11046
.pdfМембраны из архитектурного текстиля могут быть однослойными и многослойными. Наиболее распространенным материалом для тканевых оболочек (мембран) на данный момент является армированная ткань с ПВХ – покрытием, в качестве основания которой используются полиэстер или стеклохолст. Другая группа тканей – это более дорогие, но и более долговечные и прочные ПТФЭ – ткани. В третью группу можно выделить пленки. Особый интерес вызывают светопрозрачные ЭТФЭ - пленки толщиной до 2 мм, которые могут быть использованы в самостоятельном виде или же в виде сформированных из них пневмоопорных подушек [3].
Одним из главных трендов современной архитектуры является создание выразительных образов зданий и сооружений, применение нестандартных форм и необычных материалов, ярких цветовых и световых решений [4]. Используя текстильные материалы во внешних оболочках зданий и, опираясь на компьютерные методы моделирования, архитекторы могут создавать яркие и запоминающиеся уникальные объекты городской среды.
Спомощью компьютерных программ определяется план «раскроя»
ипроектируются опорные конструкции тканевых оболочек. В цехах текстиль разрезают, отдельные части сваривают в полотна нужного размера и формы. Готовая текстильная конструкция на месте расположения объекта крепится к опорам и натягивается при помощи стальных тросов.
Сложность состоит в том, что производственными комплексами для изготовления конструкций с применением текстиля обладают лишь несколько мировых компаний. Имеются также некоторые технологические трудности в обслуживании готовых объектов. В настоящее время такие комплексы начали появляться в России.
Для существующих зданий и сооружений при помощи текстильных технологий можно откорректировать дефекты и неровности стен зданий или вовсе закрыть невзрачный фасад, например, при реконструкции здания.
Применение текстильных фасадов соответствует и другому общемировому тренду в фасадной архитектуре: "истончению" и облегчению оболочек зданий. Вес мембран составляет в разновидностях текстильного материала от 0,5 до 0,6 кг на кв. м.
Вкачестве примера можно привести павильон планетария в городе Новосибирск (рис. 1, 2), покрытый композиционным текстильным материалом, вес которого 300 кг при площади покрытия 430 кв. м. Его каркас выполнен по схеме геодезического купола диаметром 18,5 м и состоит из 12 типоразмеров стальных стержней длиной от 1,85 до 2,43 м. Масса каркаса 2200 кг [6]. На примере данного павильона можно судить о адаптивности текстильных фасадов к снеговым и ветровым нагрузкам, они стойки к коррозии и ультрафиолету.
110
Низкая стоимость и высокая скорость монтажа также являются преимуществами перед традиционными облицовочными материалами.
Сооружения с текстильными фасадами отвечают высоким требованиям безопасности, так как материал текстиля не горюч и нетоксичен, что особенно привлекательно для покрытия мест массового скопления людей, например, при строительстве спортивных сооружений . На рис.3 показано первое большепролетное сооружение в России, при возведении которого были использованы пневмоопорные подушки из ЭТФЭ ткани, – олимпийский стадион Фишт в городе Сочи [2, 3]. Внешняя оболочка стадиона отвечает еще одному немаловажному тренду современной архитектуры – созданию смарт- и медиафасадов.
Современные архитектурные ткани обладают высокой степенью прозрачности. На рис. 4 и рис. 5 изображено действующее здание больницы в г. Картахена, Испания. Оно выполнено из светопрозрачного текстиля, который обеспечивает необходимое естественное освещение коридоров.
Еще одно направление в развитии внешних оболочек современных зданий напрямую связано с повышением их энергоэффективности.
Немецкие разработчики не только успешно проектируют и эксплуатируют текстильные фасады, но и создали уникальный материал: солнечные элементы на тканевой основе. Фотоэлектрический текстиль, покрывающий фасад, будет вырабатывать электроэнергию для нужд здания. Это повысит энергоэффективность здания и увеличит процент выработки экологически чистой энергии. На рис. 6 представлен проект здания церкви, фасад которой покрыт фотоэлектрической мембраной [6].
Рис. 1. Здание павильона планетария, |
Рис. 2. Медиафасад павильона планетария, |
г. Новосибирск, 2012 [6] |
г. Новосибирск, 2012 [6] |
111
Рис. 3. Олимпийский стадион Фишт, г. Сочи, 2014. [2]
Рис. 4. Здание больницы |
Рис.5. Коридор здания больницы, |
|
выполненный из светопрозрачного |
||
в г. Картахена, Испания [5] |
||
текстиля [5] |
||
|
112
Рис. 6. Проект здания церкви, фасад которой покрыт фотоэлектрической мембраной [6]
В заключение следует отметить, что тканевые фасады представляют одну из новейших архитектурных и технологических концепций внешних оболочек зданий, отвечают всем инновационным тенденциям в области архитектуры и строительства и со временем могут занять лидирующие позиции в мировой архитектурной практике.
Литература
1.Гаврилина, А.А. Текстиль в формировании архитектурной среды // А.А. Гаврилина. – Москва: БуксМАрт, 2016. – 430 с.
2.Колосов, В.С. Архитектурный текстиль нового поколения: воздушная фантазия или прагматический расчет // Колосов В.С. – Москва: Sport Build, 2015.
3.Форум фасадных инноваций 2018 год. Практика применения текстильных мембран во внешней оболочке зданий: интервью с Геннадием Океановым. – Москва: Журнал «Кровли», 2018.
4.Форум фасадных инноваций Facade Innovations 2019 год. – Москва: Журнал «Кровли», 2019.
5.Композитные ткани Serge Ferrari // Arch-textile URL: https://archtextile.com (дата обращения: 05.10.19).
6.Натяжные мембранные фасады в архитектуре современного
мегаполиса // Flexpro.ru/ URL: http://www.flexpro.ru/catalog/membrannyefasady (дата обращения: 05.11.19).
113
В.Ю. Кузин, Р.И. Исмаилов, С.Г. Васильев, Е.М. Ульянова
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
О РАСЧЁТЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ ЧЕРЕЗ УЗЛЫ СОПРЯЖЕНИЯ ПЛИТ ПЕРЕКРЫТИЙ НАД НЕОТАПЛИВАЕМЫМИ ПОДВАЛАМИ С ВНУТРЕННИМИ СТЕНАМИ
Современная нормативная литература устанавливает повышенные требования к инженерным расчётам, направленным на определение приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций и потерь теплоты через них. Чем выше точность расчётов, тем эффективней поддерживаются требуемые параметры микроклимата в помещениях.
Одной из приоритетных задач при определении приведенного сопротивления теплопередаче ограждений является расчёт дополнительных потерь теплоты через их линейные и точечные теплотехнические неоднородности, соответственно Ψ, Вт/(м·°С) и χ,
Вт/(шт.·°C) [1, 2].
Наиболее остро стоит вопрос определения данных показателей при реконструкции существующих зданий типового жилищного строительства.
Данное обстоятельство в первую очередь связано с тем, что в отличии от современных ограждений сведения о дополнительных потерях теплоты через неоднородности конструктивных элементов серийных панельных и кирпичных домов, после их утепления, практически отсутствуют как в нормативной, так и в справочной литературе.
Одним из нерассмотренных вопрос является учёт дополнительных потерь теплоты Ψ через перекрытия первых этажей над неотапливаемыми подвалами таких зданий. Рассмотрим типовое перекрытие, состоящее из железобетонной панели толщиной 220 мм и керамзитобетона толщиной 150 мм, которое сопрягается с несущей бетонной стеной – 140 мм.
Проведем расчёт дополнительных потерь теплоты через данный узел для двух расчётных условий: до (узел I) и после (узел II) утепления 60 мм эффективной тепловой изоляции, покрытой гипсовой стяжкой – 40 мм.
Расчётные температуры воздуха: внутреннего – tв = 20 °C; вентилируемого, неотапливаемого подвала – tпод = –25 °C.
Дополнительные потери теплоты через линейные теплотехнические неоднородности Ψ, Вт/(м·°С), определим по формуле [3…5]:
Ψ = |
|
QL |
, |
(1) |
|
tв |
−tн |
||||
|
|
|
|||
где QL – дополнительные |
потери теплоты |
через линейную |
теплотехническую неоднородность, приходящиеся на 1 пог. м, Вт/м; tн –
114
температура наружного воздуха, °C, для рассматриваемого узла
сопряжения наружных ограждающих конструкций – tн = tпод = –25 °C. |
|
|
Дополнительные потери теплоты |
QL, Вт/м, составляют |
|
QL = QL − Q − Q , |
(2) |
|
1 |
2 |
|
где QL – потери теплоты через область с линейной неоднородностью, приходящиеся на 1 м стыка, определяемые в результате расчета температурного поля, Вт/м; Q1, Q2 – потери теплоты через участки однородных частей, вошедшие в расчетную область при построении температурного поля линейной теплотехнической неоднородности, Вт/м, равные
Q = |
tв − tпод |
S |
; |
(3) |
|||
|
|
||||||
1 |
|
Rо.1l |
|
1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
||
Q = |
tв −tпод |
|
S |
|
, |
(4) |
|
|
2 |
||||||
2 |
|
Rо.2l |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
где S1, S2 – площади однородных частей конструкции, вошедшие в расчетную область при расчете температурного поля, м2; Rо.1, Rо.2 – условные сопротивления теплопередаче однородных частей ограждающих конструкций, м2·°С/Вт; l – протяженность линейной теплотехнической неоднородности, м, в представленных расчётах l = 1 м.
Для определения Ψ узлов I и II были проведены построения их температурных полей в программном комплексе Agros2D [6], результаты которых представлены на рисунке 1, а и б, где x – расстояние от узла до рассматриваемой точки на поверхности пола.
Программный комплекс позволяет рассчитать не только тепловые потоки q, Вт/м2 (рис. 1, д и е), вдоль внутренних поверхностей рассмотренных узлов и определять их среднее значение, но и вычислить температуру их поверхности τв, °C, как это показано на рисунке 1, в и г.
Температура точки росы tр, °C, при расчётных параметрах внутренней среды (температуре tв = 20 °C и относительной влажности φв = 50 %) составляет tр = 9,3 °C. Полученные результаты указывают на то, что при температуре в подвале, соответствующей температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 для климатических условий г. Нижнего Новгорода, и отсутствии утепления, будет наблюдаться выпадение конденсата на внутренней поверхности узла I, а при наличии утепления – нет.
115
-а- |
-б- |
-в- |
-г- |
-д- |
-е- |
Рис. 1. Результаты построения температурных полей: а, б – распределение температур на поверхности пола узлов I и II; в, г – зависимость τв = f(x) для поверхности пола вблизи узлов I и II; д, е – зависимость q = f(x) для поверхности пола у узлов I и II
116
Выпадение конденсата в узле I будет выявляться крайне редко, по следующим причинам: в рассматриваемых узлах устанавливаются скрывающие их плинтусы; температура наиболее холодной пятидневки наблюдается незначительное число дней в году; продухи для проветривания зданий экранируются досками, стальными листами и иными материалами, что приводит к их герметизации и значительному повышению температуры внутреннего воздуха в неотапливаемых подвалах; покрывающие стены обои впитывают влагу; жильцы самостоятельно утепляют полы.
В ходе обработки данных, полученных по результатам построения температурных полей и расчётов, с использованием зависимостей (1)…(4), получим следующие значения дополнительных потерь теплоты через рассмотренные линейные теплотехнические неоднородности:
-до проведения мероприятий по тепловой изоляции – Ψ = 0,692 Вт/м·°С;
-после их проведения – Ψ = 0,603 Вт/м·°С.
Данные результаты свидетельствуют о том, что теплотехническая однородность рассматриваемого узла практически не повышается с его утеплением, в то же время они позволяют обосновать дополнительное утепление полов первых этажей не столько с точки зрения повышения энергетической эффективности, сколько для приведения их в соответствие с современными требованиям санитарной гигиены: температура поверхности пола должна быть не ниже τв = +18 °C.
Полученные значения коэффициентов Ψ могут быть использованы для проведения перерасчёта потерь теплоты через наружные ограждения и гидравлической перерегулировки систем отопления типовых многоквартирных жилых домов после проведения их термомодернизации.
Литература 1. Гагарин, В.Г. Учет теплопроводных включений при определении
тепловой нагрузки на систему отопления зданий / В.Г. Гагарин, В.В. Козлов, А.Ю. Неклюдов // Бюллетень строительной техники. – 2016. – № 2
(978). – С. 57-61.
2.Крышов, С.И. Опыт ГБУ «ЦЭИИС» по экспериментальной оценке эффективности энергосберегающих мероприятий в жилых и общественных зданиях / С.И. Крышов, И.С. Курилюк // Открытый семинар «Анализ и прогноз развития отраслей топливноэнергетического комплекса» – М.: Издательство ИНП РАН, 2015. – С. 20-39.
3.СП 50.13330.2012. Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. – М.: ФАУ «ФЦС», 2012.
–95 с.
4.СП 230.1325800.2015. Конструкции ограждающие зданий. Характеристики теплотехнических неоднородностей. – М.: ФАУ «ФЦС»,
2015. – 67 с.
117
5.ГОСТ Р 54851-2011. Конструкции строительные ограждающие неоднородные. Расчет приведенного сопротивления теплопередаче. – М.: Стандартинформ, 2012. – 23 с.
6.Agros2D - Application for solution of physical fields // Agros2D URL: http://www.agros2d.org/down/ (дата обращения: 11.10.2019).
В.Ю. Кузин, К.А. Муринчик, Д.А. Линёв, Д.А. Уракова
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ ЧЕРЕЗ НАРУЖНЫЕ УГЛЫ ЗДАНИЙ ИЗ ОДНОСЛОЙНЫХ ПАНЕЛЕЙ
Впрактике современного инженерного проектирования систем отопления гражданских и промышленных зданий необходимо с высокой точностью определять потери теплоты через ограждающие конструкции, учитывая при этом не только тепловые потоки, проходящие сквозь однородные части стен, но и через места их сопряжения с иными элементами ограждений – теплотехнические неоднородности.
Всуществующей нормативной документации приводятся сведения о дополнительных потерях теплоты через наружные углы двухслойных ограждающих конструкций [1], для однослойных (сэндвич) панелей, из которых изготавливаются большинство современных производственных и складских зданий, подобные сведения отсутствуют.
Современные сэндвич панели представляют собой два стальных листа между которыми располагается слой эффективной тепловой изоляции, стандартной толщины: 50, 80, 100, 120, 150, 200 и 250 мм. В качестве материала для теплоизоляционного слоя применяются: минеральная вата, пенополиуретан; пенополистирол; стекловолокно; полипропилен. Однослойные панели крепят к металлическому каркасу, почти исключающему наличие точечных «мостиков холода».
Теплотехнические неоднородности в зависимости от их формы подразделяются на линейные и точечные Ψ, Вт/(м·°С) и χ, Вт/(шт.·°C), методики их определения достаточно подробно изложены в [2, 3].
Авторами были проведены построения температурных полей наружных углов из сендвич панелей стандартной толщины 50…250 мм с теплоизоляционным слоем из минеральной ваты (базальтовое волокно) в программе Agros2D [3]. Некоторые из результатов представлены на рисунке 1.
Обработка полученных температурных полей средствами Microsoft
Office Excel позволила определить температуры на внутренних
118
поверхностях наружных углов (τв = 16,8…19,4 °C, рис. 2), которые во всех случаях превысили возможные для большинства производственных и складских помещений температуры точки росы – tр = 6…13 °C.
Расчётные условия: температуры наружного и внутреннего воздуха – tн = –30 °C и tв = 20 °C (г. Нижний Новгород); коэффициенты теплоотдачи на наружных и внутренних поверхностях ограждения – αн = 23 Вт/(м2·°C), αв = 8,7 Вт/(м2·°C); коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя – λут = 0,041 Вт/(м·°С).
-а- |
-б- |
|
|
50 мм |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
50 мм |
|
50 мм |
||
|
|
мм 50 |
||
|
|
|||
|
|
|||
|
|
|
|
|
Рис. 1. Температурные поля наружных углов стен из однослойных панелей из минеральной ваты, толщиной: а – 50 мм; б – 250 мм.
Рис. 2. Зависимость температуры внутренней поверхности угла стен из одно-слойных панелей τв, °C, от толщины слоя тепловой изоляции δут, мм.
119