CC BY
19Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Reports of the VII Academic reading "Actual issues of building physics"
УДК 678.5+699.86 (571.56)
Е.Г. СЛОБОДЧИКОВ, инженер ([email protected]), А.Е. МЕСТНИКОВ, д-р техн. наук
Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова (677000, г. Якутск, ул. Белинского, 58)
Энергоэффективность индивидуальных домов на основе пенобетона в условиях Якутии
Приведены результаты натурных обследований индивидуальных домов, построенных с использованием новых технических решений устройства фундаментов на вечномерзлых грунтах и конструкции стеновых ограждений на основе различных модификаций пенобетона. Установлены преимущества ограждающих конструкций из пенобетона перед традиционными стенами из цельнодеревянных материалов по значениям удельного энергопотребления зданий в самый холодный зимний период. Уточнены направления дальнейших исследований в области снижения энергопотребления за счет использования нетрадиционных энергосберегающих мероприятий.
Ключевые слова: энергоэффективность, ограждающие конструкции, пенобетон.
E.G. SLOBODCHIKOV, Engineer ([email protected]), A.E. MESTNIKOV, Candidate of Sciences (Engineering) M.K. Ammosov North-Eastern Federal University (58, Belinsky Street, Yakutsk, 677000, Russian Federation)
Energy Efficiency of Individual Houses on the Basis of Foam Concrete in Conditions of Yakutia
Results of the on-site inspection of individual houses built with the use of new technical solutions for foundations construction on permafrost soils and design of wall enclosures on the basis of various modification of foam concrete are presented. Advantages of enclosing structures made of foam concrete before the traditional walls made of solid wood materials for values of the specific energy consumption of buildings at the coldest winter period have been established. Ways of the further study in the field of energy consumption due to the use of non-traditional energy saving measures are clarified.
Keywords: energy efficiency, enclosing structures, foam concrete.
Основные принципы проектирования и строительства энергоэффективных зданий известны и направлены на снижение энергопотребления за счет применения ограждающих конструкций с высоким уровнем тепловой защиты, рациональных архитектурно-планировочных решений, современных систем отопления, вентиляции и подогрева воды, использования альтернативных источников энергии. Экономическое обоснование при принятии решения об энергосберегающем мероприятии, в частности о повышении теплозащиты ограждающих конструкций зданий, в настоящее время является обязательным [1-3]. Но это требование практически не выполняется в частном секторе. Превалирующее большинство индивидуальных застройщиков предпочитают строить жилые дома из цельно-деревянных материалов (бруса, лафета, оцилиндрованной древесины), в основном без дополнительной теплоизоляции [4, 5]. Для оценки энергопотребления и целесообразности тех или иных энергосберегающих мероприятий в индивидуальных домах организовано экспериментальное малоэтажное строительство с применением различных модификаций пенобетона [6-8] и ведется мониторинг состояния строительных конструкций и тепловлажностного режима их эксплуатации.
Основные характеристики района обследования по данным СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»: температура холодного периода составляет -520С; средняя температура отопительного периода -20,60С; продолжительность отопительного периода 252 сут; среднегодовая скорость ветра 1,9 м/с; среднегодовая влажность воздуха 72%. Коли-
чество градусо-суток отопительного периода согласно расчетам по СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» составляет 10231,20Ссут. Фактическая динамика изменения температуры наружного воздуха приведена на рис. 1.
Наружные стены обследуемых четырех индивидуальных домов (рис. 2) в с. Аппаны Намского района Республики Саха (Якутия) представляют собой деревянно-каркасные конструкции, обшитые с двух сторон стекломагнезито-выми листами (СМЛ) и заполненные двуслойной теплоизоляцией из пенополистирольных плит и монолитного теплоизоляционного пенобетона плотностью 250-300 кг/м3 (патенты РФ № 2211898 и 119769). Общая площадь за-
оС 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 -50
Октябрь Ноябрь Декабрь Январь Февраль Март Апрель
Рис. 1. Динамика изменения температуры наружного воздуха в Якутске в зимний период 2015—2016гг.
72016
29
Доклады VII Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 2. Фасад жилого дома № 2 в с. Аппаны
стройки одного жилого дома составляет 108,8 м2, включая отапливаемую площадь 98,2 м2, в том числе площадь котельной 8,6 м2. Технические решения и технология строительства были описаны в статье [9]. Требуемое значение приведенного сопротивления теплопередаче стены составляет 5,13 м2°С/Вт, а если применить потребительский подход по СНиП 23-02-2003, то допускается его снижение до 3,33 м2-°С/Вт.
В связи с освоением серийного производства стеновых блоков из пенобетона автоклавного твердения марки D500 (В1,5, F35) в учебно-научно-производственной базе СВФУ появилась возможность продвижения на строительный рынок нового для Якутии материала, обладающего достаточными прочностными и высокими теплозащитными характеристиками [10]. Летом 2015 г. построен индивидуальных жилой дом с совмещенным гаражом (рис. 3) в пригороде Якутска на территории СОТ «Мечта». Общая площадь застройки составляет 108,8 м2, включая пристроенный гараж с котельной 54,6 м2. Наружные стены возведены кладкой пеноблоков на клей. Для малоэтажного каменного строительства в условиях вечномерзлых грунтов авторами предложены и использованы буронабивные малозаглу-бленные сваи с уширенной опорой, возводимые по технологии ТИСЭ, что успешно используется в районах с сезонным промерзанием грунтов [11]. В данном случае, как и в строительстве легких деревянно-каркасных жилых домов, применили принцип теплоизолированных фундаментов, что обеспечивает сохранение устойчивости вечномерзлых грунтов на весь период эксплуатации (СНиП 2.02.04-88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах») при использовании ленточного (патент РФ № 137036) или свайного малозаглубленного (патент РФ № 148793) железобетонного фундамента на подсыпке, уплотненной гравием, за счет устройства теплоизоляционного и грунтового слоев под зданием. Учитывая тот факт, что теплое время года очень короткое, важной становится организация своевременного подключения и запуска системы отопления на первичном этапе строительства, т. е. без дополнительной теплоизоляции и отделки наружных ограждений. Достаточные теплозащитные качества наружной стены из автоклавного пенобетона толщиной 0,3 м позволили запустить тепло в доме осенью того же года.
Рис. 3. Жилой дом с совмещенным гаражом (СОТ«Мечта»)
В 2015 г. также введен в эксплуатацию второй двухэтажный жилой дом (рис. 4) из пеноблоков автоклавного твердения с мансардным этажом в Якутске, площадь составляет 358,7 м2, включая гараж с котельной 9,7 м2. Дом отличается тем, что построен по всем требованиям современных нормативных документов для условий Якутска и представлен в монолитно-каркасном железобетонном варианте на сваях глубиной заложения 6 м. Наружные стены выложены из пеноблоков толщиной 0,3 м на клею и дополнительно теплоизолированы пенополистирольными плитами толщиной 0,1 м.
Натурные исследования по оценке теплового режима рассматриваемых жилых домов проводились с начала отопительного сезона 2015-2016 гг. В указанный период проведено несколько циклов измерений. Для измерения температуры и влажности внутреннего воздуха в помещениях использовались данные пирометра CENTER 350, измеряющего температуру на поверхности оборудования трубопроводов и ограждающих конструкций, прибора Testo 435-4 для определения относительной влажности и температуры воздуха и электронного анемометра CFM 890 для определения скорости и температуры потока воздуха в помещении
Рис. 4. Двухэтажный жилой дом в монолитно-каркасном исполнении в Якутске
Научно-технический и производственный журнал
Reports of the VII Academic reading "Actual issues of building physics"
в режиме реального времени. Тепловизором G-90 проводились съемки ограждающих конструкций и строительных элементов здания для определения качества монтажа теплоизоляции, возможных изменений, произошедших в ней за период эксплуатации, а также выявления потерь тепла через дефекты в строительных конструкциях (рис. 5, а, б). Проанализированы данные по расходу природного газа в соответствии с показаниями приборов учета.
Инструментальный мониторинг температурно-влаж-ностных режимов объекта обследования произведен выборочно в соответствии с требованиями ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».
Внутренняя температура воздуха в экспериментальных жилых домах составляет от 17,5 до 24,5°С при температуре наружного воздуха -23 и -34,5°С соответственно, что отвечает оптимальным и допустимым нормам. В жилом доме в СОТ «Мечта» зафиксирована температура ниже нормируемых показателей. Скорость воздуха в помещениях колеблется от 0,022 до 0,038 м/с.
Для оценки эффективности работы систем отопления проведен инструментальный контроль радиаторов в жилых помещениях. Средняя температура отопительных приборов в октябре составляла 35-37°С и в декабре - 54-56°С (с. Ап-паны), а также 27 и 56°С соответственно (СОТ «Мечта»), что в целом подтверждает соответствие температурного графика тепловому режиму здания.
м2/м3 12
10
6
Рис. 6. Средний удельный расход газа в обследуемых домах за ноябрь—январь: 1 — дом № 2 в с. Аппаны; 2 — дом № 4 в с. Аппаны; 3 — дом в монолитно-каркасном исполнении; 4 — дом в СОТ «Мечта»; 5 — деревянный дом с утеплением; 6 — деревянный дом без теплоизоляции
Расчет расхода природного газа на отопление и приготовление горячей пищи в жилых зданиях произведен на основании квитанций за пользование природным газом и данных газовых счетчиков на узле ввода.
Анализ полученных данных показал, что средний расход газа в сутки в домах варьируется от 8,7 до 69 м3 в зависимости от строительного объема. Для сравнительного анализа в динамике среднесуточного расхода также рассмотрены дома из деревянного бруса толщиной 180 мм с утеплением и без теплоизоляции.
Удельный расход газа на отопление и бытовые расходы жилого дома из деревянного бруса за рассматриваемый период составил более 10,58 м3 газа на один отапливаемый объем здания, у пенобетонных домов данные показатели варьируются от 4-7,7 м3. Таким образом, фактический расход газа на отопление и бытовые нужды домов из монолитного и автоклавного пенобетона при сравнении с домами деревянной постройки на единицу строительного объема меньше в 1,4 и 2,5 раза соответственно.
Наибольшее потребление газа наблюдается в декабре, что обусловлено понижением наружной температуры воздуха и высокой инфильтрацией. При этом результаты удельного энергопотребления по жилому дому из автоклавного пенобетона в СОТ «Мечта» являются не вполне достоверными для сравнительного анализа, так как в доме была зафиксирована температура ниже нормируемых параметров микроклимата, бытовое потребление газа отсутствовало.
По результатам тепловизионного обследования выявлены дефекты теплоизоляции в отдельных элементах и сопряжениях ограждающих конструкций. Имеются тепловые потери через стыки входных дверей, угловых и кладочных соединений наружных стен.
Система отопления и водоснабжения зданий за отопительный период работала без перебоев. Наблюдалась остановка вытяжной системы вентиляции из-за обледенения воздуховода. Микроклимат в большинстве зданий соответствует требуемым параметрам.
Предварительные результаты обследования показали высокую энергетическую эффективность жилых домов на основе пенобетона (монолитного теплоизоляционного марки D300 и пеноблоков автоклавного твердения марки D500) по сравнению с фактическими показателями расходов тепловой энергии на отопление жилых домов обычной деревянной постройки.
8
0
2
3
4
5
6
7'2016
31
Доклады VII Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
Список литературы
1. Гагарин В.Г. Экономический анализ повышения уровня теплозащиты ограждающих конструкций зданий // Строительные материалы. 2008. № 8. С. 41-47.
2. Гагарин В.Г. Макроэкономические аспекты обоснования энергосберегающих мероприятий при повышении теплозащиты ограждающих конструкций зданий // Строительные материалы. 2010. № 3. С. 8-16.
3. Гагарин В.Г., Козлов В.В. Требования к теплозащите и энергетической эффективности в проекте актуализированного СНиП «Тепловая защита зданий» // Жилищное строительство. 2011. № 8. С. 2-6.
4. Чунтонов В.С. Экодом - выбор эффективных решений // Энерго- и ресурсоэффективность малоэтажных жилых зданий: Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием. Новосибирск: Институт теплофизики СО РАН. 2015. С. 55-64. http://www.itp.nsc. ru/conferences/mzhz_2015 (дата обращения 09.06.2016 г.).
5. Сазонова Т.В., Казаков Д.С. Малоэтажное строительство. Проблемы и решения // Вестник УГУЭС. Наука. Образование. Экономика. Серия: Экономика. 2014. № 1. С. 194-198.
6. Румянцев Б.М., Критасаров Д.С. Пенобетон. Проблемы развития // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХI века. 2002. № 1. С. 14-16.
7. Лундышев И.А. Малоэтажное строительство с комплексным использованием монолитного неавтоклавного пенобетона // Строительные материалы. 2005. № 7. С. 31.
8. VI Международная научно-практическая конференция Опыт производства и применения ячеистого бетона автоклавного твердения // Строительные материалы. 2010. № 7. С. 6-10.
9. Кардашевский А.Г., Рожин В.Н., Местников А.Е., Семенов С.С. Монолитный пенобетон в индивидуальном строительстве // Промышленное и гражданское строительство. 2012. № 1. С. 41-43.
10. Местников А.Е., Семенов С.С., Федоров В.И. Производство и применение пенобетона автоклавного твердения в условиях Якутии // Фундаментальные исследования. 2015. № 12-3. С. 490-494. http://www. fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39567 (дата обращения 09.06.2015 г.).
11. Яковлев Р.Н. Универсальный фундамент. Технология ТИСЭ. М.: Аделант. 2006. 271 с.
References
1. Gagarin V.G. Macroeconomic Aspects of Substantiation of Power Saving Measures Aimed at Improving the Heat Protection of Buildings' Enclosing Structures. Stroitefnye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 3, pp. 8-16. (In Russian).
2. Gagarin V.G. Macroeconomic Aspects of Substantiation of Power Saving Measures Aimed at Improving the Heat Protection of Buildings' Enclosing Structures. Stroitefnye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 3, pp. 8-16. (In Russian).
3. Gagarin V.G., Kozlov V.V. Requirements for Thermal Protection and Energy Efficiency in the Draft of the Updated SNiP «Thermal Protection of Buildings» Zhilishchnoe stroitefstvo [Housing Construction]. 2011. No. 8, pp. 2-6. (In Russian).
4. Chuntonov V.S. The ecohouse - the choice of effective decisions. The Power and resursoeffektivnost of low
residential buildings: Materials of the All-Russian scientific conference with the international participation. Novosibirsk: Institut teplofiziki SO RAN. 2015, pp. 55-64. http://www.itp. nsc.ru/conferences/mzhz_2015 (date of access 09.06.2016). (In Russian).
5. Sazonova T.V., Kazakov D.S. Low construction. Problems and decisions. Vestnik UGUES. Nauka. Obrazovanie. Ekonomika. Seriya: Ekonomika. 2014. No. 1, pp. 194-198. (In Russian).
6. Rumyantsev B.M., Kritasarov D.S. Foam concrete. Development problems. Stroitefnye materialy, oborudovanie, tekhnologii XXI veka. 2002. No. 1, pp. 14-16. (In Russian).
7. Lundyshev I.A. Low construction with complex use of monolithic not autoclave foam concrete. Stroitefnye Materialy [Construction Materials]. 2005. No. 7, pp. 31. (In Russian).
8. VI International scientific and practical Experience of Production and Use of Cellular Concrete of Autoclave Curing conference. Stroitefnye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 7, pp. 6-10. (In Russian).
9. Kardashevskiy A.G., Rozhin V.N., Mestnikov A.E., Seme-nov S.S. Monolithic foam concrete in individual construction. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitefstvo. 2012. No. 1, pp. 41-43. (In Russian).
10. Mestnikov A.E., Semenov S.S., Fedorov V.I. Production and use of foam concrete of autoclave curing in the conditions of Yakutia. Fundamentafnye issledovaniya. 2015. No. 12-3, pp. 490-494. http://www.fundamental-research.ru/ru/article/ view?id=39567. (date of access 09.06.2015). (In Russian).
11. Yakovlev R.N. Universal'nyi fundament. Tekhnologiya TISE [Universal base. TISE technology]. Moscow: Adelant. 2006. 271 p.
Компетентностно-модульный подход в высшем техническом образовании
Монография Автор В.С. Грызлов
Череповец: ЧГУ, 2015. 208 с.
В монографии систематизированы методологические и прикладные аспекты компе-тентностно-модульной технологии в высшем техническом образовании. Методология разработана на базе направления 08 «Строительство» и включает бакалавриат, магистратуру и аспирантуру. Особое внимание уделено вопросам проектирования кредитно-модульной структуры основной образовательной программы, разработке учебных планов, оценке их качества и сбалансирования. В программе прикладного бакалавриата предлагается к внедрению сквозное курсовое проектирование как элемент инновационной программы инженерного образования CDIO.
Приводятся рекомендации по новой форме аттестации студентов с целью оценки освоения компетенций и их привязки к будущим профессиональным функциям выпускника вуза. Предлагается структура сбалансированных показателей выпускающей кафедры как стратегии превращения ее из центра затрат в центр доходов и повышения качества образовательной среды.
Затрагиваются вопросы корпоративного взаимодействия вуза, субъекта РФ и бизнес-сообщества, представляющие собой базовый кластер по развитию региональной кадровой политики.
Издание предназначено для преподавателей вузов, а также для всех участников образовательного процесса, заинтересованных в развитии практико-ориентированного, компетент-ностного подхода в высшем образовании.
