сборник докладов. 1МССФ-2020 том 2. Кафедра строительства и городского хозяйства v международный студенческий строительный форум 2020 Белгород, 26 ноября 2020 г Том 2 Сборник докладов Белгород 2020
 Скачать 4.55 Mb.
|
|
Атапина НА, студент Научный руководитель ассистент Рябчевский И.С. Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, г. Белгород, Россия ТЕХНОЛОГИИ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗДАНИЙ ИЗ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ Одной из важнейших социальных задач, решаемых техническими средствами, является создание среды обитания в зданиях и инженерной инфраструктуры населенных мест. Среда обитания человека характеризуется многообразием ощущений, к числу которых относится прежде всего восприятие тепловой обстановки и состояние воздушной среды [1]. Одновременно с расширенным применением технических средств обеспечения микроклиматы актуализируется задача повышения и энергетической эффективности. Федеральный закон Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации устанавливает требования к энергоэффективности зданий, строений, сооружений, в том числе показатели удельной величины расхода энергетических ресурсов, требования к архитектурным, функционально-технологическим, конструктивными инженерно-техническим решениям, а также к технологиями материалам, применяемым при строительстве [2] Энергоэффективность, высокий уровень комфорта, экономия эксплуатационных расходов здания – вот главные преимущества здания, отличительной особенностью которого является малое энергопотребление. Такими являются энергоэффективные или пассивные дома, у которых энергопотребление в среднем составляет около 10 % от удельной энергии на единицу объема. В данной статье рассматрены результаты внедрения технологий для повышения энергетической эффективности и проанализированы преимущества использования возобновляемых источников энергии. Энергоэффективными называются такие здания, при проектировании которых предусматривается комплекс инженерных и архитектурных мероприятий, обеспечивающих существенное снижение затрат энергии на теплоснабжение этих зданий по сравнению с типовыми при 110 одновременном повышении комфортности микроклимата в помещениях [1]. Передовые технологии энергоэффективности стали известны благодаря зарубежной практике. Самыми первыми проектами энергоэффективных домов занялись в США, также в настоящее время более успешно строительство таких домов ведется в Европе. Основная концепция проектирования данных зданий и сооружений лежит идея непосредственное влияние на качество жизни нашего дома оказывает качество окружающей нас среды. Выделив основные социальные, аспекты можно сделать вывод, что архитектура и строительство должны развиваться на основе духовных и материальных потребностях людей. Современные энергоэффективные здания подразделяют наследующие типы – энергогенерирующий дом – пассивный дом – дом с нулевым энергопотреблением – солнечный вращающийся дом. Все они похожи и имеют общую цель, сохранение энергоэффективности. Данные типы домов должны быть независимой энергосистемой, которая не требует больших расходов на обеспечение комфортной температуры. [1] Отопление должно происходить от людей проживающих в этом доме, а также бытовыми приборами. За счёт тепловых насосов или солнечных водонагревателей успешно обеспечивается горячее водоснабжение. А проблему кондиционирования, можно решить с помощью дополнительного охлаждения [2]. Рассмотрим методы снижения потребления энергии, основные способы проектирования разобьем на несколько разделов – ландшафтное планирование, – объемно-планировочные решения – добавление накапливающих тепло элементов – инженерные и технические решения – использование качественных теплоизоляционных элементов [4]. К ландшафтному планированию относится правильное ориентирование здания по сторонам света, например, расположив северную часть фасада здания деревьями и лесами, мы сможем защитить его от ветра. Объёмно-планировочные решения – это компактная группировка объемных форм, их оптимизация и ориентация. Главной целью 111 является обеспечение оптимального отношения площади ограждающей конструкции и объема дома целиком. Принцип добавления накапливающих тепло элементов помогает сохранять, принимать и отдавать энергию. Важно при планировании помещения чтобы низкое солнце прогревало массивные аккумулирующие элементы. Инженерно-технические решения, такие как оптимизация технико-эксплуатационных параметров, система приточной вытяжной вентиляции, также можно отнести использование грунтовых теплообменников, гелиоприёмники и тепловые насосы. Использование качественных теплоизоляционных материалов необходимо для предотвращения теплопотерь самого здания. Очень важно обеспечить отсутствие щелей между швами и мостиками холода, чтобы качественно изолировать внешнюю оболочку здания. Главной технической особенностью энероэффективного дома является непрерывный контур теплоизоляции. Такая оболочка хорошо сохраняет тепло, но далеко не все материалы пригодны для его устройства. Основным материалом для теплоизоляции является пеностекло. Оно имеет такие характеристики, как полная экологичность, малая теплопроводность, простая обработка и хорошая клеевая способность. Также пригодным для утепления и менее дорогим является вспененный полиуретан. Этот материал может устанавливаться как листовой, а может наносится методом торкрет- оштукатуривания [4, 5]. Ключевым отличием пассивных домов от обычных можно выделить наличие неотапливаемой мансарды или теплого чердака. Можем выделить две границы температур, между перекрытием верхнего этажа ив самой кровле [6, 7]. При таком разнесении теплозащиты, можно гарантировать существенное снижение потери тепла и устранение образования конденсата. Из основного, рассмотрим самые распространённые места утечек – окна и двери. Критерий для окон в пассивном доме простим достаточно иметь высокое качество и обязательно иметь сертификацию для применения в отрасли энергосбережения. Например, подходящими изделиями можно считать, стеклопакеты с двумя или более камерами, заполненными газом, уплотнённые каучуковой лентой и имеющие двойное примыкание стеклопакета к профилю. Для дверей важно соблюдать правила монтажа, защитить все места примыкания, наличие у дверей двойного притвора по всему периметру. Также, чтобы осуществить защиту бетона, его дополнительно защищают внешним обмазочным слоем и гидрофобизируют, утеплитель тем самым 112 опускается на всю глубину фундамента, и, как и теплый чердак, цокольный этаж становится буферной зоной. У энергоэффективных зданий можно выделить множество плюсов, таких как экономичность, что позволяет человеку экономить на низком потребление электроэнергии, экологичность – вредные выбросы в атмосферу отсутствуют, внутренний комфорт, и конечно же, энергонезависимость. Библиографический список 1. Горшков АС, Войлоков И.А. Пути повышения энергоэффективности ограждающих конструкций зданий // Строительная теплофизика и энергоэффективное проектирование ограждающих конструкций зданий : сб. тр. II Всероссийской науч- техн. конф. СПб., 2009. С. 45-48. 2. Подолян Л.А. Энергоэффективность жилых зданий нового поколения автореф. дис. . канд. техн. наук 05.23.01 / Л.А. Подолян; Российский государственный открытый технический университет путей сообщения й ЦНИИ М-ва обороны Рос. Федерации. – М, 2005. 3. Баттаев ША, Джанкулаев А.А., Атабиева ММ. Пассивные и энергоэффективные дома электронный ресурс // Вопросы науки и образования. 2018. № 29(41). 4. Кочерженко А.В., Марушко МВ, Рябчевский И.С. Пенополиуретановая теплоизоляция с улучшенными эксплуатационными свойствами // Сборник докладов Международной научно-практической конференции, посвященной 65-летию БГТУ им. В.Г. Шухова Наукоемкие технологии и инновации. Белгород, 2019. С. 84-88. 5. Воронин А. В. Опыт стран Евросоюза в области технического нормирования тепловой защиты зданий и сооружений электронный ресурс // Технологии строительства. 2007. № 4. 6. Сулейманова Л.А., Рябчевский И.С. Образование и устранение наледи на скатных крышах с неотапливаемым чердаком // Сборник докладов Международной научно-практической конференции, посвященной 65-летию БГТУ им. В.Г. Шухова Наукоемкие технологии и инновации. Белгород, 2019. С. 94-98. 7. Рябчевский И.С. Факторы, влияющие на снижение эксплуатационных свойств кровель в зимний период // IV Международный студенческий строительный форум – 2019 (к 65- летию БГТУ им. В.Г. Шухова): сб. докл.: в 2 т. - Белгород Изд-во БГТУ, 2019. – Т. С. 94-97. 113 Каспаров Л.Л., магистрант Научный руководитель канд. техн. наук, доцент Солодов Н.В. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, г. Белгород, Россия КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СТЕНОВОГО ОГРАЖДЕНИЯ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ ПРИ КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ В настоящее время известно и находит широкое применение большое количество вариантов конструктивных решений по утеплению наружных стеновых ограждений эксплуатируемых зданий, в том числе – жилых. Эти решения различаются по ряду признаков по материалу теплоизолирующего слоя по материалу отделочного слоя фасадной поверхности по составу и количеству слоев теплоизолирующего конструктивного решения по наличию или отсутствию вентилируемых зазоров по перечню технологических процессов, применяемых при производстве работ по утеплению [1]. Отдельными достаточно важным, аспектом при этом является исходное конструктивное решение стены, подвергаемой повышению теплоизолирующих свойств, техническое состояние этой стены. Совершенно очевидно, что эффективность комплекса мероприятий по теплоизоляции стен в этих обстоятельствах также является функцией целого ряда факторов. Эти факторы можно разделить натри группы конструктивные, которые определяются проектным решением теплоизолирующего пирога (материалы, количество и составы слоев, их толщина) и т.п. технологические, которые самостоятельно выбирает подрядная организация для выполнения работ по теплоизоляции стен квалификация рабочих и инженерно-технического состава, обеспеченность средствами малой механизации, эффективность процедур обеспечения и контроля качества при производстве работ, организационно-технологическое обеспечения работ по утеплению и т.п.); эксплуатационные, которые представляют собой сферу ответственности эксплуатирующей организации управляющая компания, объединение собственников жилья) и факторы которые 114 оказывают влияние в течении многих лет на состояние и эффективность теплоизолирующей конструкции [2, 3]. Оценка эффективности конструктивного (проектного) решения теплоизоляции стены в настоящее время формально может быть выполнена (и это реализуется на практике) по соответствующим нормативным методикам теплотехнических расчетов, с учетом состава теплоизолирующего пирога. Проблема заключается лишь в том, что фактические показатели энергоэффективности жилого дома, в котором при капитальном ремонте произведена теплоизоляция наружных стен, существенно отличаются в меньшую сторону, как правило, от установленных проектом. Каковы возможные причины такого несоответствия Как представляется, ключевым в этом является то, что расчетная модель теплоизолирующего пирога, стены в нормативной методике по которой производится оценка энергоэффективности проектного решения по утеплению стен, не обеспечивается фактически при производстве работ по утеплению стен. При этом, заметим, что зачастую в процессе производства работ не допускается отступления от проектного решения и, формально, работы выполняются без нарушения правил их производства [4]. Парадоксальность описанной ситуации объясняется следующим. Методика теплотехнических расчетов для случаев многослойных конструкций стеновых ограждений основана на том, что каждый последующий слой монолитно контактирует (соприкасается) с предыдущим. Это справедливо, например, для слоя цементно- песчаной штукатурки, выполненной по поверхности каменной кладки. Однако при использовании плитных материалов (минеральных на основе базальтового волокна, пенополиуретановых и т.п.) такую же монолитность обеспечить достаточно затруднительно на практике, даже соблюдая технологию производства работ. Наличие горизонтальных и вертикальных швов между плитами утеплителя, неровности исходной фасадной поверхности, дискретное закрепление плит утеплителя на фасадной поверхности и другие подобные факторы не позволяют гарантированно обеспечить для проектного конструктивного решения утепляющей конструкции проектную (те. расчетную) энергоэффективность [5]. В каком-то смысле, в данном случае можно говорить о том, что нормативная методика приводит к завышению расчетных показателей энергоэффективности решений по теплоизоляции стен. Для исправления такого положения возможны меры следующего характера введение в нормативную методику корректирующих коэффициентов 115 совершенствование технологии работ по устройству утепления стен в направлении обеспечения повышения) монолитности теплоизолирующего пирога внесение в существующие варианты конструктивных решений по утеплению стен изменений, которые способствовали их приближению к расчетной модели, реализованной в нормативной методике теплотехнического расчета [6]. Отметим, что изложенная в настоящей статье проблема актуальна не только для утепления стен эксплуатируемых зданий, в частности – жилых. Аналогичные ситуации характерны также для случаев использования многослойных конструкций наружных стен в проектах нового строительства. Библиографический список 1. Загороднюк Л.Х., Сумской ДА. Эффективные теплоизоляционные материалы в строительстве / III Международная научно-практическая конференция Наука и инновации в строительстве (к 65-летию БГТУ им. В.Г. Шухова): сб. докл. - Белгород Изд-во БГТУ, 2019. С. 307-312. 2. СП 368.1325800.2017 Здания жилые. Правила проектирования капитального ремонта – М Минстрой РФ, 2017. 3. Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации Федер. закон принят Гос. Думой 23.11.2009] // №261-ФЗ. 4. Сулейманова Л.А., Козлюк А.Г., Глаголев Е.С., Марушко МВ. К вопросу обследования технического состояния гражданских зданий // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. №7. С. 32-36. 5. Кочерженко А.В., Марушко МВ, Рябчевский И.С. Пенополиуретановая теплоизоляция с улучшенными эксплуатационными свойствами / Сборник докладов Международной научно- практической конференции, посвященной 65-летию БГТУ им. В.Г. Шухова Наукоемкие технологии и инновации. Белгород, 2019 С. 84-88. 6. Suleymanova L.A., Pogorelova I.A., Kocherzhenko A.V., Ryabchevsky I.S. Effect of Mineral Fillers on the Polyurethane Foam Performance Properties // Materials and Technologies in Construction and Architecture II (Science Forum) Vol. 974, 2019 С 267-272. 116 Мишенин О. В, студент Научный руководитель канд. техн. наук, доцент Малюкова МВ. Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, г. Белгород, Россия СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ СТОИМОСТИ ФИБРОБЕТОНА ИЗ УГЛЕРОДНОЙ ФИБРЫ ДЛЯ ПОПУЛЯРИЗАЦИИ ДАННОГО МАТЕРИАЛА Фибробетон – один из самых перспективных материалов в современном строительстве. Он обладает большим количеством преимуществ по сравнению с обычным железобетоном. Например, фибробетон обладает повышенной прочностью, уменьшается расход металла, благодаря фибре, данный бетон становится вязким, что продлевает срок эксплуатации конструкции [1]. Но существует важный недостаток, препятствующий активному применению фибробетона в строительстве - высокая стоимость материала. Одним из самых дорогих материалов для изготовления фибры, используемых в фибробетонах, являются углеродные волокна. Фибробетон на основе данного материала практически не имеет недостатков. Прочность на сжатие конструкций из фибробетона выше прочности железобетона с арматурной сеткой более чем на 40%. Также при использовании углеродной фибры повышается прочность бетона на растяжение при изгибе от 100 до 200 % в сравнении с железобетоном (в зависимости от прочности матрицы, повышается морозостойкость до 200%. Углеродные волокна обладают высокой адгезией к цементной матрице, не подвержены коррозии, обладают стойкостью к кислотам, щелочам, солям волокна обладают высокими теплоизоляционными характеристиками. Фибробетонные конструкции имеют высокую термостойкость, негорючесть [2]. Но, несмотря на такое большое количество преимуществ, фибробетон на основе углеродных волокон используется в строительстве очень редко (только в зданиях и сооружениях, имеющих повышенные требования к прочности и стойкости к агрессивным средам, так как имеет повышенную, относительно других материалов для производства фибры, стоимость (таблица 1). В процессе строительства экономический фактор является одним из важнейших. Поэтому, даже если и используют фибробетон для значительного повышения прочности конструкций, то отдают предпочтение самому дешевому из представленного списка 117 фибробетону из стальной фибры. Независимо оттого, что расход стальной фибры (около 40 кг нам бетона) значительно превышает расход углеродной фибры (около 1 кг нам бетона, все равно экономически выгоднее использовать фибробетон со стальной фиброй [3]. Таблица 1 Стоимость микроармирующих материалов Вид материала Производитель Стоимость, руб. за кг Стекловолоконная Армпласт 90-100 Базальтовая Фибрапром 150-200 Стальная Фибрапром 50-60 Полипропиленовая Фибраопт 155-160 Углеродная Monsterfiber 4200 Очевидно, чтобы популяризовать фибробетон из углеродной фибры, необходимо разработать варианты удешевления фибробетона. Более дешевым аналогом для углеродной фибры со своими повышенными характеристиками может стать стальная фибра рисунок 1). Рисунок 1. Сравнение физико-механических характеристик фибры из стали и углерода 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Прочность на растяжение, МПа Модуль упругости при растяжении Е, МПа Удельная прочность R/ρ, Удельный модуль упругости Е, 10 ⁷ см Сталь Углерод 118 Так как фибра из стали имеет схожие физико-механические характеристики с фиброй из углерода, можно предположить, что при производстве фибробетона из углеродной фибры часть армирующего материала можно заменить на стальную фибру и использовать в конструкции несколько разных армирующих материалов [4]. Совместное использование стальной и углеродной фибры в бетоне значительно уменьшает стоимость материала, незначительно влияя на прочность бетона. Если при приготовлении фибробетона заменить хотя бы незначительную часть углеродной фибры на стальную, то стоимость конструкции значительно сократится. Стоимость 1 м фибробетона с расходом 1 кг углеродной фибры составляет 4200 руб. (таблица 1). Стоимость 1 м фибробетона если заменить 10% углеродной фибры составляет 0,9 ∗ 4200 + 0,1 ∗ 50 ∗ 50 = 4030 4200 − 4030 4200 ∗ 100% = 4,05% Если заменить всего 10 % углеродной фибры на стальную можно добиться удешевления бетона более чем на 4 %. Если же увеличить долю заменяемой фибры вплоть до 50 %, можно сэкономить более 20 % от общей стоимости материала. В тоже время, совместное использование данных материалов позволить устранить недостатки друг друга материал станет дешевле (как если бы в качестве 100 % армирующего материала использовалась углеродная фибра) и станет прочнее и менее подвержен коррозии (как если бы в качестве 100 % армирующего материала использовалась стальная фибра) [5]. Фибробетон с углеродной фиброй обладает прекрасными механическими свойствами по сравнению с классическим железобетоном, но высокая стоимость затрудняет применение данного материала в промышленных масштабах. Использование фибры из нескольких материалов должно положительно повлиять на стоимость фибробетона, незначительно повлияв на свойства данного материала. Библиографический список 1. Гридчин А. М, Лесовик В. С, Алфимова НИ. Строительные материалы и изделия. Белгород Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2009. 291 с. 2. Голова ТА, Андреева Н. В, Жуков АД. Фибробетон на основе углеродного волокна для строительства. 2019. №9. С. 14-16. 119 3. Клюев СВ, Лесовик В. С, Клюев СВ, Бондаренко ДОК вопросу применения нескольких видов фибр для дисперсно- армированных бетонов// Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2012. №4. С. 81-83 4. Прокофьева Ю. А. Исследование свойств фибробетонов с использованием фибры различного вида магистерская диссертация. Тольятти, 2019. С. 76. 5. Иванов МА. Влияние повышенных температур на свойства сталефибробетона : дисс. канд. технических наук. Л, 1984. С. 145. Наконечная АС, студент |