6385

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.Ю. Агеева

КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ЗДАНИЙ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям, практическим, семинарским занятиям для студентов направления подготовки 08.04.01. Строительство, направленность (профиль) Теория и проектирование зданий и сооружений

Нижний Новгород

2016

1

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.Ю. Агеева

КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ЗДАНИЙ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям, практическим, семинарским занятиям для студентов направления подготовки 08.04.01. Строительство, направленность (профиль) Теория и проектирование зданий и сооружений

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

2

УДК

Агеева Е. Ю. Особенности проектирования энергоэффективных зданий [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. / Е. Ю. Агеева; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 44 с; ил. 1 электрон. опт. диск (CD-R)

В учебном пособии изложен систематизированный материал по конструктивным решениям энергоэффективных зданий. Рассматриваются многочисленные варианты конструктивного решения наружных стен энергоэффективных зданий. Рассмотрены варианты наиболее теплозащищающих решений. Проанализировано конструктивное решение в целом наиболее выдающихеся энергоэффективных зданий. Рекомендуется преподавателям, аспирантам, магистрантам и студентам специальностей «Архитектура», «Промышленное и гражданское строительство».

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекционным и практическим занятиям по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, направленность (профиль) Теория и проектирование зданий и сооружений.

© Е.Ю. Агеева, 2016 © ННГАСУ, 2016

3

Введение

Основной потенциал энергоэффективности здания закладывается именно на стадии архитектурного проектирования:

Вчасти архитектурного решения – необходимо выбрать энергетически рациональную ориентацию относительно сторон света с точки зрения расположения дверей, окон и буферных зон

Вчасти объемно-планировочных решений – необходимо разработать энергоэффективную форму здания с минимально возможной площадью наружных стен, рассчитать оптимальную площадь остекления, запроектировать наличие тамбуров на входах, выполняющих функцию «воздушной тепловой подушки»

Вчасти конструктивных решений – необходимо рассчитать толщину непрерывной изолирующей оболочки (как правило, 25 – 40 см) и выбрать высокоэффективных теплоизоляционные материалы; разработать конструкции, обеспечивающие герметичность зданий и исключающие возникновение при строительстве мостиков холода; запроектировать использование в остеклении оконных систем с высокой теплозащитой.

Вданном учебном пособии рассматриваются варианты конструктивных решений ограждений энергоэффективного здания и варианты конструктивного решения энергоэффективного здания в целом.

4

1.Конструктивное решение ограждения энерогоэффективного здания – основные требования

В первую очередь ограждение должно быть энергоэффективным.

Здание, как объект деятельности человека, должно отвечать следующим трем основным критериям: надежности, определяющей степень защиты человека, комфортности, устанавливающей параметры тепловой, акустической, световой, газовой среды, и экономичности, определяющей затраты на обеспечение первых двух критериев. Кроме того, здание должно отвечать определенным архитектурным требованиям, определяющимся национальными традициями, принадлежностью к тому или иному историческому периоду, промышленными возможностями.

Все эти параметры зданий полностью определяются характером их наружных стен. Поэтому от конструктивных решений стен зависит эффективность здания, под которой следует подразумевать комплексную оценку экономических, социальных и эстетических показателей. Проектирование современных зданий характеризуется строгим соблюдением функционального назначения каждого элемента.

Это относится как к зданию в целом, так и к ограждающим конструкциям. Ушли в прошлое однослойные конструкции, которые выполняли и несущие, и ограждающие функции. Причем несущие характеристики обеспечивались при достаточно незначительной толщине конструкций, а выполнение ограждающих функций требовало существенных материальных вложений. Поэтому удешевление строительства в силу известных причин априори шло по пути занижения энергоэффективности конструкций.

На сегодняшнем этапе определяющим является энергоэффективность сооружения и его элементов. Поэтому необходимо пересматривать сложившиеся принципы проектирования как зданий в целом, так и ограждающих конструкций как основы их энергоэффективности. Можно выделить следующие блоки, определяющие энергосберегающие параметры ограждающих конструкций. Во-первых, это нормативные требования к уровню

Во-вторых, обеспечение нормального влажностного режима конструкций, при котором не происходит потерь теплозащитных характеристик с течением времени. В-третьих, оптимизация конструктивных параметров ограждений по общим

проектирования и создания ограждающих конструкций. В этом блоке должна учитываться специфика современного этапа отечественной отрасли жилищного строительства - реальное энергосбережение в масштабах государства достигается в основном за счет повышения уровня теплоизоляции зданий, спроектированных и

Следовательно, при установлении необходимого уровня теплоизоляции конструкций следует тщательно анализировать сложившуюся систему формирования теплового режима зданий, реальную структуру тепловых балансов. Принцип определения уровня теплоизоляции конструкций по приведенным затратам, положенный в основу СНиП II-3-79**, не позволяет на данном этапе

сопротивления теплопередаче высоки (например, для стен этот параметр превышает 3,5 м 2° С/Вт), является неверным, так как общая структура формирования теплового режима в отечественных зданиях и в зданиях западных стран совершенно иная. Конструкция наружных ограждений должна обеспечивать теплоизоляцию здания на протяжении всего срока его эксплуатации, поэтому долговечность ограждающих конструкций в целом и теплоизоляционных материалов в частности должна быть соизмерима с общей долговечностью здания.

Одним из условий обеспечения долговечности является отсутствие конструктивных причин фазовых превращений влаги в толще ограждений. В этом отношении принцип оценки по ненакоплению влаги, заложенный в СНиП-3-79**, не обеспечивает надежность выбора конструктивных решений в климатических условиях стран Центральной Европы, к которым относится Украина. В этих странах

6

не бывает слишком жестких зим, но количество переходов через 0° С в течение отопительного периода достаточно велико. Поэтому обязательным пунктом разработки ограждающих конструкций здания является оценка возможности конденсации влаги в толще конструкции и влиянии этого процесса на изменение физических характеристик материалов.

Характерной особенностью современного градостроительства является все более широкое применение фасадных остекленных систем. При этом фасады могут быть как полностью светопрозрачными (за исключением участков стен, где расположены несущие элементы каркаса здания), так и комбинированными - сочетающими светопрозрачные участки и глухие участки стен, закрытые с фасадной стороны здания поверхностями из стекла. Подобные комбинированные системы по их теплотехническим параметрам можно отнести к так называемым пассивным гелиоконструкциям.

То есть к конструкциям, которые выполняют функции не только теплоизолирующие (препятствуя удалению тепла из помещений), но и теплоснабжающие (проводя в помещение тепловую энергию солнца).

Исследования комбинированных систем, проведенные в лаборатории, показали, что в морозный солнечный день при падении температуры воздуха до - 17° С тепловой поток может стремиться к внутренней поверхности ограждающей конструкции. Использование конструкций со светопрозрачными элементами позволяет принципиально изменять систему вентиляции зданий, подавая в помещения уже нагретый воздух из прослойки между светопрозрачными и светонепрозрачными элементами наружных стен.

В практику отечественного строительства уверенно вошли так называемые каркасно-монолитные здания. В этих зданиях прочностные функции выполняет монолитный каркас, на долю же наружных стен остаются лишь ограждающие (тепло- и звукоизоляционные) функции. Это позволяет применять для наружных стен эффективные теплоизоляционные материалы и обеспечивать высокие значения термического сопротивления конструкций по их площади. Однако при этом возникают вопросы обеспечения равномерности температурных полей по площади внутренней поверхности ограждающих конструкций.

7

Этот аспект имеет большое значение не только по энергосберегающим характеристикам, но и по гигиеническим показателям. Именно от равномерности температурного поля на внутренней поверхности ограждения зависит ощущение теплового комфорта. Поэтому так важна тщательная оценка этого параметра при проектировании зданий.

8

2. Существующие конструктивные принципы и решения энергосбережения в зданиях

2.1. Конструктивные принципы проектирования ограждения наружной

стены

Выбор конструкций наружной облицовки стены Абсолютное большинство традиционных конструктивных решений наружных

стен и покрытий зданий в настоящее время далеко не в полной мере удовлетворяют возросшим требованиям к энергосбережению. Основные принципы конструирования ограждающих элементов зданий с учетом повышенных теплозащитных требований включены в состав инженерных решений по проектированию энергоэффективных зданий. В наши задачи входит рассмотрение конструкции и материалов наружной облицовки здания.

Новые требования к стеновым конструкциям, предъявляемые СНиП 1-3-79* с 1 января 2000 года, исходят из санитарно-гигиенических норм, условий комфортного проживания и требований к резкому сокращению энергозатрат на обогрев внутри здания. Они определяют значения приведенного термического сопротивления теплопередаче по России в интервале 2,1-5,6 м2-С/Вт и делают экономически нецелесообразным применение традиционных стеновых материалов. Так, для Москвы КО составляет 3,16 м2-С/Вт‚ что соответствует железобетонной стене толщиной 5-6 м или 2-метровой кирпичной кладке и делает очевидным необходимость применения энергосберегающих материалов и технологий.

Расчеты и проектные проработки показали, что наружные стены сплошной (однородной) конструкции, в том числе легкобетонные, кирпичные, деревянные и ячеистобетонные не удовлетворяют теплотехническим и экономическим критериям. Ячеистобетонные стены, как показывает мировой опыт, могут оказаться экономически целесообразными, если будут внесены поправки в прил. 3 СНиП 11-3- 79* в части приведения расчетной теплопроводности в соответствие с фактически наблюдаемой в эксплуатируемых на протяжении многих лет конструкциях. По данным ЦНИИЭП жилища, РП/ТИЖБ и ряда других организаций, фактическая эксплуатационная влажность ячеистых бетонов значительно ниже установленных

9

СНиПом 8 и 12% для условий А и Б. Это значит, что расчетную теплопроводность ячеистых бетонов следует назначать на существенно более низком уровне. В этом случае толщина наружных ячеистобетонных стен для центральных регионов России может составлять 55-60 см при плотности бетона 600 кг/м3 и ниже.

Следует также отметить, что прил. 3 СНиП П-З-79* требует корректировки приведенных в нем теплотехнических характеристик ряда материалов, а также включения новых утеплителей, появившихся в последнее время в строительной практике.

Независимо от основного материала стен их конструкция должна быть слоистой с использованием эффективного утеплителя для теплозащиты. Расчеты и практика проектирования показали, что эффективным может считаться утеплитель, теплопроводность которого не превышает 0,08 Вт/(мхК). При этом выбор эффективных утеплителей для ограждающих конструкций существенно зависит от вида строительства. Для вновь строящихся зданий можно применять эффективные утеплители, как на минеральной, так и синтетической основе.

Новым теплотехническим требованиям в полной мере соответствуют только трехслойные панели с гибкими связями или в отдельных случаях с железобетонными шпонками.

Существенно меняется конструкция наружных стен из кирпича. Колодцевая кладка кирпичных стен толщиной 770 мм при использовании утеплителя с=0,О4 Вт/(мхК) обеспечивает приведенное термическое сопротивление теплопередаче не более 2,85 (м2 К)/Вт, т.е. не удовлетворяет нормативам для большинства регионов страны. Такая стена пригодна для использования при ГСОП < 4500, что относится только к южным регионам. Аналогичная слоистая кирпичная стена с гибкими связями обеспечивает теплозащиту, равную 5,05 (м2К)/Вт, что практически достаточно для всех регионов России. В многоэтажных домах необходимо применять трехслойные кирпичные стены с поэтажно навесным фасадным слоем либо целиком навесные наружные стены.

Стены существующих зданий технически можно утеплять либо с наружной, либо с внутренней стороны. Технология утепления стен с наружной‚ стороны называется “ Мокрый” фасад - система наружного утепления с тонкослойной

10