Трехслойные стеновые железобетонные панели — PirroGroup
- Описание
- Почему PIR выгоднее
- Технические характеристики
- Инструкции по утеплению
Тенденции развития рынка стеновых трехслойных железобетонных панелей дублируют общий тренд в строительной отрасли – поиск новых конструктивных решений и применение энергосберегающих технологий для соответствия продукции возрастающим теплотехническим нормам.
Технологии возведения стен в условиях строительной площадки (например, газосиликатные блоки плюс утеплитель в составе навесного вентилируемого фасада) позволяют обеспечить любое расчетное термическое сопротивление ограждающей конструкции путем увеличения толщины утеплителя. Для трехслойных стеновых панелей это не представляется возможным в силу технологических ограничений: опалубочные формы для их изготовления имеют жесткие размеры по высоте.
Повысить термическое сопротивление трехслойной стеновой железобетонной панели без изменения существующей технологии производства и изготовления новой опалубочной оснастки можно путем применения полимерного утеплителя нового поколения – PIR-плит марки PirroInterior.
PIR-плиты PirroInterior – это теплоизоляционные изделия на основе жесткого пенополиизоцианурата (PIR) с двусторонней мягкой облицовкой из крафт-бумаги.
Для стеновых трехслойных железобетонных панелей поставляются плиты PirroInterior толщиной от 30 до 150 мм, что позволяет производителям ЖБИ целенаправленно изготавливать продукцию, оптимально соответствующую особенностям климата в разных регионах России и удовлетворяющую рекомендованным для них теплотехническим нормам.
Использование PIR-плит в качестве сердечника трехслойных стеновых железобетонных панелей несет ряд выгод как при производстве, так и при практическом применении в строительстве.
- Теплопроводность PIR-плит PirroInterior составляет 0,023 Вт/м·C – соответственно, они до двух раз более теплоэффективны, чем стандартные сердечники из пенополистирола. Замена слоя пенополистирольного утеплителя толщиной 10 см в трехслойной стеновой панели общей толщиной 300 мм на PIR-плиту той же толщины дает прирост термического сопротивления до 64% (с 2,61 до 4,28 м2·°C/Вт).
- Высокая теплоэффективность PIR позволяет сократить общую толщину трехслойной стеновой панели и таким образом добиться увеличения полезной площади помещений в возводимом здании.
- Применение PIR обеспечивает долговечность и неизменное качество утепления – срок службы этого материала составляет 50 и более лет с сохранением изначальных физико-технических характеристик.
- PIR-плиты PirroInterior обладают большими габаритами, удобными для включения в состав трехслойных ЖБИ-панелей – стандартный размер 1200х2400 мм, под заказ возможно увеличить длину вплоть до 3000 мм.
- PIR-плиты поставляются со ступенчатой профилировкой торцов по двум либо четырем сторонам – это позволяет стыковать их без образования мостиков холода.
- PIR позволяет создать более безопасные и комфортные условия производства железобетонных панелей по сравнению с волокнистыми утеплителями – при работе с ним не образуется волокнистой пыли и не требуются средства спецзащиты для кожи, глаз и легких.
- PIR-теплоизоляция сопоставима по весу с пенополистирольной и легче и технологичнее в обработке, чем минераловатная (обработку PIR можно осуществлять любым режущим инструментом) – ее применение способствует уменьшению трудозатрат и повышению производительности.
Таким образом, использование PIR-плит PirroInterior позволяет производителям трехслойных стеновых железобетонных панелей выпускать продукцию с повышенными теплозащитными характеристиками, высокой несущей способностью и продолжительным сроком эксплуатации.
Показатели | Значения |
---|---|
Теплопроводность, λ10 |
0,023 Вт/м·К |
Плотность |
31 ± 2 кг/м3 |
Прочность на сжатие при 10% деформации |
≥120 кПа для толщин до 40 мм |
Прочность при изгибе |
≥350 кПа |
Водопоглощение при полном погружении |
< 1,0 % |
Коэффициент паропроницаемости PIR |
0,026 мг/м·ч·Па |
Температурный диапазон эксплуатации |
— 70ºC |
Группа горючести |
Г4 |
Торцевание по периметру |
без профилировки «шип-паз» |
Размеры |
1200 х 1200 |
Стандартная толщина |
30 – 120, с шагом 10 мм |
Лучший выбор для «Трехслойные стеновые железобетонные панели»
PIR-плита PIRRO®Interior
с двусторонней облицовкой крафт-бумагой
Панели трехслойные железобетонные: стеновые, для жилых домов
Время на чтение:
7 минут
2
Строительство многоэтажных домов из трехслойных железобетонных панелей позволило в несколько раз сократить время на их возведение, оптимизировать расходы на приобретение дорогостоящих строительных материалов и уменьшить количество рабочих на строительной площадке.Содержание
- 1 Панельные стены в чем особенности
- 1.1 Знакомимся с изделиями о чем говорит стандарт
- 1.2 Структура панели
- 2 Конструктив и назначение изделий
- 2.1 Характеристики панелей и требования к ним
- 2.2 Чем отличаются внутренние панели
Панельные стены в чем особенности
Сегодня для мало- и многоэтажного строительства жилых домов, а также производственных зданий и сооружений используют панели трехслойные железобетонные. Многие люди относятся к ним скептически, помня о панельных домах времен СССР, которые отличались низкой степенью тепло- и шумоизоляции.
Но использование инновационных технологий в процессе производства железобетонных стеновых панелей позволило существенно улучшить их качество, включая тепло- и звукоизоляционные характеристики.
Знакомимся с изделиями о чем говорит стандарт
Железобетонные плиты с эффективным теплоизоляционным материалом изготавливают в полном соответствии международному государственному стандарту 31310, отредактированному в 2015 г. В этом документе указаны типы и размеры трехслойных ЖБИ, их классификация и условия производства.
Структура панели
Несмотря на то что бетонные армированные панели имеют несколько различных слоев, они представляют собой целостное изделие, в которое теплоизоляционный материал укладывается еще на этапе его изготовления.
Панельный бутерброд состоит из 2 слоев бетона, между которыми располагается теплоизоляционный материал. В процессе изготовления плит могут использоваться несколько различных видов утеплителя, каждый из которых выполняет свою функцию.
Панели для строительства внешних стен могут иметь облицовочный слой, который при их установке оказывается внутри помещений. Он является стартовым покрытием для облицовки стен другими отделочными материалами. Для этого может использоваться цементный или известково-цементный раствор.
Внешний и внутренний слой плит соединяется посредством различных гибких связей, таких как:
Распорки
. Эти элементы необходимы для крепления 2 слоев бетона и теплоизоляционного материала. Предназначены для компенсации растягивающих и сжимающих механических нагрузок, которые воздействуют на стены дома перпендикулярно.Подвески
. Эти детали необходимы для передачи продольных механических нагрузок на внутренние элементы плит. Их количество определяется с помощью математических расчетов.Подкос
. Он необходим для недопущения смещения всех слоев панели, которые могут появиться во время их перевозки, разгрузки или монтажа.
Кроме этого, существуют жесткие связи, которые представляют собой тонкие армированные прутья, размещенные внутри утеплителя и соединяющие все слои панелей. Такие плиты используются в сфере промышленного строительства.
Конструктив и назначение изделий
Виды железобетонных панелей с утеплителем:
Несущие
. Такие плиты могут выдержать не только собственный вес, но и вес других конструкций, устанавливающихся сверху них.Поэтажно-несущие
. Они выдерживают нагрузку межэтажных перекрытий и передают ее на весь каркас дома.Не несущие
. На такие плиты другие конструкции не могут оказывать нагрузку, т. е опираться на них.Самонесущие
. Такие изделия принимают не только свой вес, но и нагрузку, которая находится над ними.
Сэндвич-панели могут изготавливаться с воздушной прослойкой. В этой конструкции декоративный слой находится на небольшом расстоянии от верхней части внешнего слоя, создавая пустоту, наполненную воздухом. Жилой дом, построенный из таких плит, обладает не только высокой степенью прочности, но и имеет эстетичный внешний вид.
Все ЖБ-панели делятся на 3 вида по месту расположения:
- Плиты для надземного строительства.
- Цокольные.
- Изделия для строительства мансардных помещений и парапетов.
Плиты могут обладать различной несущей способностью, отличаться конструктивно и видом применяемых для их изготовления связей:
- При выборе панелей на этапе проектирования необходимо учитывать архитектурные и технические характеристики здания или сооружения. Каждый этаж дома строится из рядовых и угловых плит, которые могут быть сплошными или с проемами разных размеров.
- Горизонтальная разрезка предусматривает наличие трехслойных ЖБ-изделий полосового и простеночного типа. Продольная разреза, кроме рядовых и угловых полосовых плит, может иметь изделия для подоконников.
- В системе маркировки указывается тип и габариты бетонного изделия. Например, 3НЦНЖ означает трехслойная цокольная плита для наружных работ, имеющая жесткие связи.
К этой маркировке добавляется и цифровая, которая указывается в целых числах. Она определяет 3 параметра плиты — длину (L), высоту (H) и толщину (B).
Кроме этого, производитель может указывать вид бетонной смеси, из которой изготовлены ЖБ-изделия. Они могут производиться из тяжелого, ячеистого или керамзитобетона.
Характеристики панелей и требования к ним
Внешние бетонные армированные панели с теплоизолятором характеризуются по нескольким признакам:
- Виду бетона.
- Виду утеплителя внутренней прослойки.
- Размерам слоев.
- Типам связей (они могут быть неметаллическими, стальными, шпоночными или в виде ребер жесткости).
- Противопожарным рассечкам в теплоизоляторе.
- Размерным диапазонам.
- По материалу отделки.
- Методу соединения смежных деталей в 2 плоскостях.
- Способу крепления к каркасу здания.
- Конструктивному типу боковых сторон (они могут быть плоскими, дренированными, открытыми и с гребнем).
- Наличию пароизоляционного материала или его отсутствию.
Когда осуществляют установку однорядных плит, учитывают их количество, а также размеры оконных и дверных проемов.
Особенности ЖБ-плит:
- На этапе проектирования подбирают размеры плит по нескольким критериям: их высота должна быть аналогичной высоте монтажного узла, а толщина делиться на 10, 20 или 50 без остатка. Толщина бетонного слоя может варьироваться от 65 до 120 мм.
- Главный слой может изготавливаться из тяжелого, легкого, мелко- или крупнозернистого бетона класса В15, но не ниже. В государственном стандарте указано, что степень прочности бетона через 4 недели должна быть не меньше 70% от его первоначального значения, указанного в проекте.
- Для создания среднего слоя ЖБ-плиты может использоваться: каменная вата различной степени жесткости, стекло вата, прочный войлок на основе битума, пенопласт (ПП) М25 или 35 и другие теплоизоляторы.
- В соответствии с разработанным проектом, для прочного соединения плит между собой и другими элементами здания их торцевые части оснащаются стальными накладками, закладными элементами, глубокими вырезами или большими выступами.
- Для соединения шпонок после заделки швов герметиком на боках изделий сделаны специальные углубления. Кроме этого, торцы изделий по всему периметру могут оснащаться пазами, противодождевыми уплотнителями и ленточными водоотводами.
- В комплект ЖБ-панелей входят дверные и оконные изделия, отливы и подоконники с монтажными закладными элементами.
- По своему внешнему виду армированные бетонные панели с теплоизолятором должны полностью соответствовать установленным ГОСТом. На их поверхности не должно быть видно открытой арматуры, пятен, кусков раствора в местах крепления закладных элементов и петель. Все изделия должны обрабатываться защитным антикоррозийным и водоотталкивающим составом, маркироваться и отделываться качественными материалами.
Чем отличаются внутренние панели
Государственный стандарт 31310 предусматривает производство панелей для строительства каркаса здания. Для изготовления внутренних перегородок пользуются ГОСТом (12504*2015). Т. к. установка таких плит осуществляется внутри дома, для них не предусмотрена прослойка и теплоизоляционный слой. Поэтому толщина таких изделий небольшая.
На внутренние ЖБ-плиты не воздействуют низкие и высокие температуры, а также влага, поэтому класс морозоустойчивости бетона для их изготовления может быть намного меньше, чем для внешних изделий. Если для производства внутренних плит перекрытия можно использовать бетон F25, то для внешних панелей он должен быть не меньше F100.
Сегодня в Москве, России, странах СНГ возводится большое количество жилых домов из трехслойных железобетонных панелей, обладающих высокой степенью прочности и надежности.
3.3. Железобетонные наружные стеновые панели
Железобетонные наружные стеновые панели чаще всего выполняют по однорядной разрезке, т. е. высотой на один этаж и длиной на одну или две комнаты, а по конструктивному исполнению они бывают однослойными, двухслойными и трёхслойными (рис. 3.4 и 3.5). Все стеновые панели снабжаются подъёмными петлями и закладными деталями для крепления одной панели к другой и для связей с другими конструктивными элементами зданий.
а) Однослойные железобетонные наружные стеновые панели
Такие панели изготавливают из лёгкого конструктивно-теплоизоляционного бетона на пористых заполнителях или из автоклавных ячеистых бетонов (рис. 3.5). С наружной стороны однослойные панели покрывают защитно-отделочным слоем из цементного раствора толщиной 20–25 мм или 50–70 мм, а с внутренней стороны – отделочным слоем толщиной 10–15 мм, т. е. такие панели можно условно называть «однослойными». Толщину наружных защитно-отделочных слоёв назначают в зависимости от природно-климатических условий района строительства, и их выполняют из паропроницаемых декоративных растворов или бетонов либо из обычных растворов с последующей окраской. Отделка наружного фасадного слоя может также выполняться керамическими, стеклянными плитками или тонкими плитками из пиленого камня либо дроблёными каменными материалами.
Рис. 3.4. Наружные железобетонные одно-, двух- и трёхслойные стеновые панели:
а – однослойная; б – двухслойная; в – трёхслойная; 1 – лёгкий конструктивно-теплоизоляционный бетон; 2 – наружный защитно-отделочный слой; 3 – конструктивный бетон; 4 – эффективный утеплитель
Рис. 3.5. Составные элементы поперечных сечений наружных железобетонныхстеновых панелей: а – с наружным защитно-отделочным слоем; б – с наружным защитно-отделочным и внутренним отделочным слоями; в – из ячеистого бетона; г – двухслойная с внутренним несущим слоем; д – трёхслойная с жёсткими связями между бетонными слоями; е – трёхслойная с гибкими связями между слоями;1 – конструктивно-теплоизоляционный или ячеистый бетон; 2 – наружный защитно-отделочный слой; 3 – внут-ренний отделочный слой; 4 – наружный и внутренний несущие слои; 5 – лёгкий теплоизоляционный бетон; 6 – арматура; 7 и 8 – элементы гибкой связи из антикоррозионной стали; 9 – эффективный утеплитель;δ– толщина утепляющего слоя
Однослойные панели армируют по контуру сварным каркасом из сеток, а над оконными проёмами – сварным пространственным каркасом. Для исключения раскрытия трещин в углах проёмов снаружи укладывают перекрёстные стержни или Г-образные сетки (рис. 3.6).
Однослойные панели из автоклавных ячеистых бетонов не могут изготавливаться размером по высоте на всю этажную стену и из них выполняют стены с линейной ленточной разрезкой. Арматура таких панелей защищается от коррозии путём покрытия антикоррозионным составом.
Рис. 3.6. Схема армирования однослойной легкобетонной панели наружной стены:
1 – каркас перемычки; 2 – подъёмная петля; 3 – арматурный каркас; 4 – Г-образная арматурная сетка в фасадном слое
Из-за высокой паропроницаемости лёгких бетонов и в связи с этим возможностью образования конденсата водяных паров внутри однослойных панелей и его замерзания при низкой температуре наружного воздуха, такие панели целесообразно применять для зданий с невысокой относительной влажностью внутреннего воздуха (не более 60 %). Толщина однослойных панелей 240–320 мм, но не более 400 мм.
б) Двухслойные железобетонные наружные стеновые панели
Двухслойные стеновые панели состоят из внутреннего несущего слоя, выполненного из тяжёлого или лёгкого конструктивного бетона, и наружного утепляющего слоя из конструктивно-теплоизоляционного лёгкого бетона. Толщина внутреннего несущего слоя не менее 100 мм, а толщина наружного утепляющего слоя определяется расчётом на теплозащиту. Снаружи двухслойные стеновые панели имеют защитно-отделочный слой из цементного раствора толщиной 20–25 мм с такой отделкой, как и в однослойных панелях.
Так как внутренний несущий слой из плотного бетона в двухслойных панелях имеет низкую паропроницаемость, то такие панели могут применяться в зданиях с высокой относительной влажностью внутреннего воздуха. Армирование двухслойных стеновых панелей выполняют аналогично однослойным панелям, т. е. арматурный каркас размещают в несущем и утепляющем бетонных слоях, но рабочую арматуру перемычек располагают в несущем бетонном слое. Общая толщина двухслойных стеновых панелей не более 400 мм (рис 3.7).
в) Трёхслойные железобетонные наружные стеновые панели
Трёхслойные наружные стеновые панели состоят из внутреннего и наружного слоёв, выполненных из тяжёлого или плотного лёгкого конструктивного бетона, между которыми укладывают утепляющий слой из эффективного теплоизоляционного материала. Толщина утепляющего слоя определяются расчётом на теплозащиту, а толщины внутреннего и наружного бетонных слоёв зависят от конструктивного решения стеновой панели и величины воспринимаемых нагрузок.
Внутренний слой панелей армируют пространственным каркасом, а наружный слой – арматурной сеткой. В зависимости от конструктивного исполнения трёхслойные стеновые панели бывают с гибкими или жёсткими связями между внутренним и наружным бетонными слоями (рис. 3.5 и 3.8). Гибкими связями служат металлические стержни в виде вертикальных подвесок и горизонтальных подкосов, соединяющих арматурный каркас внутреннего слоя и арматурную сетку наружного слоя стеновой панели, т. е. их крепят сваркой или привязывают к пространственному арматурному каркасу внутреннего слоя и арматурной сетке наружного слоя. Металлические стержни гибких связей выполняют из коррозионностойкой стали или они имеют антикоррозионное покрытие в зоне утеплителя.
Гибкие связи обеспечивают независимую работу бетонных слоёв стеновой панели и исключают температурные усилия между слоями. Наружный слой в панелях с гибкими связями выполняет ограждающие функции и его толщина должна быть не менее 50 мм. Толщина внутреннего слоя в трёхслойных панелях с гибкими связями в несущих и самонесущих стеновых панелях – не менее 80 мм, а в ненесущих панелях – не менее 65 мм.
Рис 3.7. Двухслойная бетонная панель наружной стены: 1 и 2 – закладные детали для крепления радиаторов отопления; 3 – подъёмные петли; 4 – арматурный каркас; 5 – внутренний несущий слой; 6 – наружный защитно-отделочный слой; 7 – слив; 8 – подоконная доска; 9 – легкобетонный теплоизоляционный слой;Н– высота этажа;В– длина панели;h– толщина панели;δ– толщина теплоизоляционного слоя
В трёхслойных стеновых панелях с жёсткими связями внутренний и наружный бетонные слои соединяются с помощью вертикальных и горизонтальных бетонных армированных рёбер. Жёсткие связи обеспечивают совместную статическую работу бетонных слоёв стеновых панелей и защищают соединительные арматурные стержни от коррозии. Соединительные арматурные стержни располагают в бетонных связевых рёбрах и их прикрепляют сваркой или привязывают к арматурному каркасу внутреннего слоя и арматурной сетке наружного слоя.
Недостаток от устройства жёстких связей в наружных стеновых панелях – это сквозные теплопроводные включения, образуемые рёбрами, что может приводить к выпадению конденсата на внутренней поверхности стен. Для уменьшения влияния теплопроводности рёбер на температуру внутренней поверхности стен их выполняют толщиной не более 40 мм и желательно из лёгкого бетона, а внутренний бетонный слой утолщают до 80–120 мм. Толщина наружного слоя не менее 50 мм. Наружная отделка трёхслойных стеновых панелей выполняется также как и одно- и двухслойных. Во всех панелях наружных стен закладные детали для крепления к другим конструктивным элементам размещают в несущем слое.
Рис. 3.8. Трёхслойные бетонные панели наружных стен и связи их бетонных слоёв:
а – схема расположения гибких связей; б – то же жёстких связей: 1 – подвеска; 2 – распорка; 3 – подкос; 4 – ребро из бетона внешних слоёв; 5 – ребро из лёгкого бетона; 6 – внутренний бетонный слой; 7 – наружный бетонный слой; 8 – арматурный каркас внутреннего слоя; 9 – арматурная сетка наружного слоя; 10 – арматура рёбер; 11 – эффективный утеплитель
Объем.
Общие требования к конструкции панелейПанельное домостроение можно назвать старым новым направлением в домостроении. В нашей стране именно по этой технологии началось массовое строительство жилья в 1950-х годах. Это было большим шагом вперед в социально-экономическом развитии страны, так как позволило решить жилищные проблемы многих людей, проживающих в коммуналках и общежитиях. Кроме того, данная технология была экономически выгодна государству, благодаря следующим преимуществам:
- скорость строительства за счет поточности изготовления панелей на заводе;
- экономичность и простота исполнения за счет массового внедрения в производство изделий из бетона и железобетона;
- достижение заданного качества бетонных и железобетонных изделий в заводских условиях;
- гибкость: возможность организовать производство панелей любой конфигурации, ограничиваясь только возможностями их транспортировки и доставки на строительную площадку;
Кроме того, панельное домостроение вытеснило кирпичное строительство благодаря таким преимуществам бетона, как:
- относительно низкая стоимость;
- высокие прочностные характеристики;
- высокие показатели устойчивости к климатическим воздействиям;
- подтвержденная пожарная безопасность;
- практически полное отсутствие зависимости установки от погодных условий; Прочность
- .
Однако даже в советское время панельные и блочные дома ценились меньше кирпичных из-за недостатков бетона:
- низкая звукоизоляция;
- слабые теплозащитные свойства;
- низкая биостойкость.
Уже в первые годы массового внедрения панельного домостроения стали очевидны недостатки самой технологии:
- ограниченные возможности планировки помещений:
- низкая надежность стыков железобетонных панелей.
Тем не менее, сегодня панельное домостроение снова стало популярным, благодаря развитию дизайна, материалов и технологий строительства, позволяющих успешно бороться с указанными недостатками.
Сегодня железобетонные изделия открывают широкие возможности как при проектировании, так и при строительстве различных зданий и сооружений. На смену однослойным панелям пришли современные двух- или трехслойные. К таким элементам относится слой эффективной теплоизоляции – прочной, биостойкой, устойчивой к влаге. Двух- и трехслойные монолитные панели могут использоваться в качестве несущих, самонесущих, а также навесных конструкций. Они находят собственное применение во внешних и внутренних элементах здания, а также в ненагруженных перегородках.
Значительно продвинулась и технология изготовления железобетонных панелей, что позволяет формовать их любым способом и использовать различные варианты облицовки: штукатурка, отделочный кирпич, натуральный или искусственный камень, фасадная плитка и др. Окраска, пескоструйная обработка возможна внешняя поверхность панели. Анкеры из металла или железобетона позволяют закреплять на поверхности плит другие материалы и конструкции. Таким образом, сегодня поверхность фасада панельного дома может иметь любую фактуру, декор из выступающих элементов и т. д. – возможности в этом плане не ограничены.
Но самое главное, речь идет о всепогодной технологии «конструктор с эффективным слоем теплоизоляции», отвечающей всем современным нормативным требованиям, в первую очередь, в части безопасности и энергоэффективности. Высокий потенциал внедрения современных железобетонных панелей с интегрированным влаго-биостойким утеплителем обусловлен высокой тепловой однородностью создаваемого контура здания и значительным снижением веса одной плиты. Для достижения требуемых значений термического сопротивления конструкции для Москвы в железобетонных панелях необходимо использовать утеплитель из ваты толщиной 150 мм и плотностью не менее 90 кг/м 3 . Этот утеплитель легко заменяется ПЕНОПЛЭКС® толщиной 120 мм и плотностью 25 кг/м 3 . А теперь посчитайте, насколько проще станет конструкция!
С момента бурного развития классического панельного домостроения (1960-70-е годы) математическое моделирование и возможность его реализации с помощью компьютерных технологий сделали в нашей стране эволюционный скачок. Современные программы расчета позволяют проектировать более разнообразные панели, предполагающие множество вариантов планировки пола. Компьютерные программы нового поколения позволяют качественно выполнять расчеты стыковых соединений строительных конструкций в панельных домах. Большие возможности для качественного проектирования и строительства панельных домов сегодня предоставляет BIM-моделирование, которое сопровождает дом на всех этапах его жизненного цикла: от разработки архитектурной концепции до сдачи в эксплуатацию и последующей эксплуатации.
Передовые технологии позволяют успешно бороться с недостатками самого бетона. Качественным скачком в этом плане стала технология утепления железобетонных панелей, иначе говоря, создание трехслойных железобетонных стеновых панелей. С 2017 года действует модифицированный международный стандарт ГОСТ 31310-2015 «Панели стеновые железобетонные трехслойные с эффективным утеплителем». Общие технические условия». Данные строительные конструкции состоят из наружного и внутреннего слоев железобетона, между которыми находится слой эффективной теплоизоляции. Общие требования к теплоизоляционному слою определяются п. 6.3 настоящего стандарта, технические требования — по пункт 7.7.
В настоящее время на многих заводах ЖБИ освоено применение высокоэффективной теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС® из экструдированного пенополистирола в панельном домостроении. Компания ПЕНОПЛЭКС СПб совершенствует технологию нанесения материала, разрабатывает технические решения по применению своей продукции в трехслойных теплоизоляционных наружных стеновых панелях.
По некоторым данным, в жилищном строительстве доля панельного домостроения составляет до 40%, и повышение теплозащитных свойств ограждающих конструкций является весьма актуальной задачей.
Железобетонные панели наружных стен чаще всего изготавливают однорядного раскроя, то есть высотой в один этаж и длиной в одну-две комнаты, а по конструктивному исполнению бывают однослойными, двухслойными и трехслойными ( рис. 3.4 и 3.5). Все стеновые панели снабжены подъемными петлями и закладными деталями для крепления одной панели к другой и соединения с другими конструктивными элементами зданий.
а) Панели наружные стеновые железобетонные однослойные
Такие панели изготавливают из легкого конструкционного и теплоизоляционного бетона на пористых заполнителях или из ячеистого бетона автоклавного твердения (рис. 3.5). Снаружи однослойные панели покрывают защитно-отделочным слоем из цементного раствора толщиной 20–25 мм или 50–70 мм, а с внутренней стороны финишным слоем толщиной 10–15 мм, т.е. такие панели можно условно называется «однослойным». Толщина наружных защитно-отделочных слоев назначается в зависимости от природно-климатических условий района строительства и выполняется из паропроницаемых декоративных растворов или бетонов или из обычных растворов с последующей окраской. Отделка наружного фасадного слоя также может производиться керамической, стеклянной плиткой или тонкой пиленой каменной плиткой или щебневыми материалами.
Рис. 3.4. Панели стеновые железобетонные наружные одно-, двух- и трехслойные:
а — однослойные; б — двухслойный; в — трехслойный; 1 — легкий конструкционный и теплоизоляционный бетон; 2 — наружный защитно-отделочный слой; 3 — конструкционный бетон; 4 — эффективная изоляция
Рис. 3.5. Составные части сечений наружных железобетонных стеновых панелей: а — с наружным защитно-отделочным слоем; б — с наружным защитно-отделочным и внутренним отделочным слоями; в — из ячеистого бетона; д — двухслойный с внутренним несущим слоем; д — трехслойный с жесткими связями между слоями бетона; д — трехслойный с гибкими связями между слоями; 1 — конструкционный теплоизоляционный или ячеистый бетон; 2 — наружный защитно-отделочный слой; 3 — внутренний отделочный слой; 4 — наружный и внутренний несущие слои; 5 — легкий теплоизоляционный бетон; 6 — арматура; 7 и 8 — гибкие соединительные элементы из антикоррозионной стали; 9- эффективная изоляция; дельта — толщина слоя утеплителя
Однослойные панели армированы по контуру сварным сетчатым каркасом, а над оконными проемами — сварным пространственным каркасом. Для предотвращения раскрытия щелей в углах проемов снаружи укладывают поперечные стержни или Г-образные сетки (рис. 3.6).
Однослойные панели из автоклавного ячеистого бетона не могут быть выполнены в высоту на всю этажную стену и из них выполняются стены с линейной ленточной разделкой. Фурнитура таких панелей защищена от коррозии покрытием антикоррозийным составом.
Рис. 3.6. Схема армирования однослойной легкобетонной панели наружной стены:
1 — каркас перемычки; 2 — подъемная петля; 3 — арматурный каркас; 4 — Г-образная армирующая сетка в фасадном слое
Ввиду высокой паропроницаемости легкого бетона и в связи с этим возможности конденсации паров воды внутри однослойных панелей и ее замерзания при низких температурах наружного воздуха, Целесообразно использовать такие панели для зданий с низкой относительной влажностью воздуха помещений (не более 60%). Толщина однослойных панелей 240–320 мм, но не более 400 мм.
б) Панели наружные стеновые двухслойные железобетонные
Панели стеновые двухслойные состоят из внутреннего несущего слоя из тяжелого или легкого конструкционного бетона и наружного изоляционного слоя из конструкционного и теплоизоляционного легкого бетона. Толщина внутреннего несущего слоя не менее 100 мм, а толщина наружного теплоизоляционного слоя определяется расчетом на теплозащиту. С внешней стороны двухслойные стеновые панели имеют защитно-отделочный слой из цементного раствора толщиной 20–25 мм с такой же отделкой, как и у однослойных панелей.
Поскольку внутренний несущий слой из плотного бетона в двухслойных панелях имеет низкую паропроницаемость, такие панели можно использовать в зданиях с повышенной относительной влажностью воздуха внутри помещений. Армирование двухслойных стеновых панелей выполняется аналогично однослойным, т. е. арматурный каркас укладывается в несущий и изолирующий слои бетона, а рабочая арматура перемычек укладывается в несущий слой бетона. Общая толщина двухслойных стеновых панелей не более 400 мм (рис. 3.7).
в) Панели наружные стеновые трехслойные железобетонные
Панели наружные стеновые трехслойные состоят из внутреннего и наружного слоев из тяжелого или плотного легкого конструкционного бетона, между которыми проложен изоляционный слой из эффективного теплоизоляционного материала . Толщина изоляционного слоя определяется расчетом на теплозащиту, а толщина внутреннего и наружного слоев бетона зависят от конструкции стеновой панели и величины воспринимаемых нагрузок.
Внутренний слой панелей армирован пространственным каркасом, а внешний слой армирован армирующей сеткой. В зависимости от конструкции трехслойные стеновые панели бывают с гибкими или жесткими связями между внутренним и наружным слоями бетона (рис. 3.5 и 3.8). Гибкие связи представляют собой металлические стержни в виде вертикальных подвесов и горизонтальных распорок, соединяющих арматурный каркас внутреннего слоя и армирующую сетку наружного слоя стеновой панели, т.е. закрепляются сваркой или привязываются к пространственному арматурному каркасу внутренний слой и армирующая сетка внешнего слоя. Металлические стержни гибких соединений изготавливаются из коррозионностойкой стали или имеют антикоррозионное покрытие в зоне изоляции.
Гибкие связи обеспечивают независимую работу бетонных слоев стеновой панели и исключают термические силы между слоями. Наружный слой в панелях с гибкими связями выполняет ограждающие функции и его толщина должна быть не менее 50 мм. Толщина внутреннего слоя в трехслойных панелях с гибкими связями в несущих и самонесущих стеновых панелях не менее 80 мм, а в ненесущих панелях — не менее 65 мм.
Рис. 3.7. Двухслойная бетонная панель наружной стены: 1 и 2 — закладные детали для крепления радиаторов отопления; 3 — петли подъема; 4 — арматурный каркас; 5 — внутренний несущий слой; 6 — наружный защитно-отделочный слой; 7 — слив; 8 — подоконник; 9- легкобетонный теплоизоляционный слой; Н — высота пола; AT – длина панели; h – толщина панели; дельта – толщина теплоизоляционного слоя
В трехслойных стеновых панелях с жесткими связями внутренний и внешний слои бетона соединяются с помощью вертикальных и горизонтальных железобетонных ребер. Жесткие звенья обеспечивают совместную статическую работу бетонных слоев стеновых панелей и защищают соединительные арматурные стержни от коррозии. Соединительные арматурные стержни укладывают в бетонные ребра жесткости и приваривают или привязывают к арматурному каркасу внутреннего слоя и армирующей сетке наружного слоя.
Недостатком устройства жестких соединений в наружных стеновых панелях являются сквозные теплопроводные включения, образованные ребрами жесткости, что может привести к образованию конденсата на внутренней поверхности стен. Для уменьшения влияния теплопроводности ребер на температуру внутренней поверхности стен их выполняют толщиной не более 40 мм и желательно из легкого бетона, а внутренний слой бетона утолщают до 80–120 мм. Толщина наружного слоя не менее 50 мм. Наружная отделка трехслойных стеновых панелей осуществляется так же, как одно- и двухслойных. Во всех панелях наружных стен в несущем слое размещены закладные детали для крепления к другим элементам конструкции.
Рис. 3.8. Трехслойные бетонные панели наружных стен и соединения их бетонных слоев:
а — устройство гибких соединений; б — те же жесткие связи: 1 — подвеска; 2 — распорка; 3 — раскос; 4 — ребро из бетона наружных слоев; 5 — легкобетонное ребро; 6 — внутренний слой бетона; 7 — наружный слой бетона; 8 — армирующий каркас внутреннего слоя; 9 — армирующая сетка наружного слоя; 10 — ребро жесткости; 11 — эффективная изоляция
Трехслойные фасадные стеновые панели KROHN – современный материал, широко востребованный в Москве и других регионах России, как в капитальном строительстве, так и при реконструкции зданий.
Благодаря использованию этих сэндвич-панелей получается энергоэффективная конструкция стены с качественным несущим элементом заводского изготовления. Этот материал не требует дополнительной отделки, поэтому его можно использовать для строительства разных типов помещений.
Когда оправдано применение трехслойных панелей для наружных стен?
Поскольку монтаж трехслойных наружных стеновых панелей происходит очень быстро, этот материал можно использовать для строительства небольших построек в частном секторе. Сегодня из панелей KROHN строят гаражи для личных автомобилей, хозяйственные постройки, ограждающие конструкции и т.д.
Технические характеристики сэндвич-панелей позволяют использовать их для строительства автомоек, ангаров, складов, супермаркетов. При этом главной особенностью этого процесса будет высокая эффективность работы, практичность готовых стен (легко моются, не требуют покраски и т. д.) и надежная теплоизоляция. 9№ 0003
Строительство из звукоизоляционных сэндвич-панелей KROHN
Расширение дорожной инфраструктуры предъявляет особые требования к гражданскому строительству. Используемые материалы должны обеспечивать качественную звукоизоляцию помещения. Трехслойная панель KROHN легко справляется с этой задачей. Стены из наших «бутербродов» эффективно подавляют шум (индекс изоляции от 35 дБ на 50 мм панели).
Учитывая все эксплуатационные (тепло- и звукоизоляционные) показатели материала, на сегодняшний день он применяется для строительства холодильников и морозильников, объектов пищевой промышленности, общественного питания, сельскохозяйственных зданий, административных зданий и т.д. Благодаря трехслойному внешнему стеновых панелей резко сокращается энергопотребление на объектах и, как следствие, падают затраты на отопление.
Технические характеристики сэндвич-панелей KROHN PIR:
Современные трехслойные стеновые панели с PIR-изоляцией, выпускаемые под маркой KROHN, также предназначены для возведения стен на различных объектах. Благодаря наличию внутри панели качественного утеплителя этот строительный материал обладает отличными теплоизоляционными характеристиками. Но не менее важным преимуществом является простота сборки объекта из сэндвич-панелей.
Трехслойные стеновые панели с изоляцией PIR
Группа компаний КРОН реализует стеновые сэндвич-панели PIR в Москве. Они могут быть разной толщины (от 30 до 220 мм), иметь разный вид профиля (фаска, полосы, микропрофилирование, без ребер) и любой цвет по шкале RAL.
Для обеспечения идеальных стыковых соединений при монтаже трехслойных стеновых панелей с утеплителем в процессе производства применяется надежный замок «шип-паз» или лабиринтное соединение «двойной шип-паз». За счет этого повышается устойчивость конструкции и исключается возможность образования «мостиков холода».
Преимущества конструкции из сэндвич-панелей
Технические характеристики сэндвич-панелей KROHN PIR:
Железобетонные наружные стеновые панели чаще всего изготавливаются в однорядном разрезе, то есть высотой в один этаж и длиной в одно-два помещения, а по конструкции бывают однослойными, двухслойными и трехслойными (рис. 3.4 и 3.5). Все стеновые панели снабжены подъемными петлями и закладными деталями для крепления одной панели к другой и соединения с другими конструктивными элементами зданий.
а) Панели наружные стеновые железобетонные однослойные
Такие панели изготавливают из легкого конструкционного и теплоизоляционного бетона на пористых заполнителях или из ячеистого бетона автоклавного твердения (рис. 3.5). Снаружи однослойные панели покрывают защитно-отделочным слоем из цементного раствора толщиной 20–25 мм или 50–70 мм, а с внутренней стороны финишным слоем толщиной 10–15 мм, т.е. такие панели можно условно называется «однослойным». Толщина наружных защитно-отделочных слоев назначается в зависимости от природно-климатических условий района строительства и выполняется из паропроницаемых декоративных растворов или бетонов или из обычных растворов с последующей окраской. Отделка наружного фасадного слоя также может производиться керамической, стеклянной плиткой или тонкой пиленой каменной плиткой или щебневыми материалами.
Рис. 3.4. Панели стеновые железобетонные наружные одно-, двух- и трехслойные:
а — однослойные; б — двухслойный; в — трехслойный; 1 — легкий конструкционный и теплоизоляционный бетон; 2 — наружный защитно-отделочный слой; 3 — конструкционный бетон; 4 — эффективная изоляция
Рис. 3.5. Составные части сечений наружных железобетонных стеновых панелей: а — с наружным защитно-отделочным слоем; б — с наружным защитно-отделочным и внутренним отделочным слоями; в — из ячеистого бетона; д — двухслойный с внутренним несущим слоем; д — трехслойный с жесткими связями между слоями бетона; д — трехслойный с гибкими связями между слоями; 1 — конструкционный теплоизоляционный или ячеистый бетон; 2 — наружный защитно-отделочный слой; 3 — внутренний отделочный слой; 4 — наружный и внутренний несущие слои; 5 — легкий теплоизоляционный бетон; 6 — арматура; 7 и 8 — гибкие соединительные элементы из антикоррозионной стали; 9- эффективная изоляция; дельта — толщина слоя утеплителя
Однослойные панели армированы по контуру сварным сетчатым каркасом, а над оконными проемами — сварным пространственным каркасом. Для предотвращения раскрытия щелей в углах проемов снаружи укладывают поперечные стержни или Г-образные сетки (рис. 3.6).
Однослойные панели из автоклавного ячеистого бетона не могут быть выполнены в высоту на всю этажную стену и из них выполняются стены с линейной ленточной разделкой. Фурнитура таких панелей защищена от коррозии покрытием антикоррозийным составом.
Рис. 3.6. Схема армирования однослойной легкобетонной панели наружной стены:
1 — каркас перемычки; 2 — подъемная петля; 3 — арматурный каркас; 4 — Г-образная армирующая сетка в фасадном слое
Ввиду высокой паропроницаемости легкого бетона и в связи с этим возможности конденсации паров воды внутри однослойных панелей и ее замерзания при низких температурах наружного воздуха, Целесообразно использовать такие панели для зданий с низкой относительной влажностью воздуха помещений (не более 60%). Толщина однослойных панелей 240–320 мм, но не более 400 мм.
б) Панели наружные стеновые двухслойные железобетонные
Панели стеновые двухслойные состоят из внутреннего несущего слоя из тяжелого или легкого конструкционного бетона и наружного изоляционного слоя из конструкционного и теплоизоляционного легкого бетона. Толщина внутреннего несущего слоя не менее 100 мм, а толщина наружного теплоизоляционного слоя определяется расчетом на теплозащиту. С внешней стороны двухслойные стеновые панели имеют защитно-отделочный слой из цементного раствора толщиной 20–25 мм с такой же отделкой, как и у однослойных панелей.
Поскольку внутренний несущий слой из плотного бетона в двухслойных панелях имеет низкую паропроницаемость, такие панели можно использовать в зданиях с повышенной относительной влажностью воздуха внутри помещений. Армирование двухслойных стеновых панелей выполняется аналогично однослойным, т. е. арматурный каркас укладывается в несущий и изолирующий слои бетона, а рабочая арматура перемычек укладывается в несущий слой бетона. Общая толщина двухслойных стеновых панелей не более 400 мм (рис. 3.7).
в) Панели наружные стеновые трехслойные железобетонные
Панели наружные стеновые трехслойные состоят из внутреннего и наружного слоев из тяжелого или плотного легкого конструкционного бетона, между которыми проложен изоляционный слой из эффективного теплоизоляционного материала . Толщина изоляционного слоя определяется расчетом на теплозащиту, а толщина внутреннего и наружного слоев бетона зависят от конструкции стеновой панели и величины воспринимаемых нагрузок.
Внутренний слой панелей армирован пространственным каркасом, а внешний слой армирован армирующей сеткой. В зависимости от конструкции трехслойные стеновые панели бывают с гибкими или жесткими связями между внутренним и наружным слоями бетона (рис. 3.5 и 3.8). Гибкие связи представляют собой металлические стержни в виде вертикальных подвесов и горизонтальных распорок, соединяющих арматурный каркас внутреннего слоя и армирующую сетку наружного слоя стеновой панели, т.е. закрепляются сваркой или привязываются к пространственному арматурному каркасу внутренний слой и армирующая сетка внешнего слоя. Металлические стержни гибких соединений изготавливаются из коррозионностойкой стали или имеют антикоррозионное покрытие в зоне изоляции.
Гибкие связи обеспечивают независимую работу бетонных слоев стеновой панели и исключают термические силы между слоями. Наружный слой в панелях с гибкими связями выполняет ограждающие функции и его толщина должна быть не менее 50 мм. Толщина внутреннего слоя в трехслойных панелях с гибкими связями в несущих и самонесущих стеновых панелях не менее 80 мм, а в ненесущих панелях — не менее 65 мм.
Рис. 3.7. Двухслойная бетонная панель наружной стены: 1 и 2 — закладные детали для крепления радиаторов отопления; 3 — петли подъема; 4 — арматурный каркас; 5 — внутренний несущий слой; 6 — наружный защитно-отделочный слой; 7 — слив; 8 — подоконник; 9- легкобетонный теплоизоляционный слой; Н — высота пола; AT – длина панели; h – толщина панели; дельта – толщина теплоизоляционного слоя
В трехслойных стеновых панелях с жесткими связями внутренний и внешний слои бетона соединяются с помощью вертикальных и горизонтальных железобетонных ребер. Жесткие звенья обеспечивают совместную статическую работу бетонных слоев стеновых панелей и защищают соединительные арматурные стержни от коррозии. Соединительные арматурные стержни укладывают в бетонные ребра жесткости и приваривают или привязывают к арматурному каркасу внутреннего слоя и армирующей сетке наружного слоя.
Недостатком устройства жестких соединений в наружных стеновых панелях являются сквозные теплопроводные включения, образованные ребрами жесткости, что может привести к образованию конденсата на внутренней поверхности стен. Для уменьшения влияния теплопроводности ребер на температуру внутренней поверхности стен их выполняют толщиной не более 40 мм и желательно из легкого бетона, а внутренний слой бетона утолщают до 80–120 мм. Толщина наружного слоя не менее 50 мм. Наружная отделка трехслойных стеновых панелей осуществляется так же, как одно- и двухслойных. Во всех панелях наружных стен в несущем слое размещены закладные детали для крепления к другим элементам конструкции.
Рис. 3.8. Трехслойные бетонные панели наружных стен и соединения их бетонных слоев:
а — устройство гибких соединений; б — те же жесткие связи: 1 — подвеска; 2 — распорка; 3 — раскос; 4 — ребро из бетона наружных слоев; 5 — легкобетонное ребро; 6 — внутренний слой бетона; 7 — наружный слой бетона; 8 — армирующий каркас внутреннего слоя; 9 — армирующая сетка наружного слоя; 10 — ребро жесткости; 11 — эффективная изоляция
Конструктивные особенности трехслойных плитных железобетонных конструкций
[1] ЯВЛЯЮСЬ. Мкртчян, Д.Р. Маилян, В.Н. Аксенов, Экспериментальное исследование структурных свойств высокопрочного бетона 5-я Международная научная конференция «Европейские прикладные науки: современные подходы в научных исследованиях»,: Материалы 5-й Международной научной конференции, Штутгарт, Германия, (2013).
[2] ЯВЛЯЮСЬ. Мкртчян, Д.Р. Маилян, В.Н. Аксенов, Экспериментальное исследование железобетонных колонн из высокопрочного бетона, Прикладные науки и технологии в США и Европе: общие проблемы и научные выводы: Материалы 2-й Международной научной конференции, Cibunet Publishing, Нью-Йорк, (2013).
[3] ЯВЛЯЮСЬ. Мкртчян, Д.Р. Маилян, В.Н. Аксенов, Экспериментальное исследование конструктивных свойств и расчет железобетонных колонн из высокопрочного бетона, European Applied Sciences, (2014).
[4] Д.Р. Маилян, Л.Д. Маилян, Экологически безопасные и технико-экономически эффективные железобетонные конструкции равной прочности, MATEC Web of Conferences. 73(2016) 04020.
DOI: 10.1051/matecconf/20167304020
[5] Д.Р. Маилян, А.Ю. Кубасов, Л.Д. Маилян, Эколого-экономические и технические преимущества железобетонных балок с комбинированным армированием, MATEC Web of Conferences. 73 (2016) 04019.
DOI: 10.1051/matecconf/20167304019
[6] В.Н. Аксенов, В.Л. Куйен, Э.В. Труфанова, Оценка железобетонных цилиндрических резервуаров с однослойными стенками, MATEC Web of Conferences. 73 (2016) 04019.
DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.192
[7] В.Л. Куиен, Д.Р. Маилян, Поиск рациональной одностенной конструкции железобетонных цилиндрических резервуаров, Международная конференция по промышленной инженерии, МКПП, (2016).
DOI: 10.1016/j. proeng.2016.07.194
[8] Д.Р. Маилян, Э.В. Труфанова, Проектирование многослойных резервуаров с цилиндрическими стенками, Международная конференция по промышленному инжинирингу, МКПП, (2017).
[9] Д.Р. Маилян, Л.Д. Маилян, Экологически безопасные и технико-экономически эффективные железобетонные конструкции равной прочности, MATEC Web of Conferences. 73 (2016) 04020.
DOI: 10.1051/matecconf/20167304020
[10] Д. Р. Маилян, А.Ю. Кубасов, Л.Д. Маилян, Эколого-экономические и технические преимущества железобетонных балок с комбинированным армированием, MATEC Web of Conferences. 73 (2016) 04019.
DOI: 10.1051/matecconf/20167304019
[11] В.А. Мурадян, Д.Р. Маилян, А.М. Мкртчян, С.А. Осадченко, Исследование железобетонных колонн с заглубленными продольными стержнями без поперечной арматуры, MATEC Web of Conferences. 106 (2017) 02008.
DOI: 10.1051/matecconf/201710602008
[12] В.А. Мурадян, Д.Р. Маилян, А.А. Ляпин, В.Е. Чубаров, Повышение энергоэффективности железобетонных блоков с заглубленной рабочей арматурой, ЛОП конф. Серия: Земля и экология. 90 (1) (2017) 012032.
DOI: 10.1088/1755-1315/90/1/012032
[13] СРЕДНИЙ. Беляев, Г.В. Несветаев, Д.Р. Маилян, Расчет трехизогнутых железобетонных элементов с учетом полностью преобразованных диаграмм деформации бетона, MATEC Web of Conferences. 106 (2017) 04022.
DOI: 10.1051/matecconf/201710604022
[14] СРЕДНИЙ. Белев, Г.В. Несветаев, Д.Р. Маилян, Вопросы повышения энергоэффективности конструкций из трехслойных железобетонных плит, Международная научная конференция «Энергоменеджмент объектов городского транспорта и транспорта ЭММФТ», (2017).
DOI: 10.1007/978-3-319-70987-1_56
[15] Д.Р. Маилян, В.Н. Аксенов, Н.Б. Аксенов, Энергоэффективные железобетонные колонны из бетона марки В90…В140, Достижения в области интеллектуальных систем и вычислений. 692 (2018) стр. 536-543.
DOI: 10.1007/9На этой странице является необходимостью в современных зданиях. Чтобы сэкономить огромное количество энергии, потребляемой системой кондиционирования воздуха, ограждающие конструкции в зданиях с преобладающей нагрузкой на ограждающие конструкции должны быть хорошо спроектированы таким образом, чтобы можно было свести к минимуму нежелательный прирост и потерю тепла с окружающей средой. В этой статье представлена новая конструкция бетонной стеновой панели, которая улучшает теплоизоляцию зданий за счет добавления гипсового слоя внутрь бетона. Были проведены эксперименты по наблюдению за изменением температуры как предлагаемой трехслойной стеновой панели, так и обычной бетонной стеновой панели под воздействием источника теплового излучения. Для дальнейшего понимания теплового эффекта такой конструкции многослойной стеновой панели в масштабе здания были построены две модели трехэтажного здания с различными конструкциями стеновых панелей для оценки распределения температуры всего здания с использованием метода конечных элементов. Как экспериментальные результаты, так и результаты моделирования показали, что гипсовый слой улучшает теплоизоляционные характеристики за счет замедления теплопередачи через ограждающие конструкции.
1. Введение
Система кондиционирования воздуха является важным компонентом во многих зданиях для обеспечения температурно комфортной внутренней среды для пользователей, однако она сопровождается различными экологическими и энергетическими проблемами, включая глобальное потепление и огромное потребление энергии. . Прогнозируемое глобальное среднее приземное потепление к концу XXI века составит от 0,3 до 6,5 °С, и такое повышение температуры окажет прямое и огромное негативное воздействие на окружающую среду, в которой живут люди [1, 2]. Летом в районах с высокими температурами температура наружного воздуха может достигать 35°C. Наружные поверхности ограждающих конструкций, включая крышу и наружные поверхности стен, могут нагреваться до 60°C или даже выше, если они подвергаются воздействию прямых солнечных лучей [3, 4]. Разница температур между ограждающими конструкциями здания может составлять 35°C, если расчетная температура в помещении 25°C поддерживается системой кондиционирования воздуха. Следовательно, системе кондиционирования требуется большое количество электроэнергии для поддержания требуемой температуры в помещении. Чтобы снизить потребление электроэнергии системой кондиционирования воздуха, необходима хорошая теплоизоляционная оболочка здания, чтобы свести к минимуму нежелательную передачу тепла между наружной и внутренней средами, особенно для зданий с преобладанием нагрузки на оболочку [5, 6]. В Соединенных Штатах Америки в 2010 г. 46,6% энергии зданий использовалось для обогрева или охлаждения помещений [7], что занимает наибольшую часть энергии зданий, и промышленность приложила много усилий для улучшения теплоизоляции зданий. ограждающих конструкций и снижения тепловых и охлаждающих нагрузок [8].
Было проведено множество исследований для оптимизации характеристик изоляции зданий с учетом типа и ориентации здания, климатических условий, строительных материалов, стоимости энергии, эффективности, стоимости системы кондиционирования воздуха и т. д. [9]. Отмечено, что надлежащая конструкция теплоизоляции ограждающих конструкций зданий может значительно снизить количество электроэнергии (форма высококачественной энергии), потребляемой для обогрева и охлаждения помещений, и, в конечном счете, уменьшить ухудшение качества энергии и вызванное выбросами CO 2 выбросов, что соответствует концепции устойчивого строительства [10–13]. Согласно закону теплопередачи [14], поток тепла через стену здания зависит от разницы температур наружной и внутренней среды, теплопроводности строительного материала и толщины стены. Все эти параметры составляют основу для характеристики теплового сопротивления здания [9]. Строительные материалы обладают инерцией по отношению к колебаниям наружной температуры, что приводит к нарушению теплового равновесия между рассматриваемой системой и окружающей средой, что рассматривается как тепловая масса. Использование большего количества бетона в строительстве может увеличить тепловую массу здания, что приведет к меньшим колебаниям температуры внутренней среды. По мере увеличения толщины изоляции в ограждающих конструкциях нагрузки по отоплению и охлаждению здания уменьшаются. Однако такой подход неэкономичен и тратит впустую много строительных площадей. Цель этой статьи состоит в том, чтобы предложить подход к проектированию экологически чистых зданий, который может снизить затраты на энергию в системе кондиционирования воздуха, чтобы можно было достичь сокращения выбросов углерода. Здесь предлагается конструкция многослойной бетонно-гипсовой стеновой панели с использованием концепции композитной системы, которая является экономичной и способна обеспечить лучшие теплоизоляционные характеристики ограждающих конструкций. Стеновая панель из многослойного бетона/гипса формируется путем добавления гипса в середину обычной бетонной стены, так что новая конструкция стеновой панели состоит из трех слоев, то есть слоя бетона, слоя гипса и слоя бетона. Сэндвич-панели из экструдированного полистиролбетона также используются в существующей промышленности, где экструдированный пенополистирол зажат двумя слоями бетона. По сравнению с полимерным материалом гипс обеспечивает хорошую теплоемкость, и тепловая масса всей стеновой панели увеличилась. Кроме того, гипс является экологически чистым материалом, который обладает низким воздействием на окружающую среду и обеспечивает надежные тепловые характеристики. Ожидается, что более низкая температура в помещении внутри здания (вероятно, без каких-либо систем кондиционирования воздуха) может быть достигнута с использованием предлагаемой конструкции многослойных стеновых панелей, как показано на рисунке 1 (а). Предлагаемая сэндвич-панель из бетона/гипса предназначена для зданий с преобладающей нагрузкой на ограждающие конструкции, таких как малоэтажные жилые дома, на которые сильно влияет внешняя климатическая среда, а внутренние теплопритоки низки. Кроме того, стратегия, реализованная в этой новой стеновой панели, соответствует оценке жизненного цикла (LCA), которая может помочь сэкономить значительное количество энергии в здании и привести к устойчивому развитию в застроенной среде [15].
В рамках данной исследовательской работы были проведены как экспериментальные, так и численные расчеты. В здании с доминирующей нагрузкой на оболочку, в котором используются многослойные бетонные / гипсовые стеновые панели, конвекция и излучение все еще происходят на бетонной поверхности, что аналогично обычному бетонному зданию. Поэтому проводимость от освещенной бетонной поверхности к неосвещенной бетонной поверхности является главной задачей настоящего исследования. Теплопроводность бетона и гипса определяется экспериментальным путем вместе с параметрическими исследованиями. Теплопроводность, плотность, удельная теплоемкость, коэффициент конвективной теплопередачи и коэффициент излучения поверхности материалов необходимы для оценки распределения температуры и теплового потока в переходном процессе теплообмена трехэтажных зданий с использованием моделирования методом конечных элементов. Предполагается, что предлагаемая конструкция стеновых панелей может эффективно сэкономить значительную сумму на энергопотреблении здания с точки зрения электроэнергии, затрачиваемой на систему кондиционирования воздуха.
2. Экспериментальные материалы и методы
2.1. Материалы
При изготовлении образцов используются два вида материалов, а именно бетон и гипс. Недавнее экспериментальное исследование, в котором изучалась теплопроводность различных материалов, используемых в строительстве, показало, что бетон обладает худшей термостойкостью по сравнению с кладочным кирпичом и красноглиняным кирпичом [16]. Хотя сборный железобетон не является лучшим теплоизоляционным материалом, он по-прежнему является одним из наиболее широко используемых на практике строительных материалов благодаря следующим преимуществам [17, 18]. Во-первых, форма и размеры каждого элемента сборного железобетона могут быть стандартизированы при массовом производстве. Кроме того, по сравнению с монолитным бетоном требуется меньше опорной опалубки, что делает процесс строительства более экономичным. Во-вторых, качество сборного железобетона, как правило, лучше и надежнее по сравнению с монолитным бетоном. Благодаря этим достоинствам сборного железобетона он принят во всем мире, и ожидается, что улучшение теплоизоляционных характеристик сборных железобетонных панелей еще больше повысит популярность сборного железобетона в строительстве зданий.
Гипс использовался в качестве строительного материала с незапамятных времен. В настоящее время применение гипса в строительной отрасли по-прежнему широко из-за его низкой стоимости и доступности. Кроме того, он признан экологически чистым материалом с низкой воплощенной энергией [19]. Гипс (CaSO 4 ·2H 2 O) содержит в своем химическом составе воду, в которой вода может эффективно повысить его теплоизоляцию. На самом деле теплопроводность гипса меньше, чем у бетона. Ожидается, что путем добавления гипсового слоя в сборный железобетон можно эффективно замедлить процесс теплопередачи всего сборного блока.
2.
2. Образцы для испытанийПо сравнению с обычной стеновой панелью из сборного железобетона новая конструкция стеновой панели из многослойного бетона/гипса содержит слой гипса внутри сборного железобетона, как показано на рис. 1(b). Чтобы определить теплоизоляционные характеристики сэндвич-панелей из бетона/гипса и сравнить их с обычной бетонной стеной, была проведена серия испытаний на теплопередачу, чтобы можно было измерить изменение температуры по толщине стены с течением времени в различных образцах. . Кроме того, было экспериментально исследовано наличие воздушных пустот в гипсовом слое для всестороннего понимания теплоизоляционных характеристик этой новой конструкции стеновой панели. Следует отметить, что прочность новой стеновой панели по-прежнему соответствует критериям расчетной нагрузки благодаря тому же подходу к проектированию конструкции, что и для обычного сборного железобетона [20]. В этом эксперименте были использованы три различных типа многослойных слоев, а именно бетонный слой, сплошной гипсовый слой и гипсовый слой с пустотами. Два типа гипсовых слоев показаны на рис. 2(а), а размеры пустот указаны на рис. 2(б). Пустоты в гипсовой панели были расположены в виде массива 3 × 3, и пустоты были введены путем размещения 9кубики пенополистирола в форме в процессе литья, а кубики пенопласта извлекались после затвердевания гипса. Другая цельная гипсовая панель также была отлита с использованием той же формы без кубиков пенополистирола. Затем гипсовые слои были покрыты (сэндвичем) двумя бетонными слоями, как показано на рисунке 3(а). Номенклатура каждого из образцов основана на его прослоенном слое (написано заглавными буквами), то есть C, G и GV, где C означает образец, имеющий прослоенный бетонный слой, G означает образец, прослоенный твердым гипсом. слой, а GV – образец, имеющий слой гипса с пустотами. Следует отметить, что толщина всех слоев составляла 65 мм. После этого поверхности всех слоев были отполированы для получения плоских и гладких поверхностей, чтобы можно было получить плотный контакт между слоями. Используя этот подход, можно свести к минимуму влияние поверхности раздела между бетоном и гипсом на передачу тепла от освещенного слоя к неосвещенному слою. На Рисунке 3(b) показана схема всего испытываемого образца, а подробная информация о различных слоях, использованных в эксперименте, представлена в Таблице 1.
2.3. Термические испытания
В эксперименте в качестве источника тепла использовалась галогенная лампа. Галогенная лампа располагалась на расстоянии 300 мм от освещаемой поверхности слоя бетона, как показано на рис. 3(с). Мощность галогенной лампы 1000 Вт, коэффициент отражения освещаемого лица 0,47, что соответствует длинноволновому излучению [21]. Освещенная сторона в эксперименте относится к внешней поверхности здания (снаружи), а неосвещенная поверхность относится к внутренней поверхности здания (внутри). Во время эксперимента галогенная лампа была включена и оставалась постоянной в течение 12 часов непрерывно. В эксперименте вместо радиационного источника тепла использовалась галогенная лампа. Освещалась только внешняя поверхность образцов, а боковые стороны образцов предохранялись от нагрева отраженным излучением. Отмечено, что имеет место конвективный теплообмен от боковых сторон образцов. Толщина образцов мала, поэтому площадь боковых поверхностей относительно мала по сравнению с площадью передних поверхностей. Кроме того, поток воздуха в лабораторной зоне, где проводились эксперименты, был медленным, а конвективный теплообмен был сведен к минимуму. Следовательно, теплопроводность через лицевые поверхности составляла основную часть теплопередачи от освещенной панели к неосвещенной панели. Температура как освещенного, так и неосвещенного слоев бетона измерялась с интервалом в одну минуту с помощью термопар, встроенных в центр каждой панели, с помощью регистратора данных TDS-303. Диапазон измерения оборудования составляет от −10°C до 200°C, а точность составляет ±0,5°C или ±0,5% (в зависимости от того, что больше). После сбора данных о температуре одного образца обоим слоям давали остыть без включенной галогенной лампы до тех пор, пока они не достигали температуры окружающего воздуха, а затем перед началом следующего эксперимента зажатый слой заменяли другим. Освещенный слой и неосвещенный слой неоднократно использовались во всех измерениях, чтобы убедиться, что конвективные и излучательные свойства обоих слоев постоянны на протяжении всех экспериментов. Наблюдая за изменением температуры как освещенного, так и неосвещенного слоев, можно исследовать теплоизоляционные характеристики различных образцов. Кроме того, температура, наблюдаемая в эксперименте, необходима для оценки теплопроводности бетона и гипса, которая используется для анализа тепловых характеристик трехэтажного здания с помощью метода конечных элементов. Это важный шаг, чтобы связать то, что было найдено в масштабе структурных элементов, с фактическим масштабом здания, и он будет обсуждаться в следующем разделе.
3. Моделирование методом конечных элементов
Чтобы исследовать эффективность этой конструкции стены в отношении теплопередачи через ограждающую конструкцию, был принят метод конечных элементов (МКЭ) с использованием программного обеспечения ABAQUS для моделирования процесса теплопередачи, включая теплопроводность. , конвекция и излучение в трехмерной трехэтажной модели здания, в которой также учитывается тепловое воздействие крыши и перекрытий. При моделировании учитываются различные свойства теплопроводности материалов и условия нелинейной конвекции и излучения. Теплопередачу можно разделить на теплопроводность, тепловую конвекцию и тепловое излучение. В реальном строительстве теплообмен с окружающей средой осуществляется главным образом за счет конвекции и излучения, а теплопроводность является основным фактором, влияющим на передачу тепла от внешних поверхностей к внутренним. При моделировании теплопроводность, плотность и удельная теплоемкость материалов являются критическими параметрами для описания переходного процесса, а процесс теплопроводности вдоль оболочки здания определяется следующим уравнением в частных производных [14]: где – температура, изменяющаяся со временем и положением в координатах , , – плотность материала, – удельная теплоемкость материала, – мощность источника тепла на единицу объема, , , – коэффициенты теплопроводности материалов в , и направления соответственно. Здесь предполагается, что и бетон, и гипс являются изотропной средой, так что теплопроводность во всех трех направлениях одинакова; то есть, . Два граничных условия, соответствующие конвекции и излучению, необходимы для решения (1) и показаны следующим образом: где – вектор нормали к поверхности, – коэффициент конвекции тепла с воздухом, – температура на поверхности панели, – температура окружающего воздуха, – коэффициент черноты материала, – постоянная Стефана-Больцмана, равная .
Свойства материала играют важную роль в достижении точного прогноза процесса теплопередачи вдоль ограждающей конструкции при решении (1) и (2) с использованием программного обеспечения ABAQUS. Следовательно, характеристика параметров, используемых в конечном элементе, должна быть тщательно проведена. Во-первых, отмечено, что , и как бетона, так и гипса могут изменяться с температурой. Однако, поскольку изменение этих параметров незначительно при температуре от 20°C до 70°C, предполагается, что эти параметры не зависят от температуры при моделировании [22]. Во-вторых, поскольку теплопроводность является основной частью процесса теплопередачи по ограждающим конструкциям, она является одним из наиболее важных тепловых свойств, требующих тщательной оценки.
3.1. Параметрическое исследование
Имея экспериментальные данные, теплопроводность как бетона, так и гипса может быть определена посредством параметрического исследования. В параметрическом исследовании строятся две модели конечных элементов на основе двух типов экспериментальных образцов, а именно C и G, как обсуждалось ранее. Размеры этих двух моделей такие же, как у образцов в эксперименте. В этом исследовании предполагается идеальный контакт интерфейса, что означает, что интерфейсы мало влияют на передачу тепла от освещенного слоя к неосвещенному слою при моделировании. Граничные условия, соответствующие конвекции и излучению, задаются на тех поверхностях, которые соприкасаются с воздухом, а температуры воздуха, наблюдаемые в эксперименте, импортируются в обе модели. Причем нагрузка в данном параметрическом исследовании оценивается в соответствии с мощностью галогенной лампы в эксперименте. Теплопроводность как бетона, так и гипса можно оценить, изменяя эти два параметра в МКЭ до тех пор, пока прогноз тепловых характеристик, полученный в результате моделирования, не совпадет с экспериментальным наблюдением [23]. Некоторые ключевые свойства материалов, используемые в моделях конечных элементов, приведены в таблице 2 [22, 24].
3.2. Моделирование моделей зданий
После проведения вышеуказанного параметрического исследования требуемые коэффициенты теплопроводности могут быть импортированы в трехэтажную модель конечно-элементного здания. Вид в разрезе и габаритные размеры модели после создания сетки показаны на рис. 4(а). В этих моделях зданий не учитывается передача тепла через окна и вентиляцию. Здесь два типа стеновых панелей, а именно, C и GV, как описано в предыдущем разделе, используются в моделях зданий для исследования процесса теплопередачи в реальном масштабе здания (вместо масштаба структурных элементов, как показано в эксперимент). Следует отметить, что конструкция пустот стеновой панели GV в модели здания соответствует соответствующему экспериментальному образцу, в котором отношение площади пустот к площади всей стены составляет от 0,2 до 0,4.
Источником тепла для обеих моделей зданий является солнечное излучение, а величина солнечного излучения в реальности меняется каждый день. При моделировании средняя величина солнечной радиации, равная 203 , применяется к внешним поверхностям моделей трехэтажных зданий [25], а общее время освещения принимается равным 12 часам, при этом в моделях зданий отсутствуют внутренние теплопотери. Начальные распределения температуры обеих моделей зданий методом конечных элементов основаны на температуре окружающего воздуха, измеренной в ходе экспериментов. Граничным условием обеих моделей является то, что все внешние и внутренние поверхности находятся в контакте с окружающим воздухом, включая крышу и полы, что показано на рисунке 4(b). Тетраэдрические элементы используются для создания сетки конечно-элементных моделей зданий.
4. Результаты и обсуждение
4.1. Экспериментальные результаты
Температура окружающего воздуха в тестовой среде составляла около 24,9°C. Измеренные температуры как в освещенном, так и в неосвещенном слоях приведены в таблице 3. Измеренная температура на освещенных слоях после 12-часового облучения может достигать 83,4°C, а на неосвещенных слоях в образцах C, G и GV. составляли 38,2°С, 36,3°С и 34,9°С соответственно. Наблюдая за разницей температур между освещенным и неосвещенным слоями, можно оценить эффективность теплоизоляционных характеристик различных образцов. Поскольку разница температур у образца C была на 1,4 °C ниже, чем у образца G, это означает, что включение многослойного гипсового слоя в сборную стеновую панель может эффективно улучшить теплоизоляционные свойства. Кроме того, при сравнении образцов G и GV разница температур на образце GV была на 2,8 °C выше, чем на образце G, и это означает, что включение пустот в многослойный гипсовый слой может дополнительно улучшить теплоизоляционные свойства. Поскольку образец GV оказался лучшим для теплоизоляции среди всех испытанных образцов, теплоизоляционный эффект этой новой конструкции стеновой панели дополнительно проясняется с помощью трехэтажной модели здания с конечными элементами, где оболочка здания этой модели состоит многослойного гипсового слоя с пустотами.
Зарегистрированные изменения температуры во времени (в виде кривой) как в освещенном, так и в неосвещенном слоях всех трех типов образцов показаны на рис. 5. В первые 200 минут температура в освещенном слое всех экземпляры быстро увеличивались. После этого скорость роста температуры замедлялась, что свидетельствует о постепенном приближении к тепловому равновесию между освещенным слоем и окружающей средой. Между тем, наибольшее повышение температуры неосвещенных слоев происходило между 200 и 400 минутами, а тепловой баланс с окружающей средой мог быть достигнут через 600 минут. Это указывает на то, что подвод тепла от неосвещенных слоев происходит в основном за счет теплопроводности от освещенных слоев. Другими словами, экспериментальные результаты подтверждают предположение о том, что теплопроводность определяет теплопередачу через сборную стеновую панель. Тем не менее, есть некоторые ограничения для эксперимента. Например, между неосвещенным слоем и основанием стеновых панелей существует теплообмен, хотя площадь контакта мала. Кроме того, излучение галогенной лампы не может полностью заменить солнечное излучение. Дальнейшая работа должна быть сделана для повышения точности эксперимента.
4.2. Результаты исследования параметров
Поскольку излучение определяет процесс тепловложения во внешнем (освещенном) слое ограждающей конструкции, а теплопроводность является основным процессом поглощения тепла во внутреннем (неосвещенном) слое ограждающей конструкции, то характеристика Теплопроводность как бетона, так и гипса имеет решающее значение для точной оценки характеристик теплоизоляции трехэтажного здания с использованием МКЭ. Теплопроводность как бетона, так и гипса определяется серией параметрических исследований с использованием метода конечных элементов. Теплопроводность бетона сначала оценивается путем изменения этого параметра в FEM, представляющем образец C, до тех пор, пока прогноз не совпадет с экспериментальным результатом. При моделировании отслеживается изменение температуры во времени в неосвещенном слое, что показано на рис. 6(а). Наблюдается, что прогнозируемая скорость изменения температуры в первые 200 минут выше, чем измерение в соответствующем эксперименте (т.е. образец C). Это отклонение, вероятно, связано с наличием дефектных поверхностей или небольших воздушных зазоров между смежными слоями в экспериментальном образце, тогда как при моделировании предполагается, что смежные слои идеально контактируют друг с другом. Поскольку воздух является плохим проводником, теплопередача через границу между двумя смежными слоями может быть замедлена в присутствии воздуха. Показано, что прогнозируемая кривая хорошо совпадает с экспериментальной, когда теплопроводность бетона равна 1,05 , а относительная погрешность между смоделированной и экспериментальной температурой через 12 часов составляет менее 3%, что подтверждает правильный выбор 1,05 для бетона. теплопроводность. После оценки теплопроводности бетона можно определить теплопроводность гипса, используя аналогичный метод параметрического исследования с помощью экспериментального результата на образце G. На рис. 6(б) показаны как предсказанные, так и экспериментальные кривые в неосвещенном слое образца G. В конце концов, проводимость гипса оказывается равной 0,50 Ом, при которой относительная погрешность между численной и экспериментальной температурой через 12 часов составляет менее 4%. Затем эти два ключевых параметра используются для оценки теплового потока и распределения температуры в трехэтажном здании под воздействием солнечного излучения.
4.3. Результаты и анализ моделирования зданий
Две трехмерные трехэтажные модели зданий с использованием различных конструкций стен (которые связаны с образцами C и GV) построены для анализа распределения температуры вдоль ограждающих конструкций здания. Контурные графики, показывающие распределение температуры обеих моделей после 12-часового солнечного излучения, показаны на рисунке 7. Рисунок 7(a) иллюстрирует распределение температуры в здании с использованием сэндвич-бетонных/гипсовых сборных стеновых панелей (связанных с образцом GV), а рисунок 7(b) показано распределение температуры в обычном здании со стеновой панелью из сборного железобетона (соответствует образцу C). Из этих контурных графиков видно, что температура внутренней поверхности здания с многослойной стеновой конструкцией (29.4°С) ниже, чем в здании обычной конструкции (30,5°С). Чтобы более тщательно контролировать температуру на внутренней поверхности здания, в модель включены многочисленные точки мониторинга, которые равномерно распределены по внутренней поверхности, чтобы фиксировать изменение температуры внутренней поверхности во времени. Следует отметить, что температура внутренней поверхности обеих моделей зданий представляет собой среднее значение температур, измеренных во всех точках мониторинга. На рис. 8 показано изменение температуры внутренних (неосвещенных) поверхностей во времени для обеих моделей зданий под воздействием солнечного излучения в течение 12 часов. В начале температура внутренних поверхностей в обоих зданиях одинакова. С течением времени температура на внутренней поверхности с использованием стандартной конструкции стеновой панели (связанной с образцом C) выше, чем при использовании сэндвич-панели (связанной с образцом GV). При этом замечено, что разница температуры внутренней поверхности между обеими моделями зданий со временем постепенно увеличивается. После солнечного излучения в течение 12 часов величина разницы температур достигает максимума, т. е. 1,1 °C, как показано на рисунке 8. Хотя разница температур невелика, это падение температуры происходит при использовании конструкции сэндвич-панелей. приведет к значительному снижению потребления электроэнергии в системе кондиционирования.
Основываясь на экспериментальных результатах, многослойная стеновая панель может улучшить характеристики теплоизоляции по шкале конструктивного элемента (например, элемента стены). Кроме того, эффект энергосбережения многослойных стеновых панелей по отношению ко всему зданию можно дополнительно оценить с помощью моделирования методом конечных элементов вместе с простым предположением. Для простоты предположим, что температура внутренней поверхности аналогична температуре в помещении, а максимальная разница температур внутренней поверхности между двумя зданиями используется для прогнозирования эффекта энергосбережения этой новой конструкции стеновых панелей в масштабе здания. Чтобы продемонстрировать значение такого перепада температуры с точки зрения энергосбережения, в качестве примеров были выбраны два региона в субтропической зоне, а именно Техас в США и Гонконг в Китае. Средняя дневная температура в Техасе с 1 июня по 31 августа 2013 г. составляет 34,8 °С, в Гонконге — 31,1 °С [25]. В этих двух местах общепринятая температура для системы кондиционирования воздуха летом составляет 20°C. Следует отметить, что об этих температурах сообщают местные органы власти. При использовании предлагаемых многослойных бетонных/гипсовых стеновых панелей процент энергосбережения в Техасе составляет 1,1/, а в Гонконге – 1,1/. Учитывая огромное количество энергии, потребляемой системами кондиционирования воздуха во всем мире, можно сделать вывод, что эта новая конструкция стеновых панелей оказывает существенное влияние на энергосбережение. В 2009, 3,5 × 10 10 кВтч электроэнергии было потреблено кондиционированием воздуха в Техасе, что составило 18% от общего бытового потребления электроэнергии [26], тогда как в Гонконге 1,2 × 10 10 кВтч, что составило на 29 % от общего потребления электроэнергии в 2010 г. [27]. Результаты моделирования показывают, что применение многослойных бетонных/гипсовых стеновых панелей в конструкции здания приведет к (3,5 × 10 90 368 10 90 369 кВтч × 7,4 %)/4 = 6,5 × 10 90 368 8 90 369 кВт·ч и (1,2 × 10 10 кВт·ч × 9,9%)/4 = 3,0 × 10 8 кВт·ч экономия электроэнергии для системы кондиционирования воздуха в Техасе и Гонконге соответственно. Фактически, этот объем экономии энергии может удовлетворить потребность в электроэнергии около 48 000 человек в год.
Сообщается, что использование энергии приводит к 83% глобальных выбросов парниковых газов (ПГ), в которых выбросы CO 2 занимают важную долю в выбросах ПГ, а производство электроэнергии и тепла было основной причиной СО 2 выбросов, на долю которых в 2010 г. приходилось 41% мировых выбросов CO 2 [28]. Предполагается, что новый дизайн стеновых панелей обладает большим потенциалом в снижении выбросов CO 2 за счет электроэнергии, потребляемой системой кондиционирования воздуха. Следует отметить, что средние коэффициенты выбросов CO 2 в Техасе и Гонконге составляют 0,5 и 0,7 кг CO 2 на кВтч соответственно, а разница заключается в том, что для производства электроэнергии в этих двух местах используются разные виды топлива. [28]. На основании приведенных выше данных предполагается, что 3,3 × 10 8 кг CO 2 и 2,1 × 10 8 кг CO 2 снижение может быть достигнуто в Техасе и Гонконге, соответственно, с помощью новой конструкции стеновых панелей. Оборудованные стеновыми панелями из сэндвич-бетона/гипса для строительства зданий, устойчивый и экологичный дизайн зданий может быть реализован в развитых городах за счет значительного снижения энергопотребления зданий в системе кондиционирования воздуха.
5. Будущие работы
Ожидается, что механические свойства гипса и поверхности раздела бетон/гипс могут ухудшиться под воздействием длительного воздействия тепла и влаги. Необходимо провести дальнейшее исследование долговечности этой многослойной стеновой панели. Более точное и точное моделирование затрат на электроэнергию в здании можно выполнить с помощью некоторых коммерческих программ, таких как Energy Plus и Transient System Simulation Tool (TRNSYS), которые учитывают вентиляцию здания и климатические воздействия, включая дневную температуру, интенсивность солнечного света и время.
Усовершенствованное керамическое тепловое покрытие – еще один возможный подход к новой конструкции сборных железобетонных панелей с высокой теплоизоляцией. Кроме того, существует дополнительная мера для уменьшения проникновения тепла в бетонную панель, а именно добавление тонкого отражающего слоя на внешнюю поверхность бетонной панели. Благодаря инновационному геометрическому дизайну можно отражать часть падающего солнечного излучения обратно в небо, так что панель поглощает меньше тепла. Такой дизайн должен предотвращать любое световое загрязнение на уровне улицы. Другими словами, текущий дизайн вертикальной панели может быть неприменим. В настоящей работе акцент делается на теплопроводность, и предлагается экспериментально исследовать различные сборные железобетонные панели с различными характеристиками теплоизоляции от теплопроводности, конвекции и излучения.
6. Выводы
Из-за растущего спроса на энергию и парникового эффекта на Земле потребление энергии зданиями становится критическим, поскольку оно является основной причиной выбросов CO 2 . Система кондиционирования воздуха является одним из основных источников потребления энергии в зданиях, и значительная экономия энергии может быть получена за счет использования надлежащих изоляционных материалов или конструкций для снижения энергии, используемой в системе кондиционирования воздуха. В этой статье были представлены новые стеновые панели из сэндвич-бетона/гипса и их применение в бетонных зданиях. Тепловые характеристики как обычной сборной железобетонной стены, так и предложенной стеновой панели были изучены с помощью экспериментальных подходов и подходов моделирования. Были проведены эксперименты, чтобы подтвердить, что многослойный гипсовый слой может эффективно замедлять процесс теплопередачи в сборной железобетонной стеновой панели, а гипсовый слой с пустотами обладает наибольшей теплоизоляционной способностью среди испытанных образцов. Между тем теплопроводность бетона и гипса была тщательно оценена с помощью параметрических исследований, поскольку эти свойства играют важную роль в моделировании процесса теплопередачи моделей зданий. Чтобы интерпретировать экспериментальный результат (который находится в масштабе структурного элемента) в масштабе реального здания, ABAQUS исследовал тепловое поведение между зданием с многослойной бетонной / гипсовой стеновой панелью и обычным бетонным зданием с использованием МКЭ. . Замечено, что внутренняя поверхность здания, используемого в стеновых панелях из сэндвич-бетона/гипса, на 1,1°C ниже, чем у традиционного бетонного здания, а это означает, что электроэнергия, потребляемая системой кондиционирования воздуха, может значительно экономиться, когда предлагаемый сэндвич-панель панель стены бетона/гипса принята как оболочка здания. В конечном итоге, значительное снижение энергопотребления и выбросов CO 2 выбросы могут быть достигнуты.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.
Благодарность
Авторы выражают благодарность Фонду Краучера за поддержку в виде стартового пособия для ученых Краучера с грантом №. 9500012.
Ссылки
L. Bernstein, P. Bosch, O. Canziani et al., Изменение климата 2007: Обобщающий отчет , Межправительственная группа экспертов по изменению климата, Валенсия, Испания, 2007 г.
М. А. Хамфрис, Х. Б. Риджал и Дж. Ф. Николь, «Обновление адаптивной связи между климатом и комфортом в помещении; новые идеи и расширенная база данных», Building and Environment , vol. 63, стр. 40–55, 2013 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
С. Л. Тан, Н. Х. Вонг и С. К. Юсуф, «Оценка средней радиационной температуры наружного воздуха в тропической городской среде», Строительство и окружающая среда , том. 64, стр. 118–129, 2013 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
X. Li, Z. Yu, B. Zhao и Y. Li, «Численный анализ внешней тепловой среды вокруг зданий», Building and Environment , vol. 40, нет. 6, стр. 853–866, 2005.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Филью Дж. П. де Брито, Энрикес Дж. Р., Дутра Дж. К. С. Влияние коэффициентов отражения солнечного света и коэффициента излучения инфракрасного излучения на температуру и тепловой поток горизонтальных плоских крыш искусственно кондиционируемых нежилых зданий, стр. 9.0068 Энергетика и здания , vol. 43, нет. 2–3, стр. 440–445, 2011 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
К. С. Онг, «Снижение температуры на чердаке и потолке за счет изоляции нескольких конструкций пассивной крыши», Energy Conversion and Management , vol. 52, нет. 6, стр. 2405–2411, 2011.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
L. D&R International, 2010 Buildings Energy Data Book , U.S.D.O. Energy, 2011.
М.С. Аль-Хомуд, «Эксплуатационные характеристики и практическое применение обычных строительных теплоизоляционных материалов», Building and Environment , vol. 40, нет. 3, стр. 353–366, 2005 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
А. Болатюрк, «Определение оптимальной толщины изоляции для стен зданий с учетом различных видов топлива и климатических зон в Турции», Прикладная теплотехника , том. 26, нет. 11–12, стр. 1301–1309, 2006.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Д. Чвидук, «На пути к зданиям, использующим устойчивую энергию», Applied Energy , vol. 76, нет. 1–3, стр. 211–217, 2003 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Дж. Ф. Никол и М. А. Хамфрис, «Адаптивный тепловой комфорт и устойчивые тепловые стандарты для зданий», Energy and Buildings , vol. 34, нет. 6, стр. 563–572, 2002.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
О. Кайнакли, «Обзор экономичной и оптимальной толщины теплоизоляции для зданий», Renewable and Sustainable Energy Reviews , vol. 16, нет. 1, стр. 415–425, 2012 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Дж. О. Джабер, «Перспективы энергосбережения при отоплении жилых помещений», Energy and Buildings , vol. 34, нет. 4, стр. 311–319., 2002.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
A. Faghri, Y. Zhang, and J. Howell, Advanced Heat and Mass Transfer , Global Digital Press, Columbia, Mo, USA, 2010.
R. Horne, T. Grant и Вергезе К., Оценка жизненного цикла: принципы, практика и перспективы , CSIRO, 2009. », Прикладная теплотехника , вып. 29, нет. 5–6, стр. 1123–1130, 2009 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
F. Cassagnabère, M. Mouret, G. Escadeillas, P. Broilliard и A. Bertrand, «Metakaolin, решение для производства сборных железобетонных изделий для ограничения содержания клинкера в бетоне: механические аспекты», Construction. и строительных материалов , вып. 24, нет. 7, стр. 1109–1118, 2010.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Академия Google
И. Холтон, Дж. Гласс и А. Д. Ф. Прайс, «Управление в интересах устойчивого развития: результаты четырех тематических исследований компаний в отрасли сборного железобетона в Великобритании», Journal of Cleaner Production , vol. 18, нет. 2, стр. 152–160, 2010.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
А. Виммрова, М. Кепперт, Л. Свобода и Р. Черны, «Легкие гипсовые композиты: стратегии проектирования для многофункциональности», Цементные и бетонные композиты , том. 33, нет. 1, стр. 84–89, 2011 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Дж. Дж. Дель Коз Диас, П. Дж. Г. Ньето, Дж. Д. Эрнандес и Ф. П. А. Рабанал, «Сравнительный анализ тепловой эффективности полов из глины, бетона и легкобетонных пустотелых блоков методом конечных элементов», Applied Thermal Engineering , vol. 30, нет. 17–18, стр. 2822–2826, 2010.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Академия Google
М. Л. Марсо и М. Г. ВанГим, «Значения коэффициента солнечного отражения для бетона», Concrete International , vol. 30, нет. 8, стр. 52–58, 2008.
Посмотреть по адресу:
Google Scholar
Ю. Ли, М.-С. Чой, С.-Т. Йи и Ж.-К. Ким, «Экспериментальное исследование коэффициента конвективной теплопередачи бетона раннего возраста», Cement and Concrete Composites , vol. 31, нет. 1, стр. 60–71, 2009 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Академия Google
П.