CC BY
17Расчет конструкций
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
УДК 674.213
А.А. ЛУКАШ, канд. техн. наук (mr.luckasch@yandex.ru), Н.П. ЛУКУТЦОВА, д-р техн. наук
Брянская государственная инженерно-технологическая академия (241037, г. Брянск, пр. им. С.Т. Димитрова, 3)
Методика расчета теплопроводности ограждающей конструкции переменного сечения из оцилиндрованных бревен
Предложена методика расчета теплопроводности ограждающих конструкций переменного сечения для определения термического сопротивления оцилиндрованных бревен, основанная на том, что в ограждающеих конструкциях выделяются регулярно повторяющиеся участки, определяется их площадь, а усредненная толщина находится как отношение площади повторяющегося участка к его ширине. Приведены результаты расчета термического сопротивления ограждающей конструкции из оцилиндрованных бревен в зависимости от их диаметра. Установлено, что в домах из оцилиндрованных бревен необходимо применять дополнительную теплоизоляцию так как термическое сопротивление этих конструкций в 2-3 раза меньше допустимого. Обоснована необходимость регламентации толщины, влажности и термического сопротивления ограждающих конструкций из оцилиндрованных бревен. Предложен способ снижения теплопроводности путем создания внутри оцилиндрованных бревен замкнутых воздушных прослоек, а для предотвращения поступления зимой холодного воздуха внутрь бревен, в торцы отверстий должны быть вставлены заглушки. В оцилиндрованных бревнах со сквозным отверстием диаметром 0,08 м, термическое сопротивление увеличивается на 60%.
Ключевые слова: строительство, термическое сопротивление, теплопроводность, оцилиндрованное бревно.
A.A. LUKASH, Candidate of Sciences (Engineering) (mr.luckasch@yandex.ru), N.P. LUKUTTSOVA, Doctor of Sciences (Engineering) Bryansk State Academy of Engineering and Technology (3, S.T. Dimitrova prosp., 241037, Bryansk, Russian Federation)
Методика расчета теплопроводности ограждающей конструкции переменного сечения
из оцилиндрованных бревен
Methods for calculating the heat conductivity of enclosing structures of variable cross-section for defining the thermal resistance of rounded logs, based on the fact that regularly repeating sections are selected in enclosing structures, their areas are determined, and their averaged thickness is the ratio between the square of the repeating section and its width, are offered. Results of the calculation of thermal resistance of enclosing structures made of rounded logs depending on their diameters are presented. It is established that it is necessary to use additional heat insulation in houses made of rounded logs because the thermal resistance of these structures is 2-3 times less than permissible. The necessity of regulation of thickness, moisture content and thermal resistance of enclosing structures made of rounded logs is substantiated. A method for reducing the heat conductivity by means of creation of dead air spaces inside the rounded logs is proposed; to prevent the inflow of cold air in winter it is necessary to insert plugs in butts of holes. In rounded logs with a through hole of 0,08 m diameter, the thermal resistance increases by 60%.
Keywords: construction, thermal resistance, heat conductivity, rounded log.
В настоящее время большое внимание уделяется экономии энергоносителей в связи с постоянным ростом цен на них. Много тепловой энергии расходуется на отопление зданий и сооружений. В промышленно развитых странах при строительстве жилья для населения наряду с оценкой стоимости и комфортности проживания учитывается энергоэффективность жилья - стоимость потребляемой энергии на отопление, которая в свою очередь определяется теплопроводностью ограждающих конструкций.
В нормативной документации подробно описана методика теплового расчета зданий и сооружений, основанная на суммировании термических плоских стенок с различными толщиной и коэффициентами теплопроводности [1, 2]. В случае применения стенок разной толщины, конструкция условно разделяется на участи и производится расчет термического сопротивления по каждому из участков. Но всегда расчеты проводятся из условия постоянства сечения ограждающей конструкции.
34| -
Дома из оцилиндрованных бревен становятся все более популярными вследствие применения при их возведении недорогого и доступного строительного материала - древесины. Немало важным фактором является комфортность проживания в них [3]. При описании характеристик ограждающих конструкций из оцилиндрованных бревен теплопроводность принимают равной теплопроводности древесины, а диаметр бревен указывается как толщина. Не указывается на необходимость применения дополнительной теплоизоляции.
При выборе толщины бревен для строительства деревянных домов руководствуются, как правило, жизненным опытом, а не расчетами. Для обогрева домов из оцилин-дрованных бревен обычно применяют индивидуальные отопительные системы. Неправильный выбор толщины бревен приведет к повышенному расходу энергии на отопление за счет повышения мощности нагревательных приборов. Целью данных исследований является разработка методики теплового расчета ограждающих конструкций переменного
^^^^^^^^^^^^^ 22015
Научно-технический и производственный журнал
ЖИЛИЩНОЕ
Л
Structural calculations
Рис. 1. Фрагмент ограждающей конструкции из оцилиндрован-ных бревен
Таблица 1
Диаметр бревна, м 0,18 0,2 0,22 0,24 0,26 0,28
Ширина паза, м 0,09 0,1 0,11 0,12 0,13 0,14
сечения и определение термического сопротивления оци-линдрованных бревен.
Оцилиндрованные бревна обычно изготавливают диаметром 0,18-0,28 м (рис. 1). Для удобства установки последующих бревен в нижней их части формируют установочный паз шириной А (рис. 2).
Ширину паза выбирают в зависимости от диаметра бревна. В табл. 1 приведены значения соотношения диаметра бревна и ширины установочного паза.
Рассчитать теплопроводность и термическое сопротивление не составило бы труда, если бы поверхность ограждающей конструкции из оцилиндрованных бревен была плоской. Толщина такой ограждающей конструкции изменяется от максимального значения, равного диаметру бревна до минимального значения, равного ширине установочного паза А. Учитывая, что существующая нормативная документация для теплотехнических расчетов выполнена для плоских стенок постоянной толщины, необходи-
мо «преобразовать» стенку переменного сечения в стенку постоянной толщины. Для этого введем понятие усредненная толщина. В ограждающей конструкции из оцилиндрованных бревен есть регулярно повторяющиеся участки шириной L (рис. 3).
Рассмотрим более подробно один из этих участков. Поперечное сечение такого участка представляет собой круг, симметрично обрезанный с двух сторон (рис. 4). Ширина повторяющегося участка Е, м, определяется по формуле:
l=^D2-A2,
(1)
где D - диаметр оцилиндрованного бревна, м; А - ширина установочного паза, м.
Площадь бокового среза можно принять равной площади А.ВЕС (рис. 3). Учитывая, что \ CМ\=0,5(D—L) суммарная площадь боковых срезов SС, м2, будет составлять:
Sc = 2 • 0,5 • \ВЕ\ • \CМ\ = 0,5 А • (D-L).
(2)
Например, площадь круга диаметром 0,22 м составляет 0,038 м2. При ширине установочного паза А=0,11 м и ширине чередующегося участка L=0,19 м суммарная площадь двух боковых срезов составит:
SС = 0,5 • ф-Е) • А = 0,5 • (0,22-0,19) • 0,11 = 0,00165 м2.
Это составляет 4,3% от площади круга. Поэтому площадь повторяющегося участка составит 0,957 часть от площади круга Усредненная толщина оцилиндрованного бревна бД, м, будет равна:
бД = 0,957 S/L = 0,957 • п • D2 / (4 • -\/1>2-Л2). (3)
Для бревна диаметром 0,22 мм при ширине установочного паза А=0,11 м эквивалентная толщина бД, составит 0,19 м. Термическое сопротивление ограждающей конструкции RД, (м2оС)/Вт, определяется по формуле:
= бД / \
(5)
где Ад - коэффициент теплопроводности древесины, Вт/(м-°С).
Согласно СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» коэффициент теплопроводности сосны в направлении поперек составляет в условиях эксплуатации 0,14-0,18, Вт/(моС) [1]. Для бревен диаметром 0,18-0,28 м были рассчитаны усредненная толщина и термическое сопротивление при коэффи-
D 180-280
Рис. 2. Схема поперечного сечения оцилиндрованного бревна
Рис. 3. Регулярно повторяющиеся участки в ограждающей конструкции из оцилиндрованных бревен
Расчет конструкций
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
ющегося участка
Таблица 2
Диаметр бревна, м 0,18 0,2 0,22 0,24 0,26 0,28
Ширина установочного паза, м 0,09 0,1 0,11 0,12 0,13 0,14
Ширина повторяющегося участка, м 0,156 0,173 0,191 0,208 0,225 0,242
Площадь повторяющегося участка S, м2 0,0232 0,0287 0,0347 0,0412 0,048 0,0607
Усредненная толщина бревна, бд, м 0,156 0,174 0,19 0,207 0,225 0,243
Термическое сопротивление ЯД, м2 оС/Вт 1,09 1,24 1,36 1,55 1,61 1,74
Таблица 3
Диаметр бревна, м 0,18 0,2 0,22 0,24 0,26 0,28
Ширина повторяющегося участка, м 0,156 0,173 0,191 0,208 0,225 0,242
Площадь участка, м2 0,0182 0,0287 0,0347 0,0412 0,048 0,0607
Усредненная толщина бревна, бд, м 0,116 0,137 0,155 0,173 0,19 0,23
Термическое сопротивление древесины, м2оС/Вт 0,83 0,98 1,11 1,24 1,36 1,64
Усредненная толщина воздушной прослойки, м 0,032 0,029 0,026 0,024 0,022 0,021
Термическое сопротивление воздушной прослойки, м2<>С/Вт 1,39 1,26 1,14 1,05 0,97 0,9
Общее термическое сопротивление, м2оС/Вт 2,22 2,24 2,25 2,29 2,33 2,54
циенте теплопроводности ХД=0,14. Результаты расчетов представлены в табл. 2.
Термическое сопротивление оцилиндрованных бревен в 2-3 раза меньше допустимого значения для стен жилых зданий, расположенных в центральных областях, которое составляет 3-3,18 м2-°С/Вт.
В домах с ограждающей конструкцией, состоящей только из оцилиндрованных бревен повышаются затраты энергии на отопление. Теплые зимы, установившиеся в последнее время на нашей территории, пока сглаживают проблему недостаточной теплоизоляции таких домов.
В процессе эксплуатации на поверхности оцилиндро-ванных бревен образуются трещины, образующиеся из-за неравномерной усушки наружных и внутренних слоев [3]. Если производить сушку с использованием сквозного продольного сквозного отверстия можно обеспечить равномерное высыхание наружных и внутренних слоев и уменьшение глубины поверхностных трещин [4, 5]. Для предотвращения поступления зимой холодного воздуха внутрь бревен, в торцы отверстий должны быть вставлены заглушки. Произведем расчет термического сопротивления в оцилиндрованном бревне со сквозным отверстием. Оци-линдрованное бревно рассматриваем как конструкцию, содержащую замкнутую внутреннюю воздушную прослойку. При расчете усредненной толщины бревна необходимо учесть, что площадь повторяющегося участка будет меньше на величину площади отверстия. Усредненная толщина воздушной прослойки определяется отношением площади отверстия к ширине повторяющегося участка L. Для бревна с отверстием и с замкнутой воздушной прослойкой рассчитывается термическое сопротивление. Общее термическое сопротивление бревна с замкнутой воздушной прослойкой RO, (моС)/Вт, будем определяться как сумма термических сопротивлений составляющих слоев древесины и воздуха:
RO = КД + КВ'
где ЯД - термическое сопротивление древесины, (м оС)/Вт; ЯВ - термическое сопротивление воздуха, (м оС)/Вт.
Для бревен диаметром 0,18-0,28 м c центральным сквозным отверстием диаметром 0,08 м в табл. 3 приведены значения общего термического сопротивления.
В оцилиндрованных бревнах с замкнутой воздушной прослойкой термическое сопротивление увеличивается на 60%.
Таким образом, можно сделать выводы.
1. Госсторой не уделяет должного внимания деревянному домостроению, ошибочно принимая его за индивидуальное, не заслуживающее внимания, хотя этот вид строительства является промышленным и его объемы постоянно нарастают. Не регламентируется толщина и влажность ограждающих конструкций из оцилиндрован-ных бревен.
2. В домах из оцилиндрованных бревен необходимо применять дополнительно теплоизоляцию, так как термическое сопротивление этих конструкций в 2-3 раза меньше допустимого значения.
3. При выборе толщины бревен для строительства деревянных домов руководствуются, как правило, жизненным опытом, а не точными расчетами. Недостаточная толщина ограждающих конструкций из древесины приведет к повышению затрат на отопление.
4. Предложенная методика расчета теплопроводности ограждающих конструкций переменного сечения позволяет определить термическое сопротивление оцилин-дрованных бревен по их усредненной толщине.
5. В оцилиндрованных бревнах со сквозным отверстием диаметром 0,08 м, как с замкнутой воздушной прослойкой, термическое сопротивление увеличивается на 60%.
36
22015
Научно-технический и производственный журнал
Structural calculations
Список литературы
1. Строительные нормы и правила РФ СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Приняты постановлением Госстроя РФ от 26 июня 2003 г. № 113. Взамен СНиП 23-01-99. Введ. 01.10.2003. М.: НИИСФ РААСН, 2003. 36 с.
2. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий. Взамен СП 23-101-2000. Введ. 01.06.2004. М.: НИИСФ, 2004. 122 с.
3. Лукаш А.А., Гришина Е.С. Дома из оцилиндрованных бревен: перспективы производства, недостатки и пути их устранения // Строительные материалы. 2013. № 4. С. 109-110.
4. Пат. РФ на полезную модель №133771. Устройство для сверления глубоких отверстий в древесине / Ахмедов Г.Р., Гришина Е.С., Иванов В.И., Лукаш А. За-явл. 23.01.2013. Опубл. 27.10.2013.
5. Пат. РФ на полезную модель №135232 МПК F26 МПК F26 В9/10, F26 В 3/04. Устройство для конвективной сушки оцилиндрованных бревен / Гришина Е.С., Ахмедов Г.Р., Иванов В.И., Лукаш А.А. Заявл. 23.01.2013. Опубл. 20.09.2013. Бюл. № 26. 3 с.
References
1. Construction Norms and Rules 23-02-2003. Thermal protection of buildings. Instead of Construction Norms and Rules 23-01-99. Introduced 01.10.2003. Moscow: NIISF RAASN. 2003. 36 p. (In Russian).
2. Set of Rules 23-101-2004. Design of thermal protection of buildings. Instead Set of Rules 23-101-2000. Introduced. 01.06.2004. Moscow: NIISF. 2004. 122 p. (In Russian).
3. Lukash A.A., Grishina E.S. Houses made of rounded logs: prospects of manufacture, shortcomings and ways of their elimination. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 4, pp. 109-110. (In Russian).
4. Patent RF for useful model №133771. Ustroistvo dlya sverleniya glubokikh otverstii v drevesine [Device for deep hole drilling in wood] / Akhmedov G., Grishina E., Ivanov V., Lukash A. Declared 23.01.2013. Published 27.10.2013. (In Russian).
5. Patent RF for useful model №135232 IPC F26 IPC F26 B9/10, F26 In 3/04. Ustroistvo dlya konvektivnoi sushki otsilindrovannykh breven [Device for convective drying of cylindrical logs] / Grishina E., Akhmedov G., Ivanov V., Lukash A. Declared 23.01.2013. Published 20.09.2013. Bulletin No. 26. 3 p. (In Russian).
_ИНФОРМАЦИЯ
Как сократить расходы на образование и реализовать стратегию инновационного развития России?
В конце декабря 2014 г. председатель Правительства РФ Д.А. Медведев подписал Распоряжение №2765-р «О Концепции Федеральной целевой программы развития образования на 2016-2020 годы».
Концепция определяет в качестве цели Программы обеспечение условий эффективного развития российского образования, формирование конкурентоспособного человеческого потенциала и повышение конкурентоспособности российского образования на всех уровнях, в том числе международном.
Предусмотрено предоставление субсидий из федерального бюджета субъектам Федерации на поддержку мероприятий по повышению качества и конкурентоспособности российского образования, трансляции и внедрению новых моделей и механизмов обеспечения доступности образовательной среды, распространению структурных, содержательных и технологических инноваций.
Однако эксперты скептически оценивают ряд положений Концепции. По их мнению, «развитие» в ближайшие годы будет означать в основном закрытие так называемых неэффективных вузов - предполагается закрыть до 80% филиалов и 40% вузов.
В 2014 г. Рособрнадзор проверил свыше 500 вузов. Выявлены сотни нарушений лицензионного законодательства: 36 вузам запретили принимать студентов, у 24 приостановлены лицензии. Однако в список неэффективных вузов попали Красноярский и Челябинский государственные университеты, Московский государственный университет путей сообщения, Петербургская государственная академия культуры и искусств, Литературный институт им. Горького, МАРХИ, РГГУ, МАМИ, в Ростовской области «неэффективны» оба сельскохозяйственных вуза, при том, что сам субъект - среди главных житниц страны. В списке неэффективных еще множество старейших учреждений с репутацией, заслуженной годами.
В 2015 г. проверка высшей школы станет тотальной. На первый взгляд, для столь жестких мер имеются объективные причины. С 2011 г. число выпускников в школах сократилось на 70 тыс. человек, а количество вузов, наоборот, выросло на 70. Число студентов достигло 6 млн, а 10 лет назад их было на треть меньше.
Среди россиян от 25 до 64 лет самый большой в мире доля обладателей высшего образования - 53%. В развитых странах - в среднем 31%.
При этом, по данным Росстата, за четыре года число обучающихся в колледжах и техникумах снизилось на 600 тыс. человек. А из 710 тыс. выпускников школ 2014 г. в колледжи пошли только 92 тысячи.
Однако, например, в Германии после колледжа можно успешно работать и зарабатывать. Молодые сотрудники могут рассчитывать на достой-
ную заработную плату, льготу по ипотеке, социальный пакет. Выпускники российских средних образовательных учреждений социально защищены существенно хуже. Все чаще им приходится вступать в нецивилизованную конкуренцию с мигрирующей более дешевой рабочей силой.
Эксперты выражают опасение, что последствием резкого сокращения доступа к высшему образованию станет падение квалификации персонала на рынке труда, снижение конкурентоспособности экономики. Кроме того, образование содержит и функцию так называемого социального лифта, упразднение которой может окончательно зафиксировать и без того уродливое расслоение российского общества, неизбежно приведет к снижению интеллектуального уровня нации. Особенно это касается жителей российских регионов, где возможно полное уничтожение вузов среднего звена.
Известно мнение заместителя председателя Комитета по образованию Государственной думы РФ, д-ра философских наук О.Н. Смолина о подмене разумной идеи повышения качества работы вузов искусственным сокращением их количества. По его мнению, от реализации Концепции в представленном виде в первую очередь выиграют крупные вузы. Ведь если закрыть 40% вузов, можно больше денег перераспределить в так называемые ведущие.
В настоящее время сложилась своеобразная пирамида высшего образования, где наверху МГУ и СПбГУ, ниже располагается группа федеральных университетов, еще ниже - группа национальных исследовательских университетов, а потом все остальные. И финансирование ведется в зависимости от статуса. Очевидно, что при сокращении расходов государства на образование, сохранить высокий уровень финансирования «ведущих» вузов можно только за счет ликвидации «неэффективных». Но это ли путь «развития»?
В России на образование тратят около 4,3% ВВП, а в ближайшие годы предполагается сокращение до 4,1-3,5%. Хотя страны, декларирующие ускоренной развитие, на развитие образования также тратят больше средств. Например, Бразилия с 2012 г. реализует программу по повышению расходов на образование с 5,5 до 10% от ВВП. В США количество вузов на душу населения вдвое выше, чем в России...
А ведь параллельно предстоит реализовывать Стратегию инновационного развития Российской Федерации на период до 2020 года, в которой предполагается значительное повышение престижа научной, инженерной и предпринимательской деятельности.
http://premier.gov.ru/ http://минобрнауки.рф/ http://www.obrnadzor.gov.ru/ http://www.smolin.ru/
