CC BY
24
5. Кульман С.Н. Нелшшш ефекти деформування i руйнування композицшних матер1ал1в на осжга деревини / С.Н. Кульман // Науковий вюник НУБiП Украши : зб. наук. праць. - Сер.: Лiсiвництво та декоративно сад]вництво. - К. : Вид-во НУБШ Украши. - 2011. - Вип. 164, ч. 3. -С. 250-255.
6. Пригожин И.Р. От существующего к возникающему / И.Р. Пригожин. - М. : Изд-во "Мир", 1985. - 327 с.
Кульман С.Н., Бойко Л.М. Критерий жизненного цикла стружечных плит на основе древесины
На основе исследований температурно-силовой зависимости долговечности (длительной прочности) композиционных материалов на основе древесины предложен интегральный критерий, характеризующий жизнеспособность механических систем, например стружечных плит на основе древесины, для объективной оценки эффективности сопротивления материалов термомеханическому воздействию.
Ключевые слова: жизненный цикл, композиты, долговечность.
Kulman S.M., Bojko L.M. Criteria of life cycle particle board based on
wood
Based on studies of temperature-force dependence of durability (long-term strength) of composite materials based on wood proposed integrated criterion characterizing the viability of mechanical systems, such as particle board based on wood, for objective evaluation of efficiency materials resistance thermo-mechanical stress.
Keywords: life cycle, composites, durability.
УДК 674.093.02 Проф. В.М. Максимiв, д-р техн. наук;
доц. Л.Н. Горбачова, канд. техн. наук; астр. Л.В. Хмарик - НЛТУ Украти, м. Львiв
АНАЛ1З ТЕПЛОТЕХН1ЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТ1Н Р1ЗНИХ КОНСТРУКЦ1Й У ДЕРЕВ'ЯНОМУ ДОМОБУДУВАНН1
Проблема енергозбереження належить до прюритетних напрямiв розвитку науки, технологш i техшки. Особливе мюце у виршенш ще! проблеми выводиться зовшшшм стшам житлових будинюв, теплотехшчш характеристики яких на цей час не забезпечу-ють необхщного рiвня теплозахисту. У робот розглянуто теплотехшчш показники стш дерев'яних будинюв рiзного типу з метою удосконалення ефективних стшових конструкцiй i технологий.
Ключовi слова: теплотехшчш показники, дерев'яш будинки, масивна деревина, панельнi будинки, каркаснi будинки, оцилiндрована колода, профшьований брус, ого-роджувальнi конструкций
Проблему рацiонального використання та економií паливно-енергетич-них ресурав вирiшуe свiтове спiвтовариство одночасно за кшькома напрямка-ми. Однieю з найбшьш енергоемних галузей економiки краши е житлове будiв-ництво, тому резерви енерго-ресурсозбереження в цьому шдроздш достатньо великi. Особливу увагу в проблемних питаниях енергозбереження будинкiв, привертають консIрукцií зовнiшнiх огороджень, через яю втрачаеться протягом опалювального перiоду 20.. .40 % теплово! енергií залежно ввд призначення, по-верховостi i конструктивно!' схеми споруди. У нашш краЫ i за кордоном про-водять дослiдження, спрямованi на вишукування легких i енергоекономiчних огороджувальних конструкцiй, що вирiзняються малою трудомiсткiстю зведен-ня, довговiчнiстю i ремонтопридатнiстю. Вiдомо, що на огороджувальш
конструкцií припадае близько 50 % вартостi будiвельних конструкцiй i 80 % витрат на ремонт. Найбшьш ефективний шлях економи паливно-енергетичних ресурсiв у дерев'яному домобудуваннi - пiдвищення рiвня теплозахисту будь вель i зниження тепловтрат через огороджувальнi конструкци.
Для шдтримання всерединi будинку необхiдноí нормовано! температури i санiтарно-гiгiенiчних умов огороджувальнi конструкци повиннi володiти дос-татнiми теи^золяцшними властивостями. Пiд час проектування теплозахисту зазвичай використовують рекомендаций наведенi в ДБН В.2.6.-31: 2006 [2], зок-рема - довiдковi данi про коефщент теплопровiдностi X.
У цш роботi проведено порiвняльний аналiз елемеилв стiнових конструкцiй певно! товщини за теилотехшчними показниками (прийнята для до^дження товщина стiни 5 = 18 см) дерев'яного будинку з оцимндрованих колод (з натуральним i синтетичним утеплювачами), профiльованого бруса, а та-кож каркасно-панельно! та панельно! конструкцiй. Розрахунковi схеми варiантiв конструктивного виконання огороджувальних конструкцiй надано на рис. 1.
1 внутргшня обшивка - вагонка; 2- парогзоляцгя 1 - внутршня обшивка - плита ОНВ; - алюмшева фольга; 3 -утеплювач - мтералъна 2-утеплювач - плити пгнополгстиролъш; вата; 4 - ггдрогзоляцгя; 5 - зовтшня обшивка - 3 - зовшшня обшивка - плита ОНИ дерев'яний сайдинг - блок-хаус Рис. 1. Варiанти конструктивного виконання огороджувальних конструкций: А - з оцилтдрованог колоди; Б - з профтьованого бруса; В - каркасной конструкци;
Г— панельног конструкци
Стушнь теплозахисних властивостей огороджувально! конструкцп' не за-лежить вiд клiматичних умов, в яких знаходиться конструкция, i характеризуемся приведеним опором теплопередачi огороджувально!' конструкцп' R^ пр,
м2-К/Вт. Необхвдний стушнь теплозахисних властивостей, що залежить вiд кль матичних умов, в яких знаходиться конструкщя, вiд внyтрiшньоí температури i вологосп повiтря в будинку та шших санiтарно-гiгiенiчних факторiв характери-зуеться мшмально допустимим значениям опору теплопередачi огороджувально! конструкцп' Rq min, м2-К/Вт.
Для зовнiшнiх огороджувальних конструкцш опалювальних бyдинкiв i внyтрiшнiх конструкцш, що роздшяють примiщения, температури пов^я в яких вiдрiзияються на 3°С та бiльше, обов'язкове виконання умови:
R £ир^ Rqmin (1)
Приведений ошр теплопередачi R^пр, м2-К/Вт, непрозоро! огороджувально! конструкцп, розраховують за формулою
1 n d 1
Rпр =-L + Е"Г+"L' м2• К/Вт, (2)
ав i=1 1ip аз
де: ав, аз - коефiцiенти тепловiддачi внyтрiшньо! i зовнiшньо! поверхонь огороджувально! конструкцп, Вт/(м2-К), [2]; ав = 8,7, аз = 23; d - товщина i-го шару огороджувально! конструкцп, м; 1Р - коефщент теплопровiдностi i-го шару конструкцп, Вт/(м-К); для сосни 1 = 0,18 Вт/(м-К) [2].
Мшшально допустиме значення, Rqmin, м2-К/Вт, опору теплопередачi огороджувальних констрyкцiй житлових бyдiвель, залежно вiд температурно! зони експлуатацп будинку, встановлюють згiдно з п. 2.2 [2], наприклад, для температурно! зони II - Rqmin= 2,5 м2-К/Вт, а для температурно! зони IV -Rq min = 2,0 м2-К/Вт. Для прикладу розрахунтв приймаемо характеристики IV-! температурно! зони Укра!ни згiдно з вимогами [2, 3].
Для визначення теплотехиiчних показникiв огороджувальних конструкцш (рис. 1, поз. А) було прийнято оцилiндрованi колоди з сосни, як основно! хвойно! породи для дерев'яного домобудування, з натуральним утеплювачем -1 -ий варiант i з синтетичним утеплювачем - 2-ш варiаит. Для зрубних будинтв традицiйнi yтеплювальнi матерiали - мох, клоччя, повсть, льоно-джутове волокно тощо. У розрахунках прийнято один iз цих утеплювач1в - клоччя, як найбшьш дешевий та поширений матерiал. На цей час у виробнищга дерев'яних бyдинкiв з оцилшдрованих колод для утеплення використовують цший спектр синтетичних утеплювач1в, у цьому розрахунку було обрано !золон ППЕ через свою помiрнy щну i хорошi теплотехиiчнi показники.
Перевiримо вщповщнкть теплотехиiчних показникiв зовнiшнiх огороджувальних конструкцш з оцилшдрованих колод вимогам нормативного документу ДБН В.2.6-31 з метою забезпечення рацiонального використання енерге-тичних ресурс1в на обiгрiвання, забезпечення нормативних саштарно-гшешч-них парамет^в мiкроклiматy примiщень. Як варiант, дiаметр оцилiндрованоí'
колоди ёоцк = 26 см, висота утеплювача аут = 0,4 см, товщина стiни 5ст = 18 см, перевiрочний розрахунок проводимо i по товщиш стiни в мiсцi знаходження утеплювача 5ст = 24 см; 51, 52, 53 (рис. 1, поз. А) - складовi товщини дiлянок сть нового елемента при його розрахунку по утеплювачу 51 = 53 = 90 мм, 52 = 50 мм, а ввдповвдш величини теплопровiдностi: = = 0,18 Вт/м-К; = 0,07 Вт/м-К.
Опiр теплопередачi К—пр конструкцií з масивно! деревини визначаемо за
формулою (2) Кпр1 = — + 0,18+— = 1,15 м2 • К / Вт. * гйр1 8,7 0,18 23
Отриманий результат К^пр1 (1,15) < Кд тш(2,0) - не ввдповщае норматив-ним вимогам, тобто необхвдний тепловий режим у будинку не забезпечений, та-ка товщина стши не мае достатнiх експлуатацiйних характеристик будинку для постшного проживания.
Допустиму товщину стiни з масивно! деревини при виконанш умови (1) визначають за формулою
Зет = | КХ пр -1--1--
—в —н
• для температурно! зони II [2, 3]:
3 = (2,5 - (87+£
в т.ч. для Львшсько! областi:
^=и,27 - Г 8^7+±
Лет
0,18 = 0,42м;
• 0,18 = 0,38м ;
(3)
для температурно! зони IV:
8ст = | 2,0-| -1 + -1 | |• 0,18 = 0,33м.
Для стши з оцилшдрованих колод + натуральний утеплювач (приклади розрахункш для температурноТ зони IV):
опiр теплопередачi КЕпр, м2 К/Вт, дано! огороджувально! конструкцií, визна-чаеться за формулою
& X пр = — + Зоцкк + Зт + + —.
—в 1оц.к 1ут Ло,
%к
—
Товщину утеплювача обчислюють за формулою
Зн.ут. =
КТ пр -
1 + 2 Зоц.кол.
1
1н.у
(4)
(5)
V у
г , „ „ I 1 0,09 0,09 1 . . „ „„ ппл ¿„ут = I 2,0-I — + -—+ -— + — II• 0,07 = 0,06 м .
ч8,7 0,18 0,18 23 Необидна товщина стши 8ст = 0,06 + 0,9 • 2 = 0,24 м
м
г
+
V
Для стши з оцилiндрованих колод + синтетичний утеплювач:
при визначеннi необхiдноí товщини огороджувальних конструкцiй (рис. 1) з утеплювачами, використовуючи вiдповiднi коефiцieнти теплопроввдносп [2], буде змiнюватися тiльки товщина утеплювача. Для цього розрахунку було об-рано утеплювач 1золон ППЕ з коефщентом теплопровiдностi Хс.ут.= 0,038 Вт/мК. Товщину утеплювача обчислюють за формулою (5).
8сут = 0,032 м; ёст = 0,032 + 0,09 • 2 = 0,21 м
Для стiни каркасно-панельного будинку.
Панельно-каркасна конструкщя стiнового елементу мае найбшьшу серед iнших дослiджуваних конструкцш кiлькiсть шарiв рiзних матерiалiв (рис. 1, поз. В). Ця конструкция (як приклад) iз внутрiшньоí та зовшшньо!' сторiн обшита вiдповiдно сосновою вагонкою товщиною 51в = 19 мм та сосновим сайдшгом (фрезерованi дошки з профiлем "паз-гребшь" - використовуються для зов-шшнього обшивання та iмiтацií брусу) товщиною 55б = 22 мм. Показники теп-лопровiдностi у цих двох виробш однаковi = ^5к = 0,18 Вт/мК. Для пароiзо-ляцií конструкцií використовуеться алюмiнiева фольга, яка мае товщину 52ф = 0,5 мм i коефiцiент теплопровiдностi = 0,03 Вт/м-К [2]. Утеплювачем у цiй конструкцií е прошивш мати з мiнеральноí вати товщиною 53м = 100 мм i коефь цiентом теплопровiдностi ^3м = 0,059 Вт/м-К. Товщина гiдроiзоляцiйноí плiвки 54г = 0,5 мм, коефщент теплопровiдностi = 0,35 Вт/м-К.
Необхiдна товщина утеплювача для ще1 стiни:
( ( л ев ?<Ъ ?п Сблх 1 ЛА
пр-
1 ¿¡в % 8<Т* 1
, 1е 13 1бл х
(6)
V
~ , 1 0,019 0,0005 0,0005 0,02 1 ,,„„.„ „ „„. ¿мш.в. = I 2-1 — + . _ + . . _ +___+ + — | |• 0,059 = 0,095 м
8,7 0,18 0,03 0,35 0,18 23 8ст = 0,095 + 0,019 + 0,0005 • 2 + 0,02 = 0,135
м
Тобто, при товщиш шару мшераловатного утеплювача 8мше, = 9,5 см i за-гальнiй товщиш стши 8ст = 13,5 см в будинку буде забезпечений нормативний тепловий режим. Розрахунки теплотехнiчних показнитв проведено для всiх елементiв огороджувальних конструкцш дерев'яних будинюв, наданих на рис. 1, результати роботи представлено на пстограмах (рис. 2, 3).
Як видно з побудовано!' пстограми 1 (рис. 2), стши з масивно!' дереви-ни - профшьований брус, оцилiндрована колода без утеплювачш - при товщинi стiни 18 см не досягають мiнiмально допустимого значения опору теплопередачу так, при Кдтт= 2,0 м2К/Вт ЯЕпр=1,15м2^К/Вт. Деревина е хорошим будшель-ним матерiалом, мае вiдносно низьку теплопровщнкть, яка становить 0,18 Вт/м-К, проте за теплотехнiчними показниками вона поступаеться спещ-альним утеплювачам, якi постшно вдосконалюються i покращуються. У разi до-давання до масивно!' деревини утеплювачiв приведений опiр теплопередачi ого-роджувально!' конструкцií збiльшуеться i для оцилiидрованих колод з натураль-ним утеплювачем дорiвнюе 1,86 м2К/Вт. Майже однаковi теплотехнiчнi показники в оцилшдрованих колод з синтетичним утеплювачем (Ягпр = 2,47 м2-К/Вт) i
Змтв
каркасно-панельно! конструкцп (ЯЕпр=2,71м^К/Вт). Так висок значення у оци-лiидрованих колод забезпечуються наявшстю синтетичного утеплювача - 1зо-лона ППЕ, який мае хорошi теплотехшчш характеристики. м2 К/Вт з,5
3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 -0,5 О
Тайщит стниЪ=18см %
У Л
V/ й
п дтт ^ / ✓ ■ У 4л
— - Й /у
_ _ ' / /
_—_ %
V/ • —
//у V/ Й '//. Ж
у, //> / / / / /
(4
£
о, 20 — — —'-----
к С О
ч
с р
а 'Ё О
Рис. 2. Вплив типу сттового елемента огороджувальних конструкций на отр теплопередачi стти: 1) профгльований брус I оцилтдрована колод - масивна деревина без утеплювача; 2) оцилтдрована колода з натуральним утеплювачем; 3) оцилтдрована колода з синтетичним утеплювачем; 4) каркасно-панельна конструкцгя; 5) панельна конструкцш (для товщини стти § = 18 см)
Рис. 3. Залежтсть товщини стш будинку в^д типу стшового елемента огороджувальних конструкций для IV температурное зони Украти: 1) масивна деревина без утеплювача; 2) оцилтдрована колода з натуральним утеплювачем;
3) оцилтдрована колода з синтетичним утеплювачем; 4) каркасно-панельна конструкщя; 5) панельна конструкщя
На гiстограмi 2 (рис. 3) зображено товщини стш дослщжуваних будин-юв, яю забезпечують ращональне використання енергетичних ресурсiв на обп-рiвання i забезпечення нормативних саштарно-ппешчних параметрiв мшрокль мату примщень. Для забезпечення мтмально допустимого значення опору теплопередачi огороджувально! конструкцií (Ячт;п= 2,0 м^К/Вт) необхiдна тов-щина стiни з масивно! деревини 5 = 33 см, а товщина стiни панельно! конструк-ц11 - в три рази менше, цi результати отримаш для четверто! температурно! зони. Для друго! температурно! зони (в т.ч. Л^вська обл.) за чинними нормативами [2], стши з колод або брусiв повиннi мати товщину бiльше 40 см.
Для порiвняння, попереднiм нормативним документом, який дшв до 2006 р. - СНиП 11-3-79* Строительная теплотехника - встановлювалось мшь
мальне допустиме значения опору теплопередачi Rqmin= 1,2 м2К/Вт, при якому нормативна товщина стш будинку з масивно! деревини 5 = 17,5 см.
При суворому дотримант вимог - ДБН В.2.6-31:2006 Теплова iзоляцiя будшель - товщина стш i3 колод i бруса занадто велика, !х теплотехшчш характеристики можна полiпшити застосуванням додаткових сучасних утеплювачiв. Значно знизити витрату деревини, iстотно полiпшивши при цьому теплозахисш властивостi стiн, дае змогу технологiя зведення каркасних i каркасно-панельних будинкiв. При нормативному бюлопчному захистi деревини, надiйному утеп-лювачi та правильнiй експлуатацií такi будинки досить довговiчнi.
З точки зору задоволення сучасних норм з енергозбереження, товщина стiни будинку з колоди i бруса повинна бути не менше 480 мм (для першо! тем-пературно! зони Украши). Очевидно, що звести такi "монументальнi" стши на практицi не видаеться можливим, тому висновок тут один - якщо ви хочете жи-ти в будинку, що задовольняе сучасним вимогам з енергозбереження, то його обов'язково необидно утеплювати. При цьому витрати, пов'язанi з утепленням, окупляться при експлуатацп, оскiльки вiдомо, що варткть енергоресурсш мае тенденцiю постiйно збшьшуватися. Зрозумшо, неухильне виконання цих вимог стосуеться лише будинюв для поспйного проживання.
Лiтература
1. ДБН В.2.2-15-2005 Будинки i споруди. Житловi будинки. Основш положения.
2. ДБН В.2.6-31:2006 Конструкци будинкв i споруд. Теплова iзоляцiя будiвель.
3. ДСТУ-Н Б В.1.1-27:2010 Будiвельна клiматологiя. Захист вiд небезпечних геологiчних процеив, шкдливих експлуатацшних вплив]в, вiд пожежi.
4. СНиП II-3-79* Строительная теплотехника.
5. Insulating Your House. [Electronic resource]. - Mode of access http://www.cmhc-schl.gc.ca
Максимив В.М., Горбачова Л.Н., Хмарик Л.В. Анализ теплотехнических характеристик стен различных конструкций в деревянном домостроении
Проблема энергосбережения относится к приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники. Особое место в решении данной проблемы отводится внешним стенам домов, теплотехнические характеристики которых в настоящее время не обеспечивают необходимый уровень теплозащиты. В работе рассмотрены теплотехнические показатели стен деревянных домов разного типа с целью усовершенствования эффективных стеновых конструкций и технологий.
Ключевые слова: теплотехнические показатели, деревянные дома, массивная древесина, панельные дома, каркасные дома, оцилиндрованное бревно, профилированный брус, ограждающие конструкции.
Maksymiv V.M., Horbachova L.N., Hmaryk L. V. Analysis of thermal characteristics of walls of different designs in wooden house building
Energy conservation is one of the priority areas in the field of science, technology and engineering. Significant place in this task occupy civilian buildings exterior walls, their thermal characteristics are not currently provide the required level of isolation. Investigated heat engineering parameters walls of wooden houses of different types in order to improve the effective wall structures and technologies.
Keywords: thermal parameters, wooden houses, solid wood panel houses, frame houses, logs, profiled timber, fencing wall.
