CC BY
4УДК: 69.001.5
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СТЕН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОЛОМЕННЫХ БЛОКОВ ДЛЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ АЛТАЙСКОГО КРАЯ
А.Е. Бруй, И.В. Харламов
Данная статья представляет предварительный анализ возможности использования соломенного утеплителя в климатических условиях Алтайского края. Необходимые расчеты влажностного режима ограждающих конструкции зданий и сооружений выполнялись путем моделирование в программном комплексе WUFI Pro ®. По результатам исследований предложен вариант стены, удовлетворяющий требованиям теплоэффективности и долговечности.
Ключевые слова: энергоэффективный материал, соломенный блок.
Введение хозяйства. Зачастую ее используют в
На сегодняшний день проблема роста качестве подстилки для крупного рогатого,
цены на энергоносители является актуальной. Энерго- и ресурсосбережение является генеральным направлением современной технической политики Российской Федерации в области строительства. В комплексе мер по энергосбережению большое значение имеет повышение теплозащиты ограждающих конструкций, и как вследствие снижения затрат на отопление.
Проводя анализ всех конструктивных схем, а так же существующих зданий в Алтайском крае, возведенных как в советское время, так и современных, прослеживается явная тенденция к применению строительных материалов, выпускаемых индустриально, таких как железобетонные панели, кирпич, трехслойные панели типа «сэндвич». Как показывает практика, использование их в качестве ограждающих конструкций зачастую не только нецелесообразно по экономическим соображениям, но и негативно в экологическом плане.
Повышение теплоэффективности «старыми» материалами ведет к серьезному росту стоимости всего объекта, а это неизбежно вызывает конфликт интересов. Кажется, что данную проблему возможно решать только путем использования новых «суперсовременных» строительных материалов, дешевых и эффективных, и, как минимум с применением нанотехнологий.
Предлагаемое решение
Поиск показал, что ограждающей конструкцией, отвечающей всем этим условием, может быть простая солома, сформированная в блок. Традиционно солома считается отходами сельского
органического удобрения или же просто сжигают после сбора урожая. Тем не менее, за последнее столетие, область применения соломы значительно расширилась, и люди по всему миру стали рассматривать ее в качестве строительного материала.
Существует три конструктивных решения с применения этого природного материала в строительстве:
1. Классический, неизменный с 1896 года. Несущая стена выполнена из сложенных с перевязкой соломенных блоков, с последующим оштукатуриванием с двух сторон глиной. Данный вариант подразумевает наименьшую трудо- и ресурсоемкость. Такая стена высотой 2,5 м и шириной 3,5 м выдерживает вертикальную нагрузку от 6000 и боковую от 350 кг, что вполне достаточно для возведения перекрытия или покрытия без дополнительного усиления;
2. Каркасный с заполнением проемов блоками. Этажность и конфигурация такого здания не ограничена, так как солома используется только в качестве эффективного утеплителя;
3. Деревянные панели с соломенным утеплителем. Наиболее технологичный вариант, позволяющий в кратчайшие сроки смонтировать здание с соломенным утеплителем. Панели изготавливаются в цехе с соблюдением всех технологических требований.
Несмотря на знания, накопленные в результате практического строительства с использованием соломы [1] , значительная неопределенность остается относительно того, как моделировать динамические гидротермальные процессы и их долгосрочное поведение [2].
При исследовании ограждающей конструкции с утеплителем в виде соломенных блоков, рассматривались три варианта конструкции стены (рисунок 1), в двух влажност-ных режимах внутреннего помещения.
Среди множества программ по теплотехническому расчету WUFI имеет ряд преимуществ. Программа позволяет высчитать одновременный переход тепла и влаги внутри компонентов стен или планов здания. Программа соответствует стандарту EN 10456. Максимальное количество расчетных точек ограниченно только физическими размерами модели, вычислительной мощностью и объемом жесткого диска [3].
Программный комплекс WUFI обладает обширной базой строительных материалов, однако соломенный блок отсутствовал в библиотеке. Характеристики материала были заданы параметрически, основываясь на исследовании бельгийских ученых [4].
При этом были приняты следующие параметры:
• Плотность - 100 кг/м ;
• Пористость - 0,9%;
• Удельная теплоёмкость - 2000 Дж/(кгК);
• Коэф. теплопроводности - 0,085 Вт/(м^);
• Коэф. сопрот. диффузии пара - 2;
• Коэф. водонасыщения - 0,05.
Климатические условия использовались для города Барнаула за 2012-2013 гг. Внутренние условия:
• Температура в помещении +21 °С ± 1;
• Нормальный влажностный режим - 50% ± 10;
• Режим повышенной влажности - 80% ± 20.
Основным параметром мониторинга была выбрана влажность внутри соломенного блока, так как при превышении этого параметра более 18% способствует гниению соломы [2].
Результаты моделирования конструкции стены А (рисунок 2) показали, что соломенный утеплитель за летний период набирает влажность, а в зимний теряет. Однако амплитуды отдачи не хватает, и с каждым циклом блок все больше будет накапливать влагу. Испытание в режиме повышенной влажности нецелесообразно, так как конструкция стены в первом же цикле превысила допускаемую норму.
Моделируя конструкцию стены Б в различных влажностных режимах, наблюдается резкий набор влажности в летний период, и некоторое ее снижения в зимний (рисунок 3). График содержания воды при режиме повышенной влажности (рисунок 4) более крутой и не имеет участков снижения влагосодержа-ния.
Испытания показали неработоспособность данной конструкции стены. Наиболее удачным, с точки зрения содержания и накопления влаги, является конструктив стены В.
Рисунок 1 - Три варианта конструкции стены с соломенным утеплителем: А - вариант с двусторонней штукатуркой; Б - с наружной отделкой и зазором для вентиляции утеплителя; В - то же самое, но с пароизоляцией с внутренней стороны; 1 - соломенный блок; 2 - цементно-известковая штукатурка; 3 - рубероид; 4 - кирпичная кладка из бетонного кирпича; 5 - бетон В12.5; 6 - наружная деревянная облицовка; 7 - вентиляционный зазор; 8 - слой
пароизоляции
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ СТЕН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОЛОМЕННЫХ БЛОКОВ ДЛЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ АЛТАЙСКОГО КРАЯ
р-Содержите аоды|
Рисунок 2 - Моделирование конструкции стены А в нормальном влажностном режиме
С1 01 ¿312 :лс; ¿о-:- хпгоч -.спои по* юз Время
|—Содержании иоды|
Рисунок 4 - Моделирование конструкции стены Б в режиме повышенной влажности
|—Содержание воды|
Рисунок 6 - Моделирование конструкции стены В в режиме повышенной влажности
Казалось бы, отличие от стены Б всего лишь в слое пароизоляции на внутренней границе соломы, однако именно он способствует нормальному цикличному накоплению и удалению влаги в летний и зимний период соответственно.
Время
[— Содержание вады|
Рисунок 3 - Моделирование конструкции стены Б в нормальном влажностном режиме
| — Смермянис воды]
Рисунок 5 - Моделирование конструкции стены В в нормальном влажностном режиме
Как видно из графиков (рисунки 5, 6), кривая абсолютной влажности в обоих режимах не превышает 12%, что удовлетворяет установленным ранее требованиям.
Заключение
Из результатов моделирования стен с соломенным утеплителем следует, что применение данного материал в климатических условиях Алтайского края возможно.
Рекомендуемая к использованию конструкция стены с внутренним слоем пароизоляции (тип В) удовлетворяет условиям теплоэффективности и
долговечности.
Постоянное развитие методов применения и расчета соломенных блоков доказывает, что такие стены конкурентоспособны с точки зрения как эффективности, так и цены.
Более того, низкое влияние на окружающую среду и здоровье человека, доступность, делают соломенный блок очень
интересным и перспективным изоляционным материалом, который должен быть рассмотрен подробно
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. King, B. // Design of Straw Bale Buildings: The State of the Art. Green Building Press - 2006. [Электронный ресурс]. URL: http://greenbuil-dingpress.com/design-of-straw-bale-buildings/ (дата обращения 18.03.2014).
2. Wihan, J. // Humidity in straw bale walls and its effect on decomposition of straw. PhD - 2007. [Электронный ресурс]. URL: http://www.jakubwihan. com/pdf/thesis.pdf/ (дата обращения 18.03.2014).
3. UFI's PRO official site // introduction - 2014 [Электронный ресурс]. URL: http://www.wufi-pro. com/ (дата обращения 18.03.2014).
4. Evrad, A., Louis, A., Biot, B., Ubois, S. // Moisture Equilibrium in Straw Bale Walls - 2012 [Электронный ресурс]. URL: http://www.plea2012. pe/pdfs/T08-20120130-0048.pdf/ (дата обращения 18.03.2014).
Бруй А.Е. - студент, E-mail: bruy1991 @yandex.ru; Харламов И.В. - к.т.н., профессор, E-mail: hiv@mail.altstu.ru, Алтайский государственный технический университет.
УДК 621.926:519
ЛОГИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И СМЕШИВАНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ю.А. Веригин, Я.Ю. Веригина
В работе проводится совместный анализ процессов измельчения исходного сырья до ультра дисперсного состояния и смешивания материалов в технологии приготовления бетона с последующей разработкой принципиальной логистической модели.
Предлагаемая логистическая модель позволяет детализировать наблюдаемые процессы и наметить пути их оптимизации.
Ключевые слова: измельчение, слесообразование, логистические модели, параметры измельчения и смешивания материалов.
Для анализа технологического процесса в строительстве, либо рабочего процесса машин и аппаратов при переработке сырья следует учитывать, что любой процесс основан на протекании нескольких взаимно противоположных (конкурирующих) явлениях. Например, таких, как смешивание и сепарация (рисунок 1), диспергирование и агрегация (рисунок 2), уплотнение и рыхление, обводнение и осушение, которым одновременно сопутствуют такие эффекты, как физико-химические проявления при растворении вяжущих, реакции термолиза, либо разрушение внутренних структурных связей вещества и т.п., обеспечивающие выполнение технологических требований к получению готовой продукции.
Опираясь на известные принципы синергетики, можно заключить, что наличие подобных эффектов характерно для несаморазвивающихся сложных, наследственно необратимых систем [1].
Основными признаками таких систем является их развитие на основе внутренних
противоречий, активизирующихся за счет источников энергии и негоэнтропии, подаваемых на вход системы.
Сложность технологических процессов строительства, например, при приготовлении материалов, заключается в том, что исходные сырьевые компоненты, являясь по своему составу дискретными грубодисперсными телами с обширной прерывистой или непрерывной гранулометрией, имеют различную поверхностную энергию (химическую активность и т.п.), по-разному проявляют ее при воздействии рабочего органа машины.
Сложность технологических процессов строительства, например, при приготовлении материалов, заключается в том, что исходные Это требует корректности при выборе технологического оборудования и оптимизации его эксплуатационных параметров.
Смесительный (С) и измельчающий (И) агрегаты - (СИА) образуют с обрабатываемой средой (ОС) единую систему «рабочий орган - обрабатываемая среда» замкнутую в ограниченном объеме аппарата. В результа-
