RU2641059C2

RU2641059C2 - Method for increasing thermotechnical homogeneity of three-layer building envelope and device for its implementation

Info

Publication number: RU2641059C2
Application number: RU2016109238A
Authority: RU
Inventors: Григорий Петрович Васильев; Владимир Александрович Личман; Алексей Михайлович Виноградов; Ирина Аркадьевна Васильева; Виктория Григорьевна Силаева
Original assignee: Открытое акционерное общество "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ"
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2018-01-15
Also published as: RU2016109238A

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: in order to prevent undesirable heat flow through the key, the key is heated at the junction of the key to the inner carrier layer by a power corresponding to the heat flow passing through the key. A device for the method implementation is also described, characterized in that a heating element is arranged at the junction of the key to the inner carrier layer, for example, with an electrical power equal to the design value of the maximum heat flow connected to a controller controlling its power which is connected to temperature sensors, one of which is installed in the area of the key location, and the other one is installed in a thermotechnically homogeneous area, half the distance to the adjacent key.

EFFECT: increased thermotechnical homogeneity.

3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства и касается тепловой эффективности ограждающей конструкции здания (наружной стены).The invention relates to the field of construction and relates to the thermal efficiency of the building envelope (external wall).

В настоящее время все большее внимание уделяется вопросам энергосбережения в строительстве. Широкое распространение получили многослойные, в частности трехслойные, наружные ограждающие конструкции зданий.Currently, more and more attention is paid to energy conservation in construction. Multilayer, in particular three-layer, external building envelopes are widespread.

Например, известна конструкция ОАО "ДСК-1", содержащая внутренний и наружный железобетонный слои и расположенный между ними слой тепловой изоляции, при этом внутренний и наружный слои соединены между собой железобетонными шпонками, фрагмент которой приведен на фотографии фигуры 1.For example, the design of OAO "DSK-1" is known, containing the inner and outer reinforced concrete layers and the thermal insulation layer located between them, while the inner and outer layers are interconnected by reinforced concrete dowels, a fragment of which is shown in the photograph of figure 1.

Недостатком этой конструкции являются нежелательные тепловые потоки между наружным и внутренним слоями, идущие через шпонки, что ухудшает теплотехнические характеристики конструкции, ее сопротивление теплопередаче и теплотехническую однородность.The disadvantage of this design is the undesirable heat fluxes between the outer and inner layers passing through the keys, which affects the thermal characteristics of the structure, its resistance to heat transfer and heat engineering uniformity.

На фигуре 2 приведена термограмма внутренней поверхности трехслойной железобетонной панели, на которой наблюдается падение температуры, вызванное шпонкой.The figure 2 shows a thermogram of the inner surface of a three-layer reinforced concrete panel, on which there is a temperature drop caused by the key.

Согласно ГОСТ 31310-2005 «Панели стеновые трехслойные железобетонные с эффективным утеплителем» номинальные размеры железобетонных перемычек (шпонок) следует принимать не менее 60 мм. При этом рекомендуется соблюдать условие, согласно которому значение коэффициента теплотехнической однородности панелей, определяемого в соответствии со СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» и учитываемого в расчетах сопротивления теплопередаче, должно быть не менее 0,6.According to GOST 31310-2005 “Three-layer reinforced concrete wall panels with effective insulation”, the nominal dimensions of reinforced concrete lintels (keys) should be taken at least 60 mm. In this case, it is recommended to comply with the condition according to which the value of the coefficient of heat engineering uniformity of the panels, determined in accordance with SP 23-101-2004 "Design of thermal protection of buildings" and taken into account in the calculation of heat transfer resistance, should be at least 0.6.

Авторами выполнено математическое моделирование теплового состояния типичной трехслойной конструкции следующих параметров.The authors performed mathematical modeling of the thermal state of a typical three-layer structure of the following parameters.

Наружный слой железобетона толщиной 0,07 м, внутренний толщиной 0,1 м. Слой утеплителя (пенополистирол с коэффициентом теплопроводности 0,039 Вт/мК) толщиной 0,15 м. Железобетонная шпонка толщиной 0,06 м, одна на 1 м² стены.The outer layer of reinforced concrete is 0.07 m thick, the inner one is 0.1 m thick. The insulation layer (expanded polystyrene with a thermal conductivity coefficient of 0.039 W / mK) is 0.15 m thick. The reinforced concrete key is 0.06 m thick, one per 1 m ^{2 of} wall.

Результаты моделирования показывают, что сопротивление теплопередаче такой конструкции без учета тепловых потоков по шпонкам равно R_O=4,09 м²К/Вт.The simulation results show that the heat transfer resistance of this design without taking into account the heat flux along the keys is R _O = 4.09 m ² K / W.

Шпонка является теплопроводным включением («мостиком холода») и снижает сопротивление теплопередаче до величины R_O=2,18 м²К/Вт, тогда коэффициент теплотехнической однородности r=2,18/4,09=0,53, что меньше значения этой величины, регламентируемой ГОСТ 31310-2005.The dowel is a heat-conducting inclusion (“cold bridge”) and reduces the heat transfer resistance to R _O = 2.18 m ² K / W, then the coefficient of heat engineering uniformity r = 2.18 / 4.09 = 0.53, which is less than the value of this quantities regulated by GOST 31310-2005.

Результаты математического моделирования распределения температурных полей в модели трехслойной конструкции панели представлены на фигуре 3.The results of mathematical modeling of the distribution of temperature fields in a model of a three-layer panel design are presented in figure 3.

Известно также техническое решение по авторскому свидетельству СССР №1392225, согласно которому обеспечивается, в соответствии с описанием, «заданная температура на внутренней поверхности панели».There is also a technical solution according to the USSR author's certificate No. 1392225, according to which, in accordance with the description, “a predetermined temperature on the inner surface of the panel” is provided.

Однако это техническое решение, основанное на увеличении площади контакта шпонки и внутреннего слоя трехслойной панели, лишь приводит к некоторому уменьшению плотности теплового потока и соответствующему повышению температуры на внутренней поверхности панели, что способствует некоторому повышению коэффициента теплотехнической однородности.However, this technical solution, based on increasing the contact area of the dowel and the inner layer of the three-layer panel, only leads to a certain decrease in the heat flux density and a corresponding increase in temperature on the inner surface of the panel, which contributes to a certain increase in the coefficient of thermal engineering uniformity.

Результаты математического моделирования данного технического решения показывают, что оно приводит к уменьшению плотности теплового потока, проходящего через шпонку, и увеличению коэффициента теплотехнической однородности не более чем на 9%.The results of mathematical modeling of this technical solution show that it leads to a decrease in the density of the heat flux passing through the key and to an increase in the coefficient of heat engineering uniformity by no more than 9%.

Предлагается способ повышения теплотехнической однородности, заключающийся в том, что, с целью предотвращения теплового потока по шпонке, в месте примыкания шпонки к внутреннему несущему слою осуществляется нагрев шпонки мощностью, соответствующей тепловому потоку, проходящему по шпонке.A method is proposed for increasing thermotechnical homogeneity, namely, in order to prevent heat flow along the key, at the point where the key adjoins the internal bearing layer, the key is heated with a power corresponding to the heat flux passing through the key.

Авторами выполнено двухмерное математическое моделирование предлагаемого технического решения.The authors performed two-dimensional mathematical modeling of the proposed technical solution.

Результаты показывают, что при мощности нагревателя 30 Вт сопротивление теплопередаче на внутренней поверхности образца равно R_O=4,01 м²К/Вт, коэффициент теплотехнической однородности r=4,01/4,09=0,98, что превышает нормируемый показатель.The results show that when the heater power is 30 W, the heat transfer resistance on the inner surface of the sample is R _O = 4.01 m ² K / W, the coefficient of heat engineering uniformity r = 4.01 / 4.09 = 0.98, which exceeds the normalized index.

В графическом виде результаты математического моделирования распределения температурных полей в модели трехслойной железобетонной панели с нагревателем представлены на фигуре 4.In a graphical form, the results of mathematical modeling of the distribution of temperature fields in a model of a three-layer reinforced concrete panel with a heater are presented in figure 4.

Поскольку разность температур внутренней и наружной стенок ограждения меняется в процессе эксплуатации в зависимости от температуры окружающего воздуха, с целью экономии энергии, мощность нагрева шпонки регулируется по минимизации разности температур в зоне расположения шпонки и вне зоны теплового влияния шпонки.Since the temperature difference between the inner and outer walls of the enclosure changes during operation depending on the ambient temperature, in order to save energy, the heating power of the dowel is regulated to minimize the temperature difference in the area where the dowel is located and outside the area of the thermal effect of the dowel.

Устройство для осуществления способа заключается в том, что в месте примыкания шпонки к внутреннему несущему слою расположен нагревательный элемент, например, электрический, мощностью, равной проектному значению максимального теплового потока, соединенный с управляющим его мощностью контроллером, который подключен к датчикам температуры, один из которых установлен в зоне расположения шпонки, а другой в теплотехнически однородной области, на половине расстояния до соседней шпонки.A device for implementing the method consists in the fact that at the junction of the dowel to the inner bearing layer there is a heating element, for example, an electric one, with a power equal to the design value of the maximum heat flux, connected to a controller controlling its power, which is connected to temperature sensors, one of which installed in the area of the dowel, and the other in a thermotechnically homogeneous area, half the distance to the adjacent dowel.

Устройство поясняется на фигуре 5.The device is illustrated in figure 5.

Трехслойная ограждающая конструкция, состоящая из наружного 1 и внутреннего 2 несущих слоев, соединенных шпонкой 3, с расположенным между ними слоем тепловой изоляции 4 снабжена нагревателем 5, например, электрическим, подключенным к контроллеру 6, к которому, в свою очередь, подключены датчики температуры 7 и 8, установленные на внутренней поверхности внутреннего несущего слоя, один из которых расположен в зоне расположения шпонки 3, а другой на половине расстояния до соседней шпонки.The three-layer enclosing structure, consisting of the outer 1 and inner 2 bearing layers connected by a key 3, with a thermal insulation layer 4 located between them is equipped with a heater 5, for example, an electric one, connected to a controller 6, to which, in turn, temperature sensors 7 are connected and 8, installed on the inner surface of the inner carrier layer, one of which is located in the area of the dowel 3, and the other halfway to the adjacent dowel.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При включении контроллера 6 последний начинает измерять разность температур между показаниями датчика 7 (более холодного) и датчика 8. Если разность показаний выходит за пределы заданного диапазона, включается на минимальную мощность нагреватель 5, и контроллер увеличивает его мощность до тех пор, пока разность температур по показаниям датчиков 7 и 8 не снизится до заданной уставки, после чего контроллер фиксирует достигнутую мощность. Если из-за изменения температуры наружного воздуха тепловой поток по шпонке изменяется, и разность температур по показаниям датчиков 7 и 8 выходит за пределы заданного диапазона, контроллер 6 соответствующим образом изменяет мощность нагревателя 5 (увеличивает или уменьшает в зависимости от характера изменения температуры наружного воздуха).When the controller 6 is turned on, the latter begins to measure the temperature difference between the readings of the sensor 7 (colder) and the sensor 8. If the difference in the readings is outside the specified range, the heater 5 is turned on at minimum power, and the controller increases its power until the temperature difference the readings of sensors 7 and 8 will not decrease to the specified setting, after which the controller records the achieved power. If, due to a change in the temperature of the outdoor air, the heat flow along the key changes, and the temperature difference, according to the readings of the sensors 7 and 8, is outside the specified range, the controller 6 accordingly changes the power of the heater 5 (increases or decreases depending on the nature of the change in the temperature of the outdoor air) .

На фигуре 6 приведено расчетное подтверждение эффективности работы нагревателя в виде графиков изменения температуры на внутренней поверхности панели в области шпонки и плотности теплового потока при разных значениях мощности нагревателя, регулируемой контроллером по разности температуры между двумя датчиками.The figure 6 shows the calculated confirmation of the efficiency of the heater in the form of graphs of the temperature on the inner surface of the panel in the area of the dowel and the heat flux density at different values of the heater power, controlled by the controller according to the temperature difference between the two sensors.

Предлагаемое техническое решение пресекает тепловой поток с теплой стороны и позволяет достичь высокую степень теплотехнической однородности ограждающей конструкции.The proposed technical solution prevents the heat flow from the warm side and allows to achieve a high degree of thermotechnical uniformity of the building envelope.

Claims

1. Способ повышения теплотехнической однородности трехслойной ограждающей конструкции здания, содержащей внутренний и наружный несущие слои с расположенным между ними слоем тепловой изоляции, связанные между собой дискретно расположенными крепежными элементами - шпонками, отличающийся тем, что в месте примыкания шпонки к внутреннему несущему слою осуществляется нагрев шпонки мощностью, соответствующей тепловому потоку по шпонке.1. A method of increasing the heat engineering uniformity of a three-layer building envelope containing internal and external load-bearing layers with a layer of thermal insulation located between them, interconnected by discretely arranged fasteners - dowels, characterized in that the dowels are heated at the junction of the dowel with the internal load-bearing layer power corresponding to the heat flux along the key.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулирование мощности нагрева осуществляется по разности температур в зоне расположения шпонки и вне зоны теплового влияния шпонки.2. The method according to p. 1, characterized in that the regulation of the heating power is carried out according to the temperature difference in the area of the dowel and outside the heat affected zone of the dowel.

3. Устройство для осуществления способа по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что в месте примыкания шпонки к внутреннему несущему слою расположен нагревательный элемент, например, электрический мощностью, равной расчетному значению максимального теплового потока по шпонке, соединенный с управляющим мощностью нагревателя контроллером, который подключен к датчикам температуры, один из которых установлен в зоне расположения шпонки, а другой на половине расстояния до соседней шпонки.3. A device for implementing the method according to PP. 1 and 2, characterized in that at the junction of the dowel to the inner bearing layer there is a heating element, for example, an electric power equal to the calculated value of the maximum heat flux through the dowel, connected to the control power of the heater by a controller that is connected to temperature sensors, one of which installed in the area of the dowel, and the other halfway to the adjacent dowel.