CC BY
32Инновационные технологии сельского строительства Farm building innovation technologies
Ь Л МОСКОВСКИЙ ■р ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
УДК 338.012+694.5 UDC 338.012+694.5 DOI 10.24411/2413-046Х-2018-15088 Жуков Алексей Дмитриевич,
канд. технических наук, доцент НИУМГСУ, Москва Тер - Закарян Карапет Арменович,
исполнительный директор ООО ТЕПОФОЛ, автор изобретения (патент РФ № 2645190) Боброва Екатерина Юрьевна,
канд. экономических наук, директор центра Экономики и управления жилищно-коммунальным хозяйством НИУ ВШЭ, Москва
Zhukov Aleksei Dmitriyevich, Cand.Tech.Sci., Associate Professor at the Department of Building materials and materials science of the National Research Moscow State University of Civil Engineering (NRUMGSU), Moscow
Ter-Zakaryan Karapet Armenovich,
Executive Director OOO ТЕPОFОL, author of the invention (patent RF № 2645190)
Bobrova Ekaterina Yuryevna, Сand.Econ.Sci., Director of Economy and Management Centre of Housing and Communal Services of National Research University Higher School of Economics (NRUHSE), Moscow Аннотация. В статье излагаются результаты реализации перспективных направлений сельского и фермерского строительства и возведения как жилых, так и хозяйственных построек. Рассматриваются проблемы повышения финансовой стабильности сельскохозяйственного производства за счет создания условий для экономии энергоресурсов и сохранения продукции за счет реализации эффективных систем, обеспечивающих энергосбережение, создание комфортных условий в помещениях иоптимальных параметров хранения сельскохозяйственной продукции.
Summary. The results of implementation of future-oriented trends in the area of farm building and construction of both residential buildings and maintenance buildings are presented in this article. The following problems are regarded: promoting financial stability of the agricultural industry by means of enabling the energy conservation and products maintenance through implementation of effective systems, which provide the energy saving, creating of comfortable indoor conditions and optimal agricultural storage parameters.
Ключевые слова: изоляционная система, экономическая оценка, доступно жилье, пенополиэтилен, микроклимат, энергетическая эффективность.
Key words: insulation system, economic assessment, affordable housing, polyethylene foam, microclimate, energy efficiency.
Приоритетом развития строительных технологий в сельских условиях являются: строительство жилья, строительство хозяйственных объектов, в том числе и строительство складов для хранения сельскохозяйственной продукции. Для этих объектов считается важным: сохранение тепла, создание комфортных условий в помещениях, сохранение свойств строительных конструкций.
Энергосбережение становится одним из основных приоритетов в деятельности любой компании. Причиной данного явления стала высокая стоимость энергоносителей и их ограниченность, а также загрязнение окружающей среды. Существует несколько направлений инновационных энергосберегающих решений, в которых основополагающими подходами являются:
- сбережение энергии, содержащейся и выделяемой внутри здания путем,-теплоизоляции и герметизации ограждающих конструкций - возвращение энергии, сбрасываемой в результате обязательных процессов,- вентиляции, водоотведения.
- введение внутрь здания энергии окружающей среды,- солнечноеизлучение, тепло наружного воздуха и грунта.
Экономико-социальными критериями, в данном случае, являются: снижение энергетических затрат на эксплуатацию объектов (в том числе и в их стоимостном выражении), экологичность помещений, где находятся работники, как следствие снижение частоты заболеваемости у персонала (снижение пропусков по больничным листам и повышение результативности работы); увеличение сроков безремонтной эксплуатации построенных объектов. Для хозяйственных объектов -основными параметрами эффективности являются: сокращение потерь тепла и сохранение свойств материалов (в т.ч. свойств сохраняемой сельхозпродукции и пр.), размещенных в
изолированных ангарах и складах. Для всех типов объектов считается важным обеспечение долговечности конструкций и безремонтные сроки эксплуатации [1, 2].
Обеспечение энергоэкономности здания требует дополнительных издержек на строительство, так как в калькуляции дополнительных издержек на такое здание необходимо принимать во внимание разницу между стоимостью стандартных и энергосберегающих изделий. Например, стоимость увеличения толщины изоляции, разница в стоимости окон и дверей стандартных и энергосберегающих, разница в стоимости систем отопления и вентиляции и.т.д.
В рамках реализации доктрины продовольственной безопасности является не менее важным сохранение собранного урожая, то есть строительство складских помещений, сохраняющих тепло и способствующих оптимального температурно-влажностного режима эксплуатации.
При этом построенные объекты (жилые здания, хозяйственные и складские помещения) должны соответствовать определенным условиям, в том числе:
- эксплуатация всех построенных объектов предполагается круглогодичной;
- создание оптимального микроклимата в помещениях в зависимости от назначения и способа эксплуатации объекта.
Основным фактором энергосбережения считается использование строительных конструкций и систем их изоляции на основе высокоэффективных изоляционных материалов (теплопроводностью не более 0,06 Вт/(м-К)). Практика показывает, что этого недостаточно, и является необходимым учет потерь тепла через стыки изделий и конструкций, монтажные элементы и др. - через так называние «мостики холода». Тепловизионная съемка построенных объектов (рис. 1) показывает, что через такие «мостики» может теряться до 30 % тепла, что значительно снижает и термическое сопротивление конструкции и повышает теплотехническую неоднородность такой конструкции, и, как следствие ставит под сомнение теплотехническую эффективность принятых решений, так красиво выглядевших на бумаге.
Рис. 1. Тешюизовизионная съемка изоляционной оболочки: отчетливо видны «мостики» потерь тепла через стыки птит и через оконные и дверные проемы
Таким образом, теплоэффективная система должна быть не только основана на применении материалов с низкой теплопроводностью, но и предполагать обоснованную минимизацию стыков как между изделиями входящими в изоляционную оболочку, так и между изделиями и конструкциями [3, 4].
Существует группа вспененных, или вспенивающихся полимеров, которые позволяют сформировать бесшовную изоляционную оболочку. Соединение изоляционной оболочки с несущей конструкцией осуществляется либо адгезионно (напыляемый пенополиуретан), либо за счет механического крепления (пенополиэтилены, пенополипропилены).
Адгезионное крепление возможно реализовать только по сплошному несущему основанию. Опыт использования напыляемых пенополиуретанов показал, что адгезионное соединение ненадежно: возможно отслоение теплоизоляционного слоя в результате ослабления адгезионного контакта в процессе эксплуатации и за счет различия температурных деформаций основания и изоляционного слоя. При механическом закреплении эластичных рулонных материалов, деформация материала основания (для металлического листа- температурная, а для деревянного каркаса - влажностная) сопровождается растяжением эластичной изоляционной оболочки и возникновение дефектов в изоляционном слое не происходит.
Условиям энергосбережения соответствуют объекты жилого и хозяйственного назначения, в основе изоляционных систем которых лежит применение рулонного пенополиэтилена в качестве тепло- паро- и гидроизоляции. Этот материал не только обладает необходимыми свойствами, но с его применением становится возможным создание изоляционной оболочки с высокой теплотехнической однородностью.
Экспериментальные исследования по возможности применения вспененного полиэтилена в системах изоляции складских объектов и ангаров, как каркасных, так и бескаркасноготипа, проводились совместно с ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московскийгосударственный строительный университет» в рамках реализации хозяйственного договора «Исследование физико-механических характеристик вспененного полиэтилена «Тепофол®» в системах наружной и интерьерной изоляции». Испытания свойств материалов проводились в соответствии с ГОСТ 17177-94. Объектом исследования были теплоизоляционный материал на основе пенополиэтилена (вспененного несшитого полиэтилена (НПЭ)), а также системы изоляции с применением этого материала.
Создание бесшовной изоляционной оболочки достигается за счет соединения рулонов пенополиэтилена (толщиной от 20 до 150 мм) замковым соединением (патент № 2645190) с последующей сваркой посредством строительного фена. В результате сваривания двух рулонов при температуре 110-120 °С получается единое бесшовное полотно [5]. Разработпнная и запатентованная в Росссии технология и теплоизоляционный материал используется как при изоляции хозяйственных объектов (складов, ангаров, помещений для скота, хранилищ сельхозпродукции), так и при изоляции каркасных коттеджей.
Как уже отмечалось, эластичная изоляционная оболочка деформируется вместе с основанием. Изделия в процессе эксплуатации испытывают растягивающие нагрузки, обусловленные их температурными деформациями. Для целостности изоляционной оболочки является важным так же надежность сварного соединения между отдельными изоляционными полотнищами (листами, рулонами).
Рис. 2. Проведение экспериментальных определений прочности при растяжении в продольном направлении вспененного полиэтилена
Испытания прочности при растяжении в продольном направлении проводили в соответствии с ГОСТ БК 1608-2011 «Изделия теплоизоляционные, применяемые в строительстве. Метод определения прочности при растяжении параллельно лицевым поверхностям» (рис. 2). Установлено. Что прочность на разрыв при растяжении в продольном направлении для изделий с металлизированным покрытием составляет 80-92 кПа, без металлизированного покрытия — 80-87 кПа, а для сварного шва — 29-32 кПа.
Строительство каркасных коттеджей является одним из наиболее экономичных способом возведения сельских жилых построек. Расчеты показывают, что цена 1 м2 стены каркасного здания (табл. 1) значительно ниже в сравнении и со стенами из автоклавных ячеистобетонных блоков и кирпича (керамических камне) и слоистых фасадных систем.
Таблица 1
Сравнительная стоимость различных конструкций стен
Тип фасадиоЁ (стеновой) системы Стоимость, руб./м1
По материалам По работам Всего
Кладка из керамических камней с утеплением и облицовкой кирпичом 3200-3300 2500-2600 5700-5900
СФТК* на несущей стене 2600-2700 2400-2500 5000-5200
СВФ** на несущей стене 3200-3300 3300-3400 6500-6700
Слоистая стена 2800-2900 2400-2500 5200-5400
Стена из ячеисто бетонных блоков 2200-2300 2200-2300 4400-4600
Каркасная система с минера-ловатным утеплением 700-750 900-1050 1600-1800
Каркасная система с изоляцией на основе рулонногопе-нополиэтилена 700-750 700-850 1400-1600
СФТК* - система фасадная теплоизоляционная композитная (штукатурная с утеплением)
СВФ** - система вентилируемого фасада (с утеплением)
Традиционными являются системы изоляции с использованием минераловатных теплоизоляционных плит (рис. 3). Системы изоляции каркасных конструкций отличаются от штукатурных систем и вентилируемых фасадов тем, что теплоизоляционные элементы не воспринимают механическую нагрузку. Это делает возможным применение материалов низкой и средней плотности с минимальной нагрузкой на основании и низкой теплопроводностью. Плотность минераловатных изделий для кровли составляет 40-60 кг/м3, а для каркасных стен 50-70 кг/м3. Прочность этих изделий невысока, что предполагает защиту изоляционных слоев не только от потоков воздуха и паровоздушной смеси, но и от механических нагрузок. В противном случае возможна усадка и деформации минераловатных плит, то есть нарушение сплошности изоляционного покрытия. Теплотехническую однородность снижают так же возможные потери тепла на стыках плит и в местах их прилеганий к несущему каркасу здания [6-8].
Рулонный вспенный полиэтилен размещается с внешней стороны каркаса (рис. 3), закрепляется механически и сваривается горячим воздухом. Далее монтируется облицовка из сайдинга или другими фасадными материалами (рис. 4). Учитывая небольшие (по сравнению с бетонными или кирпичными стенами) нагрузки на фундамент, рекомендуются ленточные фундаменты неглубокого заложения, что так же позволяет оптимизировать стоимость строительства.
Системы изоляции каркасных зданий с применением плитных изделий предполагают (рис. 3) обязательную пароизоляцию с внутренней части и ветрозащиту с наружной части. Это позволяет снизить движение паровоздушной смеси через стену, а использование дополнительных изоляционных слоев усложняет конструкцию и увеличивает ее стоимость (см. табл. 1). Бесшовная изоляционная оболочка на основе рулонного пенополиэтилена выполняется в один слой, что и позволяет оптимизировать затраты на монтаж и эксплуатацию, а так же повышает долговечность изоляционной системы.
в
Рис. 4. Теплоизоляция коттеджа: а - развертывание рулона пенополиэтилена; б - механическое закрешенне тешюизоляции и сшивка рулона; в - формирование изоляционного контура и оконных проемов
Различные аспекты применения пенополиэтилена в фасадных системах изучались в процессе реализации договоров с НИУ МГСУ (кафедра «СМиМ»): «Исследование физико-механических характеристик вспененного полиэтилена «Тепофол®» в системах наружной и интерьерной изоляции», а также НИИСФ РААСН (лаборатория «Стройфизика-ТЕСТ»): «Определение эксплуатационных характеристик
теплоизоляционного материала из вспененного полиэтилена марки ТЕПОФОЛ». Исследования касались типовых проектных решений, определения эксплуатационных характеристики материала, а так же проведения натурного обследования жилого частного дома, утепленного вспененным полиэтиленом.
В результате проведенных исследований были разработаны изоляционные системы (которые нашли широкое практическое применение) и осуществлена натурная теплофизическая оценка теплотехнических характеристик этих систем и состояния деревянного каркаса в здании после пятилетней эксплуатации.
Результаты экспериментальных определений сопротивления наружной стены из деревянного каркаса с утеплением полотном вспененного полиэтилена марки Тепофол® составили: термическое сопротивление 2,96 м2оС/Вт, сопротивление теплопередаче 3,12 м2оС/Вт. Определенная влажность соснового бруса составила 7,7-7,8 % - на уровне значений равновесной влажности. Гнилостных проявлений не обнаружено, что подтверждает целесообразность использования данных систем изоляции для строительстве сельских жилых зданий.
Рис. 5. Монтаж изоляционной оболочки ангара
Для хранилищ, в которых предусматривается длительное хранение сельхозпродукции или содержание животных, важным аспектом выбора становятся соблюдение требуемого микроклимата, а так же экологичность и безвредность утеплителя. Вспененный полиэтилен является абсолютно безопасным для людей и растений, не нанесёт никакого вреда животным и пищевым продуктам. Он не выделяет токсичных веществ в ходе эксплуатации, особенно при высоких температурах. Устойчивость к агрессивным биологическим средам и химическая нейтральность материала позволяют использовать специальные моющие составы и растворы для проведения периодических санитарно-гигиенических обработок помещений.
Бесшовное утепление овощехранилищ ангарного типа с применением рулонного материала Тепофол® с теплоотражающим покрытием обеспечивает эффективную систему изоляции овощехранилищ благодаря формированию единой герметичной оболочки
сооружения (рис. 5). Такой эффект достигается за счёт тепловой сварки между собой замковых соединений, расположенных на стыках рулонов.
Рис. 6. Тепловнзионная съемка утепленного ангара
При подобном монолитном утеплении получаемая сплошная изоляционная оболочка не имеет мостиков холода по глади поверхностей, препятствует проникновению влаги внутрь помещения и образованию конденсата (рис. 6). В этом случае эффективность теплоизоляционного контура значительно повышается, внутренняя температура сохраняется на заданном уровне, расходы на внутренний обогрев сокращаются.
Концепция долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года, утвержденная распоряжением Правительства РФ от 17 ноября 2008 г. № 1662-р [8], а также Указ Президента Российской Федерации от 07.05.2012 № 600 «О мерах по обеспечению граждан Российской Федерации доступным и комфортным жильем и повышению качества жилищно-коммунальных условий предполагают реализацию строительства недорогих и теплоэффективных зданий, что делает целесообразным использование технологий, основанных на концепции бесшовной изоляционной оболочки на основе вспененного полиэтилена.
Утеплитель на основе пенополиэтилена - это долговечный материал, который не деформируется в процессе эксплуатации зданий и сооружений, а так же является одновременно тепло- паро- и гидроизоляцией. Срок службы теплоизоляции из вспененного полиэтилена составляет, как минимум, 50 лет без проведения дополнительных ремонтных работ по восстановлению или замене утеплителя.
По результатам оценки экономической эффективности получаем:
- использование энергосберегающих решений удорожает строительство объектов, но сокращает эксплуатационные расходы;
- эксплуатационные расходы на горячее водоснабжение, отопление, вентиляцию и кондиционирование энерго-активного здания в 4-8 раз меньше, чем для аналогичного здания, оснащённого газовым котлом и кондиционером (в ценах на энергоносители 2010 года);
Проводить экономическую оценку эффективности и определять экономический эффект применения надо за весь срок эксплуатации объектов с учетом изменений цен на энергоносители. Затраты по эксплуатации рассмотренных объектов будут меньше затрат на обычное жилье, если учесть постоянный рост цен на отопление, горячую воду и электроэнергию.
Необходимо так же отметить, что наибольший эффект при эксплуатации объектов с эффективной изоляционной оболочкой достижим при использовании устройств создания внутреннего микроклимата. В жилых зданиях, например, в коттеджах и загородных домах, успешно эксплуатируются установки приточной вентиляции с подогревом (рекуперацией) поступающего воздуха. Эксплуатация здания с пониженным расходом энергии является наиболее экологически чистым вариантом обеспечения комфортных условий для людей, и является наиболее удобной для регулирования, автоматизации и безопасности.
Увеличение размера инвестиций, в зависимости от выбранных решений, составляет в совокупности от нескольких до 12 % стоимости стандартного объекта. Но, в результате осуществления инвестиций в односемейном доме можно достичь снижения расхода энергии до 16 000 кВт-ч в год.
Список литературы
1. Кучумов А.В., Воробьёва Е.С.Развитие крестьянских (фермерских) хозяйств в рамках достижения доктрины продовольственной безопасности / Московский экономический журнал. №4. 2018. С. 266-277
2. Жук П.М., Жуков А.Д. Нормативная правовая база экологической оценки строительных материалов: перспективы совершенствования // Экология и промышленность России. 2018. № 4. С. 52-57.
3. Умнякова Н.П., Цыганков В.М., Кузьмин В.А. Экспериментальные теплотехнические исследования для рационального проектирования стеновых конструкций с отражательной теплоизоляцией // Жилищное строительство. 2018. № 1-2. С. 38-42
4. Семенов В.С., Розовская Т.А., Губский А.Ю. Перспективы использования вторичных полиэфирных волокон для производства тепло- и звукоизоляционных материалов // Строительные материалы. 2016. № 6. рр. 21-24.
5. Патент РФ № 2645190 «Замковая технология теплоизоляционного материала для бесшовной сварки соединительных замков» зарегистрирован 16 февраля 2018 г.
6. Жуков А.Д., Тер-Закарян К.А., Тучаев Д.У., Петровский Е.С. Энергоэффективное утепление продовольственных складов и овощехранилищ // Международный сельскохозяйственный журнал. 2018. № 1. С. 65-67.
7. Жуков А.Д., Тер-Закарян К.А., Заяфаров А.В., Петровский Е.С., Тучаев Д.У. Системы изоляции скатных крыш // Кровельные и изоляционные материалы. 2017 №6. С. 27-29.
8. Иванова Н.А. Основные направления перспектив развития жилищного строительства на местном уровне / Московский экономический журнал. №4. 2018. С. 65-74
Literature
1. Kuchumov A.V., Vorob'yova E.S. The development of peasant (farmer) farms in the framework of achieving the food safety doctrine / Moscow Economic Journal. №4. 2018. pp. 266-277.
2. Zhuk P.M., Zhukov A.D. Normative legal base of environmental assessment of building materials: prospects for improvement // Ecology and industry of Russia. 2018. № 4. рр. 52-57.
3. Umnyakova NP, Tsygankov V.M., Kuzmin V.A. Experimental heat engineering studies for the rational design of wall structures with reflective insulation // Housing construction. 2018. № 1-2. рр. 38-422.
4. SemenovV.S., RozovskayaT.A., GubskyA.Yu. Prospects for the use of secondary polyester fibers for the production of heat and sound insulation materials // Building Materials. 2016. № 6. рр. 21-24.
5. Patent for Russian Federation invention no. 2645190 « lock technology of thermal insulation material for seamless welding of connecting locks», registered on February 16th, 2018
6. Zhukov, A.D., Ter-Zakaryan, K.A., Tuchaev, D.U., Petrovskij, E.S. Energy-efficient warming of food warehouses and vegetable stores //International Agricultural Journal. 2018. № 1(361), pp. 65-67.
7. Zhukov A.D., Ter-Zakaryan K.A., Zayafarov A.V., Petrovsky Ye.S., Tuchaev D.U. Insulation systems for pitched roofs // Roofs and roofs. 2017 №6. рр. 27-29.
8. Ivanovа N.A. The main directions of the prospects for the development of housing at the local level / Moscow economic journal.№4. 2018. pp. 65-74
