Введение
В отечественной прошлой статье [1] рассматривались секционные ворота с полотном из «сэндвич»-панелей, каковые на данный момент активно используются в качестве подвижных ограждающих конструкций современных сооружений и зданий разного назначения.
На сегодня, к сожалению, отсутствует теплофизическая модель секционных ворот, разрешающая совершить корректную оценку приведённого сопротивления теплопередаче ворот в целом, в соответствии с требованиям нормативно-технических документов (НТД) (СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита строений» [2], СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты строений» [3]) как единой строительной конструкции, складывающейся из разных элементов и конструктивных узлов (см., к примеру, [4-5]).
В рекламных материалах зарубежных производителей ворот приводятся эти по величине коэффициента передачи тепла (теплопроводности) U, Вт/м2·оК секционных ворот с полотном из «сэндвич»-панелей, что образовывает 1,64-0,98 Вт/м2·оК в соответствии с DIN4108. Если не учитывать краевые эффекты и принять, что приведённое сопротивление теплопередаче ворот в целом R0прив= 1/U, то R0прив в этом случае будет равняется 0,61-1,02 Вт/м2·оС.
Вышеприведённые значения U даны для ворот площадью от 16м2 до 25 м2 и не обоснованы никакими документами, подтверждающими определения этих показателей в следствии прямых лабораторных опробований.
В связи с сказанным выше, воображало интерес решить эту проблему по определению теплотехнических черт для того чтобы вида ограждающей подвижной встроенной конструкции, как секционные ворота, методом комплексных теоретических и экспериментальных изучений.
Совместно и при технической помощи группы компаний «DoorHan» для испытаний и исследования было представлено три типа секционных ворот разных производителей: производитель из Белоруссии (до 20% русского рынка), производитель из Германии (около7 %) и отечественный производитель «DoorHan» (65 %).
Цель работы
1. постановка и Разработка методики лабораторных опробований полноразмерных конструкций секционных ворот в условиях, максимально приближенных к настоящим условиям эксплуатации при температурах холодного периода года от -10 до -40 оС.
2. Создание на базе результатов опробований адекватной теплофизической модели секционных ворот, как единой строительной конструкции с целью последующего расчёта приведённого сопротивления теплопередаче.
3. Сравнение теплотехнических черт ворот разных производителей по приведённому сопротивлению теплопередаче и условию выпадения/невыпадения конденсата на внутренней поверхности ворот на соответствие требованиям НД и определение вероятной области применения в строительных работах.
4. Разработка рекомендаций по оптимизации конструкции секционных ворот с целью увеличения их теплозащитных черт.
Особенности конструкции «сэндвич»-панелей секционных ворот разных производителей
Секционные ворота с полотном из «сэндвич»-панелей устанавливаются, в большинстве случаев, в проеме наружных стен строений и снабжают функциональную связь между внутренним помещением строения и прилегающей территории.
Конструктивные и иные требования к секционным воротам нормированы в ГОСТ 31174.
По собственной конструкции и функциональным особенностям секционные ворота разных производителей подобны друг другу, но имеются кое-какие, очень ответственные различия.
В конструкции полотна секционных ворот производители используют разные виды «сэндвич»-панелей, отличающиеся по технологии и толщине изготовления. «Сэндвич»-панель складывается из двух, внешней и внутренней, железных оболочек, изготовленных из профилированного металлического страницы с полимерным покрытием толщиной 0,45-0,5 мм. Пространство между панелями заполняется пенополиуретаном для придания готовой панели нужных прочностных и теплозащитных особенностей.
Особые стыковочные выступы/пазы по краям панели, снабжают плотное, надежное и подвижное соединение панелей в составе полотна ворот (см. рис. 1).
«Сэндвич»-панели условно возможно поделить на два типа:
1 – «сэндвич»-панели с завальцованными по краям железными страницами. Наряду с этим внешний и внутренний страницы металла являются единую конструктивно железную оболочку.
2 – «сэндвич»-панели с терморазрывом.
Наряду с этим внешний и внутренний страницы металла не соединяются между собой.
Большинство Европейских производителей секционных ворот используют в собственных конструкциях «сэндвич»-панели типа 1. Такие ворота в условиях достаточно мягкого климата Центральной и Западной Европы прекрасно зарекомендовали себя при эксплуатации.
Опыт их применения в климатических условиях России был менее успешным.
Замкнутая железная оболочка панели, являясь «мостиком холода», ведет к большим дополнительным теплопотерям в холодный период года, промерзанию межпанельных стыков, образованию конденсата, наледи и инея на внутренней поверхности ворот.
Практический опыт применения панелей типа 2 с терморазрывом в конструкции полотна секционных ворот для русских условий выяснилось более успешным. Помимо этого, толщина «сэндвич»-панели у разных производителей может изменяться от 20 до 45 мм, а размер панелей от 400 до 650 мм, что кроме этого нужно учитывать при проектировании полотна ворот.
Предварительные расчёты распределения температурных полей межпанельных стыков полотна ворот
Для определения температурных их анализа и полей с целью соответствия нормам проектирования предварительно были выполненены расчты на ЭВМ с применением программного комплекса Window.
Изучения заключались в построении математической модели двухмерного процесса передачи тепла через ограждение с последующим расчетом полей температуры и тепловых потоков в конструкции. По взятым расчетным данным строились графики распределения температуры по толщине конструкции.
Для сопоставимости результатов расчетов теплового режима теплофизические характеристики составляющих их материалов были приняты в соответствии с Приложением к СП23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты строений [3]» и библиотекой материалов программы Window.
Для расчетов были приняты следующие граничные условия.
Температура окружающей среды в помещения tв = 16 оC, коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции aв= 8,7 Вт/м2 0C.
Температура наружного воздуха tн = -28 0C, коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции aн= 23,0 Вт/м2 0C. Температура наружного воздуха принята по СНиП 23-01-99 [6], как температура самая холодной пятидневки для Москвы.
В соответствии с положениям СНиП 23-02-2003 [2] «Тепловая защита строений», температура непрозрачных элементов ограждающих конструкций строений должна быть не ниже точки росы при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период года.
На рис. 2 представлены расчетные температурные поля узла подвижного соединения смежных панелей полотна ворот при заданных условиях. Из результатов расчета направляться, что минимальная температура на внутренней поверхности образовывает 4,1 0C, температура на внутренней поверхности в однородной территории панели 9,3 0C.
Минимальная температура в воздушной полости стыка панели составляла 0,8 0C.
Полученные результаты расчета продемонстрировали, что на внутренней поверхности полотна на участке стыка вероятно выпадение конденсата при влажности внутреннего воздуха более чем 42 %. В соответствии с требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита строений», температура точки росы принимается при расчетной относительной влажности внутреннего воздуха jв = 55%, что при температуре внутреннего воздуха tв = 16 0C составит tр = 7 0C.
Внесение конструктивных трансформаций в стык методом повышения зазора с внутренней стороны панели не стало причиной хорошему эффекту по температуре.
Повышение размера терморазрыва между наружной и внутренней оболочками «сендвич»-панели до 6 мм ведет к увеличению внутренней температуры в полости до 6 0C. Участок температуры менее 7 0C образовывает не более 5 мм.
Температура на внутренней поверхности в однородной территории панели образовывает 9,7 оС (см. рисунок 3).
По итогам предварительного расчета сопротивление теплопередаче центральной части панели образовывает 1,04 м2 0C/Вт.
По итогам предварительного расчёта возможно сделать следующие выводы:
1. Минимальная температура на внутренней поверхности пространства межпанельных стыков возможно ниже температуры точки росы. Внесение конструктивных трансформаций в стык методом повышения зазора в стыке с внутренней стороны панели, не ведет к хорошему результату.
2. Повышение размера терморазрыва между наружной и внутренней оболочками «сендвич»-панели ведет к увеличению внутренней температуры в полости, но не исключает возможного выпадения конденсата.
3. С целью проведения корректного расчета температурных полей нужно уточнить теплопроводность пенополиуретана, и совершить прямые лабораторные опробования ограждающей конструкции в целом.
Факторы, определяющие теплотехнические характеристики
Теплотехнические характеристики ограждающих конструкций зависят, первым делом, от следующих факторов:
- от климатических параметров региона строительства в холодный период года (температуры самая холодной пятидневки tн, 0С по СНиП23-01-99 «Строительная климатология» [6] и [7]);
- от относительной влажности и температуры внутреннего воздуха в помещении [8];
- от технических ответов, реализованных в конструкции.
Кроме Roприв теплотехнические характеристики полотна (и ворот в целом) определяются значением температуры на его внутренней поверхности, которая должна быть таковой, дабы не создавались условия выпадения конденсата на панелях полотна ворот, и несущих элементах обрамления, стыках (монтажных швах) конструкции ворот со стеновым проемом и других конструктивных элементах. Требования по этому показателю нормированы в СНиП 23-02-2003 [2].
При проектировании строений (сооружений) для конкретного строительно-климатического региона принципиально важно учитывать не только параметры наружного воздуха по строительным нормам [6] , но и теплотехнические характеристики используемых строительных материалов и конструкций.
Высокие теплозащитные особенности ограждающих конструкций оказывают хорошее влияние на реализацию комфортных условий в помещения и в летний период года, защищая помещение от перегрева.
Как уже было отмечено выше, при определении теплотехнических черт ограждающих конструкций нужно учитывать и параметры внутреннего воздуха помещения. В соответствии с санитарно-гигиеническими нормами [8] для производственных помещений оптимальной нормой по температуре tв и относительной влажности внутреннего воздуха j,% в холодный различных категорий и периода года работ есть:
- температура, tв, оС = 16 – 20;
- влажность, j,% = 40 – 60.
В приведенном ниже расчётах и анализе теплотехнических черт секционных ворот мы задаемся следующими параметрами внутреннего воздуха: температура +16 оС, относительная влажность – 40-50 %. Напомним, что эти параметры не противоречат санитарно-гигиеническим требованиям СанПиН 2.2.4.548-96.
На рис.
4 приведены графики зависимости температуры точки росы какое количество, оС от относительной влажности внутреннего воздуха при температурах от 13 до 18 оС
В соответствии с СанПиН [10], для холодного периода года на постоянных и непостоянных рабочих местах производственных помещений, для категорий работ «тяжелая» оптимальные нормы по температуре относительной влажности и внутреннего воздуха внутреннего воздуха составляют 16-18 оС и 40-60% соответственно, где температура точки росы может изменяться от 2,4 оС до 10,1 оС (см. графики на рис.
4).
В соответствии с положениям СНиП 23-02-2003 главным критерием применимости той либо другой строительной конструкции в конкретном строительно-климатическом регионе главным критерием есть величина приведенного сопротивления теплопередаче в соответствии градусо-днями отопительного периода данного региона.
Испытательные стенды, оборудование, контрольно-измерительные устройства
Для опробований по определению теплотехнических черт секционных ворот употреблялась климатическая камера КТК-2007 НИИСФ. Камера прошла установленную процедуру аттестации в соответствующих органах ФА «Ростехрегулирование». Главное назначение камутверждена в соответствии с правилами.
Измеритель теплопроводности многоканальный ИТП-2, внесен еры – опробования полноразмерных (4,0х4,0 м) фасадных, витражных, оконных и других светопрозрачных конструкций, и стеклопакетов. Используемые при опробованиях устройства для плотности и измерения температуры тепловых потоков прошли соответствующую процедуру поверки.
измерения проведения теплопроводности и Методика испытаний термического сопротивления конструкции соответствует требованиям ГОСТ 26254-84 и ГОСТ 26602.1-99, согласована и в Госреестр средств измерений.
Характеристики климатической камеры КТК-2007
Условия проведения и методика опробований
Объекты опробований
Опробованиям подвергались три типа секционных ворот:
- тип «D» — ворота отечественного производителя «группы компаний DoorHan»;
- тип «N1» — ворота производителя из Белоруссии;
- тип «N2» — ворота производителя из Германии.
В воротах типа «D» полотно произведено из «сэндвич»-панелей размером 575 мм, толщиной 40 мм.
Ворота типов «N1» и «N2» подобны по собственной конструкции воротам типа «D» за исключением «сэндвич»-панелей (без терморазрыва). Размер панелей ворот типа «N1» 625 мм, толщина 45 мм.
Размер панелей ворот «N2» 565 мм, толщина 42 мм.
Условия проведения опробований
По окончании завершения монтажа включалось холодильное оборудование и устанавливался таковой режим, дабы перепад температур между тёплым отделениями и холодным камеры составлял не меньше 20 оС. По окончании установления стационарного теплового режима, характеризующегося тем, что результаты двух последовательных, с промежутком в 3 часа, измерений температуры на поверхностях ворот со стороны теплого отделения не отличались друг от друга более чем на 0,3 оС, а колебания влажности воздуха в теплом отделении камеры составляли не более 5%.
Проводилась контрольная тепловизионная съемка внутренней поверхности ворот посредством тепловизора ТН9100. Цель тепловизионной съёмки пребывала в обнаружении неоднородных по температуре и характерных территорий потерь тепла для установления (выбора) схемы плотности датчиков и установки температуры тепловых потоков. Пример панорамной термограммы приведен в работе [1].
По окончании чего производилась плотности датчиков и установка температуры тепловых потоков.
Области установки датчиков:
- верхний узел примыкания полотна ворот к притолоке;
- нижний узел примыкания полотна ворот к полу;
- боковой узел примыкания;
- межпанельные стыки в нижней половине и центре полотна, а также, на поверхности внутренних петель;
- в середине центральных панелей на протяжении вертикальной оси размещения петель.
Существующие методики опробований наружных ограждающих конструкций, приведенные в разных нормативных документах, имеют отношение к классическим типам ограждающих конструкций (стенки, окна, двери, перекрытия). Изученную нами конструкцию возможно отнести к типу подвижных ограждающих конструкций.
Этот тип конструкции в силу собственных назначения и функциональных свойств владеет повышенной воздухопроницаемостью.
распределение и Размеры по поверхности таких конструкций краевых и однородных территорий и однородных по температуре территорий, и критерии их определения не изучены.
В базу определения теплозащитных особенностей изученных конструкций ворот разных производителей, по итогам их опробований, употреблялся подход, изложенный в ГОСТ 26602.1-99
Опробования проводились при разных температурах наружного воздуха (температура в холодном отделении камеры) с целью определения зависимости теплотехнических черт конструкции, размеров краевых и других неоднородных территорий от градиента наружной и внутренней температур (температура в тёплом отделении камеры).
В один момент с контактными измерениями (термопары и датчики тепловых потоков) проводился контроль распределения температур с применением тепловизора, в качестве свободного способа.
Теплозащитные особенности ограждающей конструкции рассчитывались на базе измеренных значений температур на внешней и внутренней поверхности конструкции и тепловых потоков методом определения приведенного сопротивления передачи тепла [2, 9] по формуле: где Rпр0 — приведенное термическое сопротивление испытуемой строительной конструкции, м2·оС/Вт;
aв, aн — коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхностей конструкции.
плотности и Измерения температуры тепловых потоков создают по окончании установления стационарного режима передачи тепла.
Rпр0= 1/a в + Rпрк + 1/ан
Режим передачи тепла нужно считать стационарным, в случае если результаты двух последовательных, с промежутком 3 часа, измерений температуры в некоей точке поверхности со стороны теплого отделения не отличаются друг от друга более, чем на 0,3 оС. Наряду с этим трансформации влажности воздуха в теплом отделении камеры составляют не более 5%.
плотности и Измерения температуры тепловых потоков выполняют не меньше десяти раз по окончании установления стационарного режима.
Опробования всех типов ворот проводилось в четырех режимах (таблица. 3).
Как видно из приведенных выше данных, для режимов I-IV нам не удалось реализовать однообразные условия по параметрам микроклимата в теплом отделении камеры КТК-2007.
Это разъясняется тем, что оборудование по поддержанию и регулированию стабильных параметров в теплом отделении камеры проектировалась с целью проведения лабораторных опробований герметичных строительных конструкций, таких как: современные оконные блоки, фасадные модули, стеклопакеты.
Секционные ворота в силу собственных области применения и функциональных свойств владеют повышенной воздухопроницаемостью. В частности по притвору полотна ворот к строительной конструкции.
Инфильтрация холодного воздуха из холодного отделения в теплое и встречная эксфильтрация из теплого отделения в холодное через притвор и, в особенности, через нижний узел примыкания полотна ворот к полу помещения ведет к выхолаживанию горячей территории.
Выводы:
1. Проанализированы конструкции современных секционных ворот с применением полотна из «сэндвич»-панелей. В следствии предварительного расчета распознано влияние терморазрыва между внутренним и внешним железными страницами «сэндвич»-панели на распределение температур в области межпанельного стыка. Данный фактор есть одним из определяющих по критерию образования конденсата на внутренней поверхности полотна ворот в стыке.
2. Создана методика проведения лабораторных опробований по определению приведенного сопротивления передачи тепла секционных ворот, распределения температур на их внутренней поверхности в специальной климатической камеры КТК-2007 НИИСФ РААСН.
3. Отмечена важность учета при определении теплотехнических черт для того чтобы вида подвижных ограждающих конструкций, не только параметров наружного воздуха, но и параметров внутреннего воздуха помещения.
4. Предложено использование тепловизионного способа для получения корректных экспериментальных данных, обнаружения краевых неоднородных по температуре территорий (областей потерь тепла), и выбора оптимальной схемы расстановки контактных датчиков.
Табл.3 Параметры четырех режимов совершённых опробований
Литература
1. С.И. Тихомирнов, А.А. Верховский.
К вопросу о теплотехнических чертях секционных ворот ж. «Оконная и фасадная практика» №9 октябрь 2008г.
Стр. 28
2. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита строений.
3. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты строений.
4. ГОСТ31174-2003 Ворота железные.
5. Каталог комплектации секционных ворот DoorHan
6. СНиП23-01-99* «Строительная климатология»
7. Строительная климатология. Справочное пособие к СНиП 23-01-1 99*.
М., НИИСФ, 2006
8. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.
9. ГОСТ 26602.1-99 Блоки оконные и дверные. Способы определения сопротивления передачи тепла
10. СанПиН 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений
11. МГСН 4.19-05
ПодготовленоГК DoorHan
Рандомные показатели записей:
Неровный пол на секционных воротах что может случиться
Подборка наиболее релевантных статей:
-
Теплотехнические характеристики секционных ворот
Тихомирнов С.И. с.н.с., к.т.н., зав. сектором НИИТАГ РААСН Верховский А.А. к.т.н., зав. сектором НИИСФ РААСН Российская Федерация входит в десятку самых…
-
Секционные ворота: формула тепла
Секционные ворота: формула тепла Холодный период быстро усиливается . А это значит, что пора задуматься о грамотном утеплении всех пристроек дома,…
-
Что такое гигроскопичность Классификация древесины по степени влажности паркет и Увлажнители воздуха. Дерево есть природным материалом, чувствительным к…
-
Рольставни и секционные ворота: защита — плюс, коррозия — минус? отвечают эксперты
Рольставни и секционные ворота — тренд защитных конструкций для частных домов и промышленных предприятий по всему миру. Но соответствуют ли они…