Определение теплотехнических характеристик наружного ограждения домов малоэтажной застройки, выполненных в несъемной пенополистирольной опалубке Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

3. Механика грунтов, основания и фундаменты / С.Б. Ухов, В.В. Семенов, В.В. Знаменский [и др.]. - М. : Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2005. - 528 с.

4. Тимошенко, С.П. Теория упругости / С.П. Тимошенко. - Л.; М. : Гос. тех.-теор. изд-во, 1934. - 452 с.

N.V. ZYLEVA

ESTIMATION OF DINAMIC EFFECTS ON GROUND CONSTRUCTIONS AT DISMOUNTING OF SPAN STRUCTURE BY FAULTING METHOD

Numerical investigation of dynamic processes arising at dismounting of span structures by faulting method is carried out. Flat design scheme is obtained in the form of discrete model with the bar elements. Free flight of girder and the following compact of it with contact surface of soil are considered. Force influence on buildings included in a calculated model is transmitted in the form of wave of rigid deformations through the soil. The diagram of stress changes and displacements at points of buildings were obtained.

УДК 692.2:69.057.5:678.746.22.06-405.8+699.86

А. И. ГНЫРЯ, докт. техн. наук, С. В. КОРОБКОВ, канд. техн. наук, доцент, Р.А. ЖАРКОЙ, аспирант, ТГАСУ, Томск

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАРУЖНОГО ОГРАЖДЕНИЯ ДОМОВ МАЛОЭТАЖНОЙ ЗАСТРОЙКИ, ВЫПОЛНЕННЫХ В НЕСЪЕМНОЙ ПЕНОПОЛИСТИРОЛЬНОЙ ОПАЛУБКЕ

Данная статья посвящена исследованиям наружных ограждающих конструкций домов малоэтажной застройки. Цель исследования: получение экспериментальных данных о теплотехнических свойствах стен, выполненных с применением несъемной пенополи-стирольной опалубки.

Интенсивное развитие строительной техники сопровождается внедрением индустриальных методов строительства, новых строительных и конструктивных систем. За последнее время, в связи с переходом страны к рыночной экономике, появилось большое количество принципиально новых по конструктивным и декоративным показателям строительных материалов. Между тем, вследствие усиления конкуренции среди производителей на рынке строительных материалов, происходит неизбежное их удешевление, улучшение качества и ассортимента.

Все эти изменения, если учитывать, что стоимость стройматериалов составляет более 50 % стоимости строительства гражданского здания, все

© А.И. Гныря, С.В. Коробков, Р.А. Жаркой, 2007

в большей степени позволяют людям со средним достатком строить высококачественные жилье.

Следует отметить повсеместное нарастание в регионах тенденций отказа от многоэтажного жилья, которое последние 30 лет составляло основу жилищного строительства в России. И здесь не только желание населения вкладывать деньги в более комфортабельное жилье, но и трудности у предприятий стройиндустрии в строительстве и реализации жилья в данный период. Главное заключается в высокой энерго- и материалоемкости существующего строительного производства и, как следствие, в высокой стоимости жилья из-за резкого подорожания топливно-энергетических ресурсов.

Снижение себестоимости строительного производства, обновление потенциала мощностей и материально-технической инфраструктуры строительного комплекса на основе инновационных технологий, появление новых архитектурно-строительных систем и конструктивных решений - все это во многом является условием выживаемости и конкурентоспособности строительных предприятий в условиях рынка, а также условием стабилизации и даже снижения приемлемой рыночной стоимости жилья для граждан.

Магистральный путь решения указанных вопросов лежит на путях снижения этажности строительства и перехода преимущественно на малоэтажную (2-4-этажную) жилую застройку. Этим путем давно идет строительство в развитых странах.

Жилой фонд малоэтажной застройки в Сибири возводился в основном из штучного материала (кирпич, шлако- и золоблоки, соломит, ячеистые блоки, дерево и др.). Эти дома, как правило, ресурсо- и энергозатратные. В 80-90 гг. прошлого столетия в Европе начали использовать пенополистирол в качестве несъемной опалубки для монолитного домостроения. В Сибири впервые внедрением этой технологии стали заниматься строители Новосибирска и Иркутска.

Для определения соответствия данного вида стен современным нормам энергосбережения нами проведен эксперимент по определению сопротивления теплопередачи.

Для определения остаточных теплотехнических характеристик наружного ограждения здания был использован измерительный комплекс, разработанный в НИИ строительных материалов под руководством С.А. Карауша. В комплекс входил персональный компьютер с программой «Экспертиза» (разработка НИИ строительной теплофизики г. Новосибирск), многофункциональная плата ЬаЬМа81ег, два многоканальных модуля ТегшоЬаЬ-16У2.5. Посредством ТегшоЬаЬ-16У2.5 в программе «Экспертиза» производилось автоматическое измерение температур по толщине ограждения и тепловых потоков.

Для косвенного контроля полученных значений температур и тепловых потоков использованы приборы НПП «Интерприбор»: ТЕМП-3.3 (измеритель плотности тепловых потоков, ТЕПЛОГРАФ (измерительно-регистрирующий комплекс) и ТЕРЕМ-4 (устройство сбора информации).

Нами выполнено два эксперимента с разницей в три года. Первое натурное испытание проведено в феврале 2004 года в еще недостроенном трехэтажном здании (рис. 1). Второе - в феврале 2007 года в доме малоэтажной

застройки на двух хозяев (рис. 2). Оба исследования проводились в теплых изолированных помещениях, расположенных на втором этаже.

Рис. 1. Административное здание, г. Томск Рис. 2. Жилой дом на двух хозяев, г. Томск

2004 год

До начала эксперимента в помещении для эксперимента было установлено пластиковое окно с тройным остеклением, утеплены пенополистиролом пол и вышележащее перекрытие, а также вставлена деревянная входная дверь. Схема помещения, место установки измерительного щупа с указанием размеров показаны на рис. 3. Отопление помещения осуществлялось от масляного радиатора мощностью 2 кВт.

Рис. 3. План помещения, в котором проводились исследования: 1 - наружная стена; 2 - внутренняя стена

2007 год

В доме ведется внутренняя отделка, уже установлено центральное отопление. В помещении для эксперимента установлена деревянная дверь.

Объект исследования

Для исследований была выбрана наружная стена с глухим участком размерами 1,2x2,9 м.

Конструкция наружного ограждения стены выполнена слоистой: внутренний слой из пенополистирола толщиной 75 мм, слой бетона толщиной 150 мм и наружный слой - пенополистирол толщиной 75 мм. Наружная поверхность оштукатурена по металлической сетке-рабице (рис. 4).

Рис. 4. Конструкция наружной стены:

1 - наружный слой опалубки (пенополистирол);

2 - железобетон; 3 - внутренний слой опалубки (пенополистирол); 4 - штукатурка из цементно-песчаного раствора

Схема и метод измерения температур по толщине ограждения

Для определения теплотехнических характеристик ограждения использован измерительный щуп, изображенный на рис. 5.

Вид А

Д.,-11

■ч

А -А

Рис. 5. Конструкция измерительного щупа:

I - стеклопластиковый корпус; 2 - поролоновый утеплитель; 3 - стеклопласти-ковый стержень с термопарами; 4 - спай термопары; 5 - стальная пластинка; 6 -ручка; 7 - тяга поворотного рычага; 8 - поворотный рычаг; 9 - датчик теплового потока и температуры наружной поверхности ограждения; 10 - термоэлектроды;

II - вилка поворотного рычага; 12 - спай термопары для измерения температуры наружной поверхности ограждения

При проведении исследований было просверлено сквозное отверстие диаметром 18 мм для измерительного щупа. Для того чтобы не вносить тепловые возмущения в температурное поле ограждения при измерениях для изготовления щупа, использованы низкотеплопроводные материалы - стеклопластики, обладающие высокой механической прочностью.

В корпусе щупа были прорезаны прямоугольные отверстия для того, чтобы пластинки с датчиками температуры могли выходить из щупа и прижиматься к внутренней поверхности канала. В качестве датчиков температуры были выбраны термоэлектрические преобразователи типа хромель-алюмель (Х-А) с диаметром термоэлектродов 0,2 мм. Термоэлектроды имели кремнийорганическую со стекловолокном изоляцию. Термопары изготовлялись в лаборатории «Тепловые процессы» путем сварки концов термоэлектродов в угольном порошке. Тарирование термопар из термоэлектродных проводов Х-А проведено в отделе метрологии приборного завода г. Томска, а затем освидетельствование в центре стандартизации и метрологии г. Томска. Спаи термопар 2, как указано выше, прикреплялись к измерительным кольцам 3, которые располагались через каждые 50 мм. Установка щупа в стене выполнена согласно рис. 6.

Рис. 6. Местоположение измерительного щупа и датчиков тепловых потоков:

1 - утеплитель; 2 - бетон; 3 - утеплитель; 4 - штукатурка из цементно-песчаного раствора; 5 - датчик теплового потока и температуры на наружной поверхности ограждения; 6 - измерительный щуп; 7, 8, 9 - датчики теплового потока (№ 14622, № 14629, №14624)

Термопары с помощью компенсационных проводов подключались к многоканальному усилителю ТегшоЬаЬ-16У2.5, предназначенному для сопряжения термопар с многофункциональной платой ЬаЬМа81ег, по средством которой в программе «Экспертиза» производилось автоматическое измерение температур по толщине ограждения. Таким образом, щуп позволял измерять температуру по толщине ограждения через каждые 50 мм. Отсчеты снимались в автоматическом режиме каждые 30 минут, всего в течение суток снималось 48 показаний с каждой точки.

Определение тепловых потоков через наружное ограждение

Для измерения плотности теплового потока, проходящего через ограждающую конструкцию, были установлены преобразователи теплового потока на внутренней поверхности ограждения, как показано на рис. 6.

Все тепломеры подключались к многоканальному усилителю ТегшоЬаЬ-16хУ2.5.

На внутренней стороне были закреплены преобразователи теплового потока (№№14624; №14629; №14622) модели ПТП - 1Б.11.2.1.11.Д.13.1.13.00.0 -(ДСТУ 3756-98) габаритными размерами Б27*2 мм. Изготовитель: Институт технической теплофизики НАН Украины, г. Киев.

Тепломеры прикреплялись к стене с помощью пластической смазки и скотча, чтобы исключить наличие воздушных зазоров между поверхностью и преобразователем теплового потока. Все тепломеры изготовлены из углеро-докристалического материала и подключались к многоканальному усилителю, модулю ТегшоЬаЬ-16хУ2.5, предназначенному для сопряжения датчиков теплового потока с многофункциональной платой ЬаЬМа81ег, посредством которой в программе «Экспертиза» производилось автоматическое измерение тепловых потоков. Термическое сопротивление каждого из преобразователей теплового потока не превышало 0,011 м2 К/Вт.

Определение температур наружного и внутреннего воздуха поверхностей

ограждения

Температуры внутреннего и наружного воздуха, а также температура внутренней поверхности ограждения измерялись хромель-алюмелевыми термопарами и многоканальным усилителем ТегшоЬаЬ при помощи датчика температуры холодного спая. Температура наружной поверхности ограждения измерялась датчиком, который был расположен на измерительном щупе. Для косвенного контроля получаемых значений температуры внутреннего воздуха параллельно проводились измерения поверенным лабораторным термометром.

Для наглядного изображения эсперимента выделим дни с наиболее постоянной наружной температурой. Полученные экспериментальные данные в период исследования наружного ограждения представлены следующими графиками для 6 и 7 февраля 2004, 2007 гг. (рис. 7).

Соответствующая температура внутреннего воздуха для этих дней выглядит следующим образом (рис. 8).

Изменение температуры наружного воздуха за

6-7.02.2004; 6-7.02.2007.

и

о ■ 2007 год --2004 год

I— оооьлоооооооооооооооооо

тН 7-Н 7-Н и! о £Э £Э £Э СЭ СЗ, СЗ, О^ О^ СЗ, О^ О^ СЗ, СЗ О^ СЗ О^ ^ тН 00 00 тН 00 ^ 1Л 10 00 СП С3~ тН 00 ^ 1Л 10 Г^

Время измерения, ч

Рис. 7. Изменение температуры наружного воздуха

Изменение температуры внутреннего воздуха за 6-7.02.2004; 6-7.02.2007

2007 год

2004 год

31.0 29.0 27.0 25.0 23.0 21.0 19.0 17.0 15.0

^ '{У 'С 'С V V V V *>• <6- л- <ь- <%• „р- ^у у

Время измерения, ч

Рис. 8. Изменение температуры внутреннего воздуха

На рис. 9 представлен характер изменения нулевой изотермы (координата по толщине стены, в которой температура 0 оС) по толщине ограждения. Форма графиков в некоторой степени подобна форме изменения температуры наружного воздуха. Из рисунков также видно, что кривые нулевой изотермы практически совпадают по времени с графиками изменения температуры наружного и внутреннего воздуха. Это свидетельствует об отсутствии инерционности наружного ограждения.

На рис. 10 показан характер изменения температурного поля по толщине ограждения в зависимости от температуры наружного воздуха.

Характер изменения нулевой изотермы по толщине ограждения за 27-28.01.2007

2007 год

2004 год

к >

X

V *

X

<и £

о о

I *

а о

■ I

<и >

X а

5 ГО

3 1

| 300,0 £ 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0

0,0

4> & & & & & & & & <$> <$> & & & & <$> <$> <$> &

^ ^ ^ Т^-'ЦУ1^!» "

Время измерения,ч

Рис. 9. Изменение нулевой изотермы по толщине ограждения

1 2 3

20 ■ 15 ■ 10 ■ 5 ■

температура наружного воздуха -£еС температура наружного воздуха -4°С температура наружного воздуха -ь°С

К 75

150

Рис. 10. Характер изменения температурного поля по толщине ограждения

Видно, что с понижением температуры наружного воздуха температурное поле меняется в сторону снижения. Эта тенденция сохраняется для всех температур наружного воздуха, что говорит об отсутствии инерционности наружного ограждения.

Выводы

Исследования показали, что среднее за сутки сопротивление теплопередачи Я наружного ограждения толщиной 300 мм с 06.02 по 13.02 2004 года изменяется от 3,12 до 4,45 м2 °С/Вт, с 06.02. по 13.02 2007 г. Я изменяется с 3,5 до 4,4 м2 °С/Вт.

Среднее за вышеуказанный период наружного ограждения R равно 3,79 (2004 год) и 3,95 (2007 год) м2 °С/Вт, что полностью удовлетворяет требованиям СНиП 23-02-03 «Тепловая защита зданий», R которого для г. Томска равно 3,75 м2 °С/Вт.

A.I. GNYRYA, S.V. KOROBKOV, R.A. ZHARKOI

THE DEFINITION OF HEAT ENGINEERING CHARACTERISTICS OF BUILDING OUTSIDE ENCLOSURE MADE FROM IRREMOVABLE EXPANDED POLYSTYRENE SHUTTERS

The paper is devoted to the research of outside enclosure of low-rise building. The aim of the research is the obtaining of the experimental data about heat engineering characteristics of walls erected with the use of irremovable expanded polystyrene shutter.

УДК 624.074

О.Ю. ДЕРИГЛАЗОВ, аспирант, ТГАСУ, Томск

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ В ЧИСЛЕННЫХ РАСЧЕТАХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ СОСНЫ*

Рассматриваются результаты экспериментальных исследований стандартных образцов древесины сосны на сжимающие и растягивающие нагрузки. Построены диаграммы деформаций во всем диапазоне прочностных свойств материала. Получены аппроксимации диаграмм деформирования древесины при растяжении и сжатии. Предложен коэффициент для расчета деревянных конструкций в области неупругих деформаций.

Учет в расчетах неупругих деформаций древесины позволяет выявить дополнительные резервы несущей способности конструкции. В основу современных расчетов строительных конструкций положены диаграммы деформирования конструкционных материалов.

Ниже предлагаются результаты экспериментальных исследований стандартных образцов древесины сосны при растяжении и сжатии. Всего испытано по 10 образцов для каждого вида напряженного состояния. Эксперименты проведены в разрывной машине Р-5 на действие статической нагрузки. Деформации образцов измерялись посредством тензометрических преобразователей. Измерения проведены в реальном масштабе времени расчетно-измерительным комплексом.

* Работа выполнена под научным руководством д.т.н., проф. И.С. Инжутова. © О.Ю.Дериглазов, 2007