Тимошенко - Теплозащита легких ограждающих конструкций жилых зданий на Севере (1981)

В книге представлены результаты многолетних натурных наблюдений за температурно-влажностным режимом легких ограждающих конструкций и микроклиматом помещений  малоэтажных жилых зданий, эксплуатируемых в условиях  резко континентального климата Центральной Якутии. 

Приведены экспериментальные данные по теплофизическим  характеристикам ряда полимерных теплоизоляционных материалов. Рассмотрены результаты расчетов на ЭВМ М-220М  теплоустойчивости легких ограждений в зависимости от условий теплообмена на поверхностях, теплофизических  характеристик утеплителей, их толщины и порядка расположения в конструкции. Выполнен технико-экономический анализ  эффективности повышения теплозащиты малоэтажных зданий с легкими ограждениями в районах Крайнего Севера.

Книга предназначена для инженерно-технических и научных работников строительных специальностей.

(с) Якутский филиал Сибирского отделения Академии наук

СССР, 1981

ПРЕДИСЛОВИЕ

Вопросы обеспечения тепловой защиты зданий и сооружений являются одними из наиболее актуальных и важных в северном строительстве. С переходом на индустриальные методы  возведения зданий из облегченных и легких конструкций заводского изготовления, отличающихся низкой тепловой инерцией,  возникает ряд проблем, связанных с обеспечением теплового  комфорта помещений в различные периоды года. В условиях резко континентального климата Центральной Якутии ограждающие конструкции зданий подвержены воздействию низких  температур зимой и высоких летом, значительных суточных колебаний температуры внешней среды в весенне-осенний и летний  периоды, сопровождающиеся интенсивной солнечной радиацией. Поэтому наряду с улучшением теплозащитных свойств легких  ограждающих конструкций вопросы повышения их теплоустойчивости имеют важнейшее значение.

Цель настоящей работы — изучить особенности влияния климата Центральной Якутии на температурно-влажностный режим легких ограждающих конструкций и микроклимат  помещений малоэтажных жилых зданий заводского изготовления и разработать рекомендации по повышению теплозащитных свойств и теплоустойчивости легких ограждений для улучшения теплового комфорта помещений этих зданий в течение всего периода эксплуатации.

Для выполнения поставленной цели потребовалось провести комплекс длительных натурных наблюдений на ряде реальных объектов, которые позволили выявить наиболее характерные особенности теплового режима зданий с легкими ограждениями в Районах Центральной Якутии. Для проведения расчетов  нестационарного теплового режима ограждающих конструкций необходимо располагать достаточно полными данными по теплофизическим характеристикам материалов, а также знать их зависимости от температуры и влажности, которые в реальных Условиях эксплуатации могут изменяться в широких пределах. Однако, как показал анализ литературных источников, тепло-физические свойства ряда полимерных теплоизоляционных  материалов, используемых как утеплители легких ограждений, изучены недостаточно, и это привело к необходимости  осуществления лабораторных экспериментальных исследований по изучению теплофизических характеристик пенопластов. 

Математический эксперимент, выполненный с помощью ЭВМ М-220М позволил выявить влияние различных факторов на теплоустойчивость легких ограждающих конструкций и  разработать конкретные рекомендации по их теплотехническому  расчету и проектированию. Технико-экономические расчеты  показали эффективность повышения теплозащитных свойств легких ограждающих конструкций малоэтажных жилых зданий в районах Центральной Якутии.

Работа выполнена в Институте физико-технических проблем Севера ЯФ СО АН СССР за 1973—1979 гг. Автор выражает глубокую благодарность докт. техн. наук Л. М. Никитиной за постоянное внимание и помощь при проведении исследований на всех этапах и при подготовке монографии, докт. техн. наук профессору В. П. Ушкалову, инж. Е. Я- Стебаковой, В. И.  Васильеву и М. А. Сивцеву за помощь в постановке и проведении натурных наблюдений на ряде объектов. Постоянное  содействие в организации натурных исследований и обеспечении  технической документацией оказывали работники производственного управления «Якутсельстрой» Г. В. Черепанов и Т. В.  Аксенова, в проведении лабораторных экспериментальных исследований, результаты которых вошли в третью главу,— А. П. Шамаева и А. И. Столповский. Глава четвертая данной книги явилась результатом совместной работы автора с сотрудниками Отдела прикладной математики и вычислительной техники ЯФ СО АН СССР Г. Г. Поповым и Д. Н. Толстяковым. Всем им автор также выражает свою признательность.

Замечания и пожелания по данной работе просим направлять по адресу: 677007, г. Якутск, ул. Октябрьская, 1, ИФТПС.

Автор

ВВЕДЕНИЕ

В свете решений XXVI съезда КПСС осуществляется  широкая программа дальнейшего повышения материального благосостояния и культурного уровня советских людей. Одной из важнейших задач коммунистического строительства является всемерное улучшение культурно-бытовых и жилищных условий трудящихся.

Особое внимание уделяется дальнейшему интенсивному  освоению северных районов нашей страны, обладающих  богатейшими запасами каменного угля, редких и цветных металлов, древесины и другой ценной продукции. Дальнейшее развитие получают и основные отрасли сельского хозяйства на Крайнем Севере — оленеводство, охота, рыболовство, животноводство и земледелие.

Широкое освоение районов Крайнего Севера требует  создания в кратчайшие сроки большого числа благоустроенных  жилых поселков для строителей, нефтяников, газовиков, охотников, рыбаков, оленеводов, работников других отраслей  промышленности и сельского хозяйства, рассредоточенных на огромной территории и рассчитанных «а различные сроки  эксплуатации в зависимости от их назначения.

Во многих глубинных, труднодоступных северных районах слабо развиты или вообще отсутствуют собственные базы  строительной индустрии, испытывается острый недостаток в  местных строительных материалах, транспортные связи с другими районами сложны и протяженны. Суровые климатические  условия создают дополнительные трудности. В таких условиях для создания в кратчайшие сроки благоустроенных жилых поселков наиболее рационально применение полносборных высокотранспортабельных зданий заводского изготовления. Имеющийся отечественный и зарубежный опыт освоения труднодоступных северных районов убедительно, подтверждает это положение [1-6]. Основой таких зданий являются панельные или объемно-блочные конструкции, изготовляемые на крупных домостроительных или лесоперерабатывающих предприятиях и доставляемые к месту строительства любым доступным видом  транспорта — железнодорожным, водным, автомобильным, авиацией и др. В условиях сложных и протяженных транспортных  перевозок максимальное облегчение всех конструктивных элементов здания и, в первую очередь, его ограждающих конструкций имеет первостепенное значение.

Современная строительная индустрия располагает широкими возможностями по созданию легких ограждающих конструкций зданий на основе применения высокоэффективных утеплителей — пенопластов различных марок, минераловатных изделий и других теплоизоляторов в сочетании с различным облицовочными материалами — водостойкой фанерой, твердыми древесноволокнистыми и древесностружечными плитами пластиками, алюминием, асбестоцементными листами, древесиной. Ограждающие конструкции, выполненные из таких материалов, в десятки раз легче традиционных конструкций из  кирпича и бетона и позволяют значительно сократить транспортные расходы, трудозатраты при монтаже зданий, сроки и стоимость строительства.

Суровый климат Крайнего Севера предъявляет повышенные требования к уровню комфортабельности здании и  теплозащитным свойствам их ограждающих конструкции. Различные районы Крайнего Севера имеют свои специфические природно-климатические особенности, которые необходимо учитывать при расчете и проектировании легких ограждающих  конструкций. Так, характерными особенностями климата в районах  арктического побережья являются [7]: низкие температуры  наружного воздуха как в зимний, так и в летний периоды; большие скорости ветра; высокая относительная влажность наружного воздуха; чередования полярного дня и полярной ночи. Климат же Центральной Якутии отличается от арктического резко  континентальным характером и имеет следующие особенности: низкие температуры наружного воздуха в зимний и высокие температуры в летний периоды; незначительные скорости  ветра; большие амплитуды суточных колебании температуры в весенне-осенний и летний периоды; низкая относительная влажность воздуха; интенсивная солнечная радиация в весенне-осенний и летний периоды и почти полное отсутствие ее зимой.

Легкие ограждающие конструкции, обладающие малой  тепловой инерцией, в условиях резко континентального климата подвергаются интенсивным по амплитуде переменным  тепловым воздействиям внешней среды, которые должны быть  детально изучены в натурных условиях и учтены в расчетах с тем, чтобы обеспечить тепловой комфорт в помещениях зданий в течение всего периода их эксплуатации. Однако натурных исследовании, посвященных изучению температурного режима легких ограждающих конструкций в условиях климата  Центральной Якутии, проведено недостаточно.

.Многочисленные натурные теплофизические исследования, выполненные ранее А. П. Васьковским и Н. Д. .Шкляровым. (8—10], Л. Ф. Туляковой, И. Л. Винокуром и Г. А. Антроповым 11 —15], Н. С. Смирницки.м [16] и А. Э. Бутлицким [17—19], охватывают зону арктического побережья Крайнего Севера и относятся « зданиям с массивными ограждающими  конструкциями. Исследования А. И. Кострова и Ю. М. Макова |20, 21] посвяшены изучению теплозащитных свойств легких  ограждающих конструкции, однако проводились они также в районах Арктики.

В работе В. И. Лажинцева и др. [22] приводятся  результаты теплофизических испытании оборно-разборных зданий из объемных элементов типа «пакет» в условиях г. Красноярска. В. Т. Пчелинцевым [23] проведены наблюдения за  температурным режимом ограждающих конструкций двухэтажного здания из алюминиевых панелей, утепленных пенопластом ПСБ, в  условиях г. Мирного ЯАССР. Исследования Ю. Н. Абакумова, В. И. Мухи, М. С. Захарчука [24, 25] выполнены в районах Центральной Якутии, но относятся они к зданиям с  массивными ограждающими .конструкциями.

Исследования, проведенные автором и излагаемые в  настоящей работе, посвящены изучению температурного режима легких ограждающих конструкции и микроклимата помещений жилых зданий, эксплуатируемых в условиях климата  Центральной Якутии, и разработке рекомендации по улучшению их теплотехнических свойств. Наряду с натурными наблюдениями проведены экспериментальные исследования по изучению теплофизических характеристик утеплителей легких ограждающих конструкций, а также выполнены численные исследования  теплоустойчивости легких ограждений в зависимости от условий теплообмена, теплофизических характеристик, толщины и  порядка расположения теплоизоляционных материалов. Дан технико-экономический анализ эффективности повышения  теплозащитных свойств легких ограждающих конструкций жилых зданий в районах Центральной Якутии. Отдельные результаты исследований опубликованы ранее в работах [26—33].