того, структура элемента содержит усовершенствованные опорные элементы из высокопрочного мелкозернистого бетона (см. таблицу 1). Благодаря применению элемента Schock Isokorb® тип К50 в сравнении с панелями со сплошным бетонированием обеспечивается снижение теплопроводности примерно на 94% (см. рис.6).
Таблица 1: сравнение теплопроводности различных материалов балконного стыка
Неизолированный балконный стык Балконный стык с элементом 8сИоск ЬокогЪ® Снижение теплопроводности по сравнению со стыком без изоляции
Материал балконного стыка бетон / арматурная сталь X = 50 ^/(К ■ т) арматурная сталь с X = 15 W/(K ■ т) 70%
опорный элемент с высокопрочным зернистым бетоном X = 0,8 W/(K ■ т) 98%
бетон с X = 1,65 W/(K ■ т) №орог®(вЛ8Р) с X = 0,031 W/(K ■ т) 98%
Система Schöck Isokorb для балконов из стальных конструкций
В области стыка стальной несущей конструкции арматурная сталь с очень плохой теплоизоляционной способностью заменяется, благодаря использованию элемента Schöck Isokorb®, теплоизоляцией и нержавеющей сталью, обладающей теплопроводностью почти в 4 раза ниже, чем арматурная (см. таблицу 1). Например, применение элемента Schöck Isokorb® тип KS14 обеспечивает снижение теплопроводности примерно на 94% в сравнении с неизолированным стыком (см. рис.6).
Система Schöck Isokorb® для стыковки стальных несущих конструкций
В области стыка стальной несущей конструкции арматурная сталь с очень хорошей теплопроводностью заменяется изоляционным материалом и конструкцией из нержавеющей стали, обладающей, в сравнении с арматурной, очень низкой теплопроводностью (см. таблицу 1). Можно отметить, что применение, в частности, элемента Schöck Isokorb® тип KST16 обеспечивает снижение теплопроводности примерно на 90% в сравнении со стальной неразрезной балкой (см. рис.6).
Позволим себе кратко напомнить суть понятий эквивалентной теплопроводности Xeq и меры эффективности (коэффициент у) всей выступающей конструкции.
Эквивалентная теплопроводность
Эквивалентная теплопроводность Xeq - это общая теплопроводность элемента Isokorb®, усредненная по отношению к площади использованного материала, которая характеризует теплоизоляционные свойства стыка балкона и перекрытия. Она позволяет сравнить различные соединения (при условии одинаковой толщины изоляционного материала). Чем ниже Xeq, тем выше теплоизоляционные качества стыка. Т.к. эк-
вивалентная теплопроводность Хеч зависит от размера поверхности используемых материалов, то она зависит от уровня несущей способности Бсйоск ЬокогЪ®.
По сравнению с неизолированным соединением, использование Бсйоск ЬокогЪ® типов К, КБ и КБТ позволяет достичь (для стандартного уровня несущей способности) уменьшения теплопроводности в зоне соединения примерно на 90% - 94%.
| бд
X
^ VI и
з щ
1Л чл
*|мг*|ни ионрэжи 1 $1 г [№ шч "¿аг^тм тип"!"
Рис.6: Сравнение значений эквивалентной теплопроводности различных вариантов балконов.
- - —
и Г ■
1 . 1
! 1 -я*
■
-чк _1 -,1- --
Ши ----ЧР-
<кЫп«< ижкЬиЪи!^ < |*»|гл| йаЛы № Л 140 ЬЬмУМйЙ* ошнЬпИиШ
ктнмвмт* (Иемия* пмпИ И* 'жснл" цм1№1*"
Различие между ^е),.
Эквивалентная теплопроводность Хеч изолирующего материала элемента Бсйоск ЬокогЪ® - это мера эффективности теплоизоляции элемента, а коэффициент у - это мера эффективности теплоизоляции всего балкона как отдельной конструкции. Значение у изменяется в зависимости от конструкции, даже если соединение балкона и перекрытия остается неизменным.
И наоборот, при неизменной конструкции балкона значение у напрямую зависит от эквивалентной теплопроводности Хеч соединительного элемента: чем меньше Хеф тем меньше у (и тем выше минимальная температура поверхности).
Параметры мостиков холода при использовании 8сЬоск ТэокогЬ®
Ниже приведены параметры мостиков холода для наиболее распространенных конструкций и различных типов Бсйоск ЬокогЪ® - см. таблицу 2. Соответствующие конструкции изображены на рис. 7а, 8а и 9а. Для конструкций, отличных от приведенных, параметры мостиков холода будут иными.
Таблица 2: Параметры мостиков холода для различных ограждающих конструкций с использованием Бскоск ЬокогЬ®
Тип ЭсИоск ЬокогЬ® Эквивалентная теплопроводность (объемная) Коэффициент теплопередачи у Вт/(м-К) (для наружных размеров) или х Вт/К Температурный коэффициент (минимальная температура поверхности 0МИН)
[Вт/(м ■ К)] Двойная стена (с фасадом) Двойная стена (с фасадом)
К30 = 0,11 у = 0,14 9мин = 16,2°С Рм = 0,91)
KS14
= 0,31
1)
X = 0,09
9мин = 16,4°C (fRsi = 0,91)
KST16
Яеа = 0,65
2)
X = 0,26
9мин =
(fRsi :
10,1 °C 0,75)
Характеристики получены для конструкций на рис.7а, 8а и 9а и следующих теплотехнических условий:
Наружное термическое сопротивление: = 0,04 Км2/Вт, расчет значения у: внутреннее термическое сопротивление: = 0,13 Км2/Вт, расчет температуры: внутреннее термическое сопротивление: = 0,25 Км2/Вт, температура снаружи: -20°С , температура воздуха в помещении: +20°С
1)
2) расчетная поверхность: 250 x 180 мм2
расчетная поверхность: 180 x 180 мм
Рис. 7а: Соединение балконной плиты с использованием Бскоск ЬокогЬ® тип К30-СУ30 для системы с теплоизоляцией
Рис. 7b: Линии теплового потока для соединения 7a
Рис. 8a: Соединение стальной балки HEA 140 с использованием Schock Isokorb® тип KS14 для системы с теплоизоляцией
Рис. 8b: Изотермы для соединения 8a
Рис. 9a: Соединение стальной балки HEA 200 с Рис. 9b: Изотермы для соединения 9a
использованием Schöck Isokorb® тип KST16
Литература.
1. Альбом «Техническая информация Schöck Isokorb», Schöck Bauteile GmbH, август 2008г.
2. «Альбом технических решений Schöck Isokorb», Schöck Bauteile GmbH, март 2011 г.
3. Технические условия ТУ 5285-029-02495282-2008 «Строительные металлические изделия Schöck Isokorb с бетонным опорным элементом для плит перекрытий, балконов, лоджий, ЦНИИСК им В.А. Кучеренко, 2008г.
4. Рекомендации по расчету каркасов многоэтажных зданий с учетом податливости узловых сопряжений сборных железобетонных конструкций - ОАО «ЦНИИПромзданий»; М.:2002.
5. Экспертное заключение проф. д.т.н. И.Эйбль, Изменение и дополнение общего строительного допуска №Z-15.7-86.2 с бетонным опорным элементом для восприятия давления, Карлсруэ, 03.03.2003
6. Экспертное заключение проф. д.т.н. Д.Хайнц G8/02, MPA BAU, Мюнхен 14.05.2002
Literature.
1. Al'bom «Tehnicheskaya informaciya Schöck Isokorb», Schock Bauteile GmbH, avgust 2008g.
2. <(Al'bom tehnicheskih reshenii Schöck Isokorb», Schöck Bauteile GmbH, mart 2011g.
3. Tehnicheskie usloviya TU 5285-029-02495282-2008 «Stroitel'nye metallicheskie izde-liya Schöck Isokorb s betonnym opornym elementom dlya plit perekrytii, balkonov, lodjii, CNIISK im V.A. Kucherenko, 2008g.
4. Rekomendacii po raschetu karkasov mnogoetajnyh zdanii s uchetom podatlivosti uzlo-vyh soprya-jenii sbornyh jelezobetonnyh konstrukcii - OAO «CNIIPromzdanii»; M.:2002.
5. Ekspertnoe zaklyuchenie prof. d.t.n. I.Eibl', Izmenenie i dopolnenie obschego stroi-tel'nogo do-puska№2-15.7-86.2 s betonnym opornym elementom dlya vospriyatiya davleniya, Kar-lsrue, 03.03.2003
6. Ekspertnoe zaklyuchenie prof. d.t.n. D.Hainc G8/02, MPA BAU, Myunhen 14.05.2002
Ключевые слова на русском языке. Несущий теплоизоляционный элемент Schöck Isokorb®, энергоэффективность, мостик холода, снижение теплопроводности.
Ключевые слова на английском языке. The Schöck Isokorb®, heat-insulating load-bearing element, the thermal partitioning offree cantilever balconies
Schöck Bauteile GmbH, Vimbucher Strasse 2, 76534 Baden-Baden,Germany +49 7223 967481, [email protected], [email protected]
