Проектирование ресурсосберегающих ограждающих конструкций малоэтажных жилых зданий

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Строительство. Архитектура


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

НАУКОВ1 ДОСЛ1ДЖЕННЯ
УДК 624. 012
ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ МАЛОЭТАЖНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ
К. В. Шляхов, к. т. н., доц., Т. Д. Никифорова, к. т. н., доц., Н. В. Савицкий, д. т. н., проф.
Ключевые слова: малоэтажное жилое здание, ресурсосберегающие конструкции, мелкоразмерные конструкции, стеновой камень, технико-экономическая эффективность
Введение. В последнее время обострилась проблема снижения затрат энергии при строительстве и особенно при последующей эксплуатации жилых зданий. По уровню теплозащиты ранее построенные жилые здания уступают аналогичным зданиям развитых стран. При современных ценах на топливо, достигших мировых, выросла и продолжает расти квартирная плата за отопление. Поэтому необходима разработка новых конструктивных решений, способствующих снижению теплопотерь как старых зданий, так и зданий нового строительства.
Анализ публикаций. Вопросам снижения эксплуатационных расходов, связанных с тепловыми потерями жилых домов, уделено внимание в работах отечественных ученых Т. Д. Никифоровой [6], Н. В. Савицкого [6], В. Т. Шаленного [7] и многих других. Работ, в которых бы комплексно рассматривались вопросы рационального проектирования жилых зданий на основе минимизации общих затрат на строительство и эксплуатацию зданий, не имеется.
Цель статьи. На основании методик рационального проектирования разработать рациональные конструктивные решения ограждающих конструкций малоэтажных жилых зданий.
Изложение материала. Для решения данной проблемы нами разработаны методика рационального проектирования ограждающих конструкций жилых зданий [2] и методика рационального проектирования малоэтажных жилых зданий [8]. Суть предложенных методик рационального проектирования жилых зданий заключается в минимизации общих затрат на строительство здания и на его эксплуатацию в течение всего жизненного цикла.
В основу разработанных методик положен метод расчета общей годовой стоимости. Он заключается в том, что как единовременные капитальные затраты на возведение здания или его элементов, так и будущие затраты на эксплуатацию здания преобразуются в общие годовые расходы.
Гибкость метода позволяет легко приспосабливаться к изменяющимся конъюнктурным условиям в течение всего жизненного цикла здания (изменения стоимости тепловой энергии, процентной ставки на капитал и т. д.).
Математическая модель задачи рационального проектирования ограждающих конструкций жилых зданий формулируется в виде задачи нелинейного математического программирования: минимизировать общие годовые расходы, которые выражаются зависимостью:
С, = (Скэ + Cтр) • + Q • GD • k0 • Сэ ^ min, (1)
g -1
где Скэ — стоимость конструктивных элементов, входящих в состав ограждающей конструкции-
Стр — стоимость трудозатрат на возведение ограждающей конструкции-
(ё — l) gg — коэффициент приведения денежной массы к среднегодовым расходам- ё -1
g — коэффициент дисконтирования: g = 1 + p / 100-
р — процентная ставка на капитал (ставка дисконта) —
t — срок службы здания, год-
Q — общие тепловые потери через ограждающую конструкцию, Вт/К-
ОО — число градусо-суток отопительного периода-
к0 — размерный коэффициент для перевода Дж/сек в Гкал-
Сэ — стоимость 1 Гкал тепловой энергии.
Предложенные методики рационального проектирования используются для выбора оптимального конструктивного решения ограждающих конструкций жилых зданий.
Для решения задачи рационального проектирования ограждающих конструкций наружных стен нами разработано два варианта мелкоразмерных стеновых камней для зданий:
— с несущими стенами-
— с самонесущими стенами.
В основу разработки стеновых камней положена особенность конструктивных решений, за счет которых достигается разделение теплоизолирующих и несущих свойств.
В зданиях с несущими стенами это достигается применением мелкоразмерных стеновых камней со сквозными пустотами (рис. 1) [3]. Возведение стены из указанных стеновых элементов осуществляется следующим образом. Блоки со сквозными пустотами при возведении стены укладываются «на сухую», в процессе возведения стены пустоты с внутренней стороны заполняются легким бетоном и при необходимости усиливаются установкой вертикальной арматуры, а пустоты с наружной стороны заполняются утеплителем.
В зданиях с самонесущими стенами несущие функции выполняет каркас [4]. В качестве стенового ограждения предложена конструкция мелкоразмерного стенового камня (рис. 2). Камень представляет собой конструкцию, состоящую из внутреннего утепляющего слоя и защитных бетонных слоев с наружной и внутренней стороны. В качестве внутреннего утепляющего слоя принят пенополистирол. Утеплитель изготовлен со шпонками, которые обеспечивают его надежное соединение с наружными бетонными слоями.
30
Рис. 1. Мелкоразмерный стеновой камень со сквозными пустотами
Рис. 2. Стеновой камень для возведения зданий с самонесущими стенами: 1 — внутренний утепляющий слой- 2 — защитный бетонный слой
В качестве примера ниже приведена разработка математической модели рационального проектирования ограждающих конструкций стен для каркасного здания с самонесущими стенами. Расчетная схема для задачи рационального проектирования приведена на рисунке 3.
Задача рационального проектирования ограждающих конструкций стен формулируется следующим образом: минимизировать общую годовую стоимость, включающую капитальные
затраты на устройство 1 м² стены, и эксплуатационные расходы, связанные с тепловыми потерями через рассматриваемый фрагмент стены при изменении толщины внутреннего утепляющего слоя Хут.
0,04
Рис. 3. Расчетная схема рационального проектирования ограждающих конструкций стен
Тепловые потери через наружную стену при заданном градиенте температур и условиях теплообмена определяются в соответствии со СНиП 2. 04. 05−91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» [5] и выражаются зависимостью:
О = / (Xут), (2)
где Хут — толщина утепляющего слоя, м.
Годовые эксплуатационные расходы, связанные с тепловыми потерями, вычисляются по формуле:
Э = ОО• к • С • /(X), о э К ут7
где ОО, ко, Сэ — то же, что и в формуле (1) — Хут — то же, что и в формуле (2). Стоимость бетона для возведения 1 м² стены определяется по формуле:
Сб = 0,08 • Сбд,
где 0,08 — коэффициент, учитывающий объем бетона для возведения 1 м² стены- Сбед — стоимость 1 м³ бетона. Стоимость утеплителя для возведения 1 м² стены определяется по формуле:
(3)
С = Х • Сед
ут ут ут '-
(4)
(5)
где Хут — то же, что и в формуле (2) —
С'- ед т3
ут — стоимость 1 м утеплителя, грн Расчет капитальных затрат, состоящих из стоимости материалов и стоимости трудовых затрат на строительство 1 м² ограждающей конструкции самонесущей стены, осуществляется в соответствии с действующими нормативными документами.
Капитальные затраты на возведение 1 м² ограждающей конструкции стены с учетом (4, 5) определяются по формуле:
(6)
ут ут тр где 0,08 и Сбед — то же, что и в формуле (4) —
Хут — то же, что и в формуле (2) —
С = 0,08 • С ед + Х
Сутед — то же, что и в формуле (5) —
Стр — стоимость трудозатрат на возведение 1 м² ограждающих конструкций стены, грн. Математическая модель задачи рационального проектирования ограждающей конструкции стены с учетом формул (1, 3, 6) имеет вид:
С. = (0,08 • Сед + Х • Сед + С 1 б ут ут
ед
) •(? -1) • + ОО-к • С • /(Х) ^ Ш1И, (7) тр} ^ _ 1 о э ^ ут'-
где 0,08 и Сб — то же, что и в формуле (4) —
Хут — то же, что и в формуле (2) —
Сутед — то же, что и в формуле (5) —
Стр — то же, что и в формуле (6) —
g, I, ОО, к0, Сэ — то же, что и в формуле (1).
Ограничениями задачи рационального проектирования ограждающих конструкций стены являются: продолжительность отопительного периода ОО — 3 250 градусосуток (для г. Днепропетровска) — стоимость 1 Гкал тепловой энергии СЭ — 6,3, 10,1 $ ^А/Гкал- срок эксплуатации здания ^ - 100 лет- процентная ставка на капитал р — 0, 5 и 10%.
При решении задачи в качестве внутреннего утепляющего слоя стенового элемента принят пенополистирол с коэффициентом теплопроводности X = 0,041 Вт/м-К.
С использованием предложенной методики рационального проектирования ограждающих конструкций решена задача вариантного проектирования ограждающей конструкции самонесущей стены из мелкоразмерных стеновых камней с внутренним утепляющим слоем и определены оптимальные значения толщин ограждающей конструкции стены при варьировании процентной ставки (0%, 5%, 10%) и стоимости тепловой энергии (6,3 и 10,1 у. д. е. / Гкал).
В качестве примера на рисунке 4 приведен график зависимости общих годовых расходов от толщины утепляющего слоя при процентной ставке 0% и стоимости тепловой энергии 6,3 у. д. е. / Гкал. Из приведенного графика следует, что минимум функции общих годовых расходов достигается при толщине утепляющего слоя Хут = 0,15 м.
20
15
к л и
|10
й СМ
5
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20
Толщина утепляющего слоя, м
18,35
16,28 — 1, 0 и Ё 2 3
7,03 5,10 4,66 X 4, 60 5 4,71. Л П Л
2,084,70 2,34^ 2,69 -Г-Г5-- 4,12
2,41 ¦- 1,22 0,98
'- -¦ 0,82
0,25
Рис. 4. Зависимость денежных расходов от толщины утепляющего слоя: 1 — эксплуатационные расходы- 2 — капитальные затраты- 3 — общие годовые расходы
Для полученных значений толщины вычислено термическое сопротивление ограждающей конструкции стены. Результаты расчета приведены в таблице 1.
Таблица 1
Термическое сопротивление ограждающей конструкции стены, (м2 К)/Вт
0
Оптимальная толщина, мм Стоимость тепловой энергии
6,3 у. д. е. / Гкал 10,1 у. д. е. / Гкал
процентная ставка, %
стены утеплителя 0 5 10 0 5 10
250 190 — - - 4,9 — -
210 150 3,9 — - - - -
170 110 — - - - 3,0 —
130 70 — 2,0 2,0 — - 2,0
Примечание. Нормативное сопротивление теплопередаче наружных стен из стеновых камней с утеплителем для II климатического района (г. Днепропетровск) составляет 2,5 (м2 кК)/Вт [1]. 8
Выводы. 1. Разработана методика рационального проектирования ограждающих конструкций жилых зданий, которая заключается в минимизации общих затрат на строительство здания и на его эксплуатацию в течение всего жизненного цикла.
2. Расчеты свидетельствуют, что, согласно методике рационального проектирования, расчетное сопротивление ограждающих конструкций стен зависит от процентной ставки на капитал и стоимости тепловой энергии. При процентной ставке на капитал 0% и 5% оптимальное термическое сопротивление должно быть в 1,4 … 2,4 раза больше нормативного, а при процентной ставке 10% - в 1,05 раза меньше.
3. На основании методики рационального проектирования разработаны конструкции стен из мелкоразмерных стеновых элементов и определена их оптимальная толщина в зависимости от процентной ставки на капитал и стоимости тепловой энергии.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Конструкци будiвель i споруд. Теплова iзоляцiя будiвель. ДБН В.2. 6−31:2006. — К.: Мшбуд Укра! ни, 2006. — 66 с.
2. Никифорова Т. Д. Совершенствование методики расчета и рационального проектирования термореновации крупнопанельных жилых зданий: дссс. … к. т. н.: 05. 23. 01. -Д.: ПГАСА, 2001. — 162 с.
3. Пат. 55 712А Украша, МПК Е04В2/26. Стша / Савицький М. В., Шляхов К. В. — № 200 254 077- Заявлено 20. 05. 2002- Опубл. 15. 04. 03, Бюл. № 4.
4. Пат. 36 627А Украша, МК1 E04G23/00. Залiзобетонний каркас малоповерхово! будiвлi / Савицький М. В., Шляхов К. В. та ш. (Украша). — № 2 000 010 245- Заявлено 17. 01. 2000- Опубл. 16. 04. 2001, Бюл. № 3.
5. СНиП 2. 04. 05−91. Отопление, вентиляция и кондиционирование. / Госком Украины. -К.: ГоскомУкраины по делам градостроительства и архитектуры, 1991. — 19 с.
6. Савицкий Н. В., Никифорова Т. Д. Методы оценки экономической эффективности энергосберегающих технологий. // Зб. н. п.: Будiвельнi конструкци. Всеукр. наук. -практ. Конф. «Реконструкщя будiвель та споруд. Досвщ та проблеми». — К., 2001. — С. 591 — 596.
7. Шаленный В. Т. Энергосберегающий подход к выбору проекта продления жизненного цикла гражданских зданий // Сб. научн. Тр. междунар. конф. «Перспективные задачи инженерной науки». — Вып. № 2 — Д.: Gaudeamus, 2001. — С. 315 — 318.
8. Шляхов К. В. Ресурсосберегающие конструкции малоэтажных жилых зданий: дисс. … к. т. н.: 05. 23. 01. — Д.: ПГАСА, 2003. — 142 с.
УДК 624. 012. 44/. 45
РАСЧЕТ ПЛОСКОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО СБОРНО-МОНОЛИТНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ С КРУГЛОПУСТОТНЫМИ ПЛИТАМИ И МОНОЛИТНЫМИ РИГЕЛЯМИ С ПОМОЩЬЮ ПК SCAD
Е. Л. Буцкая, асс., Н. В. Савицкий, д. т. н., проф.
Ключевые слова: сборно-монолитное перекрытие, взаимодействие сборного и монолитного бетона, пространственная жесткость, предварительное напряжение
Актуальность. Проблема рационального и эффективного использования материальных ресурсов всегда была приоритетной, так как рациональное использование материалов и снижение материалоемкости производства ведет к экономии общих капитальных затрат.
Сегодня потребность Украины в сырье очень велика, а стоимость его производства постоянно увеличивается. Таким образом, для снижения капитальных вложений на строительство зданий необходимо более рационально использовать ресурсы, в том числе за счет снижения материалоемкости продукции, применения более дешевых и экономически эффективных конструктивных систем, экономного использования сырьевой базы и внедрения новых технологий производства строительства [1].
Постановка проблемы. В специальной литературе имеется множество публикаций о разрабатываемых конструктивных решениях сборно-монолитных плоских перекрытий, с применением круглопустотных плит [3]. Однако анализ имеющейся информации о расчетах

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой