Исследование зависимости энергоэффективности малоэтажных зданий от их архитектурно-конструктивных систем

моделирования и аналитическим путем, показывает, что расчет железобетонных конструкций заглубленного здания может быть выполнен в любом программном комплексе, который обеспечивает возможность решения статической задачи с учетом физической и геометрической нелинейности, имеет в составе библиотеки конечный элемент, моделирующий поведение грунтового массива согласно известным моделям прочности грунта и обеспечивает возможность задания контактных условий на границе «заглубленное здание - грунтовый массив».

2. Для выбора наиболее рационального конструктивного решения заглубленного здания, а также для анализа влияния пространственной жесткости здания на характер напряженно-деформированного состояния конструкций заглубленного здания рассмотрены варианты здания с различной толщиной наружных стен (200, 300 и 400 мм) и шаге поперечных внутренних стен толщиной 200 мм (4, 6, 8, 12 и 24 м).

3. Расчеты выполнялись на основе разработанных пространственных моделей заглубленного здания, в которых учитывалась совместная работа конструкций здания с грунтовым массивом.

4. В результате стоимостного анализа рассмотренных вариантов конструктивного решения заглубленных зданий установлено, что наиболее рациональным является вариант, в котором толщина наружных стен заглубленного здания составляет 200 мм, толщина и шаг поперечных стен составляют, соответственно, 200 мм и 8 м при классе бетона С 16/20.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Конюхов Д. С. Использование подземного пространства: [учебн. пособие для вузов] / Дмитрий Сергеевич Конюхов - М. : Архитектура, 2004. - 296 с.

2. Конюхов Д. С. Строительство городских подземных сооружений мелкого заложения: специальные работы: [учеб. пособие для вузов] / Дмитрий Сергеевич Конюхов - М. : Архитектура, 2005. - 304 с.

3. Шилин А. А. Освоение подземного пространства (зарождение и развитие): [учеб. пособие для вузов] / А. А. Шилин - М. : Изд-во Московского гос. горного ун-та, 2005. - 305 с.

4. Ивахнюк В. А. Строительство и проектирование подземных и заглубленных сооружений. - М. : АСВ, 1999. - 150 с.

5. Механика грунтов, основания и фундаменты: учеб. пособие для студ. вузов / Под ред. С. Б. Ухова. - М. : Изд-во АСВ, 1994. - 527 с.

6. Будин А. Я. Тонкие подпорные стенки. - Л. : Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1974. -191 с.

7. Руководство по проектированию подпорных стен и стен подвалов для промышленного и гражданского строительства / ЦНИИПромзданий Госстроя СССР. - М. : Стройиздат, 1984. -117 с.

8. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения проектирования: СНиП 2.01.15-90 / Госстрой СССР. - М. : Арендное производственное предприятие ЦИТП, 1991. - 32 с.

УДК 692:64.01:005.61+620.91

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ МАЛОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ ОТ ИХ АРХИТЕКТУРНО-КОНСТРУКТИВНЫХ СИСТЕМ

Е. Л. Юрченко, к. т. н., доц., Е. А. Коваль, к. т. н.

Ключевые слова: энергоэффективность, малоэтажные жилые здания, архитектурно-конструктивные системы, удельное теплопотребление

Введение. Постановка проблемы. Энергоэффективность проектных решений оценивается по степени их соответствия нормативным удельным показателям потребления тепла на единицу общей площади жилых зданий. Однако из анализа действующей в Украине нормативно-технической базы для жилых зданий выявлены недостатки в нормах, регламентирующих уровень энергопотребления зданий, а именно: отсутствие зависимости энергоэффективности от архитектурно-конструктивных систем здания, которые существенно

влияют на качество и стоимость эксплуатации жилья [2 — 6].

Анализ публикаций. Строительная отрасль национальной экономики является традиционно затратной в энергетическом отношении. При этом значительные затраты энергии необходимы не только для создания строительного объекта - здания или сооружения, но и на его эксплуатацию в течение всего жизненного цикла [2].

Повышение эффективности использования энергии невозможно без научно-технических разработок, направленных на реализацию специальных мероприятий в строительной отрасли. программ и проектов энергосбережения отображены в работах учёных Украины, России, Беларуси и других стран [2 — 6].

Цель статьи. Путём проведения численного эксперимента исследовать закономерности изменения компактности, структуры тепловых потерь малоэтажных зданий, влияния характеристик архитектурно-конструктивных систем на их энергоэффективность.

Изложение материала. Для проведения анализа теплопотребления одноэтажных жилых зданий были проведены расчёты одноэтажных моделей, различной конфигурации в плане, площадью от 50 до 400 м2. Для каждой температурной зоны было рассмотрено 2 610 вариантов моделей малоэтажных зданий, из которых: одноэтажных — 342; двухэтажных — 846; трехэтажных — 780; четырехэтажных — 642 варианта. Учитывая все температурные зоны, всего было проанализировано 10 440 вариантов моделей малоэтажных зданий.

В расчётах влияние архитектурно-конструктивных особенностей объекта оценивалось показателем компактности - Ак и процентом остекления фасадов здания. Мозаика удельного теплопотребления моделей одноэтажных жилых зданий в зависимости от показателя компактности и степени остекления для всех температурных зон Украины приведена на рисунках 1, 2.

Согласно проведённым расчётом, удельное теплопотребление одноэтажных жилых зданий, запроектированных по действующим нормам, увеличивается с ростом показателя компактности и процента остекления и превосходит нормативные максимальные теплопотери Етах [1] во всех температурных зонах Украины (табл. 1).

Таблица 1

Границы удельного теплопотребления одноэтажных жилых зданий, кВт час/м2

для температурных зон Украины

Границы удельного теплопотребления, кВт час/м2 для температурных зон:

I II III IV

Результаты проведенного численного эксперимента, дбуд 129 — 197 116 — 182 107 — 169 92 — 149

Нормативные максимальные теплопотери Етах [4] 104 — 146 90 — 126 76 — 107 62 — 87

0.867 0.886 0.907 0.92 0.937 0.95 0.967 0.994 1.01 1.045 1.087 1.111 1.25

Показатель компактности, Ак

а — I температурная зона

0.867 0.886 0.907 0.92 0.937 0.95 0.967 0.994 1.01 1.045 1.087 1.111 1.25

Показатель компактности, Ак

б - II температурная зона

Рис. 1. Мозаика удельного теплопотребления моделей одноэтажных жилых зданий в зависимости от показателя компактности и степени остекления: а - для I температурной зоны; б - для II температурной зоны

Показатель компактности, Ак

в - III температурная зона

кВт час/м2

Показатель компактности, Ак

г - IV температурная зона

Рис. 2. Мозаика удельного теплопотребления моделей одноэтажных жилых зданий в зависимости от показателя компактности и степени остекления: в - для III температурной зоны; г - для IVтемпературной зоны

По действующим нормам [1] максимальное теплопотребление малоэтажных зданий Emax зависит от температурной зоны, этажности и отапливаемой площади. Результаты проведенных расчетов (табл. 1) практически подтверждают несогласованность между собой действующих нормативных требований к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций (Rq min, м2 К/Вт) и норм по удельному теплопотреблению всего здания (Emax, кВт час/м2) [1].

Таким образом, более достоверным расчёт теплопотребления малоэтажных зданий qбуд будет, при учёте его зависимости от температурной зоны, этажности, компактности и степени остекления объекта. Полученные по результатам расчётов полиномиальные зависимости удельного теплопотребления одноэтажных зданий qбуд от показателя компактности Ак и процента остекления приведены в таблице 2. Графически зависимости qбуд от Ак приведены на рисунках 3 - 4.

Таблица 2

Зависимости удельного теплопотребления одноэтажных зданий цбуд, кВт час/м2 от показателя компактности Ак и коэффициента остекления

коэфф. остекления Зависимость цбуд, кВт час/м2 от Ак для температурных зон:

I II III IV

одноэтажные здания

1/5,5 Ябуд = 31,599 Ак2 + 79,36 Ак +42,186 Ябуд = 29,306 Ак2 + 78,948 Ак +31,291 Ябуд = 25,545 Ак2 + 79,673 Ак +24,018 Ябуд = 25,283 Ак2 + 68,399 Ак +18,186

1/6,5 Ябуд = 31,621 Ак2 + 79,312 Ак +40,72 Ябуд = 29,257 Ак2 + 79,048 Ак +29,938 Ябуд = 25,511 Ак2 + 79,755 Ак +22,786 дбуд = 25,267 Ак2 + 68,436 Ак +17,155

1/6,0 Ябуд = 31,719 Ак2 + 79,36 Ак +39,536 Ябуд = 30,249 Ак2 + 76,973 Ак +29,887 дбуд = 25,695 Ак2 + 79,382 Ак +21,966 Ябуд = 25,286 Ак2 + 68,414 Ак +16,298

1/7,5 Ябуд = 31,568 Ак2 + 79,414 Ак +38,329 Ябуд = 29,278 Ак2 + 79,004 Ак +27,915 Ябуд = 25,518 Ак2 + 79,736 Ак +20,938 Ябуд = 25,244 Ак2 + 68,483 Ак +15,543

Окончание таблицы 2

1/7,0 Ябуд = 31,612 Ак2 + 79,335 Ак +37,425 Ябуд = 29,292 Ак2 + 78,968 Ак +27,117 дбуд = 25,545 Ак2 + 79,673 Ак +20,228 Ябуд = 25,192 Ак2 + 68,592 Ак +14,853

1/8,0 Ябуд = 31,578 Ак2 + 79,404 Ак +36,572 Ябуд = 29,231 Ак2 + 79,097 Ак +26,334 Ябуд = 25,532 Ак2 + 79,706 Ак+19,558 дбуд = 25,221 Ак2 + 68,532 Ак +14,328

а - I температурная зона

б - II температурная зона

Рис. 3. Зависимость удельного теплопотребления одноэтажных жилых зданий от показателя компактности и степени остекления: а - для I температурной зоны; б - для II температурной зоны

в - III температурная зона

г - IV температурная зона

Рис. 4. Зависимость удельного теплопотребления одноэтажных жилых зданий от показателя компактности и степени остекления: в - для III температурной зоны;

г - для IVтемпературной зоны.

Выводы. 1. Проведен анализ удельного расчетного теплопотребления при условии обеспечения нормативных требований по минимальным значениям поэлементных показателей (сопротивления теплопередаче ограждений, воздухообмена, температуры воздуха помещения), сопоставление действующих нормативных интегральных показателей (максимально допустимого нормативного теплопотребления) и поэлементных показателей энергоэффективности (сопротивление теплопередаче) ограждающих конструкций малоэтажных жилых зданий.

2. Установлено, что свыше 75 % всех вариантов зданий имеют класс энергоэффективности В и Е, т. е. расчетное значение удельного теплопотребления превышает максимально допустимое нормативное значение.

3. Для обеспечения нормативных требований по удельному теплопотреблению необходимо повышать теплозащитные свойства ограждающих конструкций, предусматривать технические мероприятия по утилизации тепла из вентилируемого воздуха или пересмотреть требования относительно нормирования кратности обмена вентилируемого воздуха.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1 Конструкци бущвель i споруд. Теплова iзоляцiя бущвель. ДБН В.2.6-31:2006 - [Чинний вiд 01.04.2007]. - К. : Мшбуд Украши, 2006. - 64 с. - (Державш будiвельнi норми Украши).

2 Коваль Е. А. Энергоэффективность архитектурно-конструктивных систем малоэтажных жилых зданий : дисс. ... канд. техн. наук: 05. 23. 01. / Е. А. Коваль - Д., 2012. -152с.

3 Коваль О. О. Стандартизащя бущвельних нормативiв по тдвищенню енергоефективносп на Свропейському рiвнi / О. О. Коваль, О. В. Лантух, С. Л. Юрченко, А. С. Коваль // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Д. : ПГАСА, 2010. -Вип. № 56. - С. 204 - 207.

4 Савицкий Н. В. Совершенствование методики рационального проектирования малоэтажных жилых зданий с учетом их жизненного цикла / Н. В. Савицкий , Е. Л. Юрченко, Е. А. Коваль , Т. А. Ковтун-Горбачева // Theoretical foundations of civil engineering. - Warsaw : WUT, 2011. - Vol. № 19. - Р. 307 - 312.

5 Савицький М. В. Еколопчне та енергоефективне малоповерхове бущвництво / М. В. Савицький, О. О. Коваль, С. Л. Юрченко, М. М. Бабенко, А. С. Коваль // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Д. : ПГАСА, 2010. - Вып. № 55. - С. 26 - 31.

6 Юрченко G. Л. Проектування енергоефективних малоповерхових житлових будинюв / С. Л. Юрченко , О. О. Коваль // ЕКОшформ, 2011. - № 5. - С. 43.

УДК 624.01

ПРОГНОЗУВАННЯ НАД1ЙНОСТ1 ЗАЛ1ЗОБЕТОННИХ КОНСТРУКЦ1Й ЛОГ1КО-ЙМОВ1РН1СНИМИ МЕТОДАМИ

Т. Ю. Шевченко, к. т. н.

Ключовi слова: надттсть, ¡мов1ртст методи розрахунку, врахування невизначеност1, неч1тка лог1ка, суб 'ективний фактор

Постановка проблеми. Проблема надшносп бущвельних конструкцш належить до числа першочергових, оскшьки безперервно збшьшуються обсяги бущвництва i тдвищуються вимоги до його якость

Статистика вщмов бущвельних конструкцш свщчить, що вони зумовлеш здебшьшого наявшстю помилок при проектуванш, виготовленш i монтажу конструкцш, порушеннями правил 1х експлуатаци, тобто впливом суб'ективного фактора.

Сучасна нормативна база проектування при визначенш рiвня надшносп конструкцш дозволяе враховувати зовшшш навантаження i впливи, мшливють геометричних параметрiв конструкцш i мщшсних характеристик матерiалiв. Вплив на надiйнiсть залiзобетонних конструкцiй суб'ективного фактора, зумовленого дiяльнiстю людини на всiх стадiях життевого циклу конструкцiй, дiючими нормами не враховуеться.

У зв'язку з цим розвиток методологи прогнозування надшносп залiзобетонних конструкцш з урахуванням суб'ективного фактора, зумовленого дiяльнiстю людини на вшх стадiях життевого циклу конструкцiй, е актуальним науково-технiчним завданням.

Мета статт - розвиток методологи прогнозування надшносп залiзобетонних конструкцiй з урахуванням впливу 1х мiнливих параметрiв та суб'ективного фактора, зумовленого дiяльнiстю людини на вшх стадiях життевого циклу конструкцш.

Аналiз публiкацiй. Загальним питанням надшносп бущвельних конструкцш присвячеш працi В. В. Болотша, А. В. Геммерлшга, О. Р. Ржанiцина, М. С. Стрелецького, А. Г. Ройтмана та шших науковщв.

Результати дослiджень у галузi надiйностi будiвельних конструкцiй наведет у працях [1 -