CC BY
13УДК 697.1:536.2
Ю.С. ВЫТЧИКОВ, канд. техн. наук, Самарский государственный архитектурно-строительный университет; В.М. ГОРИН, канд. техн. наук, НИИКерамзит, М.В. ГОРИН, генеральный директор, ООО ПСК «Атлант» (Самара); И.Г. БЕЛЯКОВ, инженер, Самарский государственный архитектурно-строительный университет
Исследование теплозащитных характеристик стеновых керамзитобетонных камней производства ООО ПСК «Атлант»
Принятый Государственной Думой Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» установил требования по снижению использования энергетических ресурсов.
Одним из эффективных направлений снижения расхода тепла на отопление зданий и сооружений является повышение теплозащитных характеристик ограждающих конструкций. Решить поставленную задачу можно с использованием энергоэффективных стеновых камней из беспесчаного керамзитобетона, применение которых в жилищном строительстве подробно рассмотрено в работах [1, 2].
Анализ теплофизических характеристик обычного керамзитобетона показывает, что достичь низкого значения коэффициента теплопроводности не представляется возможным из-за относительно высокой теплопроводности растворной части. Исключение кварцевого или керамзитового песка из состава керамзитобетона позволяет существенно повысить его теплозащитные свойства благодаря возникновению замкнутых воздушных пор между зернами керамзита, обладающих низкой теплопроводностью.
В Самарской области на предприятиях ООО «Завод керамзитового гравия» (г. Октябрьск) и ООО «Эко-ресурс» (г. Тольятти) организовано производство стеновых камней из беспесчаного керамзитобетона плотностью от 600 до 800 кг/м3.
Реализация программы энергосбережения в строительстве ставит повышенные требования по теплозащите наружных стен. Для достижения высокого класса
энергетической эффективности жилых и общественных зданий возникает необходимость в увеличении приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен до значений, соответствующих предписываемому подходу при выборе уровня теплозащиты. Для наружных стен жилых зданий, строящихся на территории Самарской области, требуемое сопротивление теплопередаче составляет _RgP=3,19 м2-°С/Вт.
В ЗАО «НИИ Керамзит» (Самара) в настоящее время ведется разработка стеновых камней из беспесчаного керамзитобетона и навесных панелей, обеспечивающих повышенные теплозащитные характеристики наружных стен жилых и общественных зданий за счет уменьшения плотности керамзитобетона до 400 кг/м3.
На предприятии ООО ПСК «Атлант» организовано производство стеновых камней, разработанных ЗАО «НИИКерамзит» (рис. 1, 2).
Для предварительной оценки теплопроводности стеновых камней авторами разработана инженерная методика, базирующаяся на использовании метода конечных элементов, для расчета температурных полей во фрагменте наружной стены с использованием комплексов THERM 5.2 или ANSYS [3].
В качестве исходных данных использовались значения коэффициента теплопроводности беспесчаного ке-рамзитобетона, полученные экспериментальным путем с помощью измерителя теплопроводности ИТП-МГЧ 250 в соответствии с требованиями ГОСТ 7076—99 «Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном режиме».
3 2 1
Рис. 2. Расчетная схема стенового камня: 1, 3 - цементно-песчаный раствор; 2 - беспесчаный керамзитобетон марки 0400
Рис. 1. Стеновой камень
fj научно-технический и производственный журнал
® ноябрь 2013
Таблица 1
№ пробы Плотность беспесчаного керамзитобетона в сухом состоянии, кг/м3 Коэффициент теплопроводности керамзитобетона, Вт/(м°С)
в сухом состоянии в условиях эксплуатации
А, ю =3,5% Б, ю = 5%
1 362 0,105 0,115 0,126
2 358 0,1 0,112 0,124
3 365 0,102 0,116 0,128
Среднее значение 362 0,102 0,114 0,126
Таблица 2
Наименование исполнения Теплопроводность кладки из керамзитобетонных камней, Вт/(м.оС) Сопротивление теплопередаче кладки наружной стены, м2°С/Вт
в сухом состоянии в условиях эксплуатации в сухом состоянии в условиях эксплуатации
А Б А Б
Кладка из керамзитобетонных камней на цементно-песчаном растворе 0,14 0,152 0,17 3,32 2,91 2,59
Кладка из керамзитобетонных камней на растворе с пониженной теплопроводностью 0,12 0,13 0,15 3,66 3,5 2,96
Результаты испытаний трех образцов, вырезанных из полнотелого керамзитобетонного камня, размерами 250x250x250 мм, представлены в табл. 1. Испытания на теплопроводность проводились как в сухом состоянии, так и в условиях эксплуатации А и Б. Требуемое увлажнение достигалось путем выдерживания проб из керам-зитобетона над парами воды в закрытом шкафу по мето-
Рис. 3. Сегментированный фрагмент кладки наружной стены (конечные элементы)
дике, изложенной в СП 23-101—2004 «Проектирование тепловой защиты зданий».
Согласно ГОСТ 6133—99 «Камни бетонные стеновые. Технические условия» теплопроводность бетонных камней в кладке определяется по методике, изложенной в ГОСТ 530—2007 «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия».
Теплопроводность оценивалась на фрагменте наружной стены, высота h и ширина [ которого должна не менее чем в четыре раза превышать толщину б (с учетом растворных швов). Сегментирование стены на конечные элементы, выполненное с помощью программного комплекса ЛК8У8, показано на рис. 3.
Расчет выполнялся для кладки (в сухом состоянии и условиях эксплуатации А и Б) из керамзитобетонных камней на раствор пониженной теплопроводности с применением керамзитового песка, а также на цемент-но-песчаном растворе.
Приведенное сопротивление теплопередаче кладки наружной стены определялось по формуле:
Я0=^ (1)
где (в — расчетная температура воздуха в помещении, оС; ?н — расчетная температура наружного воздуха, принимаемая равной средней температуре наиболее холодного месяца, обеспеченностью 0,92, оС; q — среднее значение удельного теплового потока, Вт/м.
д = авив-тв), (2)
где ав — коэффициент теплоотдачи со стороны внутренней поверхности стены, Вт/(м-°С); тв — среднее значение температуры внутренней поверхности фрагмента наружной стены, оС.
Результаты расчета теплозащитных характеристик кладок из керамзитобетонных камней, выполненного по изложенной выше методике, представлены в табл. 2.
В целях подтверждения расчетных данных сопротивления теплопередаче проведен физический эксперимент в климатической камере на фрагменте кладки из керамзитобетонных камней производства ООО ПСК «Атлант» на растворе с пониженной теплопроводностью.
научно-технический и производственный журнал
ноябрь 2013
8
®
Экспериментальные значения приведенного сопротивления теплопередаче фрагмента кладки в условиях эксплуатации А подтвердило ранее полученные расчетные значения (/?цР=3,5 Мдт*~"), что свидетельствует о
правильно выбранной расчетной методике по оценке теплозащитных характеристик стеновых материалов.
Из табл. 2 следует, что кладка как на цементно-песчаном, так и на теплоизоляционном растворе соответствует нормативным требованиям по теплозащите жилых и общественных зданий, строящихся на терри-
м2-°С
тории Самарской области (7? —).
Ключевые слова: теплозащита, сопротивление теплопередаче, керамзитобетон, наружная стена, энергосбережение.
Список литературы
1. Горин В.М., Токарева С.А., Вытчиков Ю.С. Современные ограждающие конструкции из керамзитобе-тона для энергоэффективных зданий // Строительные материалы. 2011. № 3. С. 34—36.
2. Горин В.М., Токарева СА., Вытчиков Ю. С., Беляков И.Г., Шиянов Л.П. Применение стеновых камней из беспесчаного керамзитобетона в жилищном строительстве // Строительные материалы. 2010. № 2. С. 15—18.
3. Вытчиков Ю.С., Беляков И.Г. Применение компьютерного моделирования для определения теплофи-зических характеристик стеновых строительных материалов / Труды X Международной научно-практической конференции «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах». Пенза, 2009. С. 125—131.
Международная научно-техническая конференция
«ИННОВАЦИИ И МОДЕЛИРОВАНИЕ В СТРОИТЕЛЬНОМ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИИ И ОБРАЗОВАНИИ»
4 октября 2013 г. на базе Тверского государственного технического университета (ТвГТУ) прошла Международная научно-техническая конференция с заочным участием «Инновации и моделирование в строительном материаловедении и образовании», организованная Академическим научно-творческим центром ЦРО РААСН «Тверьстройнаука» при ТвГТУ при поддержке Министерства образования и науки РФ, Российской академии архитектуры и строительных наук (РААСН), Министерства строительства и Министерства образования Тверской области. Генеральным информационным партнером конференции выступила редакция научно-технических журналов «Жилищное строительство» и «Строительные материалы»®.
В работе конференции приняли участие более 50 ученых и ведущих специалистов вузов и научно-исследовательских институтов из семи регионов России и трех европейских стран.
Проведение конференции продиктовано требованиями сегодняшнего дня по ресурсосбережению в области производства строительных материалов, снижению материало- и энергоемкости отрасли. Процесс получения высокоэффективных малоэнергоемких строительных материалов ставит перед исследователями ряд задач, в числе которых разработка оптимальных составов, рецептур, технологических режимов и многое другое.
Применение средств вычислительной техники позволяет решать многие задачи современного строительного материаловедения в области математического моделирования, прогнозирования свойств, автоматизированных расчетов и др. Появление универсальных оболочек и все более мощных алгоритмических языков программирования дает возможность использовать компьютер как средство, позволяющее автоматизировать процесс поиска оптимальных составов композитных материалов, построить модели структуры материала в объеме, применить физические законы и спрогнозировать изменение свойств материала в зависимости от внешних условий. Компьютерные модели, построенные на основании фактора случайности, позволяют достаточно полно описать структуру композитного материала, учитывая хаотичный характер распределения структурных элементов в объеме материала, что обосновывает подход к их изучению с позиций теории вероятности и математической статистики.
Использованию перечисленных выше инновационных подходов и методологии было посвящено большинство докладов.
В рамках конференции с большим успехом прошел мастер-класс ведущих ученых - членов оргкомитета конференции, а также двух
докторантов с молодыми учеными и преподавателями, аспирантами и студентами университета.
С приветственными словами к собравшимся выступили: ректор ТвГТУ д-р физ.-мат. наук, профессор А.В. Твардовский; председатель Центрального регионального отделения РААСН академик РААСН, д-р. техн. наук, профессор Е.М. Чернышев; проректор ТвГТУ, исполнительный директор АНТЦ «Тверьстройнаука», советник РААСН, д-р техн. наук, профессор В.В. Белов.
Большой интерес вызвал доклад Е.М. Чернышева, посвященный основным направлениям материаловедческих исследований академического центра «Архстройнаука» при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете. Он познакомил аудиторию с последними достижениями не только воронежских ученых-материаловедов, но и широко обрисовал настоящее и будущее строительной науки во взаимосвязи с существующими проблемами.
Выступление члена-корр. РААСН, д-ра техн. наук, профессора В.С. Лесовика было организовано в рамках видеоконференции. Он представил перспективное направление развития научных исследований - использование возможностей искусственного интеллекта в решении задач зарождающейся науки - геоники и строительного материаловедения в целом.
Не меньший интерес проявили слушатели к выступлению главного редактора журналов «Жилищное строительство» и «Строительные материалы»® Е.И. Юмашевой, посвященному повышению роли научных и научно-технических журналов в продвижении достижений российских ученых на национальном и международном информационном пространстве.
Продолжил мастер-класс доцент кафедры технологии строительных материалов, изделий и конструкций ВГАСУ (Воронеж) Д.Н. Коротких с докладом на тему «Развитие и эволюция технологических платформ получения высокопрочных цементных бетонов». Он познакомил с важными для специалистов, работающих в области бе-тоноведения, сведениями по проектированию составов современных высокопрочных бетонов с учетом многоуровнего формирования их структуры.
Участниками мастер-класса была дана высокая оценка проведенному мероприятию и отмечена необходимость в дальнейшем продолжать работу в формате, позволяющем расширить кругозор, повысить профессиональный уровень молодых ученых Верхневолжья и вовлечь их в большую науку.
Ы ®
научно-технический и производственный журнал
ноябрь 2013
9
