Р.И. ЗУБАИРОВ, Т.М. БОЧКАРЕВА (ПНИПУ).

Вопросы энергосбережения с каждым годом становятся более приоритетными направлениями государственной политики и становятся значимыми проблемами общества. Изза роста стоимости энергии для конечных потребителей, возникает необходимость принятия мер по увеличению эффективности использования энергии и улучшения жилищных условий [1, 2]. При строительстве на территории Пермского края данный вопрос является наиболее актуальным и важным. Пермский край имеет умеренно континентальный климат: продолжительная зима (183) со средней температурой воздуха (10,7°С), средним количеством осадок; относительно короткое лето с обильными осадками. По данным СП 131.13330 «Строительная климатология» представлены климатические параметры холодного периода в табл. 1. Увеличение теплоэффективности дома достигается при выполнении различных мероприятий: размещение дома и его ориентация в местности, оптимизация архитектурной формы и планировки, обеспечение комфорта и благоприятного микроклимата внутри здания и другие. Наиболее привлекательным и необходимым мероприятием увеличения теплоэффективности здания является сокращение теплопотерь через ограждающие конструкции использованием теплоизоляционных материалов. При этом для достижения цели необходимо учесть обстоятельства на всех этапах строительства здаРаспределение теплопотерь в традиционном доме приведен на рис. 1. Качество выполнения фундамента сказывается не только на энергосбережении, но является показателем качества всего строения в целом. Фундамент подвергается воздействию проникающей влаги в случае ее замерзания. Также фундамент, расположенный на сезонно промерзающихся грунтах, может подвергаться неравномерным деформациям, которые вызваны силами морозного пучения и увеличением объема грунта при замерзании [6]. Теплоизоляция внешней стороны фундамента предотвращает промерзание и снижает воздействие морозного пучения. На территории Пермского края преобладают водонасыщенные глинистые грунты, которые являются первопричиной появления деформаций в теле фундамента, вследствие, действия сил морозного пучения. Влияние морозного пучение грна фундамент является достаточно серьезным: сила, возникающая при пучении, приводит к сдвигу фундамента, а это, в свою очередь, приводит к возникновению трещин в стенах и, следовательно, к разрушению самого здания [7]. Исходя из этого, в целях энергосбережения и защиты фундамента от деформации важной задачей является определение его теплозащитных качеств. Решение задачи позволит оценить реальные потери тепла и разработать мероприятия по их уменьшению. Данные исследования проведены в работах [810], однако необходимо проанализировать возможности замерзания стенки фундамента или образования мостиков холода и разработать рекомендации по их устранению/снижению. Целью настоящей работы является разработка рекомендаций по уменьшению теплопотерь здания через фундаментную часть с применением теплоизоляционных материалов. Для достижения цели поставлены следующие задачи: 1. Анализ наиболее распространенных способов теплоизоляции подземной части здания. 2. Расчет и анализ тепловых полей фундаментной части здания с несколькими вариантами устройства теплоизоляции. 3. Выявление потенциальных мостиков холода в рассматриваемых вариантах и составление рекомендаций по их устранению/уменьшению с позиции повышения теплоэффективности, долговечности здания и снижение влияния сил морозного пучения. В настоящее время существуют несколько основных способов устройства теплоизоляции в подземной части здания. Они направлены на применение плитных утеплителей. Особенно широкое применение получил экструдированный пенополистирол. Данный материал имеет хорошие показатели по теплопроводности (0,030 Вт/(м·°С)), имеет низкий уровень водопоглощения (не более 6% по объему), высокую стойкость к воздействию кислот, щелочей [11,12]. Из недостатков необходимо выделить деформации утеплителя мерзлым грунтом, что является причиной увеличения зазора между стыками плит и образованием мостиков холода. Для проверки энергоэффективности фундаментной части здания рассмотрен вариант фундамента без теплоизоляции и выбраны три наиболее распространенных способов устройства теплоизоляции: 1. Горизонтальная теплоизоляция отмостки. 2. Вертикальная теплоизоляция стенки фундамента. 3. Раклонная заглубленная теплоизоляция. Определение мощностей тепловых потоков через каждый вариант устройства теплоизоляции выполняется при помощи расчета температурных полей в программе Elcut. Необходимые для расчета характеристики материалов конструкции фундамента приведены в таблице 2. Заданные граничные условия: 1. Температура внутреннего воздуха подвала Тп = 8 °С; 2. Температура грунта Тг = 3 °С. В таблице 3 представлены температурные поля в теле фундамента с вариантом без утепления и с 3 способами устройства утепления фундамента. Значения тепловых потоков и температур по наружному контору фундамента приведены в таблице 4. Графики распределения тепловых потоков и температур в теле фундамента представлены в рис. 24. Для выявления наиболее эффективного способа утепления был рассмотрен фундамент без выполнения теплоизоляции (табл. 3, вариант 1). При температуре грунта 3 °С температура наружной поверхности фундамента составляет в среднем 1,98 °С. Разница значений температур грунта и наружной поверхности фундамента
– 1,02 °С. Это можно объяснить тем, что поток тепла идет из помещения подвала в наружу через поперечное сечение фундамента, прогревая наружную поверхность фундамента. В результате образуется мостик холода. Исходя из направлений векторов тепловых потоков, очевидно, что основные потери тепла происходят в направлении наружной стенки и ступени фундамента (табл. 3.). Этому соответствует понижение температуры внутренней поверхности фундамента по высоте (от 4,46 °С до 2,46 °С) при температуре воздуха в подвале 8 °С. Для сравнения способов теплоизоляции фундамента по энергоэффективности и эффективности против сил пучения выбран поток тепла по наружному контору. Среднее значение теплового потока по наружному контору фундамента без теплоизоляции составляет 29,97 Вт/м2 (табл. 4). Горизонтальная теплоизоляция отмостки (табл.3, вариант 2) задачу по снижению теплопотерь выполняет недостаточно должным образом. Судя по численным значениям тепловых потоков по наружному контуру, потери тепла явным образом не уменьшаются (рис. 2). Но стоит отметить увеличение температуры на наружной поверхности фундамента (1,36 °С), что показывает влияние на температуру грунта близи фундамента (рис. 3.). Данный способ утепления является недостаточно эффективным для снижения теплопотерь, но является хорошим мероприятием против снижения морозного пучения. Рис. 2. График плотности теплового потока по наружному контору в вариантах 1
– 4 Оптимальным способом является устройство вертикальной теплоизоляции наружной стороны фундамента (вариант 3). Тепловой поток по наружному контору снижается по сравнению с вариантом без утепления на 79,48%. При данном способе теплоизоляции стенки фундамента значительно сокращаются потери тепла через стенку фундамента. Температура на поверхности утеплителя приблизительно равно температуре грунта. Это объясняется тем, что потоков теплоты через теплоизоляцию практически нет. Тем не менее, судя по векторам теплового потока, теплопотери происходят на ступени фундамента, температура поверхности угла подвала составляет всего 2,49 °С. При устройстве наклонной заглубленной теплоизоляции тепловые характеристики схожи с вариантом утепления отмостки. Способ так же хорошо работает на снижение температуры грунта близи фундамента. Температура на наружной поверхности (1,72 °С) значительно отличается от температуры грунта. Сокращение тепловых потерь составляет 10,31%. Данный способ также является эффективным против сил морозного пучения. Очевидно, что каждый способ теплоизоляции фундамента работает либо на снижение потерь тепла, либо на снижение замораживания грунта. Так же, исходя из результатов расчета видно, потоки тепла активно проходят через ступень фундамента, чего можно избежать при использовании теплоизоляции на самой ступени. Анализ полученных результатов свидетельствует о следующем: 1. Предлагаемые способы теплоизоляции фундаментной части здания позволяют сократить теплопотери и уменьшить влияния сил морозного пучения. С точки зрения энергоэффективности наиболее рациональным способом является вариант 3: устройство вертикальной теплоизоляции стенки фундамента. Данный способ позволяет сократить потери тепла на 79,48%, что наглядно демонстрирует программа Elcut. 2. С точки зрения, уменьшения воздействия сил морозного пучения, варианты 2 и 4 (горизонтальная теплоизоляция отмостки и наклонная заглубленная теплоизоляция) работают практически одинаково. Температуры на наружной поверхности фундамента равны соответственно 1,12 и 1,36 °С. 3. Для наиболее эффективной работы теплоизоляции фундамента как с точки зрения энергоэффективности, так и против деформации от сил морозного пучения, необходимо комбинировать способы теплоизоляции. 4. Также необходимо учесть потери тепла через ступень фундамента и рассмотреть мероприятия по их снижению. Следует выполнять утепление самой ступени и подошву фундамента для обеспечения наиболее комфортных условий.