Эффективность проектных решений ограждающих конструкций из клееного бруса

2/2010 ВЕСТНИК

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КЛЕЕНОГО БРУСА

А.А. Титунин, К.В. Зайцева

КГТУ

Установлена зависимость коэффициента теплопроводности клееного бруса от сучковатости ламелей. Предложены рекомендации по обеспечению эффективности ограждающих конструкций деревянных зданий.

The dependence of factor heat conductivity of glued beam from presence of knots in lamels is established. The recommendations for maintenance of efficiency of protecting designs of wooden buildings are offered.

Исторический опыт использования древесины в хозяйственной деятельности человека свидетельствует о постоянном совершенствовании методов и способов обработки сырья, создании новых видов продукции и улучшении её качества. На сегодняшний день известно более 20 тыс. наименований продукции, получаемой из древесины путем её механической, механо-физической, химической или другой обработки. При этом значительные объёмы древесины используются в строительном комплексе: при изготовлении оконных и дверных блоков, деталей интерьеров и внутренней отделки, в виде несущих конструктивных элементов зданий и сооружений, складов и цехов промышленных предприятий, спортивно-зрелищных сооружений, а также для строительства домов. Одним из перспективных материалов для деревянного домостроения является клееный брус.

На этапах проектирования и производства клееного бруса существуют особенности, без учета которых невозможно обеспечить его качество и выполнение эксплуатационных требований, в том числе - касающихся требований по теплозащите. При проектировании теплозащиты обычно используют рекомендации, приведенные в СНиП 23-022003 [1], в частности - справочные данные о коэффициенте теплопроводности X, величина которого для клееного бруса на практике принимается как для цельной древесины. Между тем отличием клееного бруса от цельной древесины является то, что он получается в результате склеивания ламелей, различающихся по количеству и размерам сучков. Ввиду отличий по плотности и направлению волокон, сучки обладают более высокой теплопроводностью [4,5]. Следовательно, ошибка при проектировании ограждающих конструкций и отклонение от технического регламента производства клееного бруса может привести к увеличению дальнейших затрат на отопление зданий.

На практике для производства бруса используют ламели трех сортов (А, В и С), отличающиеся по количеству и размеров сучков, следовательно, различающихся и по коэффициенту теплопроводности. Для оценки сучковатости ламелей, используемых в производстве клееного бруса были проведены экспериментальные исследования [2], результаты которых представлены в виде гистограмм (рис. 1-6).

Ди*ы*тр (уч!»«.ым

Рис. 1. Гистограмма распределения диаметров сучков в сорте А

у=-МЭИ)*325.5Х+40 МЭ

У =1,3? 3= 1,27 V = 79,76 % £ ьО.П Р = 14,83 %

Н

и

г ©

I

а л 5

КМ11П«ПО сучкм НО "I Hftr.fi. и»

Рис. 2. Гистограмма распределения встречаемости сучков на 1 пог.м длины в сорте А

40

ЭЕ : . У=21,?3

У = 30,27% У = 021 Р =134%

ДНЗГМ1Р су чей в. им

Рис. 3. Гистограмма распределения диаметров сучков в сорте В

120 -г-

У= 2Д1 3= 1,101

У = 52Д 1*А I =

Р =3,35%

Ж.

а

1 1 5 4 5 Й 7 Количество сучков на 1 пог.м длины лт

Рис. 4. Гистограмма распределения встречаемости сучков на 1 пог.м длины в сорте В

но:-

фм трс. ЧГОБ. К«

Рис. 5. Гистограмма распределения диаметров сучков в сорте С

= П .0021 я3 - 0А а ЗЕ*'1 * 4.29] - -1/:5Э5

У = 23,41 2 = 8,65 У = 36,94 % 5 - 0,25 Р - 1,54 %

РШ1 КВтМ Н&И ¡ИтеЯ:

м

ЖаЯЯ

Рис. 6. Гистограмма распределения встречаемости сучков на 1 пог.м длины в сорте С

ВЕСТНИК 2/2010

Используя результаты натурных исследований, а также справочные данные и закономерности изменения коэффициента теплопроводности в зависимости от влажности и температуры древесины, направления волокон, была разработана математическая модель для расчета коэффициента теплопроводности клееного бруса, учитывающая диаметр и количество сучков в ламелях, а также число ламелей [3]. В ходе вычислительного эксперимента с использованием данной математической модели были рассчитаны коэффициенты теплопроводности при разных диаметрах сучков и их встречаемости на 1 метре длины. Расчеты представлены в виде диаграммы (рис. 7).

Рис. 7. Диаграмма влияния диаметра и количества сучков на коэффициент теплопроводности

клееного бруса

Из данной диаграммы видно, что при возрастании объема сучковой древесины, т.е. при снижении сортности ламелей, увеличивается и коэффициент теплопроводности. Для клееного бруса с числом ламелей п = 5 коэффициент теплопроводности может принимать значение в интервале от 0,184 до 0,229 Вт/(м К).

Практика показывает, что при строительстве домов из клееного бруса в средней климатической зоне требуется установка утеплителя. При этом могут быть снижены эстетические требования к той стороне бруса, на которой устанавливается утеплитель. Поэтому, с точки зрения повышения эффективности применения клееного бруса в качестве ограждающих конструкций, становится очевидной возможность замены одной из наружных высококачественных ламелей сорта А менее качественной, например, сорта С. В этом случае с одной стороны из-за повышенной сучковатости ламели сорта С произойдет незначительное увеличение теплопроводности, что не желательно. С другой стороны, появляется возможность снизить расход пиломатериалов для производства клееного бруса, что весьма актуально с точки зрения дефицита высококачественных пиломатериалов.

На рис. 8. представлены варианты конструктивного исполнения ограждающих конструкций из трех- и пятислойного клееного бруса с установкой утеплителя. Расчетным путем получено, что при замене ламели сорта А на ламель сорта С у пятислойного бруса коэффициент теплопроводности увеличится с 0,232 до 246 Вт/мК, у трехслойного с 0,224 до 258 Вт/м-К. При этом расход сырья для производства 1 м3 бруса снизится соответственно на 0,029 и 0,046 м3 или на 2,65% для пятислойного бруса и на 3,96 % для трехслойного.

А

С

С

с

А

Д.= 0,232 ВтАгК

И

А С А

1 п

Л, - 0,224 EiiivrK

ч

А С С с с

i Г' "Л

г>  ч

А С с

"Л ^

0,24i ВтЛтК

^^ Утеплитель Д Отделочная доскп

\= 0,253 ВтАяК Ьрыс

Рис. 8. Варианты конструктивного исполнения ограждающих конструкций из клееного бруса с

установкой утеплителя

Эффективность предлагаемых вариантов ограждающих конструкций деревянных зданий заключается в том, что: во-первых, снижаются расходы на отопление при условии применения на этапе проектирования значений коэффициента теплопроводности клееного бруса с учетов сучковатости применяемых при его производстве ламе-лей; во-вторых, на операции поперечного раскроя пиломатериалов количество кусковых отходов снижается с 15 до 11,5% при производстве трехслойного бруса и с 11 до 9% - пятислойного, тем самым обеспечивается экономия древесного сырья.

Литература

1. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий [Текст]. - М. : Госстрой России, 2003. - 23 с.

2. Титунин A.A. Определение коэффициента теплопроводности клееной древесины [Текст] / A.A. Титунин, Ю.П. Данилов, В.П. Чулков, К.В. Сироткина // Вестник Костромского государственного технологического университета, №11. - Кострома: КГТУ, 2005. - С. 114-117.

3. Титунин A.A. Математическая модель теплопроводности клееного бруса и ее применение при проектировании ограждающих конструкций деревянных зданий [Текст] / A.A. Титунин, К.В. Зайцева. // Вестник Костромского государственного технологического университета, №20. - Кострома: КГТУ, 2009. - С. 89-93.

4. Шубин Г.С. Сушка и тепловая обработка древесины [Текст] / Г. С. Шубин. - М. : Лесная промышленность, 1990. - 336 с.

5. Чудинов Б.С. Теория тепловой обработки [Текст] / Б.С. Чудинов. - М., 1968. - 255 с.

Ключевые слова: проектирование, теплопроводность, ограждающие конструкции, клееный брус, древесина, отопление

Key words: designing, heat conduction, protecting designs, glued beam, wood, heating

Рецензент: Соколов Герман Михайлович, докт. техн. наук , проф. кафедры технологии, экономики и организации строительства ГОУ ВПО «Костромская государственная сельскохозяйственная академия».