УДК 692.4

Исследование влияния наружного утепления на температурный режим совмещенного покрытия панельного многоэтажного здания

Михеев Денис Александрович – кандидат технических наук, доцент кафедры Проектирования зданий и экспертизы недвижимости Сибирского федерального университета.

Волкова Ольга Владимировна – магистрант кафедры Проектирования зданий и экспертизы недвижимости Сибирского федерального университета.

Аннотация: Совмещенные утепленные кровли возведены в большинстве домов старого фонда и возводятся по сей день. Конструкция появилась вместе с программой по развитию полносборного жилищного строительства в 1960-1970 гг. и спустя 3-5 лет с момента возведения начала разрушаться. С того момента было принято множество способов по ремонту покрытия, обеспечения большей долговечности и достижения меньшей влажности материалов. Однако, благодаря исследованиям существующих решений, наблюдается минимальная температура на внутренней поверхности стены (1,1℃ < 11,6℃) и протяженное конденсатообразование по всему стыку внутренних стен. Базируясь на результатах проведенных расчетов в программном комплексе COMSOL Multiphysics, авторы предлагают рассмотреть проектное решение совмещенного покрытия панельного здания 97 серии – исходный узел сопряжения парапетных и стеновых панелей, а также варианты наружного утепления узла и его влияния на температурный режим.

Ключевые слова: совмещенное покрытие, термовкладыши, сопротивление теплопередаче, наружное утепление, температура, конденсатообразование.

Введение

В настоящее время в России большое количество зданий возведено с совмещенными утепленными кровлями. Выбору данного покрытия поспособствовала существующая еще в СССР программа по развитию полносборного жилищного строительства. Предпосылками к ее созданию были:

• Наличие сырьевой базы, ресурсов для производства;
• Существенная экономия трудовых и материальных ресурсов;
• Сравнительно простая (по сравнению со скатными крышами) технология возведения.

При эксплуатации совмещенной кровли был выявлен ряд недостатков, который послужил ее полному разрушению спустя 3-5 лет. Кровля требовала устранения протечек и существующего мостика холода, однако решение сводилось к наклейке дополнительного рулонного ковра. Благодаря протечкам повышалась влажность утеплителя, который находится в закрытом «пироге» конструкции. Из-за замкнутой конструкции в течение года происходит накопление влаги, которая во время потепления остается в конструкции и под давлением отрывает кровельный ковер от основания. В летнее время, когда температура на наружной поверхности водоизоляционного ковра достигает 70–80 ℃, свободная влага превращается в пар и, увеличиваясь в объеме в 15–40 раз, приводит к появлению вздутий и воздушных мешков на кровле. Во время наступления отрицательный температур частицы влаги превращаются в ледяную «подушку».

Данная проблема существует и сейчас, когда реабилитация кровли и ее материалы изменялись и повышали долговечность покрытия. Для устройства уклонов кровли используется керамзитовый гравий, уложенный непосредственно по железобетонным несущим конструкциям, также менялись материалы для рулонного ковра. В зданиях принимается использование аэраторов для вывода влаги из теплоизоляционного слоя.

В существующих проектных решениях продолжает существовать мостик холода, благодаря которому температура остается гораздо ниже требуемой, а по всей внутренней поверхности сопряжения стеновых панелей наблюдается зона конденсации влаги. Заселенные квартиры под данным покрытиям терпят максимальный дискомфорт и материальный ущерб, который в свою очередь не помогает им решить проблемы покрытия. Поэтому, разработка мероприятий по утеплению совмещенного покрытия является актуальной темой.

Разработанные технические решения узла сопряжения стеновых и парапетных панелей

При создании проектных решений необходимо, чтобы разработанная конструкция удовлетворяла требования тепловой защиты и санитарно – гигиенические.

Согласно [2] требования тепловой защиты здания будут выполнены при одновременном выполнении требований:

• приведенное сопротивление теплопередаче отдельных ограждающих конструкций должно быть не меньше нормируемых значений;
• удельная теплозащитная характеристика здания должна быть не больше нормируемого значения;
• температура на внутренних поверхностях ограждающих конструкций должна быть не ниже минимально допустимых значений;

Благодаря конструктивным недостаткам рассматриваемой конструкции температура на внутренней поверхности стены ниже требуемой в более чем 10 раз (рис. 1, а). Поэтому были рассчитаны варианты утепления узла совмещенного покрытия, которые предотвратят потерю тепла из конструкции, повысят температуру и понизят конденсатообразование на внутренней поверхности стены. Для этого было принято наружное утепление из минераловатных плит (теплопроводность и последующее устройство навесного вентилируемого фасада.

В качестве объекта исследования было выбрано панельное многоэтажное жилое здание. В качестве модели исследования – совмещенное покрытие с утеплителем из плит пенополистирола. Граничные условия представлены в таблице 1 для г. Красноярск.

Таблица 1. Граничные условия для расчета теплопотерь для г. Красноярск.

Для утепления узла совмещенного покрытия были рассмотрены следующие варианты утепления:

1. Утепление стеновой панели полностью и угла сопряжения стеновых панелей (ширина 600 мм) с последующим устройством вентилируемого фасада;
2. Утепление парапетной панели и швов сопряжения стеновых и парапетных панелей (высота от верхнего края парапетной панели 1050 мм) и последующее устройство вентилируемого фасада;
3. Утепление парапетной панели и швов сопряжения стеновых и парапетных панелей (высота от верхнего края парапетной панели 1050 мм), а также наружного угла по высоте панели шириной 600 мм с последующим устройством вентилируемого навесного фасада;
4. То же, что и в 3, с устройством утеплителя с внешней и верхней стороны парапетной панели;
5. Утепление парапетных и стеновых панелей полностью с последующим устройством вентилируемого навесного фасада.

Варианты утепления представлены на рис. 1.

Рисунок 1. Варианты наружного утепления: а) исходный вариант; б) утепление стеновой панели и угла сопряжения; в) утепление парапетной панели; г) утепление парапетной панели и наружного узла; д) то же, что и г), с утеплением парапетной панели с внешней и верхней стороны; е) утепление стеновых и парапетных панелей полностью.

Также, для повышения температуры было предложено решение устройства углового термовкладыша (пенополистирол, в зоне плиты перекрытия. Расположение углового термовкладыша представлено на рис. 2. Из расчета получено, что благодаря ему температура на внутренней поверхности стены поднимается на 1,6℃, поэтому в рассчитанных вариантах наружного утепления угловой термовкладыш был применен.

Рисунок 2. Угловой термовкладыш, установленный в наружный угол плиты перекрытия.

На рисунке 3 представлены результаты расчетов температурных полей утепленных моделей.

Рисунок 3. Изотермы узла сопряжения стеновых и парапетных панелей: а) исходный вариант; б) утепление стеновой панели и угла сопряжения; в) утепление парапетной панели; г) утепление парапетной панели и наружного узла; д) то же, что и г), с утеплением парапетной панели с внешней и верхней стороны; е) утепление стеновых и парапетных панелей полностью.

Для оценки разработанных вариантов в табл. 2 представлены обработанные и рассчитанные значения сопротивления теплопроводности и представлены значения температур на оконных откосах и стыке внутренних стеновых панелей.

Как видно из таблицы, показатели рассматриваемых моделей близки к требуемым, но лишь последний вариант проходит по сопротивлению теплопередаче (6,84 м²∙°∁/Вт > 3,66 м²∙°∁/Вт). Стоит отметить, что проблема совмещенных покрытий в их же конструкции, поэтому при разработке вариантов утепления главная задача повысить температуру и снизить конденсатообразования, чтобы покрытие оставалось экономически и технически целесообразно для возведения.

Таблица 2. Результаты расчетов вариантов узлов с наружным утеплением.

Выводы

На сегодняшний день существующие проектные решения совмещенных кровель не удовлетворяют санитарно – гигиенические требования и требования тепловой защиты здания. Для того, чтобы уменьшить и убрать конденсатообразование и повысить температуру на внутренней поверхности стены необходимо утеплять исходную конструкцию и «закрывать» мостик холода. Эффективным решением будет:

1. При устройстве углового термовкладыша в зоне плиты перекрытия температура повысится на 1,6℃;
2. Утепление стеновой панели и угла сопряжения панелей снизит конденсацию влаги и повысит температуру 2℃;
3. Утепление парапетной панели и швов сопряжения панелей снизит конденсацию влаги и повысит температуру 4,1℃;
4. При утеплении парапетной панели и угла сопряжения стеновых панелей конденсатообразование останется только в трехмерном узле (не больше 200 мм), и температура повысится на 5,4℃, при утеплении парапетной панели полностью – на 6,6℃;
5. При полном утеплении парапетных и стеновых панелей конденсатообразование исчезнет, и температура повысится на 7℃

Для повышения температуры необходимо также рассмотреть изменение парапетных панелей для создания тепловой «подушки», которая будет уменьшать выходу тепла из здания. Данное решение будет рассмотрено в следующей статье.

Список литературы

1. СП 17.13330.2017 Кровли. Актуализированная редакция СНиП II-26-76 – введ. 01.12.2017. М.: Минстрой России, 2017. 51с.
2. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003. – введ. 01.07.2013. – М.: Минрегион России, 2013. – 100 с.;
3. Черноиван В. Н., Черноиван Н. В. Оценка эксплуатационной эффективности покрытия совмещенных утепленных рулонных кровель // промышленное и гражданское строительство. 2016. № 1. С. 47–51.
4. Старшов А.П. Крыша поехала. Может ли энергоэффективный дом иметь крышу без чердака? // Энергоэффективность в строительстве. 2013. № 6 (31). С. 49-53.
5. СП 131.13330.2018 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*. Введ. 29.05.2019. М.: Стандартинформ, 2019. 105 с.
6. Матвеева И. В., Тихонова М. А. Проблемы эксплуатации бесчердачных покрытий гражданских зданий и пути их решения при реконструкции и капитальном ремонте // Инженерные системы и сооружения. 2016. №1 (22). С. 176-182.