Энергосберегающие мероприятия при реконструкции комплекса зданий Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института)

УДК 69.059.7: 620.97

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ КОМПЛЕКСА ЗДАНИЙ ЮЖНО-РОССИЙСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО

ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

© 2011 г. ИА. Чернышкова, В.В. Соболев

Южно-Российский государственный South-Russian State

технический университет Technical University

Рассматриваются современные способы энергосбережения. Выполнен теплотехнический анализ существующих ограждающих конструкций и представлены результаты теплотехнического расчета проектируемой теплозащиты, а также средства ее оптимизации с помощью разработанного программного комплекса «Теплотехника».

Ключевые слова: теплозащита; энергоэффективность; сопротивление теплопередаче; метод итераций; оптимизация конструкций.

The article observes modern energy-saving methods, provides heat engineering analysis of the current enclosing structures, results of the projected heat shield calculations and means of its optimization applying the developed Heat Engineering software system.

Keywords: heat shield, energy efficiency; heat transmission resistance; iteration method; structural optimization.

При выполнении проекта реконструкции комплекса зданий ЮРГТУ (НПИ) в квартале № 84 г. Новочеркасска авторы принимали участие в разработке архитектурных и конструктивных решений, в том числе разработали и реализовали программу комплексного теплотехнического анализа и оптимизации теплозащиты основных ограждающих конструкций зданий.

До начала проведения теплотехнического анализа зданий было выполнено предпроектное обследование с целью выявления их архитектурно-планировочных и конструктивных особенностей, а также оценки общего состояния зданий комплекса. Результаты обследования показали необходимость произвести реконструкцию зданий с обновлением системы энерго- и водоснабжения, выполнением работ по повышению теплоизоляции наружных ограждений.

Проект теплозащиты должен быть направлен на достижение главной цели - сделать здание энергоэффективным [1 - 5], т.е. отвечающим целям минимизации расходования энергии на обеспечение оптимальных параметров микроклимата. Этого можно добиться с помощью оптимизации трех энергетически взаимосвязанных подсистем:

- энергетического взаимодействия наружного климата и оболочки здания;

- энергии, накопленной в оболочке здания, т.е. в наружных ограждающих конструкциях;

- энергии, накопленной внутри объема здания, т.е. во внутреннем воздухе, внутреннем оборудовании, внутренних ограждениях и т.д.

В реальном проектировании, тем более при реконструкции, выбор оптимального варианта теплозащиты стеснен рядом ограничений, которые фиксиро-

ваны и не могут быть изменены (например, протяженность, конфигурация здания и т.д.). Поэтому на I этапе проектирования теплозащиты решены были следующие задачи:

- выбор технологических решений выполнения теплозащиты светопрозрачных вертикальных ограждений и определение состава ограждений;

- то же - несветопрозрачных ограждений;

- то же - горизонтальных ограждающих конструкций.

На II этапе решались задачи оптимизации вышеперечисленных ограждений с точки зрения энергосбережения, разработки вариантов конструктивных решений выполнения теплоизоляции.

Для этих целей была разработана программа расчета и оптимизации многослойных ограждающих конструкций «Теплотехника», реализованная в среде Borland Delphi V6.0. В программе использована методика расчета сопротивления теплопередаче многослойных строительных конструкций согласно [3], но в отличие от известной методики программа позволяет графически анализпровать рассчитываемую конструкцию (рис. 1 - 4) и вариантно точно подойти к процессу подбора толщины утепляющего слоя. Результаты расчета наружных ограждений на I этапе для общежития № 2 с помощью программы «Теплотехника» представлены в табл. 1 - 5.

На II этапе решалась задача по определению оптимальной конструкции теплозащиты с использованием новых теплоизоляционных материалов, которые расширяют возможности проектирования и модернизации существующих ограждающих конструкций. Результаты расчета приведены в табл. 6.

Таблица 1

Расчетные условия места строительства

Наименование Обозначение Значение

Расчетная температура пятидневки T ext V, 0С -22

Температура отопительного периода T ext, 0С -1,1

Продолжительность отопительного периода Z ht, сут 175

ГСОП Dd, 0С сут 3657,5

Влажностный режим fi, % Нормальный

Таблица 2

Состав ограждающей конструкции окон

Наименование ГОСТ (ТУ) Плотность, кг/м3 Теплопровод-ность, Вт/м °С Толщина, мм

Стекло листовое ГОСТ 111-2001 2500 0,76 4

Воздушная прослойка 0 0 16

Стекло листовое ГОСТ 111-2001 2500 0,76 4

Воздушная прослойка 0 0 10

Стекло листовое ГОСТ 111-2001 2500 0,76 5

Воздушная прослойка 0 0 16

Стекло листовое ГОСТ 111-2001 2500 0,76 5

Таблица 3

Состав ограждающей конструкции стен

Наименование ГОСТ (ТУ) Плотность, кг/м3 Теплопроводность, Вт/м*С Толщина, мм

Глиняного обыкновенного на це-ментно-песчаном растворе ГОСТ 530-80 1800 0,81 380

Силикатного на цементно-песчаном растворе ГОСТ 379-79 1800 0,87 130

Isover - АппЫгет OL- А 70 мм - 65 0,033 70

Сложный (песок, известь, цемент) ГОСТ 1700 0,87 20

Таблица 4

Состав ограждающей конструкции перекрытий

Наименование ГОСТ (ТУ) Плотность, кг/м3 Теплопроводность, Вт/м*С Толщина, мм

Сосна и ель поперек волокон ГОСТ 8486-66**, ГОСТ 9463-72* 500 0,18 50

Фанера клееная ГОСТ 3916-69 600 0,18 10

Перлито-пластбетон ТУ 480-1-145-74 100 0,05 100

Гравий керамзитовый ГОСТ 9759-83 400 0,14 100

Сложный (песок, известь, цемент) ГОСТ 1700 0,87 30

Железобетон ГОСТ 2500 2,04 200

Таблица 5

Состав ограждающей конструкции покрытий

Наименование ГОСТ (ТУ) Плотность, кг/м3 Теплопровод-ность, Вт/м*С Толщина, мм

Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) ГОСТ 800 0,21 12

Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) ГОСТ 800 0,21 12

Пергамин ГОСТ 2697-83 600 0,17 10

Isover - АппЫгет OL- К 70 мм - 130 0,035 70

Пергамин ГОСТ 2697-83 600 0,17 10

Воздушная прослойка - 0 0 20

Профлист ГОСТ 300 0,14 50

С помощью программы «Теплотехника» осуществлен графический анализ ограждений (рис. 1 - 4), методом итераций проведена оптимизация состава конструкций, разработаны узлы размещения и крепления теплоизоляции (рис. 5 - 7).

Таблица 6

Расчетные значения для общежития № 2

Наименование ограждающей конструкции и помещений Приведенное сопротивление теплопередаче R, м2- °С/Вт

фактическое по СНиПу по проекту

Стены

Жилые комнаты квартир 0,9354 2,5699 3,3964

Кухни 0,9354 2,5699 3,3964

Лестничные клетки 0,9354 2,4474 3,3964

Перекрытия

Жилые комнаты квартир 2,1715 3,8713 4,3698

Кухни 2,1715 3,6963 4,3698

Лестничные клетки 2,1715 3,8713 4,3698

Покрытие

Жилые комнаты квартир 1,2631 3,3384 4,1792

Кухни 1,2631 3,3384 4,1792

Лестничные клетки 1,269 3,1459 4,1827

Окна

Жилые комнаты квартир

Кухни

Лестничные

0,81511

1,1494

2,2836

2,2836

2,2952

Рис. 1. Графический анализ конструкции стены

Рис. 3. Графический анализ конструкции покрытия

Рис. 4. Графический анализ конструкции окна

4

1

2 3

4

Рис. 2. Графический анализ конструкции перекрытия

Рис. 5. Вариант усиления теплозащиты окон: 1 - наружный переплет; 2 - внутренний переплет; 3 - брусок обвязки дополнительной створки; 4 - уплотняющая прокладка

0123029000029001009000899001899001899001230001230001230090000090000090008990

УЗЕЛ 1 РЯДОВОЙ УЧАСТОК СТЕНЫ

утеплитель сетка

штукатурка

металлические штыри 015

Рис. 6. Вариант наружного утепления стены

50x50x5 / Косынка ' ' Стойка 25 N8

Рис. 7. Вариант утепления покрытия мансардного этажа

На основании проведенного анализа наиболее эффективными средствами повышения уровня теплозащиты реконструируемых жилых зданий признаны:

- при реконструкции стен - наружная теплоизоляция с применением эффективного теплоизоляционного материала «ISOVER» (см. рис. 6).

- при реконструкции окон - замена двойного остекления в спаренных переплетах на трехслойное остекление. Такие заполнения окон обеспечивают

Поступила в редакцию

требуемый уровень теплозащиты светопроемов, повышают их светоактивность, шумозащитные качества;

- при реконструкции горизонтальных ограждений (покрытий, чердачных и цокольных перекрытий) -применение эффективного теплоизоляционного материала «ISOVER» (см. рис.7).

Таким образом, в результате выполнения проекта теплозащиты зданий комплекса ЮРГТУ (НПИ) были рассчитаны параметры теплоизоляции ограждающих конструкций, разработаны узлы размещения и крепления теплоизоляции и для задач проектирования была разработана программа расчета и оптимизации многослойных ограждающих конструкций, с помощью которой возможны решения следующих задач:

- подбор материала для многослойной ограждающей конструкции заданной фиксированной толщины, обеспечивающей наибольшее затухание наружных тепловых воздействий;

- конструирование методом итераций ограждающей конструкции, которая оптимальным образом удовлетворяла бы требуемым (нормативным) значениям теплозащиты и теплоустойчивости.

- оптимизация ограждающих конструкций по приведенным затратам с целью получения наиболее экономичной конструкции.

Литература

1. СП 23-101-2004. Тепловая защита зданий. М., 2004.

2. Самарин О.Д. Теплофизика. Энергосбережение. Энергоэффективность : монография. М., 2009. 296 с.

3. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. М., 2004.

4. ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. М., 1999.

5. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М., Шилкин Н.В. Энергоэффективные здания. М., 2003.

7 апреля 2011 г.

X

X

>;v ' >

X

Ov

"V4

51 10 0

Чернышкова Ирина Анатольевна - канд. техн. наук, доцент, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт).

Соболев Валерий Владимирович - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Промышленного, гражданского строительства, геотехники и фундаментостроения», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт).

Chernyshkova Irina Anatolievna - Candidate of Technical Sciences, South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute).

Sobolev Valery Vladimirovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Industrial, Civil Construction, Geotechnics», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute).