Новости

Новости

Теплотехнические особенности крыш


Верхними конструктивными элементами зданий, защищающими их от атмосферных осадков, служат крыши. Они подразделяются на чердачные и совмещённые (бесчердачные), эксплуатируемые и неэксплуатируемые.
Крыша состоит из двух основных элементов: несущих конструкций и кровли. К несущим конструкциям относятся чердачные перекрытия, фермы, стропила и другие устройства, воспринимающие и передающие на стены нагрузки от массы самой крыши, снега, ветра и др.
Кровли из рулонных материалов, асбестоцементных листов, черепицы, листовой стали, защищают поверхности конструкций крыши от климатических воздействий. Они подразделяются на кровли пониженной воздухопроницаемости (металлические, рулонные и мастичные), при которых необходимо устройство эффективной вентиляции и в некоторых случаях технических чердаков, и повышенной воздухопроницаемости (из асбестоцементных волнистых листов и плоских плиток, черепичные), при которых вентиляция чердаков обеспечивается через неплотности между элементами кровельного покрытия.
В современных зданиях, в основном, используются три основных типа крыш из железобетонных элементов:
— бесчердачные с теплоизолирующим слоем из легкого бетона, засыпного утеплителя или плотных минераловатных плит (вентилируемые или невентилируемые);
— чердачные с холодным чердаком и теплоизоляцией перекрытия верхнего этажа;
— чердачные с тёплым чердаком и теплоизоляцией покрытия.
Бесчердачные крыши, примеры которых приведены на рис. 4.13, могут быть невентилируемыми (сплошными) и вентилируемыми с воздушными прослойками.

Основными элементами совмещённой невентилируемой крыши являются несущая железобетонная плита, пароизоляция, теплоизоляция, выравнивающая стяжка или тонкостенная железобетонная плита и гидроизоляционный ковёр с защитным покрытием.
В вентилируемых совмещённых крышах между слоями теплоизоляции и верхним теплоизоляционным покрытием, уложенным по железобетонным плитам, предусмотрены воздушные прослойки. Площадь приточных отверстий (продухов) прослоек должна быть не менее 1/500 площади горизонтальной проекции покрытия.
В Республике Беларусь в 1960...1980 годы велось строительство жилых крупнопанельных и из блок-комнат зданий с совмещенными вентилируемыми покрытиями. Эти дома серий 1-464 А, 1-464 K-77, 3А-ОПБ-5-VII и др.
Совмещённая вентилируемая крыша дома серии 1-464 А представляет собой панель-пакет, состоящий из двух аглопоритобетонных ребристых плит-скорлуп переменного сечения, обращённых рёбрами внутрь (рис. 4.14).
Сплошная вентилируемая воздушная прослойка в совмещённом покрытии предназначалась для борьбы с накоплением влаги в конструкции. Однако практика эксплуатации зданий с совмещёнными вентилируемыми крышами выявила наличие в них отрицательных сторон. Наиболее уязвимые элементы крыш связаны с системой их вентиляции. К ним относятся стыки между панелями, где устройство канала для пропуска воздуха затрудняет качественно выполнить герметизацию; воздухозаборные отверстия, необходимость защиты которых от попадания дождевой влаги с помощью жалюзийных решёток, уменьшает сечение вентканалов и объёмы поступающего воздуха.

Кроме того, наблюдаются протечки покрытий в период зимних оттепелей и весенние протечки при переходе к положительным температурам наружного воздуха, пониженные теплотехнические характеристики в местах заделки пазух между рёбрами плит и примыканиях к вентшахтам.
Увеличение количества вентиляционных отверстий, ремонты кровельного ковра на аварийных совмещённых крышах зданий к ощутимым положительным результатам не приводит. Для ремонта вентилируемых крыш была разработана технология с применением дополнительной теплоизоляции из пеноизола запениваемого в пространство между плитами. Заливка дополнительного слоя вспененного пеноизола осуществляется через отверстия, подготавливаемые в верхней плите крыши. Обследование совмещённых покрытий после годичной эксплуатации показало, что дополнительная теплоизоляция из уложенного пеноизола имеет массовую влажность до w = 100%, что превышает его предельно допустимую влажность в w = 40 %. При вскрытии покрытий на внутренней поверхности верхних плит обнаружен конденсат водяного пара, а на рубероиде вкладышей и в минеральной вате присутствует капельная влага. Полное запенивание воздушной прослойки покрытия пеноизолом выполнить не удаётся. Из-за усадки пеноизола образуются воздушные зазоры в 10-130 мм между верхней плитой и поверхностью теплоизоляции. При выполнении запенивания не обеспечивается равномерность плотности слоя пеноизола. Плотность отобранных образцов в сухом состоянии составляла 6-15 кг/м3 при расчётной марке «20».
Указанные дефекты существенно влияют на теплозащитные качества дополнительно теплоизолированных покрытий, снижая их величину сопротивления теплопередаче на 20...30 %.
Наиболее рациональным способом ремонта совмещённых вентилируемых покрытий является изменение конструкции кровли путём перевода их в невентилируемые совмещённые с воздушной замкнутой прослойкой и дополнительной теплоизоляцией верхней плиты, а также панели парапета со стороны воздушной прослойки или его наружной стороны.
Для выполнения дополнительной теплоизоляции наиболее эффективно использование напыляемого пенополиуретана плотностью р = 60 кг/м3. Утеплитель, например, пенополиуретан ППУ-Н-ОС-60, наносится толщиной до 30 мм, что позволит обеспечить увеличение сопротивления теплопередаче на 1,1 м2 °С/Вт. Поверхность пенополиуретана защищается от атмосферных воздействий путём нанесения слоя мастики или гидроизоляционного покрытия.
Бесчердачные плоские крыши сплошного сечения могут быть с ограниченным хождением (неэксплуатируемые) и эксплуатируемые под пешеходные нагрузки. Расположение слоёв кровель в неэксплуатируемых и эксплуатируемых крышах показаны на рис. 4.15 и 4.16.

Бесчердачные крыши подвергаются с внутренней и наружной сторон воздействиям теплоты и холода, ветра, дождя и снега, что определяет резкую перестройку их теплового режима в условиях эксплуатации. Годовые амплитуды колебания температуры на поверхности гидроизоляционного ковра могут достигать 100 °С. Резкие колебания температур существенно влияют на водопроницаемость покрытия, на образование конденсата по его сечению, на влажность теплоизоляционного материала, что проявляется в снижении его теплозащитных качеств.
Надёжность плоских совмещённых покрытий также определяется массой влаги, накапливаемой в зоне конденсации конструкции в холодный период года.
Ограничение количества влаги поступающей в покрытие из помещений может быть достигнуто устройством качественного пароизоляционного слоя.
Теплозащитные качества крыш обеспечиваются качественной теплоизоляцией их наружных ограждений. При проектировании кровель следует руководствоваться рекомендациями по их устройству, а теплотехнический расчёт выполнять в соответствии с требованиями. Коэффициент теплопередачи и сопротивление теплопередаче для участка покрытия рассчитываются по уравнению (4.3).
Широкое распространение имеют скатные крыши, защищающие чердачные помещения зданий, используемые под жильё или общественные службы. Вариант устройства карниза кровли мансардного этажа показан на рис. 4.17.

Вентилируемые скатные крыши имеют специальные вентиляционные каналы. Как правило, их два - верхний и нижний. Через верхний канал удаляются осадки и атмосферная влага, попавшая под кровельное покрытие. Благодаря вентиляции деревянные конструкции постоянно проветриваются, что и обеспечивает их долговечность. Через нижний вентиляционный канал удаляется влага, проникающая в утеплитель из помещения. Чтобы избежать переулажнения конструкции крыши необходима пароизоляция со стороны внутреннего помещения и наличие достаточного по площади сечения нижнего вентиляционного канала.
Для обеспечения влажностного режима скатных крыш используются подкровельные и паронепроницаемые плёнки, предназначенные для образования защитного слоя с внутренней стороны теплоизоляции подкровельного пространства. Подкровельные диффузионные плёнки применяются для защиты от проникновения внешней дождевой и снеговой влаги, пыли и ветра во внутреннее пространство объекта. Благодаря её диффузионной способности, обеспечивается возможность выхода водяных паров, уходящих из внутренних помещений, через плёнку до внешнего пространства объекта. Плёнка предназначена для наклонных вентилируемых подкровельных чердачных конструкций.
При устройстве холодного чердака, его перекрытие может быть выполнено с использованием железобетонных плит с дополнительной теплоизоляцией или с применением комплексных панелей. На рис. 4.18 показан разрез холодного чердака здания из сборных железобетонных изделий.

Комплексные панели имеют теплоизоляционные вкладыши из минераловатных изделий, заключённых в оболочки из полиэтиленовой плёнки.
При традиционном устройстве перекрытия холодного чердака несущими элементами служат железобетонные плиты, по которым укладывают паро- и теплоизоляционные слои. Поверх теплоизоляции размещается стяжка из цементнопесчаного раствора. Необходимость устройства пароизоляции перекрытия и её требуемое сопротивление паропроницанию устанавливают расчётом. Пароизоляционный слой должен размещаться ниже слоя теплоизоляции.
Чердачные помещения следует вентилировать наружным воздухом через отверстия и проёмы: приточные, размещённые под свесами кровли или в стеновых панелях чердака, и вытяжными - в коньке крыши или торцевых панелях. Сечения вентиляционных отверстий и проёмов устанавливаются расчётом.
Толщина слоя теплоизоляции перекрытия чердака рассчитывается по уравнению 4.3. в соответствии с требованиями нормативных документов.
Крыша с тёплым чердаком состоит из внутреннего помещения и ограждающих конструкций, к которым относятся стены, чердачное покрытие и перекрытие. Помещение чердака представляет единый объём в пределах планировочной секции здания. Схема крыши с тёплым чердаком показана на рис. 4.19.

На схеме представлены два варианта крыши с различными решениями гидроизоляционного слоя: с рулонной кровлей и с панелью покрытия.
Чердачное пространство крыши используется в качестве сборной вентиляционной камеры статического давления, обогреваемой воздухом вытяжной вентиляции, поэтому его ограждающие наружные конструкции имеют теплоизоляцию Все вентиляционные каналы помещения здания открываются внутрь чердака, куда поступает воздуха с температурой 18...22 °С. Удаляется воздух из чердака через общую вытяжную шахту секции.
Теплотехнический расчёт тёплого чердака рекомендуется выполнять в соответствии с требованиями ТКП 45-2-04-43 или по методике, в следующей последовательности:
- по условию обеспечения санитарно-гигиенического состояния помещений верхнего этажа дома находится минимальнодопустимая температура воздуха на чердаке

- затем по условию соблюдения теплового баланса помещения тёплого чердака определяется сопротивление теплопередаче покрытия по формуле

- по значениям полученных показателей рассчитывается температура внутренней поверхности покрытия, как

которая должна быть не ниже значения, определённого по указаниям.
При пониженной температуре внутренней поверхности покрытия следует определить температуру воздуха в объёме чердаке по условию недопустимости конденсации влаги

подставляя которую в формулу (4.23), получают окончательное значение сопротивления теплопередаче чердачного покрытия.
При известных теплотехнических параметрах покрытий действительная температура воздуха на чердаке находится по общей формуле

Для заданной конструкции покрытия выполняется расчёт температуры наружного воздуха, при которой в тёплом чердаке соблюдаются требуемые условия

При этом температура воздуха на чердаке рассчитывается по формуле (4.25), а условие недопустимости конденсата проверяется по формулам (4.27) и (4.30). В случае не соблюдения последнего исходная температура воздуха на чердаке определяется по формуле (4.27).
В расчётных формулах (4.25...4.30) приняты следующие обозначения:
R0пер; R0ст — сопротивление теплопередаче чердачного перекрытия и наружной стены чердака, м2*°С/Вт;
ав,ав пок - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности перекрытия и покрытия, Вт/( м2*°С);
Atн - нормативный температурный перепад у внутренней поверхности чердачного перекрытия, °C;
tв,tн - температура внутреннего и наружного воздуха, °С;
tвен - температура воздуха, поступающего в чердак из вентиляционных каналов, °C;
qвен - удельные теплопоступления в объём чердака с вентиляционным воздухом, Вт/( M2*°С);
Fст - приведенная площадь наружных стен чердака, м2.
Расчётные значения теплотехнических показателей принимаются по указаниям действующих нормативных документов.
Сопротивление теплопередаче наружных вертикальных стен чердака принимается равным сопротивлению теплопередаче наружных стен здания.
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности покрытия при расчёте по условию недопустимости конденсации водяного пара рекомендуется принимать по экспериментальным значениям, приведенным в табл. 4.3.
Преимуществами крыши с тёплым чердаком являются: улучшение вентиляции помещений зданий; повышение надёжности кровли; снижение теплопотерь верхнего этажа; упрощение конструкции покрытия; доступность для осмотра и ремонта.