книги из ГПНТБ / Суханов И.С. Лучистая энергия солнца и архитектура (на примере Средней Азии)

Дальнейшие исследования проводились в условиях павильона. При этом были измерены характеристики теплоустойчивости следующих ше­

Рис. 88. Изменение распределения температур и повышение теплоустойчивости легкой пане­ ли за счет разделения воздушной прослойки

ииспользования отражательной теплоизо­

ляции:

а—панель типа 1, б— типа 4.

Рис. 89. Распределение максимальных, средних и минимальных темпера­ тур в одинаковых опытных панелях (тип 6) при восточной (а), южной {б) и западной (в) ориентациях.

143

ных плит, ограничивающие воздушную прослойку, оклеены алюминие­ вой фольгой;

4)аналогична панели предыдущего типа, но воздушная прослойка разделена фольгой на две части;

5)такая же панель с заполнением прослойки пятью слоями гоф­ рированной фольги;

6)многослойная панель, состоящая из внутренней 2-сантиметровой

По результатам павильонных наблюдений на рис. 88—89 построены графики затухания температурных колебаний в толще панелей. Анализ их показывает ,что в панели первого типа затухание ничтожно мало и составляет всего лишь около трех при амплитуде колебаний температу­ ры на внутренней поверхности порядка ±7,5°. Для каждого следующего варианта испытанных панелей теплоустойчивость постепенно возрастает. В панели четвертого типа по сравнению с первым при том же весе и толщине, сквозное затухание возросло более чем в 3 раза, а амплитуда колебаний на внутренней поверхности снизилась до ±2,3° (см. рис. 88). Панели шестого типа, исследованные при разных ориентациях, показали еще большую теплоустойчивость. Сквозное затухание увеличилось до 17—18 при амплитуде колебаний температуры на внутренней поверхно­ сти ±1,3 -^- 1,6°. Такая же теплоустойчивость наблюдалась в панелях пятого типа.

Проведенный эксперимент позволяет с полной уверенностью заклю­ чить, что ограждение, аналогичное панели шестого типа (см. рис. 89), но с 5—6 прослойками, по сквозному затуханию, и по амплитуде коле­ баний температуры на внутренней поверхности будет отвечать требова­ ниям существующих нормативов. По сопротивлению теплопередаче, как показали зимние наблюдения, такие конструкции обладают достаточно большим запасом .Таким образом, вопрос о возможности создания пре­ дельно легких ограждений небольшой толщины с использованием замк­ нутых воздушных прослоек и отражательной теплоизоляции вполне разрешим.

§ 5. Солнцезащита несветопрозрачных ограждений

Применение конструкций с высоким затуханием температур­ ных колебаний имеет безусловно положительное значение, но не решает проблемы коренного улучшения теплозащитных качеств ограждений в летних условиях. Такие ограждения не способны влиять на среднесуточ­ ную температуру внутренней поверхности. Затенив конструкцию от пря­ мых лучей солнца, можно значительно снизить внешние тепловые воздей-

144

ствия. Это видно из графика дневного изменения суммарной температуры (см. рис. 45). При затенении снизится среднесуточная температура на­ ружной поверхности и амплитуда ее колебаний. Таким образом, солнце­ защита ограждений дает возможность получать незначительные ампли­ туды колебаний температуры при относительно низких значениях сквоз­ ного затухания, т. е. при легких конструкциях. Затенение ограждений с помощью озеленения широко использовалось в народной архитектуре Средней Азии. Натурные наблюдения подтверждают эффективность этой меры [59]. Густая зелень снижает температуру светлой стены на 8—11°.

В многоэтажных зданиях затенять стены можно специальными экранами, образующими у наружной поверхности вентилируемые воз­ душные прослойки. Экранирование ограждений получило развитие в практике зарубежного строительства. Примеры таких решений стен и покрытий приведены в монографиях Д. Аронина [2], В. Л. Ворониной [15], Т. С. Роджерса [82] и др. Интересен пример использования автома­ тически регулируемых жалюзи для затенения стен здания банка в Кали­ форнии [146]. До оборудования солнцезащитой в этом доме со стенами из легких панелей два мощных кондиционера не могли обеспечить летом комфортные условия. После установки затеняющих экранов необходимая температура поддерживалась одним кондиционером.

листов, минераловатного слоя толщиной 5,5 см между ними и алюминие­ вого экрана. Панели и экран закреплены на металлическом каркасе на расстоянии 23 см. Изнутри панели обшиты древесностружечными пли­ тами. Несмотря на меры по солнцезащите и работу кондиционера летом в этом здании наблюдается перегрев. Натурные исследования [88] по­ казали, что скорость движения воздуха в прослойке не превышает 0,4— 0,7 м/'сек при скорости ветра снаружи 1,5—3,0 місек. Среднемаксимальная температура воздуха в прослойке оказалась на 10° выше среднемаксимальной температуры наружного воздуха. Температура на внутренней поверхности панели превышала температуру воздуха в по­ мещении на 2,3° днем и на 1,5-^2,0° в ночные часы. Амплитуда темпера­ турных колебаний на внутренней поверхности составляла около ±4,0°.

препятствовали небольшие по площади отверстия, соединяющие про­ слойку с наружной средой, массивный металлический каркас с большой площадью поперечного сечения элементов. Каркас, не отделенный на­ дежной теплоизоляцией от экрана и навесных панелей, способствовал передаче тепла за счет высокой теплопроводности металла.

Теория теплоустойчивости ограждений с вентилируемыми воздуш-

ными прослойками рассмотрена О. Е. Власовым [79]. Этому вопросу посвящены статьи Г. 3. Мирианашвили и О. В. Цибадзе [40], Е. А. Угрюмова [123, 124]. Однако экспериментальных данных, позволяющих судить об эффективности солнцезащиты несветопрозрачных ограждений в кли­ матических условиях Средней Азии, до последнего времени не было.

Исследованием теплозащитных свойств легких наружных огражде-

Рис. 91. Распределение максимальных, средних и минимальных температур на по­ верхностях и в толще экспериментальных экранированных панелей типа 6 при в о ­ сточной (а), южной (б) и западной (в) ориентациях.

146

ник с солнцезащитными экранами мы занимались в 1963—1969 гг. [104]. Э'ффект экранирования изучался на примере облегченных панелей, а также стен из керамзитобетона и обожженного кирпича. Экранами слу­ жили листы алюминия и асбестоцемента, деревянные жалюзи. Тепло­ технические измерения проводились при различных расстояниях между наружной поверхностью ограждения и экраном. Графики, характеризу­ ющие затухание температурных колебаний в некоторых экранированных конструкциях, приведены на рис. 90 и 91.

Павильонные исследования позволяют сделать следующие выводы. Экраны резко ослабляют тепловые воздействия на ограждения. Ампли­ туды температурных колебаний на наружной поверхности при затенении снижаются в 2—3,7 раза в зависимости от толщины вентилируемой воз­ душной прослойки, теплоустойчивости самой стены, а также конструкции и материала экрана. Амплитуда колебаний температуры наружной по­ верхности незатененного ограждения всегда значительно превосходит

тенсивности воздухообмена в прослойке температурные колебания на поверхности ограждения все же превосходят амплитуду суточных изме­ нений температуры наружного воздуха. Так, при толщине прослойки до 3 см амплитуда колебаний температуры на наружной поверхности в 1,5 раза превышает амплитуду колебаний температуры наружного возду­ ха, а максимальный перепад между температурой воздуха в прослой­ ке и снаружи достигает 10^-12°. Это объясняется недостаточным возду­ хообменом в прослойке и накоплением тепла, поступающего от нагретого экрана. На столько же амплитуда колебаний температуры наружной по­ верхности больше амплитуды температурных колебаний наружного воз­ духа и при применении деревянных жалюзийных экранов. Несмотря на значительно возросший воздухообмен наружная поверхность стены ока­

2,0°. При утолщении прослойки до 10 см соотношение между темпера­ турой на поверхности панели и наружного воздуха не изменялось. С увеличением интенсивности вентиляции амплитуда температурных ко­ лебаний на поверхности панели уменьшается, но медленнее, чем амп­ литуда колебаний температуры воздуха в прослойке. Это можно объяс­

147

толщину воздушной прослойки в пределах 5—10 см при отношении площади отверстий к площади панели не менее 1:20.

Эффективность экранирования ограждения, как показали наблю­ дения, зависит от ориентации. Затенение стены, ориентированной на вос­ ток или запад, уменьшает амплитуду колебаний температуры на наруж­ ной поверхности в 3,0—3,7 раза, при южной •— в 2,0—2,5 раза. Таким образом, тепловые воздействия на затененные ограждения несколько выравниваются для различных ориентации. Западная панель все же оказывается в более тяжелом положении, так как на нее одновремен­ но воздействуют максимальные значения температуры наружного воз­ духа и лучистого теплообмена между поверхностями стены и экрана. Максимальная температура на наружной затененной поверхности при западной ориентации на 3-5-4° выше, чем при восточной, и на 2,0^-2,5°, чем при южной.

Амплитуда температурных колебаний на внутренней поверхности экранированного ограждения зависит от теплоустойчивости самой конструкции. Исследования показали, что затенение тем эффективнее, чем менее теплоустойчива конструкция. Оно снижает амплитуду коле­ баний температуры на внутренней поверхности особо легких конструк­ ций в 1,5—2 раза.

Солнцезащитные экраны позволяют резко облегчить наружные ог­

поверхности снижается до ±1,2°. Среднесуточная температура внут­

легких ограждений, состоящих из асбестоцементных листов и теплоизо­

148

Многослойные панели, включающие четыре армированные про­ слойки (тип 6), обладающие незначительным весом, по теплоустойчи­ вости превосходят все однослойные конструкции массового приме­ нения.

Данные, полученные в результате многократных павильонных из­ мерений, характеризуют увеличение сквозного затухания (числитель) и уменьшение амплитуд температурных колебаний на внутренней по­ верхности (знаменатель) особо легких наружных ограждающих конст­ рукций с воздушными прослойками при использовании отражательной теплоизоляции и солнцезащитных экранов у наружных поверхностей:

го внедрения в практику строительства в условиях Средней Азии лег­ кие навесные панели с экранами, в том числе панели с отражательной

через них обусловливают перегрев помещений верхнего этажа. По на­

чивости совмещенных покрытий приходится применять слой теплоизо­

149

дования в Ташкенте показали, что в типовых крупнопанельных жилых домах с покрытиями такого типа помещения верхнего этажа имеют не­ благоприятный микроклимат. Толщина прослойки в 10—15 см при не­ больших вентиляционных отверстиях недостаточна для обеспечения воздухообмена с наружной средой. При увеличении толщины прослой­ ки до 20—25 см, максимальном раскрытии ее и особенно при устрой­ стве специальных вытяжных шахт вентиляция значительно улучшается. Однако и в этом случае сохраняется разница в температурном режиме верхнего и нижележащих этажей. Таким образом, прослойки, отводя влагу из покрытия в холодный период, не в состоянии обеспечить ин­

тенсивный отвод тепла летом при малой скорости ветра снаружи.

ла с покрытия. Это благоприятно отразилось на микроклимате помеще­ ний верхнего этажа. При естественном проветривании прослойки удовле-

150

творительные результаты были получены для части покрытия, распо­ ложенного с наветренной стороны, при ветре 3—5 м/сек. Эксперимент свидетельствует, что принудительно вентилируемое покрытие является рациональным решением в южных условиях. Вес конструкции в сравне­ нии с совмещенным покрытием снижается более чем в 2 раза, что очень важно для сейсмических районов.

Естественная вентиляция воздушных прослоек в покрытиях может

как можно выше, образуя свободно проветриваемое пространство над

.15»

Подводя итоги рассмотрению теплоустойчивости и солнцезащиты стен и покрытий, нельзя не коснуться действующих Норм [112]. Накоп­ ленный опыт экспериментальных исследований позволяет отметить ряд недостатков в нормировании теплозащитных свойств наружных ограж­ дений при воздействии инсоляции.

Требуемая величина затухания назначается в зависимости от сред­

приводит к недоразумениям. Например, для Грозного /|3 =28,8С и Ере­ вана /із=30,0°, где летом температурный режим практически одинаков, требования к теплоустойчивости ограждений резко отличаются. А для Ашхабада ^з=36,6° и Еревана, находящихся в совершенно разных температурных и радиационных условиях, требования к теплоустойчи­ вости стен совпадают. То же можно продемонстрировать и на примере

нормирования способности ограждений противостоять летнему пере­ греву трудно согласиться.

К недостаткам норм относится отсутствие связи требуемой вели­ чины сквозного затухания с альбедо поверхностей. А между тем зави­ симость нагрева поверхностей от их отражательной способности хо­ рошо известна.

В особо ответственных случаях СНиП разрешают при оценке теп­ лоустойчивости производить проверку колебаний температур на внут­ ренней поверхности ограждений и устанавливают норму колебаний не более ±1°. Здесь опять имеет место нивелировка требований, но уже в пределах юга всей страны. Едва ли нужно доказывать, что повыше­

чения амплитуды колебаний температуры внутренней поверхности ограждений более тесно увязываются с внешними тепловыми воз­ действиями.

Существенный недостаток Норм теплозащитных свойств огражде­ ний по летним условиям заключается в том, что к стенам предъявля­ ются одинаковые требования независимо от других конструкций, пла­ нировки и объема помещений. Действительно, в торцовых квартирах жилых зданий относительная площадь наружных стен велика по срав­ нению с площадью светопроемов и поэтому теплопоступления через на-

152