Технико-экономические аспекты выбора ограждающих стеновых конструкций со схожим тепловым потоком для малоэтажного домостроения

Шакирова Вероника Александровна кандидат архитектуры Архитектор-проектировщик, ООО "Продом" 660041, Россия, Красноярский край, г. Красноярск, ул. Проспект Свободный, 82, корпус 24(А), ауд. 412 Shakirova Veronika Aleksandrovna PhD in Architecture Engineering Architect, "Prodom" LLC 660041, Russia, Krasnoyarskii krai, g. Krasnoyarsk, ul. Prospekt Svobodnyi, 82, korpus 24(A), aud. 501 veronika-arch@mail.ru Другие публикации этого автора

Толочко Ольга Романовна ассистент, кафедра ПЗиЭН, Сибирский федеральный университет 660041, Россия, Красноярский край край, г. Красноярск, ул. Проспект Свободный, 82, корпус №24, каб. 3-06 Tolochko Olga Romanovna Assistant, Department of "Building Design and Real Estate Expertise", Siberian Federal University 660041, Russia, Krasnoyarsk Krai, Krasnoyarsk, Prospekt Svobodny str., 82, building No. 24, office 3-06 otolochko@sfu-kras.ru

Ввод в действие малоэтажного жилья в общем по Российской Федерации имеет стабильно положительную динамику в срезе последних пяти лет, что подтверждается статистическими данными на графике 1. На уровне исследуемого субъекта – Красноярского края в динамике показатели ввода малоэтажного жилья ведут себя более хаотично, что может быть объяснено локальными проблемами на рынке строительной продукции региона и большей подверженности влиянию экономической нестабильности в посткризисный период после 2014 года и в период общемировой пандемии коронавируса после 2020 года. Тем не менее, данные на графике 1, указывают на цикличность сферы малоэтажного домостроения с падением и последующим за ним ростом показателей ^{[1, 2]}.

График 1. Доля ввода малоэтажного жилья в общем объеме ввода жилья в РФ

Наиболее популярные в применении конструкции стен для малоэтажного строительства – многослойные конструкции. Данная конструкция представляет собою несущую стену, которая утеплена с наружной стороны слоем теплоизоляционного материала, который защищен от внешних климатических воздействий слоем отделки фасада. Дополнительные цели отделки – это улучшение условий эксплуатации конструкции, повышение долговечности и художественно-эстетическая выразительность объекта капитального строительства. Современный рынок строительных материалов крайне разнообразен, на нем представлен большой выбор материалов для отделки фасада, такие как: штукатурка, облицовочный кирпич, планкен, системы вентилируемых фасадов и др. В рамках исследования были рассмотрены наиболее актуальные типы многослойных конструкций и варианты отделки фасадов наружных стен.

Целью исследования является определение наиболее оптимальной конструкции наружной стены в малоэтажном домостроении на основе сравнения теплотехнических и экономических показателей.

Задачи исследования:

-выявить наиболее распространенные типы многослойных конструкций стен, применяемых в малоэтажном домостроении, и определить толщины слоев конструкции с приблизительно схожим тепловым потоком;

-выполнить теплотехнический расчет многослойных конструкций;

-выполнить расчёт сметной стоимости возведения, наиболее распространенных типы многослойных конструкций стен, базисно-индексным методом.

В ходе исследования выявленных конструктивных решений многослойных стеновых ограждающих конструкции, выполнен теплотехнический расчет пяти следующих наиболее распространенных вариантов конструктивного исполнения:

1. наружная стена из кирпича (1 - кирпич, 2 - теплоизоляция, 3 - штукатурка, 4 - облицовочный кирпич (рис. 1а));

2. наружная стена из газобетона (1 - газобетон, 2 - теплоизоляция, 3 - штукатурка, 4 - облицовочный кирпич (рис. 1б));

3. наружная стена из железобетона (1 - железобетон, 2 - теплоизоляция, 3 - штукатурка, 4 - облицовочный кирпич (рис. 1в));

4. наружная стена из теплоблока (1, 1.1 - теплоблок, 2 - утеплитель, 3 - штукатурка (рис. 1г));

5. наружная стена из бруса (1 - брус, 2 - теплоизоляция, 3 - деревянная доска (рис. 1д)).

Рисунок 1. Конструктивные решения многослойных стеновых ограждающих конструкции

(а - кирпич, б - газобетон, в - железобетон, г - теплоблок, д - брус)

Указанные на рис. 1 конструктивные решения многослойных стеновых ограждающих конструкции имеют различное конструктивное исполнение и фасадную отделку, но при этом обладают схожим тепловым потоком, что выступает в роли объединяющего признака, поскольку каждая конструкция должна быть способна обеспечить требуемую температуру внутреннего воздуха в суровых климатических условиях резко континентального климата. Главным достоинством этих конструкций является их надежность и долговечность. Размещение утеплителя между несущим и облицовочным слоем снижает вероятность ускоренной деструкции утеплителя, а наличие воздушной прослойки в конструкции – значительно улучшает влажностное состояние ограждений ^{[3, 4]}.

Методологической основой исследования является комплекс методов научного познания: методы системного, логического, статистического анализа, статистических исследований, методы сравнения, систематизации, группировки, обобщения, а также графические приемы визуализации данных. Применены методики определения теплового потока, приведенного сопротивления теплопередачи в многослойных стеновых конструкциях с применением ПК COMSOL Multiphysics и методика определения сметной стоимости базисно-индексным методом с применением ПК ГОССТРОЙСМЕТА Онлайн.

Для проведения теплотехнических расчетов требуется определить ряд исходных данных:

-климатические показатели (таб. 1);

-теплотехнические показатели используемых материалов ограждающих конструкций (таб. 2-6);

-граничные условия:

-коэффициент теплоотдачи наружной поверхности, α_ext, Вт/(м²*^оС) стенового ограждения – 12 ^[5];

-коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности, α_int, Вт/(м²*^оС) стенового ограждения – 8,7 ^[5].

Таблица 1. Климатические показатели

При теплотехническом расчете учитывались значения теплопроводности в зависимости от условий эксплуатации А – 80% с СП 50.13330.2012 ^[5].

Нормируемый температурный перепад Δtн между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности наружных ограждающих конструкций ^[5] для жилой части – 4,0 ^оС.

Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) для наружных ограждающих конструкций определяются по формулам (5.2) ^[5] (^оС*сут):

ГСОП = (t_в-t_от)*z_от.

Определены значения базовых требуемых и нормируемых сопротивлений теплопередаче наружных ограждающих конструкций по табл. 3 ^[5]:

- наружные стены (м²*^оС/Вт):

R^тр _ст.жил. = а*ГСОП+b;

R^норм _ст.жил. = R^тр _ст.жил.*0,63.

Для плоского элемента удельные потери теплоты определяются по формулам (Е.6) и (Е.3) ^[5] (м²*^оС/Вт):

R⁰_усл=1/α_int+δ_n/λ_n+1/α_ext.

Приведенное сопротивление теплопередачи по табл. 3 ^[5] (м²*^оС/Вт):

R⁰_пр=R⁰_усл *r.

где r - коэффициент теплотехнической однородности (r=0,80)

Следовательно:

ГСОП = 6454 ^оС*сут;

Rтр ст.жил. =3,66 м²*^оС/Вт;

Rнорм ст.жил. =2,31 м²*^оС/Вт

Для конструкции 1 типа (кирпич):

R⁰_усл=4,51 м²*^оС/Вт;

R⁰_пр= 3,61 м²*^оС/Вт.

Полученное значение R_пр=3,61 м²*^оС/Вт ниже базового значения требуемого сопротивления теплопередаче R^тр_ст.жил.=3,66 м²*^оС/Вт, но выше нормируемого R^норм_ст.жил.=2,31 м²*^оС/Вт.

Рассмотренная конструкция соответствует требованиям ^[5].

Приведенное сопротивление теплопередаче составляет: R^пр_ст.жил.=3,61 м²*^оС/Вт.

Таблица 2. Теплотехнические показатели материалов конструкции стены тип 1

Рисунок 2. Минимальная температура на поверхности стены типа 1 (кирпич)

Для конструкции 2 типа (газобетон):

R⁰_усл=6,11 м²*^оС/Вт;

R⁰_пр= 4,89 м²*^оС/Вт.

Полученное значение R^пр_ст.жил.=4,89 м²*^оС/Вт выше как базового значения требуемого сопротивления теплопередаче R^тр_ст.жил.=3,66 м²*^оС/Вт, так и нормируемого R^норм_ст.жил.=2,31 м²*^оС/Вт.

Рассмотренная конструкция соответствует требованиям ^[5].

Приведенное сопротивление теплопередаче составляет: R^пр_ст.жил.=4,89 м²*^оС/Вт.

Таблица 3. Теплотехнические показатели материалов конструкции стены тип 2

Рисунок 3. Минимальная температура на поверхности стены типа 2 (газобетон)

Для конструкции 3 типа (железобетон):

R⁰_усл=4,28 м²*^оС/Вт;

R⁰_пр= 3,42 м²*^оС/Вт.

Полученное значение R^пр_ст.жил.=3,42 м²*^оС/Вт ниже базового значения требуемого сопротивления теплопередаче R^тр_ст.жил.=3,66 м²*^оС/Вт, но выше нормируемого R^норм_ст.жил.=2,31 м²*^оС/Вт.

Рассмотренная конструкция соответствует требованиям ^[5].

Приведенное сопротивление теплопередаче составляет: R^пр_ст.жил.=3,42 м²*^оС/Вт.

Таблица 4. Теплотехнические показатели материалов конструкции стены тип 3

Рисунок 4. Минимальная температура на поверхности стены типа 3 (железобетон)

Для конструкции 4 типа (керамзитобетон):

R⁰_усл=4,39 м²*^оС/Вт;

R⁰_пр= 3,51 м²*^оС/Вт.

Полученное значение R^пр_ст.жил.=3,51 м²*^оС/Вт ниже базового значения требуемого сопротивления теплопередаче R^тр_ст.жил.=3,66 м²*^оС/Вт, но выше нормируемого R^норм_ст.жил.=2,31 м²*^оС/Вт.

Рассмотренная конструкция соответствует требованиям ^[5].

Приведенное сопротивление теплопередаче составляет: R^пр_ст.жил.=3,51 м²*^оС/Вт.

Таблица 5. Теплотехнические показатели материалов конструкции стены тип 4

Рисунок 5. Минимальная температура на поверхности стены типа 4 (теплоблок)

Для конструкции 4 типа (керамзитобетон):

R⁰_усл=4,25 м²*^оС/Вт;

R⁰_пр= 3,40 м²*^оС/Вт.

Полученное значение R^пр_ст.жил.=3,40 м²*^оС/Вт ниже базового значения требуемого сопротивления теплопередаче R^тр_ст.жил.=3,66 м²*^оС/Вт, но выше нормируемого R^норм_ст.жил.=2,31 м²*^оС/Вт.

Рассмотренная конструкция соответствует требованиям ^[5].

Приведенное сопротивление теплопередаче составляет: R^пр_ст.жил.=3,40 м²*^оС/Вт.

Таблица 6. Теплотехнические показатели материалов конструкции стены тип 5

Рисунок 6. Минимальная температура на поверхности стены типа 5 (брус)

После теплотехнических расчетов для сравнения экономических показателей был выполнен локальный сметный расчет базисно-индексным методом всех типов конструкций в уровне цен на 4 кв. 2022 года, результат расчета приведен в таблице 7.

Методика выполнения расчета основана на следующих нормативных источниках: Приказ Минстроя РФ от 21.12.2020 №812/ПР ^[9], Приказ Минстроя РФ от 11.12.2020 №744/ПР ^[10], Приказ Минстроя РФ от 04.08.2020 № 421/пр ^[11], Письмо Минстроя России от 27.11.2022 № 63135-ИФ/09 ^[12].

Таблица 7. Расчетные показатели

На графике 2 приведена сводная диаграмма отражающая взаимосвязь между теплотехническими и экономическими показателями исследуемых многословных конструкций наружных стен малоэтажного домостроения.

График 2. Сводные данные по результатам расчетов.

На основании проведенного исследования, сформированы следующие выводы:

1. Исследуемые конструктивные решения многослойных конструкций наружных стен малоэтажного домостроения удовлетворяют требованиям СП 50.13330.2012 ^[5].

2. В качестве наиболее эффективной конструкции стены по значению теплового потока при возведении малоэтажных жилых зданий может рассматриваться конструкция с применением газобетона, при этом наименее эффективные теплотехнические показатели у конструкций стен из железобетона и бруса.

3. Из исследуемых конструктивных решений наружных стен наиболее оптимальное конструктивное решение с точки зрения сопоставления теплотехнических и экономических показателей – это конструкция из теплоблока.

4. В качестве перспективного направления развития дальнейших исследований рассматривается более детальное сравнение конструктивных решений многослойных наружных стен малоэтажного домостроения по основной группе материала стен – бетонные смеси, в виду полученных качественных показателей теплоблока.