В категории: 2016, Актуални статии, Брой 5-6/2016, Икономия на енергия, Строителство, Топлоизолация

Нетипични топлинни мостове – връзка между неносеща тухлена зидария и подова стоманобетонна плоча

Доц. д-р инж. Пламен Чобанов

Проблемът

При проектирането на сгради най-често се обръща внимание на преминаването на топлина през стенните конструкции в хоризонтално направление. Проектантът разполага с коефициентите на топлопроводност ламбда на различните материали, така че лесно може да изчисли енергийните характеристики на дадена стена. При изследването на топлинните мостове [4], [5] в процеса на проектиране съществена роля играе вертикалният пренос на топлина. В това направление много от материалите показват значително по-високи стойности на коефициента на топлопроводност, които трябва да бъдат взети предвид при изчисленията.

Топлинните мостове на границата, разделяща неотопляеми и отопляеми обеми, почти винаги се пренебрегват в процеса на обследване и оценка на енергийната ефективност на сградите. Обикновено те се считат за „нетипични“ и не се изследват. Пример в това отношение са всички стени, разположени в отопляем обем, но изградени върху плочи над „студени“ помещения – сутерени, паркинги или складови площи. Тези „нетипични“ топлинни мостове са неизследвани и до днес в нашата страна. Необходимо е специалистите да разполагат с информация за характеристиките и поведението поне на най-често срещаните от тях.

Анализ

Предмет на анализа [1] са примери на топлинни мостове при връзката на неносеща тухлена зидария със стоманобетонна плоча над неотопляемо пространство (виж фиг. 1), изследвани за две групи гранични условия.

Всеки от разгледаните детайли е оптимизиран чрез подмяна на първия ред зидария от керамични тела с клетъчен бетон. Алтернативното решение с пеностъкло (виж фиг. 1а), е възможно и технически издържано, но този материал на практика не се предлага на българския пазар.

За анализа на топлинните мостове е избран клетъчен бетон с плътност 700 kg/m³ и характеристична якост на натиск 5 MPa поради следните съображения:

1. Материалът е изотропен, т. е. притежава едни и същи топлоизолационни свойства във всички направления, и намалява загубата на топлина през основата на стената.

2. Топлоизолационна способност на материала е значително по-добра от тази на основната зидария – λ10, dry = 0,18 W/(mK).

3. Хомогенната структура на материала е със затворени пори и поглъща по-малко вода. За разлика от капилярно проводимите материали, тук зидарията е защитена в значително по-висока степен от капилярната влага.

4. Блоковете зидария се произвеждат в страната и са налични на пазара.

5. Дългогодишният практически опит в Германия и в съседни на нея европейски държави потвърждава ефективността от използването му при решаване на подобни проблеми.

Както вече беше казано, анализът е извършен за две групи гранични условия [1], съответно за отопляемото и неотопляемото пространство – виж табл. 1.

При изследването на топлинния мост при връзката между неносеща тухлена зидария и подова стоманобетонна плоча са използвани материали с дебелини и коефициенти на топлопроводност, показани в табл. 2.

Фигури 2, 3, 4, 5, 6 и 7 и таблиците след тях представят най-важните резултати от двудименсионално изследване на разглежданите топлинни мостове.

И при трите детайла след оптимизирането им с първи ред от клетъчен бетон, се наблюдава:

– намаляване на коефициента линейно топлопреминаване на топлинния мост Ψ;

– повишаване на минималната температура по вътрешната повърхност θsi, min.

Сравнението на коефициентите на линейно топлопреминаване Ψ (виж табл. 6) дава представа за разликите в загубите на топлина през разглежданите топлинни мостове. Физическата значимост на този процес е представена с пример. Разгледани са топлинни мостове с дължина l = 20 m. Изчисленията са извършени за климатичните условия в гр. София при следните параметри:

– нормативно зададена продължителност на отоплителния период 190 денонощия;

– средна температурна разлика между отопляемо и неотопляемо пространство за горепосочения времеви интервал Δθ = 15 οC;

– отопление с електрически нагревателни уреди при средно претеглена цена на енергията 0,16 лв./kWh.

Резултатите са представени в таблица 6.

В колона 3 са показани спестените, вследствие на оптимизацията, загуби на топлина ΔΨl за приетата обща дължина на топлинния мост от 20 m, при разлика в температурата на въздуха от долната и от горната страна на плочата 1 K. В колона 4 спестените загуби са сравнени с топлината, която изтича при същите условия през 1 m² фасадна стена с нормативно зададения [2] коефициент на топлопреминаване U = 0,28 W/(m²K). Вижда се, че през неоптимизиран топлинен мост 1a с дължина 20 m се губи толкова енергия, колкото през 6,3 m² външна стена. При детайл 2a и 3a изтичането на енергия е съответно колкото през 10,2 и 14,9 m² външна стена. В колони 5 и 6 същите загуби са представени в kWh и съответно във финансово изражение за един отоплителен сезон.

 

Изводи

1. Разглежданите топлинни мостове не бива да се подценяват при топлофизичния анализ. Те предизвикват значими топлини загуби, които се отразяват върху целия топлинен баланс на сградата.

2. Професионалното решение на тези проблеми, може съществено да подобри топлинните характеристики на ограждащите конструкции, а оттам и енергоефективното поведение на сградата.

3. При оптимизираните решения намалява рискът от поява на кондензно оросяване по вътрешната повърхност на топлинния мост при рязко затопляне на помещението или при повишаване на относителната влажност на вътрешния въздух.

Литература

1. TEPOL – софтуер на автора. Верифициран по стандарт [3].

2. Наредба №7. Енергийна ефективност на сгради.

3. БДС EN ISO 10211:2008. Топлинни мостове в строителни конструкции. Топлинни потоци и повърхностни температури. Подробни методи за изчисляване.

4. Милков, Ст., Пл. Чобанов. Оценка на топлинните мостове в ограждащите конструкции на сгради, 65 юбилейна научна конференция, УАСГ – София 2007.

5. Николовски, П. Топлински мостови во градежни конструкции, Скопjе 2012.

Практическо решение за намаляване на топлинните загуби в основата на стените може да прочетете в статията на инж. Бойко Пенев.