CC BY
28КОНСТРУКЦИЯ МНОГОСЛОЙНОЙ ПОНЕЛИ ОГРАЖДЕНИЯ СО СЛОЕМ ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА
Алдияров Ж.А., Жанабай Н.Ж., Утелбаева А.Б., Жалгасов А.Ж, Тургунова Т.К.
Южно-Казахстанский государственный университет им.М.Ауэзова, Шымкент, Казахстан
Аннотация. Проведен анализ современных конструкций ограждения, традиционных систем утепления с использованием теплоизоляционного материала. В частности, характер энергосбережения при возведении забора является пассивным.
Для повышения энергоэффективности зданий необходимо разработать новые системы и конструкции забора, который является активным и обладает способностью накапливать энергию для нужд зданий, а также позволяет компенсировать часть тепла, расходуемого на отопление. здание. Исследования ставят следующие задачи.
Разработка и проверка энергоэффективного ограждающего материала с термоклапанами на основе товарного жидкого парафина. Будут изучены структурные размеры панелей, которые принимают во внимание координационный размер и конфигурацию и размер стыковых соединений панелей вместе.
Разработанная многослойная стеновая панель энергоэффективна и позволяет накапливать тепло от системы отопления, регулировать суточные колебания температуры в помещении, а также значительно снижает энергопотребление здания в целом и повышает теплоизоляционные качества забор.
Abstract. The analysis of modern designs of a protection, traditional systems of warming with use of a heat-insulating material is carried out. In particular, the nature of energy saving in the construction of the fence is passive .
To improve the energy efficiency of buildings there is a need to develop new systems and structures of the fence which is active and has the ability to accumulate energy for the needs of buildings, as well as allow to compensate for some of the heat spent on heating the building. The studies set the following tasks.
Develop and validate energy-efficient building envelope with thermal storage materials based on commodity liquid paraffin. Will study the structural dimensions of the panels which take into account the coordination size and configuration and size of the butt joints of the panels together.
The developed multi-layer wall panel is energy efficient and allows you to accumulate heat from the heating system, regulate the daily temperature fluctuation in the room, and also significantly reduces the energy consumption of the building as a whole and increases the thermal protection qualities of the fence.
Ключевые слова: ограждающие конструкции, аккумулирования энергии, энергосбережения, утеплитель, панели
Keywords: enclosing structures, energy storage, energy saving, insulation, panels
Проведенный анализ современных конструкций ограждения показал, что традиционные системы утепления с использованием теплоизоляционного материала являются малоэффективными [1,2]. Характер энергосбережения в конструкциях ограждения носит пассивный характер [3]. Для повышения энергоэффективности зданий возникает необходимость разработки новых систем и конструкций ограждения который носит активный характер и имеет возможность аккумулирования энергии для потребностей зданий, а также позволит возместить часть тепла затрачиваемого на отопление здания.
Одним из перспективных направлений энергосбережения в зданиях и получения энергоэффективной конструкций ограждения является использование аккумулирования тепла [4,5]. Процесс аккумулирования тепла связано с обеспечением комфортных условий в помещениях жилых и общественных зданий применением различных теплоаккумулирующих материалов, аккумуляция теплоты в которых производится за счет использования их теплотехнических свойств.
Задача в исследованиях поставлена следующим образом. На основе проведенных исследований разработать и обосновать энергоэффективную ограждающую конструкцию с теплоаккумулирующими материалами на основе товарных жидких парафинов.
В качестве базовой конструкций стеновой панели принята трехслойная наружная стеновая панель с теплоизоляционным слоем из эффективного утеплителя по ГОСТ 31310-2005, в соответствии с рисунком 1.
Разрабатываемая конструкция энергоэффективной многослойной стеновой панели с теплоизоляционным слоем из эффективного утеплителя предназначена для наружных стен однорядной (поэтажной) разрезки для жилых и общественных зданий.
В соответствии с рисунком 2 в состав стеновой панели входят следующие основные слои:
- наружный слой из армированного тяжелого или легкого бетона;
-средний теплоизоляционный слой из экструзивных полистирольных вспененных плит;
- теплоаккумулирующий слой из товарного твердого или жидкого парафина;
- внутренний слой из армированного тяжелого или легкого бетона.
Соединительные связи, объединяющие наружный и внутренний слои панели, обеспечивая их совместную работу при транспортировании, монтаже
а) б)
а) Трехслойные панели с теплоизоляционным слоем из минеральных ват; б) Трехслойные бетонные и железобетонные панели с теплоизоляционным слоем из вспененных экструзивных полистирольных плит. Рисунок 1- Трехслойные стеновые панели с теплоизоляционным слоем из эффективного утеплителя для наружных стен жилых и общественных зданий и эксплуатации выполняются в виде жестких железобетонных перемычек (шпонок), гибких связей из неметаллических коррозионно-стойких материалов и коррозионно-стойкой стали, имеющей необходимую стойкость в условиях эксплуатации панелей. Соединительные связи должны иметь документированное подтверждение в установленном порядке на использование в качестве связей в многослойных панелях конкретных видов.
С фасадной стороны панели предусматривается наружный защитно-декоративный слой, предназначенный для защиты основных слоев от внешних климатических воздействий и выполнения декоративных функций.
Защитно-декоративный слой может выполняться в виде слоя облицовки керамическими плитками или плитками из декоративного бетона, слоя из раствора или декоративного бетона или покрытий различными фасадными красками.
С обращенной в помещение стороны панели рекомендуется предусматривать внутренний отделочный слой, служащий основанием для последующей отделки стены и состоящий из слоя из раствора и отделочного покрытия.
Приняты следующие координационные размеры панелей (при отсутствии разделяющих элементов в местах их сопряжений со смежными конструкциями здания):
Рисунок 2- Конструкция энергоэффективной многослойной стеновой панели с теплоизоляционным слоем из эффективного утеплителя из пенополистирола
- по длине: 2400, 3000, 3600, 4200, 4500, 4800, 5400, 6000, 6600, 7200 мм;
- по высоте: 2800, 3000, 3300, 3600 мм;
- по толщине: 200, 220, 240, 250, 260, 280, 300, 320, 340, 350, 360, 380, 400 мм.
При наличии разделяющих элементов, координационные длина и высота панелей принимаются уменьшенными на величины, зависящие от координационных размеров разделяющих элементов.
Конструктивные размеры панелей принимают с учетом координационных размеров и конфигурации и размеров стыковых соединений панелей между собой.
Теплоаккумулирующий слой состоит из корпуса, состоящего из двух панелей 1, между которыми расположены соты 2, заполненные фазопереходным теплоаккумулирующим материалом в соответствии с рисунком 3.
В качестве теплоаккумулирующего материала принят материал, составленный из товарного парафина и индивидуальных н-алканов и их смесей в соответствии с материалами раздела 2 настоящей работы.
Толщина теплоаккумулирующего материала выбирается в соответствии с назначением здания и от решаемой применением аккумуляции тепла в ограждении задачи.
Конструктивную толщину панелей с плоской фасадной поверхностью, а также панелей с элементами, выступающими на фасад здания, на участках между этими элементами принимают равной соответствующей координационной толщине.
3
I
I
1 - соотвественно верхняя и нижняя панель; 2- ячейки с теплоаккумулирующим материалом; 3-
арматурные выпуски
Рисунок 3- Конструкция теплоаккумулирующего слоя в стеновой панели наружного ограждения
Номинальную толщину армированных наружного и внутреннего бетонных слоев панели принимают в соответствии с ГОСТ 31310-2005 не менее:
- внутреннего слоя несущих панелей - 120 мм;
- внутреннего слоя ненесущих панелей - 80 мм;
-внутреннего слоя поэтажно несущих панелей - 80 мм при тяжелом бетоне и 100 мм - при легком бетоне;
- наружного слоя панелей - 65 мм при тяжелом бетоне и 80 мм - при легком бетоне.
Для наружного и внутреннего слоев и жестких дискретных связей панелей применяют тяжелый бетон, отвечающий требованиям ГОСТ 26633, или легкий бетон, отвечающий требованиям ГОСТ 25820, классов по прочности на сжатие не ниже В 15, плотной структуры, с объемом межзерновых пустот в уплотненной смеси не более 3 %.
В качестве наиболее апробированного решения основных слоев панелей из легкого бетона применяется керамзитобетон с использованием в качестве мелкого заполнителя плотного песка или смеси плотного и пористого песка.
Номинальную толщину защитно-декоративного слоя панелей принимают не менее:
- в надземных панелях-15мм;
- в цокольных панелях -30мм.
Номинальную толщину слоя раствора во внутреннем отделочном слое панелей принимают не более:
- в панелях стен помещений с сухим или нормальным режимами - 15мм;
- в панелях стен помещений с повышенной влажностью -20мм.
В качестве теплоизоляционного слоя панелей применяют плиты полистирольные вспененные экструзивные ПЕНОПЛЭКС® тип 35, отвечающие требованиям ТУ 5767-006-56925804-2007 и соответствующие государственным санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам при использовании в качестве теплоизоляционного материала для ограждающих конструкций жилых и общественных зданий.
Для армирования наружных бетонных слоев панелей рекомендуется применять сварные сетки из арматурной проволоки класса Вр - I по ГОСТ 6727, а внутренних бетонных слоев панелей - сварные плоские каркасы, изготовленные из арматуры класса А-Ш по ГОСТ 5781 и арматурной проволоки класса Вр - I по ГОСТ 6727.
Разработанная многослойная стеновая панель является энергоэффективной и позволяет аккумулировать тепло от системы отопления, регулировать суточное колебание температуры в помещении, а также значительно снижает энергопотребление здания в целом и повышает теплозащитные качества самого ограждения.
Литература
1. К вопросу повышения энергетической эффективности зданий и сооружений / Сигачев Н.П.,
Елисеева Л.И., Востриков М.В., Клочков Я.В. // Вестник иркутского государственного технического университета. -2010. -№5. - Т.45. - С. 109-113.
2. Chang Y., Ries R.J., Wang Y. The quantification of the tmbodied impacts of construction projects on energy, envieronment, and society based on I-O LCA // Energy Policy. -2010. Vol/39. Issue 10. -Pp. 6321-6330.
3. Дмитриев,А.Н. Пассивные здания и нетрадиционные источники энергии - развитие перспективных направлений в энергосбережении /А.Н.Дмитриев // Энергосбережение. -2002. - №3. - С. 18-19.
4. Бабаев, Б. Д. Сравнительные характеристики различных типов аккумуляторов тепла, перспек-тивне направления разработок нових методов и устройств для аккумулирования тепловой энергии [Текст] : док. ведущ. спец. / Б. Д. Бабаев // Актуальные проблемы освоения возобновляемых энергоресурсов. -Махачкала, 2013. - С. 125-137.
5. Сотникова, О. А. Аккумуляторы теплоты теплогенерирующих установок систем теплоснабжения [Текст] / О. А. Сотникова, B. C. Турбин, В. А. Григорьев // Журнал «АВОК». - 2003. - № 5. - С. 40-44.
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНОГО ПАКЕТА КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОГО АНАЛИЗА ANSYS ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ, СЖАТИИ
Патрина Татьяна Александровна,
к.т.н., доцент кафедры Прикладной механики и инженерной графики, Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет
"ЛЭТИ", г. Санкт-Петербург, Россия
Аннотация. Предложенная методика исследования напряжений и деформаций различных твердых тел при внешних воздействиях с помощью расчетного пакета Ansys позволяет исследовать механические характеристики материалов конструкций.
Abstract. The proposed method of studying the stresses and strains of various solids under external influences with the design package Ansys allows to study the mechanical characteristics of structures materials.
Ключевые слова: механические характеристики материалов конструкций, программный пакет конечно-элементного анализа, напряженно-деформированное состояние твердого тела.
Keywords: mechanical characteristics of construction materials, software package of finite element analysis, stress-strain state of the solid body.
Введение
В механике твердого деформированного тела при анализе напряженного-деформированного состояния конструкций напряжения и деформации, возникающие в результате внешнего воздействия, не должны превышать допустимых.
Допускаемое напряжение вычисляется по формуле: а = — , где аоп опасное напряжение, n - коэффициент запаса прочности. За опасное напряжение принимается механическая характеристика материала, коэффициент запаса прочности должен быть не менее 1,5.
Механические характеристики материала: предел пропорциональности апц - напряжение для которого справедлив закон Гука, т.е. пропорциональная зависимость между внешней нагрузкой и вызываемой ею деформацией; предел текучести - напряжение ат при котором деформации растут без заметного увеличения нагрузки; временное сопротивление авр - напряжение, которое соответствует максимальной нагрузки. При расчете прочности пластичных материалов за опасное напряжение принимается предел текучести, для хрупких материалов за опасное напряжение принимается временное сопротивление.
Использование конечно-элементного программного пакета Ansys позволяет провести исследование механических свойств материалов. Это способствует лучшему пониманию процесса деформации твердого тела материала, наглядному представлению механических характеристик конструкций.
Методика исследования механических характеристик материалов при растяжении и сжатии с помощью пакета Ansys. Для исследования задействован модуль Transient Structural для решения задач динамики конструкций. В качестве конструкции исследования выбран стальной стержень. Первой задачей является создать геометрическую модель конструкции в модуле Geometry. В режиме эскизирования необходимо нарисовать окружность, задать диаметр окружности через вкладку Modify [1]. В режиме моделирования вытянуть окружность на заданное расстояние через операцию Exstrude. Также последовательно построить еще две цилиндрические части (рис. 1). Затем создать собственную координатную плоскость на дальней стороне третьей цилиндрической части стержня. Потом зеркально отобразить три последовательных цилиндра относительно построенной плоскости. Через команду Chamfer следует выполнить фаски на ребрах объемной модели (рис. 2).
