Исследование воздушного режима навесных вентилируемых фасадов на экспериментальном стенде U-kon

Исследование воздушного режима навесных вентилируемых фасадов на экспериментальном стенде U-kon

В настоящее время происходит поиск новых возможностей для повышения энергоэффективности зданий

Юкон Инжиниринг U-kon Распечатать

В настоящее время происходит поиск новых возможностей для повышения энергоэффективности зданий. Широко стали применяться ограждающие конструкции с использованием эффективных утеплителей, в том числе навесные вентилируемые фасады (НВФ) с воздушным вентилируемым зазором. Воздушная вентилируемая прослойка оказывает влияние на все теплофизические характеристики фасада, и ее правильная организация является важной практической задачей. Если на приведенное сопротивление теплопередаче влияние вентилируемой прослойки невелико, то для влажностного режима и снятия солнечного перегрева оно определяющее. Часто при проектировании и строительстве таких конструкций произвольно принимаются параметры воздушного зазора и рустов между облицовочными панелями. В результате появляются невентилируемые прослойки, перекрытие зазора горизонтальными направляющими, установка облицовки на относе без зазора вообще. Недостаточный воздухообмен при этом приводит к обледенению элементов подконструкции, выходящих в воздушный вентилируемый зазор, облицовочного слоя в зимний период, снижению теплозащитных свойств конструкции в целом

Конструкция НВФ состоит из металлической подконструкции и облицовочного слоя, которые устанавливаются на относе от стены. Между конструктивным и облицовочным слоями или утеплителем, если он предусмотрен теплотехническим расчетом, образуется вентилируемый воздушный зазор. Основной особенностью воздушного зазора является отсутствие сплошного экрана. Облицовочный слой состоит из штучных элементов, изготавливаемых из большого спектра материалов, и имеет немаловажное значение в процессе формирования воздушных потоков в зазоре.
Воздухообмен в зазоре осуществляется через входное отверстие у цоколя и выходное на парапете зданий, а также через русты между облицовочными панелями. При облицовке из плит керамогранита между плитами воздухообмен осуществляется только через горизонтальные русты. При облицовке из композитных материалов – только через вертикальные. При этом поток воздуха должен преодолеть ряд местных сопротивлений, огибая отбортовки кассеты. Рис. 1, 2.
При применении гидроветрозащитной мембраны в конструкциях НВФ, с точки зрения пожарной безопасности, с целью ограничения поражения мембраны во время возможного возгорания требуется предусматривать дополнительные конструктивные мероприятия – установку горизонтальных рассечек, полностью перекрывающих воздушный зазор. В этом случае воздухообмен в воздушном вентилируемом зазоре будет осуществляться только через русты между облицовочными панелями.
Для изучения параметров воздухообмена в воздушном вентилируемом зазоре при установке горизонтальных рассечек на экспериментальном стенде U-kon искусственно был выделен участок, с установкой рассечек из минеральной ваты «Rockwool Венти Баттс», площадью 14,97 м2. По высоте участка в кассетах выполнены отверстия для проведения замеров скорости воздушного потока. Рис. 3. Размер кассет и конструкция стены приведены на рис. 4.
Систематические теплотехнические измерения на натурном стенде U-kon показывают, что подвижность воздуха различна по периодам года, в зимний период года подвижность воздуха в зазоре достигает 0,8 м/с, в летний период колеблется от 0 до 0,3 м/с. Основополагающими факторами влияния следует считать ветровой напор и интенсивность солнечной радиации.
Более интенсивное проявление подвижности воздуха в вентилируемом зазоре в зимний период обусловлено ориентацией участка экспериментального стенда U-kon (южная) и приходом солнечной радиации.
Общий приход солнечной радиации к вертикальным поверхностям складывается из прямой, рассеянной и отраженной от земли радиации. В среднем за год в условиях Н. Новгорода наибольшее количество солнечной радиации поступает на южные, юго-восточные и юго-западные стены. В летний период (май – август) при большой высоте солнца к южным стенам поступление солнечной радиации уменьшается на 40–50%, а июне и июле даже на 100% по сравнению с горизонтальной поверхностью и на 10–20% по сравнению со стенами юго-восточной и юго-западной ориентации. В зимний период (ноябрь – февраль) южные стены получают теплоты в 3–6 раз больше, чем горизонтальные поверхности. Стены поглощают не всю поступающую радиацию, часть ее отражается. Количество отраженной радиации зависит от цвета и шероховатости стены. Облицовочный слой экспериментального участка из композитного материала Alucobond А2 темно-синего цвета, по данным производителя, поглощает 80% от общего прихода солнечной радиации.
Разность температур наружного воздуха и воздуха в воздушной прослойке достигает наибольших значений в зимний период года и доходит до 2,0–3,0ºС по пасмурному затянутому облаками небу и 4,0–7,0ºС в ясный день. При нагреве облицовочного слоя вследствие действия солнечной радиации возникает направленное движение воздушного потока в зазоре. Рис. 5.
Скорости воздушных потоков в зазоре очень незначительны при скоростях ветра до 3–4 м/с. Влияние ветрового напора обусловлено ориентацией вертикальных поверхностей по сторонам света, т.е. наветренной и заветренной стороной. При возрастании скорости ветра напорные разности давлений на фасаде повышаются в незначительной степени, при этом возрастают колебания скорости, и это приводит к пульсирующему обмену воздухом через швы. Рис. 6.
Исходя из экспериментальных данных, в летний период в основном преобладают незначительные скорости воздушного потока в вентилируемом зазоре 0–0,3 м/с. Рис. 7. Это связано с высотой стояния солнца над горизонтом, следовательно, приходом солнечной радиации, а также небольшими скоростями ветра до 5 м/с (по данным метеостанции «Мыза», г. Н. Новгород) и преобладающим северным направлением, когда экспериментальный участок находится с заветренной стороны.
Движение воздуха в вентилируемом зазоре НВФ обусловлено свободной (естественной) конвекцией. Одной из возможных систем уравнений, описывающих такое течение для частного случая при установке рассечек воздушного потока по высоте фасада, полностью перекрывающих воздушный зазор, является система уравнений Буссинеска.
Где: v –скорость, м/с;
g – ускорение силы тяжести;
ß = 1/(T0 + T') – коэффициент объемного расширения;
α – коэффициент температуропроводности;
k – единичный орт по оси z;
ν – кинематический коэффициент вязкости.
Рассматривается двухмерная постановка, т.е. когда эти параметры зависят от двух координат (z, x). Для бесконечного вертикального слоя без массообмена данная система уравнений имеет аналитическое решение. Где q – тепловой поток в одну из стенок воздушного зазора. Эпюра скоростей воздуха приведена на рис 8.
Нами были получены выражения для средней и максимальной скоростей потока в одном направлении.
В таблице приведены рассчитанные параметры для трех характерных температур -20ºС ;  0ºС;   +20ºС при разности температур стенок зазора в 1ºС. Подчеркнем, что в таблице приведены значения для перепада температур в 1 К. Для вычисления скоростей (максимальной и средней) и числа Грасгофа для другого перепада температур достаточно умножить приведенные в таблице значения на соответствующий перепад. Например, при перепаде температур в 3 К максимальная скорость равняется 0,24 м/с. В связи с принятыми допущениями при получении данного решения можно считать, что именно такое течение может иметь место в областях, удаленных от вертикальных рустов.
Аналитически была исследована устойчивость полученного решения, а значит, и самого течения воздуха. Это исследование выполнялось с помощью теории возмущений, т.е. основные параметры представлялись в виде полученного решения и малой добавки к нему.
Подставляя это выражение в систему уравнений Буссинеска, получим систему уравнений, описывающую возмущения.
Для упрощения решения системы уравнений (4) представляем возмущения как волновое движение. В итоге получаем систему характеристических уравнений (5), решение которой представляем в графическом виде, рис. 9. Эта кривая, близкая к асимметричной параболе, опрокинутой вниз и лежащей на плоскости между асимптотами с координатами k = 0 и k = 2,55. Критическая точка экстремального минимума приходится на критерий Граcгофа Gr = 412,64 и k = 2π/λ = 1,59. Длина волны критического возмущения близка к удвоенной ширине зазора.
Для конкретных течений в зазоре возмущающими факторами являются порыв ветра в вертикальные русты, значительная неравномерность нагрева облицовочного слоя и т.п. – все это область явного неустойчивого течения, находящаяся внутри кривой.

Таблица 1.

 

T = 253 K

T = 273 K

T = 293 K

β, K-1

4,0 x 10-3

3,7 x 10-3

3,4 x 10-3

λ, Вт/(м . К)

2,3 x 10-2

2,4 x 10-2

2,6 x 10-2

q, Вт/м2

0,38

0,40

0,43

ν, м2/с

12,8 x 10-6

13,3 x 10-6

15,1 x 10-6

vmax, м/с

0,087

0,079

0,064

v, м/с

0,057

0,051

0,042

Pr = ν/a, число Прандтля

0,79

0,71

0,70

, число Грасгофа

51,7 x 103

45,5 x 103

24,3 x 103

R = Pr x Gr, число Рэлея

40,8 x 103

31,6 x 103

17,0 x 103

Не стоит полагать, что необходимость мероприятий по устройству воздушного вентилируемого зазора, исследованию воздухообмена и расчету тепловлажностного режима в нем явно преувеличена, а последствия произвольного выбора параметров воздушного зазора незначительны. Стремление сэкономить на элементах подконструкции может привести к грубым конструктивным нарушениям. Следует отметить, что разница между наличием воздушного вентилируемого зазора и его отсутствием заключается не только в длине кронштейнов, но и в целом ряде качественных изменений, затрагивающих практически все элементы конструкции, попадающие в зазор. Устройство НВФ повышает требования к пожарной безопасности конструкции, коррозионной стойкости материалов, плотности и крепежу минераловатных плит и т.д. Причем от того, соответствует воздушный вентилируемый зазор возложенным на него требованиям или нет, цена описанных выше мероприятий не меняется.
Поэтому при расчете тепловлажностного режима навесных вентилируемых фасадов необходимо учитывать особенности, которые создаются наличием воздушного зазора. При грамотном проектировании НВФ единственным местом возможной конденсации является облицовочный слой и элементы подконструкции. Но чтобы явления обледенения и конденсации были ограниченными и не приводили к перераспределению влаги (иней, сосульки на облицовке, увлажнение утеплителя и т.п.), они должны контролироваться расчетом.
Натурный эксперимент на стенде U-kon подтверждает с известной степенью достоверности правильность выбора модельных представлений о воздухообмене. Это позволяет компании «Юкон Инжиниринг» предоставлять заказчику уникальное комплексное инженерное решение конструкций НВФ U-kon c грамотно выполненными расчетами по действующей нормативно-технической литературе.

Машенков А. Н.,
к.т.н., доцент кафедры
«Отопление и вентиляция»,

Нижегородский государственный
архитектурно-строительный
университет

Чебурканова Е. В.,
инженер ООО «Юкон Инжиниринг»

U-kon
Телефон:8 (831) 245-99-99
Сайт:www.u-kon.ru
«ЮКОН ИНЖИНИРИНГ»
Тел. (495) 777-5418
Тел. (495) 363-2104
info@u-kon.ru
www.u-kon.ru

Просмотры: 858. Уникальные: 804. Сегодня: 1.
Статьи
9 ноября 2019 года в Корпоративном Университете BI Group (г. Нур-Султан, Казахстан) прошло тематическое обучение инженерно-технических работников
Важным событием для компании NORDFOX стал выход на рынок Республики Беларусь
Компания Hilti предоставляет великолепный продукт и лучшие комплексные решения ваших задач при проектировании, строительстве или эксплуатации зданий и сооружений
В данной статье рассмотрены аспекты применения навесных вентилируемых фасадов
Выбор наружного облицовочного материала вентилируемого фасада – важная задача, ведь это определяет внешний облик здания
Крепление кронштейнов вентилируемых фасадов
Новости
  • 09.02.2021 Экспорт строительных материалов упадет на 15%
    Объем экспорта отечественной строительной продукции в ближайшие 5 лет может сократиться на 15%, при этом спрос на внутреннем рынке наоборот увеличится. Такое мнение озвучил глава Корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Сергей Колесников. По словам российского промышленника,...
  • 31.01.2021 Заключен договор на поставку плиты на объект ЖК «31 квартал»
    Московский представитель завода ООО «Комбинат «ВОЛНА» — ООО «Версаль» заключил договор на поставку негорючих фиброцементных плит ВИКОЛОР на ЖК «31 квартал» 2-я очередь, застройщиком которого является ООО «ПРОФИ-ИНВЕСТ». Уникальный жилой комплекс «31...
  • 20.01.2021 Поставка фиброцементной плиты на ЖК «Фонвизинский»
    Жилой комплекс с видом на Останкинскую телебашню, Ботанический сад и деловой центр «Москва-Сити». Проект «Фонвизинский» представляет собой жилой комплекс из четырех 23-этажных корпусов с подземным паркингом и собственной закрытой территорией. Благодаря...
  • 19.01.2021 Мировой фасадный рынок будет неуклонно расти в течение 6 лет
    По сообщению отраслевого портала фасадного рынка FASAD-RUS.RU глобальный рынок фасадов будет демонстрировать рост в течение следующих шести лет, а его размер, как ожидается, достигнет 376 миллиардов долларов к 2026 году, увеличившись в среднем на 7,8%....
  • 29.12.2020 Поздравляем с наступающим Новым Годом!
    Уважаемые партнеры! Пусть наступающий год подарит Вам добрые события и радостные перемены, принесет тепло и благополучие в Ваши дома! От всей души желаем Вам крепкого здоровья, успехов и стабильности! С уважением, руководство ООО «ТД ЛТ...
  • 24.12.2020 ЖК «Holland» - один из самых ярких объектов в Нур-Султане
    Жилой комплекс «Holland» - продолжение проекта «Городской романс», автором которого выступает застройщик BAZIS-A - признанный лидер на рынке недвижимости Казахстана. ЖК «Holland» расположен в Нур-Султане, по проспекту Тауелсыздык, рядом с Президентским...
  • 02.12.2020 В России изменят еще 3 тысячи строительных норм
    Еще около 3 тысяч строительных норм в России будут переведены в рекомендательный характер в течение ближайших двух месяцев, пообещал вице-премьер РФ Марат Хуснуллин. Президент РФ Владимир Путин провел во вторник в городе Тобольске Тюменской области...
  • 30.11.2020 Building Skin Russia 2021 – первый гибридный форум на архитектурно-строительном рынке
    Пятый, юбилейный форум внешних оболочек зданий Building Skin Russia 2021 впервые пройдет в гибридном формате, как OFF-Line, так и ON-Line Форум Building Skin Russia еще раз подтверждает статус одной из самых инновационных выставочных площадок на строительном...
Лучшие фасадные работы в России и в мире
Монтаж фасада отеля Toy Story в Токио Фасад отеля напоминает детскую игрушку
Фасад из бетона фабрики кофе в Тбилиси Фасад заливали бетоном прямо на объекте
Интеллектуальное здание-куб в Берлине Стеклянный, зеркальный, кубический фасад скрывает смарт начинку
Фасад лучшего небоскреба 2018 года Озелененные фасады - общемировой тренд
БЫСТРАЯ ПОДПИСКА НА НОВОСТИ


Эпицентр фасадного рынка
Тел: +7 495 374-8905
info[собака]odfevents.ru

  • Регистрация
  • Авторизация
  • .............................
  • Присоединяйтесь
    к нам в соцсетях:
  • .............................
  • Яндекс.Метрика