Ограждающие конструкции высотных зданий

Энергетическая эффективность высотных зданий во многом зависит от теплозащитных качеств ограждающих конструкций, так как они вместе с инженерными системами определяют расход энергии на под держание в помещениях здания качественного микроклимата. Соответственно выбор конструктивного решения и материалов ограждающих конструкций в последующем оказывает влияние на расход теплоты системами ОВК воздуха зданий.

В зависимости от конструктивной системы здания ограждающие конструкции могут быть несущими и ненесущими, выполненными кладкой из штучных материалов, стекла, металла или бетона (как легкого, так и тяжелого), однослойными или многослойными, с навесными стенами или вентилируемыми фасадами.

Расчеты переноса теплоты и массы при проектировании ограждений выполняются по общепринятым методикам (см. [31]), но с учетом особенностей изменения температуры наружного воздуха и его скорости по высоте зданий.

Температура воздуха с увеличением высоты изменяется практически линейно и описывается уравнением

где th температура воздуха на высоте h, °С; t0 температура воздуха у поверхности земли, °С; h — высота, м.

Понижение температуры в холодный и теплый периоды года в среднем составляет 0,1 °С на каждые 15 м высоты.

С увеличением высоты скорость ветра возрастает нелинейно и зависит от характера местности. Определение скорости ветра по высоте по отношению к стандартной точке измерения на метеостанциях может быть выполнено с использованием коэффициента к изменения скорости (табл. 9.1).

Таблица 9.1

Изменение скорости ветра по высоте (по отношению к стандартной высоте расположения флюгера Юм)

Высота, м

Значение коэффициента к при расчетной скорости ветра, м/с

2,0

2,5

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

10,0

10

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

50

2,3

1,8

1,8

1,5

1,4

1,4

1,3

1,2

1,2

100

2,8

2,4

2,2

1,9

1,8

1,7

1,5

1,4

1,2

150

3,2

2,8

2,5

2,1

2,0

1,8

1,7

1,6

1,4

200

3,5

3,0

2,7

2,4

2,1

2,0

1,8

1,7

1,4

250

3,8

3,2

2,8

2,5

2,3

2,1

1,9

1,8

1,5

300

3,8

3,4

3,0

2,6

2,4

2,2

2,0

1,9

1,6

350

4,0

3,4

3,0

2,6

2,4

2,3

2,1

2,0

1,7

400

4,0

3,4

3,2

2,8

2,5

2,3

2,1

2,1

1,8

450

4,0

3,6

3,2

2,9

2,6

2,4

2,2

2,2

1,8

500

4,0

3,6

3,2

2,9

2,6

2,5

2,3

2,2

1,9

Атмосферное давление с увеличением высоты понижается в среднем на 1 гПа через каждые 8 м. Изменение давления может быть определено по формуле

где ри давление на высоте h, Па; р0 давление у поверхности земли, Па.

Использование уточненных данных по расчетным температурам, скорости ветра и давлению воздуха позволяет более точно определять теплотехнические характеристики ограждающих конструкций по высоте здания.

Наравне с традиционными конструкциями наружных стен в высотном строительстве все более широкое применение находят фасадные ограждения с вентилируемой воздушной прослойкой. Схема указанного типового ограждения представлена на рис. 9.3.

Вентилируемая прослойка шириной 5 > 60 мм обычно разделена горизонтальными огнестойкими диафрагмами на секции.

Наружная теплоизоляция стен здания «вентилируемый фасад»

Рис. 9.3. Наружная теплоизоляция стен здания «вентилируемый фасад»: а — общий вид; б — элемент крепления; 1 — наружная стена; 2 — теплоизоляция; 3, 12 — дюбель-анкер; 4 — кронштейн; 5—7— болты с гайкой, шайбой и гравером; 8 — горизонтальный несущий профиль (балка); 9 — экран; 10 — заклепки; 11 — воздушная прослойка

Внизу и вверху каждой секции предусмотрены воздухозаборные и воздухоотводящие отверстия для организации движения воздуха в прослойке, которые при необходимости могут быть использованы для естественной вентиляции помещений.

Фасадные системы с вентилируемой воздушной прослойкой высотных зданий имеют значительное количество крепежных элементов. Поэтому при их проектировании обязательно следует учитывать теплотехническую однородность конструкций, оказывающую существенное влияние на приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен. Для различных конструкций экранов и вентилируемых прослоек коэффициент г теплотехнической однородности стен высотных зданий может быть равен 0,6...0,7.

Развитие фасадных систем с вентилируемой воздушной прослойкой идет по пути использования изолирующего остекления в качестве наружного экрана. Его выполняют из одинарного ламинированного закаленного стекла и обеспечивают поступления воздуха в прослойку через предусмотренные в ней вентиляционные решетки.

За рубежом в энергоэффективных высотных зданиях широко используются фасадные системы, основными материалами которых служат стекло и металл. Эти конструкции получили название «двойные фасады». Их подразделяют на проходные фасады с широко расставленными (300...800 мм) и узко расставленными (80...150 мм) поверхностями остекления.

В зависимости от способа организации вентиляции помещений и воздушной прослойки разработано большое количество вариантов компоновки «двойных фасадов». Например, «двойные фасады» со щелевыми отверстиями в верхней и нижней частях наружного остекления, «двойные фасады» с фрамугами в верхней части окна и др. Для снижения теплопоступлений от солнечной энергии в летний период используются солнцезащитные устройства различных типов.

В климатических условиях СНГ использование «двойных фасадов» со сплошным наружным остеклением и внутренними светопрозрачными конструкциями в виде одно- или двухкамерных стеклопакетов может оказаться энергетически затратным. Для каждого высотного здания следует оценивать экономическую и энергетическую его целесообразность в зависимости от района строительства.

Выбирать оптимальные в техническом и энергетическом отношении ограждающие конструкции следует с учетом затрат на теплоту, холод и энергоснабжение помещений здания.

Энергоэффективность высотных зданий во многом зависит от конструкции оконных заполнений. Светопрозрачные конструкции в дневное время выполняют свою основную функцию, а в ночное представляют собой ограждения с пониженной теплозащитой.

Влияние площади светопрозрачных ограждающих конструкций на годовое энергопотребление для систем ОВК и освещения административного здания определено в [20]. Математическое моделирование выполнено для разной площади остекления здания стеклопакетами типа SUN SELEKT и THERMO SKP.

Стеклопакет THERMO SKP имеет сопротивление теплопередаче RT = 0,77 м2 • °С/Вт, светопроницаемость 79 %, а стеклопакет SUN SELEKT — RT = 0,77 м2 • °С/Вт и светопроницаемость 74 %.

По результатам расчетов, представленных на рис. 9.4 для разных площадей остекления, видно, что суммарное энергопотребление

Графики зависимости ежегодного потребления первичной энергии для обогрева, охлаждения и освещения от площади остекления при использовании стеклопакетов типа

Рис. 9.4. Графики зависимости ежегодного потребления первичной энергии для обогрева, охлаждения и освещения от площади остекления при использовании стеклопакетов типа: а - SUN SELEKT; б - THERMO SKP;

—?--отопление; —?--охлаждение; —?--освещение при использовании стеклопакета SUN SELEKT минимально при остеклении 56...60 %. В случае применения стеклопакета THERMO SKP оптимальная площадь остекления равна 45 %.

Таким образом, для того чтобы потребление энергии было минимальным, площадь остекления фасадов здания должна соответствовать минимальным требованиям естественного освещения помещений. Для рассматриваемого здания в случае применения стеклопакетов SUN SELEKT оптимальная площадь остекления — 56 %, при использовании стеклопакетов THERMO SKP — 52 %.

Повышению теплозащитных качеств оконных заполнений способствует создание оконных блоков из алюминия с терморазрывами, деревоалюминия, клееной древесины, а также применение стеклопакетов с теплоотражающими стеклами. В ночное время теплозащитные качества светопрозрачных ограждений повышаются в результате использования штор из теплоизоляционных материалов, а в дневное — различных пассивных защищающих экранов, навесов, жалюзи, штор, предотвращающих попадание в помещения солнечной энергии.

Анализ процессов переноса теплоты через оконные заполнения и рекомендации по повышению их сопротивления теплопередаче изложены в п. 8.2.3.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >