CC BY
10УДК 330.322
С.Н. ОВСЯННИКОВ, д-р техн. наук, Т.А. СТЕПАНОВА, магистрант (tanya_stepanova_90@inbox.ru), У. ТОПЧУБАЕВ, магистрант, К.С. ОВСЯННИКОВ, магистрант
Томский государственный архитектурно-строительный университет (634003, г. Томск, Соляная пл., 2)
Тепловая защита ограждающих конструкций быстровозводимых зданий на основе древесины
Предложена система домостроения из древесины, разработанная сотрудниками Томского государственного архитектурно-строительного университета. Она достаточно универсальна и в основном предназначена для предприятий с относительно небольшими производственными мощностями в районных центрах или сельских поселениях. Это позволит максимально использовать трудовые и природные ресурсы и минимизировать стоимость создаваемых объектов на селе. Разработанные конструктивные решения узлов и стыков предложенной системы домостроения были просчитаны с помощью программного комплекса TEMPER 3D температурными полями для определения приведенного сопротивления теплопередаче и температуры на внутренней поверхности ограждающих конструкций. Результаты расчетов предложенного конструктивного решения домов из объемных блоков показали высокие теплотехнические характеристики и отсутствие опасности выпадения конденсата на внутренней поверхности стен.
Ключевые слова: объемный блок, энергосбережение, температурное поле, деревянный каркас, тепловой баланс.
Для цитирования: Овсянников С.Н., Степанова Т.А., Топчубаев У., Овсянников К.С. Тепловая защита ограждающих конструкций быстровозводимых зданий на основе древесины // Строительные материалы. 2017. № 6. С. 52-54.
S.N. OVSYANNIKOV, Doctor of Sciences (Engineering), T.A. STEPANOVA, Magistrand (tanya_stepanova_90@inbox.ru), U. TOPChUBAEV, Magistrand, K.S. OVSYANNIKOV, Magistrand
Tomsk State University of Architecture and Building (2, Solyanaya Square, Tomsk, 634003, Russian Federation)
Thermal Protection of Enclosing Structures of Rapidly Erected Buildings on the Timber Basis
The system of timber housing construction developed by employees of the Tomsk State University of Architecture and Building is proposed. It is universal enough and basically intended for enterprises with small fabricating capacities in district centers or rural settlements. The system makes it possible to use maximally labor and natural resources and minimize the cost of objects constructed in villages. Developed structural decisions of nodes and joints of the proposed housing construction system were calculated with the help of the software system TEMPER with 3D temperature fields for determining the reduced resistance to heat transfer and the temperature on the internal surface of enclosing structures. The results of calculations of the proposed structural decision of houses made of three-dimensional blocks show high thermal-technical characteristics and the absence of danger of condensate formation on the internal surface of walls.
Keywords: three-dimensional block, energy saving, temperature field, timber frame, heat balance.
For citation: Ovsyannikov S.N., T Stepanova.A., Topchubaev U., Ovsyannikov K.S. Thermal protection of enclosing structures of rapidly erected buildings on the timber basis. Stroite'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 6, pp. 52-54. (In Russian).
Одной из самых актуальных проблем строительства является проблема энергосбережения, сокращения энергопотребления зданий [1]. В европейской практике строительства реализуется задача перехода к массовому применению технологий так называемого «пассивного дома», т. е. дома-термоса, в котором обеспечивается нулевой или даже положительный тепловой баланс здания, а работа систем отопления рассматривается в контексте управления внутренним климатом здания и воздухообменом во время пребывания людей в здании [2].
В Российской Федерации существует высокая потребность в экономичных быстровозводимых гражданских зданиях [3]. В большинстве регионов древесина может рассматриваться как основной материал для создания новых энергосберегающих архитектурно-конструктивных систем широкого назначения. Традиционные технологии строительства жилых и общественных
зданий из кирпича и бетона определили конструктивные пределы сопротивления теплопередаче стеновых ограждающих конструкций до 4 м2-°С/Вт [4, 5], достижение более высоких значений ограничивается конструктивными узлами — мостиками холода. На практике фактические значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций в массовом строительстве составляют от 1,7 до 3 м2-оС/Вт [6]. На повестке дня стоит задача создания конструктивных систем для строительства жилых, общественных и сельскохозяйственных зданий с показателями сопротивления теплопередаче до 10 м2.оС/Вт, что позволит кратно уменьшить энергопотребление зданий, отказаться от традиционных решений теплоснабжения и решить проблему массового строительства на селе в районах, где отсутствуют сети тепло-, газоснабжения.
В Томской области целесообразно максимально использовать запа-
сы деловой древесины для местного производства строительных конструкций и домокомплектов на ее основе, использовать производственную базу деревопереработки и создать дополнительные рабочие места в районах добычи и переработки древесины.
С этой целью были разработаны три варианта принципиальных конструктивных решений несущих и ограждающих конструкций:
— каркасно-панельная конструктивная система для сельскохозяйственных зданий;
— панельная конструктивная система для строительства жилых зданий;
— объемно-модульная конструктивная система для строительства жилых и общественных зданий, в том числе в условиях чрезвычайных ситуаций. Ширина блоков принята 2,4 м для свободного перемещения по дорогам общего пользования.
Во всех вариантах использована перекрестно-диагональная кон-
Reports of the VIII Academic reading RAACS «Actual issues of building physics»
Рис. 5. а - температурные поля на фрагменте цоколя; б - конструктивное решение цоколя
струкция панелей стен, цокольных и чердачных перекрытий с толщиной эффективного утеплителя 350 мм, обеспечивающая сопротивление теплопередаче «по глади» около 10 м2-°С/Вт. В качестве окон предложены конструкции в раздельных переплетах с приведенным сопротивлением теплопередаче 1,6 м2-оС/Вт [7]. В откосах оконных проемов предусмотрена установка гигроре-гулируемых воздухообменных клапанов, обеспечивающих автоматическое управление воздухообменом в здании.
В малоэтажных зданиях большое значение имеет конструктивное решение узлов сопряжения ограждающих конструкций. С этой целью выполнены расчеты трехмерных температурных полей и приведенного сопротивления теплопередаче плоских конструкций, двухмерных и трехмерных сопряжений панелей.
С учетом разнесенных ребер деревянного каркаса наружных панелей приведенное сопротивление теплопередаче конструкций с толщиной утеплителя 350 мм составило 8,84 м2.оС/Вт. Конструкция наружной панели и термограмма представлена на рис. 1.
Сечение вертикальных брусков 50x150 мм, горизонтальные направляющие элементы имеют сечение 50x100 мм. Разработанное новое конструктивное решение блока представляет собой деревянный каркас, заполненный волокнистым утеплителем. С наружной стороны панели предусмотрена ветрозащитная пленка, а с внутренней стороны применена теплоотражающая пленка [8], панели ГВЛ толщиной 10 мм.
Рассчитан вертикальный стык сопряжения двух стеновых панелей. Приведенное сопротивление теплопередаче составило 6,36 м2-оС/Вт. Угловое сопряжение панелей представлено на рис. 2. Из термограммы видим, что крепежные элементы не оказывают существенного влияния на теплопотери через конструкцию узла. Температура на внутренней поверхности стены находится в пределах нормативного перепада. Минимальное значение температуры 19,2оС (рис. 3).
На рис. 4 представлено конструктивное решение (рис. 4, а) блока с оконным проемом в фасадной стене и результат расчета в программе TEMPER 3D. Результатом расчета фрагмента наружной стены блока с оконным проемом стало приведенное сопротивление теплопередаче Rq=5,54 м2-оС/Вт. Наружный облицовочный слой блоков — ЦСП. Материал обладает как теплозащитными, так и огнезащитными
j t. ®
июнь 2017
53
свойствами. Распределение температурных полей по поверхности представлено на рис. 4, б.
По результатам расчета узла сопряжения конструкций цоколя получено приведенное сопротивление ¿0=8,99 м2.оС/Вт. Минимальная температура на внутренней поверхности стены соответствует нормативно допустимому значению и равна 17,9оС (рис. 5, а). В качестве дополнительной утепляюще й конструкции принята цокольная панель, опираемая на фундаментную балку (рис. 5, б). Цокольная панель состоит из деревянного каркаса с внутренним слоем волокнистого утеплителя толщиной 200 мм.
Представленное конструктивное решение объемных блоков обладает не только преимуществом быстрого возведения, но и высокими теплотехническими характеристиками, по сравнению с домами из бревен или клееного бруса [9, 10]. Это подтверждается расчетами температурных полей узлов и фрагментов конструкций с помощью программы TEMPER 3D.
Для энергетической и стоимостной оценки представленной конструктивной системы было запроектировано жилое здание размером 9,6x10,8 м. Расчет энергетического паспорта здания-представителя показал, что удельный расход тепловой энергии на отопление здания соста-
вит 4,3 Вт-чДм^С-сут), что в 5,3 раза ниже нормативного показателя для малоэтажных жилых зданий и позволяет отнести здание к классу энергосбережения А++ по СП 50.13330— 2012 «Тепловая защита зданий».
На все конструктивные варианты составлены ведомости материалов, работ и сметы на изготовление и монтаж здания-представителя. В расчетах не учитывались затраты на подведение коммуникаций и благоустройство территории. Стоимость 1 м2 здания составила: по каркасно-панельному варианту — 24991 р.; по панельному варианту — 23638 р.; по объемно-модульному варианту — 29290 р.
Список литературы
1. Овсянников С.Н., Степанова Т.А. Проектирование энергоэффективных зданий // Материалы V Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инвестирование и недвижимость как материальный базис модернизации и инновационного развития экономики». Томск. 2015. С. 253—256.
2. Файст В. Основные положения по проектированию пассивных домов / Пер. с нем. А.Е. Ехлакова. М.: АСВ, 2008. 144 с.
3. Овсянников С.Н., Степанова Т.А. Энергосберегающие технологии строительства зданий с высоким классом энергоэффективности // Материалы VIМеждународной научно-практической конференции «Инвестирование и недвижимость как материальный базис модернизации и инновационного развития экономики». Томск. 2016. С. 490-494.
4. Овсянников С.Н., Максимов В.Б. Конструктивное решение энергоресурсосберегающих наружных трехслойных панелей. Инвестирование и недвижимость как материальный базис модернизации и инновацион-ногоразвития экономики. Материалы V Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Томск. 2015. С. 335-339.
5. Овсянников С.Н., Вязова Т.О. Теплозащитные характеристики наружных стеновых конструкций с теплопроводными включениями // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 24-27.
6. Овсянников С.Н. Энергоэффективность жилищного фонда: проблемы и пути решения // Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инвестиции недвижимости: экономика, управление, экспертиза». Томск. 2011. С. 31-39.
7. Овсянников С.Н., Самохвалов А.С. Окна в раздельных переплетах с высокой теплозвукоизоляцией // Строительные материалы. 2012. № 6. С. 42-43.
8. Умнякова Н.П. Применение новых инновационных материалов в строительстве // Инвестиции, строительство, недвижимость как материальный базис модернизации и инновационного развития экономики: Материалы VI Международной научно-практической конференции. 2016. Ч 1. С. 26-33.
9. Хон С.В. Теплозащитные свойства брусчатых наружных стен зданий // Актуальные проблемы строительства и экологии в Западной Сибири: Сборник материалов научно-практической конференции. Тюмень. 2005. С. 97-100.
10. Левинский Ю.Б. Производство деревянных домов в России: современное состояние и перспективы развития // Деревообрабатывающая промышленность. 2001. № 5. С. 2-8.
References
1. Ovsyannikov S. N., Stepanova T. A. Design of energy efficient buildings. Investing and real estate as a material basis of modernization and innovative development of the economy. Materials of V all-Russian scientific-practical conference with international participation. Tomsk. 2015. Vol. 2. pp. 253-256. (In Russian).
2. Faist V. Osnovnye polozheniya po proektirovaniyu pas-sivnykh domov [Basic provisions for the design of passive houses]. Moscow: ASV. 2008. 144 p.
3. Ovsyannikov S.N., Stepanova T.A. Energy-saving technologies of construction of buildings with high energy efficiency class. Investments, construction, real estate, as the material basis of modernization and innovative development of economy: Materials of VI International scientific-practical conference. Tomsk. 2016, pp. 490-494. (In Russian).
4. Ovsyannikov S. N., Maksimov V. B. Constructive solution to energy-saving three-layer outer panels. Investing and real estate as a material basis of modernization and innovative development of the economy. Materials of V all-Russian scientific-practical conference with international participation. Tomsk. 2015. Vol. 2, pp. 335-339. (In Russian).
5. Ovsyannikov S. N., Vyazova T.O. Heat-protecting characteristics of external wall structures with heat conductive inclusions. Stroitel'nyeMaterialy. 2013. No. 6, pp. 24-27. (In Russian).
6. Ovsyannikov S.N. Energy efficiency of housing stock: problems and solutions. Materials of all-Russian scientiflc-practical conference with international participation "Investments real estate: economy, management and expertise". Tomsk. 2011. Vol. 2, pp. 31-39. (In Russian).
7. Ovsyannikov S.N., Samohvalov A.S. Windows in separate covers with high heat-sound insulation. Stroitel'nye Materialy. 2012. No. 6, pp. 42-43. (In Russian).
8. Umnyakova N.P. The use of new innovative materials in construction. Investments, construction, real estate, as the material basis of modernization and innovative development of economy: Materials of VI International scientific-practical conference. 2016. Vol. 1, pp. 26-33. (In Russian).
9. Hon S.V. Thermal insulation properties of buildings exterior walls of buildings. Actual problems of building and ecology in Western Siberia: collection of materials of scientific-practical conference. Tyumen. 2005, pp. 97-100. (In Russian).
10. Levinskiy Y.B. Manufacture of wooden houses in Russia: modern state and prospects of development. Derevoobrabatyvayushchaya promyshlennost'. 2001. No. 5, pp. 2 - 8. (In Russian).
