Эффективность использования литых утеплителей в стеновых ограждениях малоэтажных зданий Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 69.059.3

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛИТЫХ УТЕПЛИТЕЛЕЙ В СТЕНОВЫХ ОГРАЖДЕНИЯХ МАЛОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ

© В.А. Москвитин1, Б.И. Пинус2, Н.А. Емельянова3

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Статья посвящена технико-экономической оценке и энергетической целесообразности использования литых утеплителей (поропластов) в слоистых ограждающих конструкциях отдельно стоящих зданий малоэтажной застройки. Экспериментально доказана эффективность использования композита "Поропласт CF02" в качестве теплоизоляционного слоя стен. Окупаемость инвестиций не превышает пяти лет. Ил. 1. Табл. 3. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: малоэтажные здания; слоистые стены; литые утеплители; поропласты.

EFFICIENCY OF USING CAST HEATERS IN LOW-RISE BUILDING WALLING V.A. Moskvitin, B.I. Pinus, N.A. Yemelyanova

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.

The article is devoted to a technical and economic estimation and energy expediency to use cast heaters (cellular plastic) in layered walling of detached low-rise buildings. The efficiency of using the "Poroplast CF02" composite as a heat -insulating layer of walls is experimentally proved. Investment payback does not exceed five years. 1 figure. 3 tables. 3 sources.

Key words: low-rise buildings; layered walls; cast heaters; cellular plastic.

Постановка вопроса. Одной из приоритетных стратегических задач в области строительства, реконструкции и модернизации зданий жилого и общественного назначения является повышение их энергоэффективности, т.е. способности конструкций здания и его инженерных систем обеспечивать требуемые параметры микроклимата помещения при нормируемых [3] расходах тепловой энергии.

Нормативы расхода тепла дифференцированы для каждого региона в зависимости от этажности, объемно-планировочных и конструктивных решений. Кроме того, предусматривается поэтапное снижение базовых затрат на отопление и вентиляцию зданий (табл. 1).

В частности, нормативы расхода тепла для индивидуальных жилищ (коттеджей) в 2,5-4 раза выше, чем для квартир многоэтажных домов. Это объясняется меньшей тепловой инерционностью и большими тепловыми потерями небольших отдельно стоящих строений и предопределяет необходимость поиска новых энергоэффективных конструктивных решений ограждений малоэтажных зданий.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются двухэтажные отдельно стоящие

коттеджные здания в пригородах г. Иркутска, имеющие различные системы отопления. Предмет исследования - многослойные конструкции стенового ограждения с использованием литых поропластов "Поропласт^02" в качестве их утеплителя.

Методика исследования. Экспериментально-аналитическая оценка технической и экономической эффективности проведена для двух реализованных конструктивных решений стен (рис. 1). Их различие состоит в изменении толщин наружного и внутреннего слоев при неизменном термосопротивлении утеплителя.

Утеплитель представляет собой водную композицию следующего состава: 60%-ная корбамидфор-мальдегидная смола, 25%-ная ортофосфорная кислота, пенообразователь сульфанол (0,3%) и модификатор УГМ (0,1%). Заполнение энергоэффективных несущих стен теплоизоляционной пеной осуществляется поярусно (с высотой яруса 1,2 м и технологической выдержкой 5-10 минут - время первоначальной полимеризации композита). Подготовка и заливка композита производится с использованием пеногенератор-ной установки.

1Москвитин Владимир Андреевич, кандидат технических наук, доцент кафедры технологии строительного производства, тел.: 89086640555, e-mail: foamplast@list.ru

Moskvitin Vladimir, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Construction Engineering Technology, tel.: 89086640555, e-mail: foamplast@list.ru

2Пинус Борис Израилевич, доктор технических наук, профессор кафедры строительных конструкций, тел.: 89025130501, e-mail: pinus@istu.irk.ru

Pinus Boris, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Construction Engineering Technology, tel.: 89025130501, e-mail: pinus@istu.irk.ru

'Емельянова Наталья Александровна, магистрант, тел.: 89645473106, e-mail: v07@istu.irk.ru Yemelyanova Natalya, Graduate student, tel.: 89645473106, e-mail: v07@istu.irk.ru

Таблица 1

Выборочные данные базового уровня удельного расхода тепловой энергии_

Нормативы расхода тепла по годам,

Типы зданий и помещений Этажность 3 кДж/м • С сутки Примечание

2007 2011 2016 2020

Жилые дома, гостиницы, общежития 4-5 31 100 26,5 85 21,5 69 18,5 59

8-9 27,5 100 23,5 85 19,5 70 16,5 60

> 12 25 21,5 17,5 15 В знаменателе

100 86 70 60 приведено %-

4-5 32 100 27 84 22,5 70 19 59 ое отношение к 2007 году

Административные здания 8-9 29,5 100 25 84 20,5 69 17,5 59

> 11 28 100 24 85 19,5 69 17 60

Полная полимеризация композита "Поропласт СР02" происходит в течение 40 суток и практически не зависит от температуры окружающей среды (до минус 20-25°С).

Качественный сформированный поропласт характеризуется [2]:

- расчетным коэффициентом теплоизоляции Л при условиях эксплуатации А - не более 0,038 Вт/(м2

•°С);

- способностью к сорбционному увлажнению (по массе) - не более 8%;

- капиллярным подсосом влаги - не более 1%;

- морозостойкостью (циклы) - не менее 50.

Во избежание увлажнения поропласта грунтовыми водами устраивается дополнительная гидроизоляция нижних рядов кладки и устройство в них вентиляционных продухов с шагом 2,5-3,0 м.

Поропласт обладает открытой пористостью с коэффициентом паропроницаемости ц=0,237 мг/м-ч-Па. Это позволяет поддерживать сравнительно постоянным среднегодовой баланс влагосодержания слоистого ограждения и, как следствие, обеспечивает проектную теплоизолирующую способность стен не менее 50 лет [1].

В построенных (с использованием приведенных решений) коттеджах в течение годового отопительного сезона производился замер расхода тепловой (ТЭМ-104) и электрической энергий при одновременном контроле микроклимата помещений (температуры и влажности). Аналитически оценено сопротивление теплопередаче ограждений с использованием общепринятых зависимостей, достоверность которых под-

тверждена прямыми измерениями тепловых потоков с использованием измерителя ИТП-МГ403 "Поток".

Анализ основных результатов исследования.

В качестве базовых интегральных показателей технической целесообразности рассматриваемых конструктивных решений ограждений приняты опытные значения годового расхода тепловой энергии на отопление коттеджей, трансформированные в нормируемые [3] размерности измерений. Расчетные значения представлены в табл. 2.

Сопротивление ограждения теплопередаче определяется как сумма сопротивлений отдельных слоев конструкции стены. При этом расчетный коэффициент теплопроводности композита "Поропласт СР02" принят по данным сертификационных испытаний [1] равным 0,038 Вт/(м2-°С). Полученные в расчетах значения коэффициента теплопроводности ограждений хорошо согласуются с данными прямых измерений теплосопротивления, получаемых с помощью измерения плотности тепловых потоков. Имеющиеся расхождения находятся в пределах допустимой погрешности измерений (2-5%).

Таким образом, данные расчетов и натурных замеров подтверждают, что удельный расход тепловой энергии на отопление анализируемых строений на 17% ниже нормируемого уровня. Определяющим фактором получаемого технического эффекта (роста термического сопротивления ограждения) является устройство термовкладыша из литого композита "По-ропласт СР02". Его доля составляет 79-86% суммарного сопротивления соответственно для ограждающих конструкций, представленных на рис. 1, а, б.

а)

б)

Рис. 1. Варианты конструктивных решений наружных стен

Таблица 2

Показатели удельного расхода тепловой энергии_

Конструктивное решение ограждения (по рис. 1) Отапливаемая площадь, Годовой расход тепла, кДж 106 Расчетная величина сопротивления теплопередаче я,^ Вт Удельный расход тепловой энергии, 2 кДж/м - С сутки Нормируемые значения сопротивления теплопередаче я ,м2-°С 0 Вт

фактический нормируемый

1а 320,4 132,50 4,94 82 98 3,9

16 504,0 180,35 4,56 71 85 3,9

Примечание. Значения нормируемых величин удельных расходов тепловой энергии определены линейной интерполяцией по табл. 8 [3] с учетом отапливаемой площади, а сопротивления теплопередаче - по табл. 5 [3].

Экономическая оценка целесообразности утепления рассматриваемых строений получена при сравнении вариантов конструктивных решений стенового ограждения, представленных на рис. 1,а,б и выполненных с использованием термовкладыша ("Поро-пласт^02" толщиной 150 мм) и без него. При этом учтено, что:

- площадь стенового ограждения строения по вариантам рис. 1,а,б составляет соответственно 240 и 380 м2;

- термосопротивление ограждений оценивается величинами сопротивления слоев, указанных в табл. 2;

- расчетное число градусо-суток отопительного периода составляет 7080 (г. Иркутск), а тариф на электроэнергию - 0,68 руб./кВт-ч;

- стоимость (в деле) "Поропласта CF-02" составляет 2700 руб./м3.

Ежегодная экономия затрат на отопление ДЭ, ожидаемая за счет повышения термосопротивления ограждения, определена в соответствии с рекомендациями [3]:

ДЭ = 0,024 • А ■ Дк ■ С ■ Р,

где 0,024 - переводной коэффициент кВт-ч/Вт-сут.; А -число градусо-суток годового отопительного периода, град.-сут./год; Дk - разность коэффициентов теплопередачи ограждающей конструкции до и после устрой-

2 °

ства утепления, Вт/м ■ С,

(

Дк =

Л

Ст - региональный тариф стоимости электроэнергии, руб./кВт-ч; F - площадь стенового ограждения строения, м2; R, Rут - сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции до и после устройства утепле-

м2 -°С ния, -.

Вт

Основные результаты расчетов приведены в табл.

3.

Анализ расчетных данных показывает, что окупаемость затрат, связанных с использованием литого поропласта в качестве теплоизолирующего слоя отдельно стоящей малоэтажной застройки, позволяет получить ощутимый экономический эффект, причем при довольно широком диапазоне толщины стенового ограждения, выполняемого из пескоблоков регионального производства.

Основные выводы

1. Использование композита "Поропласт CF02" в качестве заливного утеплителя стенового ограждения малоэтажных строений, возводимых с применением бетонных мелкоразмерных блоков, позволяет получать энергоэффективные конструкции, полностью удовлетворяющие нормативным требованиям по тепловой защите зданий.

2. Теплоизоляция из композита "Поропласт CF02" толщиной 150 мм в сочетании с местными конструкционными материалами обеспечивает экономию расхода тепловой энергии относительно уровня, регламентированного санитарно-гигиеническими требованиями, и на 16% снижает теплопотери, соответствующие требованиям энергоэффективности здания (табл. 3 [3]).

Таблица 3

К расчету экономической эффективности утепления стен композитом "Поропласт СР02"

Толщина ограждений, мм Толщина слоя поропласта, мм Сопротивление теплопередаче Xм2- °С Вт ДЛ, 9 о Вт/м2 ■ С Площадь стенового ограждения, м2 ДЭ, тыс.руб./год Стоимость устройства утепления, тыс. руб. Срок окупаемости затрат на утепление, лет

530 150 4,94 0,80 240 22,183 71,28 3,21

нет 0,99

300 150 4,56 1,42 380 63,347 128,25 1,87

нет 0,61

3. Окупаемость затрат, связанных с устройством заливной теплоизоляции малоэтажной отдельно стоящей застройки, находится в диапазоне 2-5 лет, что

отвечает общепринятым показателям эффективности капиталовложений.

Библиографический список

1. Эффективные слоистые каменные наружные конструкции с теплоизоляцией из композита «Поропласт CF» / В.А. Москвитин, А.В. Петров, О.А. Гнездилова и др.; ТУ 5741-00216602333-2006: утв. ООО «Фоампласт», ООО «Иркут-Инвест». Иркутск, 2006. 16 с.

2. Гагарин В.Г. Теория состояния и переноса влаги в стро-

ительных материалах и теплозащитные свойства ограждающих конструкций [Электронный ресурс]: дис. ... докт. техн. наук: 05.23.01, 05.23.03. М.: НИИСФ, 2000. 396 с. Режим доступа: http://www.Rqb.dis.rsl.ru.

3. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. М.: Госстрой России ФГУП ЦПП, 2004. 43 с.

УДК 628.218

ОПТИМИЗАЦИЯ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ НА ОБЩИЙ НАПОРНЫЙ КОЛЛЕКТОР

© В.Р. Чупин1, Е.С. Мелехов2, Р.В. Чупин3

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Предлагается методика оптимизации совместной работы канализационных насосных станций (КНС) при их работе на общий напорный коллектор. Сущность методики заключается в определении пьезометрических напоров у каждой насосной станции в каждый час перекачки сточной жидкости. При известных или прогнозных графиках поступления стоков на КНС предлагается методика оптимизации многоступенчатой схемы перекачки сточной жидкости. При этом оптимизируются количество ступеней и время их действия исходя из заданного объема приемных резервуаров КНС, существующего парка насосного оборудования и требуемых напоров. Ил.5. Библиогр.4 назв.

Ключевые слова: работа канализационных насосных станций на общий напорный трубопровод; моделирование циклическими гидравлическими сетями; оптимизация ступеней работы насосов; метод кластерного анализа.

OPTIMIZATION OF SEWERAGE PUMPING STATION COMBINED OPERATION FOR GENERAL PRESSURE HEADER

V.R. Chupin, E.S. Melekhov, R.V. Chupin

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.

The paper offers an optimization procedure for sewerage pumping station (KNS) combined operation for a general pressure collector. The essence of the procedure is in determining piezometric pressures of each pumping station every hour of sewage liquor pumping. The optimization procedure of a multistage sewage liquor pumping scheme is proposed under the known or forecast graphs of sewage arrivals at KNS. Herewith, the number of stages and their duration are optimized based on the given volume of KNS receiving reservoirs, existing park of pumping equipment and required pressures. 5 figures. 4 sources.

Key words: operation of sewerage pumping stations for general pressure conduit; cyclic hydraulic network modeling; optimization of pumping operation stages; method of cluster analysis.

В результате развития и застройки городской территории, когда появляются новые микрорайоны, промышленные объекты и от них требуется транспортировать стоки на канализационные очистные сооружения (КОС), возникает задача прокладки дополнитель-

ных коллекторов либо организации перекачки стоков в общем коллекторе, который может быть и существующим. Известно, что с экономической точки зрения всегда выгодно стоки транспортировать в общих трубопроводах или в одном коллекторе. В этом случае

1Чупин Виктор Романович, доктор технических наук, профессор, директор Института архитектуры и строительства, тел.: (3952) 405145, e-mail: chupinvr@istu.edu

Chupin Victor, Doctor of technical sciences, Professor, Director of the Institute of Architecture and Construction, tel.: (3952) 405145, e-mail: chupinvr@istu.edu.

2Мелехов Евгений Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры городского строительства и хозяйства, тел.: 89086624237.

Melekhov Evgeny, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Town Planning and Economy, tel.: 89086624237

3Чупин Роман Викторович, кандидат технических наук, докторант кафедры городского строительства и хозяйства, тел.: (3952) 405145, e-mail: chupinvr@istu.edu

Chupin Roman, Candidate of technical sciences, Doctoral Candidate of the Department of Town Planning and Economy, tel.: (3952) 405145, e-mail: chupinvr@istu.edu