Методы борьбы с мостиками холода (терморазрывами)

Одним из основных аспектов проектирования различных строительных конструкций является борьба с теплопотеря-ми. Снижение расходов на энергоресурсы сооружений, связанное со снижением количества температурных мостов, впоследствии даёт возможность более рационально эксплуатировать сооружение. Невозможно полностью избежать использования мостов холода, однако существуют различные методы проектирования и использования строительных материалов, которые могут позволить повысить энергоэффективность зданий до 30-40% [1].

Тепловой мост (мост холода) - это компонент здания, который характеризуется более высокими тепловыми потерями по сравнению с окружающей средой. Их точное моделирование является ключевым шагом в анализе энергоэффективности из-за растущего осознания важности устойчивого проектирования.

Для создания достаточной теоретической базы для целостного анализа методов борьбы с мостиками холода обратимся к научной литературе.

В публикации «Расчёт мостиков холода многоэтажного гражданского здания в программном комплексе Therm» [2] Усков И.А. показывает, как могут производиться теоретические расчёты теплопередачи на основании метода конечных элементов. Благодаря подобным расчётам становится возможным исключить крити- ческие теплопотери ещё на этапе проектирования.

Согласно работам «Температурные мосты или мостики холода в жилых зданиях и сооружениях» [3] и «Мостики холода: современное решение проблемы» [4] мостики холода можно подразделить на геометрические, обусловленные архитектурно-конструктивными особенностями, и материальные, возникающие из-за отличия теплоизоляционных свойств строительных материалов.

Методы и материалы

Был проведен обширный анализ существующих особенностей борьбы с мостиками холода. Данный метод способствовал формированию базы данных, которая позволит выделить наиболее эффективные методы снижения теплопотерь. Тепловое моделирование в архитектуре и инженерии часто не выполняется объемно, учебники по численным методам зачастую обобщают метод конечных элементов или рассматривают только случай однородных материалов.

Результаты

В ходе работы были рассмотрены некоторые методы борьбы с мостиками холода. Самыми релевантными из них являются термомосты и теплоизоляция. Эти методы применяются для борьбы с различными типами мостиков холода, однако оба основаны на разности теплопроводности различных веществ.

Термомост

Термомост – конструкция, являющаяся совокупностью теплоизолирующих материалов и полостей с воздухом, который обладает естественными изолирующими свойствами. Такой метод, например используется в металлических профилях компании Schüco (рис. 1). Сохранение тепла является важной задачей, с которой сталкиваются инженеры при проектировании конструкций окон и витражей. В то время, как профили из ПВХ и древесины хорошо с ней справляются, они обладают высоким классом пожароопасности, (большинство видов древесины обладают классом горючести Г4 – сильно горючие). Алюминиевые профили зачастую более долговечны и обладают большей пожаро-стойкостью, однако обладают высокой теплопроводностью. По этой причине в конструкции окон и витражей включают термомосты.

1 – Многокамерный уплотнитель и термомост

2 – Термоизолирующий уплотнитель

3 – Двухкамерный стеклопакет

Теплоизоляция

Данный метод борется с точечными источниками холода – металлическими крепёжными соединениями, кроме того, используется и в других узлах, например, в пирогах крыш, стен и т.д.

Для начала следует понять, какими недостатками может обладать такой элемент как теплоизоляция. Для использования теплоизоляции необходимо учитывать хи- мическую совместимость материалов архитектурных конструкций. Кроме того, существует проблема порчи утеплителя птицами, которые используют его для постройки гнёзд.

Чтобы разобраться в том, что влияет на эффективность теплоизоляции следует обратиться к формуле из руководства Моррисона Хершфилда по тепловым мостам (From the Morrison Hershfield guide for

Thermal Bridging). Формула была преобра- ния: зована (формула 1), для лучшего понима-

Общий тепловой поток по площади по всему узлу (U) =тепловой поток через линейные разрывы + тепловой поток через точечные разрывы

полная площадь узла+ тепловой поток по площади через "clear field assembly" (1)

«Clear field assembly» – конструкции стен, крыши или пола, которые включают в себя все компоненты, из которых состоит стена, включая несущий каркас.

Разберёмся, что значит эта формула: в общем случае тепловой поток (U) – величина, используемая для измерения передачи тепла через конструкцию. Иначе говоря, он используется для определения того, как быстро тепло может уйти через материал. Чем ниже значение U материала, тем медленнее тепло будет передаваться через материал, а это означает, что материал обладает высокими теплоизоляционными свойствами. Тепловой поток измеряется в Вт/м2К(ватты на метр квадратный кельвин) – единице измерения коэффициента теплопередачи.

Значение теплового потока можно выразить через единицы измерения, которые указывают, насколько хорошо материал сопротивляется изменению тепла (обозначим их R). Их всегда можно найти в спецификациях материалов.

R =

I (толщина материала)

Л (удельная тепловая проводимость материала) 1

y = 5R (3)

Зная общий коэффициент теплопередачи материала, можно рассчитать приблизительные теплопотери при известной температуре (снаружи и внутри), что поможет скорректировать конструкцию со- оружения, в том числе с учётом мостиков холода, а также подобрать материалы, необходимые для изоляции и их размерные характеристики.

Приблизительные теплопотери = U х ДТ х S (4)

Где:

приблизительные теплопотери (Вт)

U – общий тепловой поток по площади по всему узлу (Вт/ м^2К)

∆T – разница температур (внутри и снаружи) (К)

S – площадь поверхности (м2)

Так, например, возникает точечные терморазрывы, которыми являются шпильки. Поэтому, в металлических конструкциях используют деревянные шпильки вместо стальных (т.к. удельная теплопроводность дерева выше, чем у стали) [5].

Соответственно, можно прийти к выводу, что дополнительная теплоизоляция мостиков холода позволит уменьшить их влияние на теплопотери.

Выводы

Полученные в ходе исследования результаты позволили сформулировать некоторые методы борьбы с теплопотерями, вызванными мостиками холода мостиками холода. Выводы, сделанные в результате произведённого анализа, будут способствовать более рациональному и эффективному проектированию и эксплуатированию жилых и нежилых строений.

Подводя итоги работы, можно обобщить, что основными методами борьбы с теплопотерями, вызванными мостиками холода являются:

• 1.    Применение термомостов в конструкциях, что особенно важно при ис-

• пользовании материалов, обладающих высокими теплопроводными свойствами.

• 2.    Использование дополнительной теплоизоляции в узлах, в том числе включающих в себя точечные мостики холода.

Кроме того, следует учитывать, что борьба с терморазрывами является ключевым шагом в повышении энергоэффективности и осознания важности устойчивого проектирования.