CC BY
40
Экономические науки
Меликсетян А.М.
д.т.н.генеральный директор ЗАО НПиП «Камень и силикаты», г.Ереван, Республика Армения.
Меликсетян А.А.
м.н.с. лаборатории перлита и физ-мех испытаний стройматериалов ЗАО НПиП «Камень и силикаты», г.Ереван, Республика Армения.
Гургенян Н.В.
к.т.н.,зав.лаб.перлита и физ-мех испытаний стройматериалов ЗАО НПиП «Камень и силикаты», г.Ереван, Республика Армения.
Игнатьева М. Н.
д-р экон. наук, профессор, кафедра экономической теории и предпринимательства, Уральский государственный горный университет, г. Екатеринбург
Косолапов О. В.
соискатель, канд. экон. наук, Институт экономики УрО РАН, г. Екатеринбург
Детковская Н. В.
ООО «Березовское рудоуправление»
Экономическая эффективность применения в строительстве вспученного перлита, полученного из классифицированного по плотности и крупности сырья
Меликсетян А.М., Меликсетян А.А., Гургенян Н.В.
Анализ опыта различных стран в решении проблемы энергосбережения показывает, что одним из наиболее эффективных путей ее решения является сокращение потерь тепла через ограждающие конструкции зданий, сооружений, промышленное оборудование, тепловые сети.
Однослойные конструкции фактически не соответствуют современным строительным нормативам. Поэтому в современном строительстве все большее распространение получают многослойные конструкции стен, в которых предусмотрено применение эффективных утеплителей.
В некоторых странах, таких, например как Швеция, Финляндия, Германия, США и др., объем выпуска теплоизоляционных материалов на душу населения в 5-7 раз превышает этот показатель для России. В Армении выпуск теплоизоляционных изделий сведен до минимума. Очень мало внимания уделяется этой сфере промышленности, когда в стране имеются огромные запасы высококачественного перлитового сырья, необходимого для получения теплоизоляционных материалов.
При таких интенсивных темпах роста жилищного строительства в Армении, и ужесточения нормируемых тепло-потерь через ограждающие конструкции зданий, потребность в утеплителях резко возросла. Кроме того, вследствие ужесточения требований по теплозащите зданий толщина теплоизоляционного слоя должна быть значительно увеличена. В связи с этим появилась необходимость создания новых более эффективных материалов и повышения качества существующих теплоизоляционных изделий.
Следует отметить, что качество и ограниченная номенклатура отечественных утеплителей, выпускаемых местными предприятиями, не в полной мере отвечает нуждам жилищного строительства. Это позволяет ведущим фирмам западных стран успешно реализовывать свою продукцию на рынках Армении.
Вспученный перлит является основным компонентом теплоизоляционных перлитовых материалов. Его процентное содержание в изделиях составляет порядка 80%. Так что, показатели теплоизоляционного материала в основном зависят от свойств вспученного перлита: чем он качественнее , тем конкурентоспособен материал на его основе.
Ранее нами было исследовано влияние свойств, в частности, плотности перлитовой породы Арагацкого месторождения на основные свойства вспученного перлита: насыпную плотность, гранулометрический состав, теплопроводность и т.д. [1-3] Надо отметить, что плотность породы на месторождении колеблется в довольно широком диапазоне — от 600 до 2200кг/м3, что является одним из основных факторов влияющих на однородность сырья. При обеспечении однородного по плотности сырья создается возможность получения качественного вспученного заполнителя.
На рис.1 приведены графические зависимости показателей теплопроводности вспученного перлита и материалов на его основе от плотности и крупности вспучиваемого сырья в трехмерной системе координат.
В табл.1 представлены величины количества потерь тепла через ограждающие конструкции при использовании перлитов, вспученных из классифицированного по плотности и крупности сырья по сравнению с теми же показателями, предусмотренными действующими стандартами для вспученных перлитовых песков (ГОСТ 10832-91”Песок и щебень перлитовые вспученные”). В таблице приведены также сравнительные показатели потерь тепла теплоизо-
Рис.1 Зависимость Эконоктффжицшатп
теплопроводности вспученного перлита и материала на его основе от плотности и крупности вспучиваемого сырья, где:
1. Материалы, полученные из фракции сырья 1,25-2,50мм всего диапазона плотностей; 2- Фракция - 0,63-1,25мм;
3 - фрракция - 0,31-0,63мм; 4 - фракция - 0,140,31мм
Как известно, необходимым условием передачи тепла через ограждающие конструкции является наличие разности температур внутреннего и внешнего воздуха. Законы, по которым происходит передача тепла, действительны для всех видов ограждающих конструкций. Количество теряемого тепла меняется в зависимости от вида конструкций и качества утепления. Если предположить, что стена выполнена из однородного материала, то количество передаваемого теплопроводностью тепла (Р ), определяется по формуле:
Ч = / р Мн), (1)
где — теплопроводность, Вт/м оС;
— толщина поверхности, м (0,1м)
Б — площадь поверхности 1м2 ^ — температура внутри помещения, оС Для условий г. Еревана нами рассчитаны Рт при температурном перепаде 1 = ^ _ 20 - (-19)=390 С.
Как видно из данных, приведенных в табл.1, теплопроводности вспученных перлитов и материалов на его основе, полученных из породы с разной плотностью и крупностью, а также рассчитанные по вышеприведенной формуле количества потерь тепла замет-
1 но отличаются друг от друга и от существующего мате-
Таблица 1. Зависимость количества потерь тепла через ограждающие конструкции от плотности и крупности перлитового сырья.
Плотность породы,кг/м3 Размер фракций сырья,мм Истинный Ктепл. вспученного перлита, Вт/м"С Уменьшение потерь тепла (01)**по сравнению с ГОСТ , Вт/ч Истинный Ктепл материала, Вт/м-оС Количество потерь тепла (02)***,Вт/ч
Абсол % Абсол %
700 0.14-0.31 0.0213 8.46 50.47 0.0451 5.81 24.83
0.31-0.63 0.0224 8.03 47.91 0.0470 5.07 21.67
0.63-1.25 0.0276 6.01 35.81 0.0483 4.56 19.50
1.25-2.5 0.0295 5.27 31.39 0.0505 3.07 15.83
1000 0.14-0.31 0.0215 8.38 50.00 0.0456 5.62 24.00
0.31-0.63 0.0227 7.92 47.21 0.0472 4.99 21.33
0.63-1.25 0.0277 5.96 35.58 0.0483 4.56 19.50
1.25-2.5 0.0299 5.11 30.46 0.0507 3.63 15.50
1300 0.14-0.31 0.0217 8.31 49.53 0.0460 5.46 23.30
0.31-0.63 0.0229 7.84 46.74 0.0474 4.91 21.00
0.63-1.25 0.028 5.85 34.88 0.0484 4.52 19.33
1.25-2.5 0.031 4.68 27.90 0.0509 3.55 15.17
1550 0.14-0.31 0.0218 8.27 49.30 0,0465 5.27 22.50
0.31-0.63 0.023 7.80 46.51 0.0475 4.88 20.83
0.63-1.25 0.0282 5.77 34.42 0.0485 4.49 19.17
1.25-2.5 0.0318 4.37 26.05 0.0510 3.51 15.00
1650 0.14-0.31 0.0259 6.67 39.77 0.0476 4.84 20.67
0.31-0.63 0.0276 6.01 35.81 0.0485 4.49 19.17
0.63-1.25 0.0346 3.28 19.53 0.0497 4.02 17.12
1.25-2.5 0.0397 1.29 7.67 0.0523 3.00 12.83
1750 0.14-0.31 0.0257 6.75 40.23 0.0484 4.52 19.33
0.31-0.63 0.0280 5.85 34.88 0.0487 4.41 18.83
0.63-1.25 0.0333 3.78 22.56 0.0499 3.94 16.33
1.25-2.5 0.0405 0.98 5.81 0.0529 2.77 11.83
1950 0.14-0.31 0.0261 6,59 39.30 0.0485 4.49 19.17
0.31-0.63 0.0292 5.38 32.09 0.0490 4.29 18.33
0.63-1.25 0.0349 3.16 18.83 0.0505 3.71 15.83
1.25-2.5 0.0415 0.59 3.46 0.0531 2.69 11.50
700-2220 0-5.0 0.0430* 0 0 0.060* 0 0
* - коэффициенты теплопроводности вспученного перлита М75 (ГОСТ 10832-91) и материала на его основе;
** - 01 - разница между потерями тепла при использовании предлагаемого и стандартного вспученного перлита М75 в абсолютном и процентном выражении
***_ 02 - разница между потерями тепла исследуемого материала при использовании в его составе предлагаемого и стандартного вспученного перлита М75 в абсолютном и процентном выражении.
ляционного материала на рядовом по ГОСТ 10832-91 и предлагаемом вспученном перлите.
Как видно из представленного графика теплопроводности как вспученного перлита, так и теплоизоляционного материала меняются в зависимости от плотноси породы и размера вспучиваемых фракций, причем показатели повышаются с увеличением плотности и крупности сырья. Тенденция изменения показателей теплопроводности для всех исследуемых образцов одинакова.
Всероссийский журнал научных публикаций № 4(14) 2012
17
риала на основе рядового перлита [4]. Снижение значений коэффициентов теплопроводности способствует повышению функциональных характеристик теплоизоляционных материалов, что приводит к значительному сокращению потерь тепловой энергии через ограждения ( порядка от 3,49 до 50,47% для вспученного перлита (мешкоперлита) и от 11,50 до 24,23% для теплоизоляционного материала) т.е. достигается значительная экономия энергоресурсов. С учетом условий эксплуатации, т.е. расчетного коэффициента теплопроводности приведенные значения несколько изменятся: для вспученного перлита это составит — от 2.75 до 39.86% и для теплоизоляционного материала — от 10.47 до 22.61%.
Согласно требованиям СНиП Строительная теплотехника ІІ-7, 102-98 для разных районов Армении теплосо-противление (Ят) принято равным
2,0-3,4 (м2 -“СуВт.
^ = / (2)
Если наружняя стена выполнена из туфой кладки толщиной 20см, то
При плотности туфа 1400 кг/м3 - = 0,43 Вт/м оС.
Для туфовой кладки с учетом расчетного коэффициента теплопроводности согласно вышеуказанным СНиП Ятк = 0,20/0,52 = 0,38(м2 . оС)/Вт (3)
Где 0.52 Вт/м-°С — усредненный коэффициент теплопроводности туфовой кладки с учетом условий эксплуатации.
Чтобы повысить термическое сопротивление ограждающих конструкций, стену утепляют теплоизоляционным материалом, т.е. делают многослойной. В нашем случае Яобщ с применением предложенного теплоизоляционного материала с минимальной теплопроводностью составит:
Я1м. = 0,1/0,0511 = 1.96 (м2 . оС)/Вт (4) , = Я , Я = 0,38+ 1.96= 2.34 (м2 . оС)/Вт (5)
общ.1 тк + им. ’ ' / / \ /
Яобщ2 с применением предложенного теплоизоляционного материала с максимальной теплопроводностью составит — 2.07(м2 . оС)/Вт.
Термическое сопротивление при использовании в качестве теплоизоляции мешкоперлита, полученного по предложенной технологии, с минимальным и максимальным коэффициентом теплопроводности составит соответственно Я0бщ, = 3.38 и Яобщ, = 2,25 (м2 . оС)/Вт.
Согласно СНиП 2.04.05-91 [6] сопротивление теплопередаче Яо, (м2 • оС)/Вт, ограждающей конструкции с учетом коэффициентов теплоотдачи внутренней поверхности (в) и наружной ограждающей конструкции (для зимних условий) определяется по формуле:
Яо = 1/ в + Я + 1/н, (6)
где Як - термическое сопротивление ограждающей конструкции, (м2 • оС)/Вт,
определяемое, для многослойной стены по формуле (6). н - принимается равным 12 Вт/м2-°С в_ принимается равным 8.7 Вт/м^°С.
Согласно расчету термическое сопротивление для теплоизоляционного материала с минимальным коэффициентом теплопроводности Ro хм1 = 1/8,7 + 2,34 +1/12 = 3,16 (м2 . оС)/Вт и с максимальным — Ro^ = 2.26 (м2 . оС)/Вт и с мешкоперлитом Ro3HII (с минимальным коэффициентом теплопроводности) и Ro4ml (с максимальным коэффициентом теплопроводности) составит соответственно 3.57 и 2.44 (м2 . оС)/Вт.
Те. при применении предложенного материала можно уложится в требуемые СНиП нормативные значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций стен, покрытий и перекрытий зданий при принятой толщине теплоизоляции.
Кроме того, при использовании теплоизоляции со значительно меньшей плотностью возможно сокращение материальных затрат, т.е. достигается экономия материальных ресурсов и облегчение зданий и сооружений без нарушения установленных норм.
Поскольку в вышеуказанном СНиП-е предусмотрены разные значения термических сопротивлений для различных районов, то использование полученных зависимостей открывает перспективу выбора наиболее оптимального заполнителя с улучшенными характеристиками и гарантированным набором свойств, что позволит сэкономить материало-и энергоресурсы.
Особенно благоприятно строительство облегченных зданий и сооружений в зонах с активной сейсмичностью.
Следует отметить также, что полученные материалы могут быть эффективно использованы для высокотемпературной изоляции, т.к. работают без изменения свойств до 600оС.
Список использованных источников
1. Гургенян Н.В., Акопян Г Г. Роль механической обработки перлитовой породы в изменении факторов, влияющих на ее вспучиваемость" . Сб. ИА
2. "Информационные технилогии и Управление" , Ер. 2000 , т. 2,с.88-93.
3. 2.Gurgenyan N. V.,R.V. Arutyunyan, V. Bagramyan, H.G.Babayan. Thermal analysis of perlite classified by density. Information technologies and management, 2005, vol. 4 , p. 127-131.
4. 3. Меликсетян Г.А. Влияние свойств породы различных месторождений Армении на характеристики вспученного перлита.-М.: ВЖНП, 2011.-с.6-9.
5. 4. Гургенян Н. В. "Способ получения термостойких теплоизоляционных изделий", сб. ИА ИА "Информационные технологии и Управление" , Ер. 2000 г, т. 2.-с.67-70.
6. 5. Строительная Теплотехника. СНиП 11-7,102-98.
7. 6. Е.В.Лихненко Теплотехнический расчет ограждающих конструкций гражданских зданий. Методические указания.-Оренбург: ГОУ ОГУ,2003 - 26 с.
