CC BY
22TECHNICAL SCIENCES
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕКОНСТРУКЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ НАВЕСНЫХ СТЕНОВЫХ ПАНЕЛЕЙ С СИСТЕМОЙ АКТИВНОГО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И РЕКУПЕРАЦИЕЙ ТЕПЛА
Абрамян С.Г.
Волгоградский государственный технический университет, профессор кафедры технологии строительного производства, доцент
Мацкевич А.А.
Волгоградский государственный технический университет, кафедра технологии строительного производства, магистрант
ENSURING THE EFFICIENCY OF THE RECONSTRUCTION OF INDUSTRIAL BUILDINGS
BASED ON THE APPLICATION OF SUSPENDED WALL PANELS WITH THE SYSTEM OF ACTIVE ENERGY SAVING AND HEAT RECOVERY
Abramyan S.,
Volgograd State Technical University, Professor, Department of Construction Technology, Associate Professor
Matskevich A.
Volgograd State Technical University, Department of Construction Technology, undergraduate
Аннотация
В статье рассматривается возможность создания энергоэффективных ограждающих конструкций на основе интеграции основных характеристик светопрозрачных конструкций с системой активного энергосбережения и термопанелей SPANS TEHFOM или трехслойной наружной стеновой панели с повышенной несущей способностью.
Abstract
The paper explores the opportunity to create energy efficient envelope structures based on the integration of the key characteristics of translucent structures with an active energy saving system and SPANS TEHFOM thermal panels or a three-layer exterior wall panel with an enhanced loadbearing capacity.
Ключевые слова: энергоэффективность, вентилируемые ограждающие конструкции, технологии активного энергосбережения, двойной фасад, термопанели.
Keywords: energy efficiency, ventilated envelope structures, active energy saving technologies, double-skin façade, thermal panels.
Анализ научных публикаций [1-3, 7] показывает, что использование наружных ограждающих конструкций, разработанных в соответствии с технологиями активного энергосбережения, обеспечивает значительное повышение тепловой защиты здания и способствует формированию оптимальных параметров микроклимата внутри помещений, позволяя при этом снизить потребление тепла и электроэнергии.
Такой подход к повышению энергоэффективности наружных ограждающих конструкций сочетает в себе принципы, лежащие в основе системы активного энергосбережения, с механизмами рекуперации тепла, утилизации вторичных энергетических ресурсов и предполагает использование возобновляемых источников энергии. Речь, в частности, идет о следующих энергосберегающих технологиях:
- рекуперация тепла, уходящего через наружные ограждения в результате теплопередачи и вследствие распространения электромагнитных волн;
- дополнительная утилизация низкопотенциального (т. е. с относительно низкой температурой)
тепла удаляемого из помещения воздуха с применением технических устройств - теплообменников, в которых осуществляется процесс обмена тепла и влаги;
- применение аэродинамических устройств -ветровых дефлекторов;
- аккумулирование тепла и холода посредством энергии излучения солнца, поступление которой контролируется работой специальных средств защиты помещений от светового и теплового воздействия, а также иных возобновляемых источников энергии.
Давно установлено, что малоподвижный воздух может применяться в качестве одного из наиболее эффективных утеплителей. В связи с этим в классических утеплителях с целью улучшения показателей теплотехнической эффективности принято использовать методы подавления конвекции и снижения теплопередачи, среди которых, например: увеличение количества конвективных ячеек и воздушных промежутков, применение особых материалов, препятствующих движению воздуха, и тяжелых благородных (инертных) газов, отличающихся таким свойством, как повышенная вязкость.
Холодный атмосферный воздух, особенно во влажную и ветряную погоду, становится причиной активного теплосъема с поверхностей наружных ограждающих конструкций, тем самым повышая потери тепла и снижая показатели энергоэффективности. Но это явление имеет место только тогда, когда после взаимодействия с теплой поверхностью конструкции воздушный поток возвращается в атмосферу.
В основе системы рекуперации тепла, уходящего через наружные ограждающие конструкции вследствие теплопередачи и конвекции, а также радиационного теплообмена лежит следующий принцип (рис. 1), который предполагает необходимость
создания определенных условий поступления и последующего прохождения воздуха с улицы через ограждающие конструкции и, кроме того, необходимость использования особых теплоотражающих экранирующих устройств либо покрывающих слоев. В результате в месте поступления воздушного потока воздуха формируется своеобразная воздушная завеса из холодного наружного воздуха, выполняющая функцию эффективного охлаждения, почти до уличной температуры, всех поверхностей, в том числе теплоотражающих слоев и экранов, которые, в свою очередь, служат для передачи тепловой энергии в атмосферу [1, 3].
Рис. 1. Принцип действия энергоэффективной вентилируемой ограждающей конструкции (на примере светопрозрачной конструкции) [6]: 1 - внешнее остекление; 2 - внутреннее остекление; 3 - промежуточное остекление; 4 - наружное межстекольное пространство; 5 - внутреннее межстекольное пространство; 6 - входные отверстия; 7 - вентиляционные отверстия; 8 - выходные отверстия; 9 - обратный клапан; 10 - козырек; 11 - оконная коробка; 12 - регулирующее устройство входящего воздуха; 13, 14 - устройства регулирования воздушного потока; 15 - отлив; 16 - теплоотражающий экран (светопрозрачная пленка с покрытием К-стекло или др.)
В итоге, как видим, имеет место рациональное задействование участка с «дискомфортной» наружной температурой до поступления воздуха непосредственно во внутренние помещения при установленном режиме, с интенсивным теплосъемом с поверхностей, обдуваемых затопленной полуограниченной плоской холодной воздушной струей. Таким образом, здание с энергоэффективной наружной оболочкой, оборудованной теплоотражаю-щими экранирующими устройствами, температура экранируемых поверхностей которых почти полностью соответствует уличной температуре, практически исключает теплопотери через внешние ограждающие конструкции [1, 3]. В процессе рекуперации тепло, ранее уходившее, теперь забирается в подаваемый воздух, который, нагреваясь, используется для вентиляции помещения в соответствующем объеме, что обеспечивает комфортные микро-
климатические условия и дает возможность активно вентилировать помещение даже при условии нахождения в нем людей.
Поток поступающего снаружи воздуха выполняет сразу несколько задач:
- используется в системе вентиляции, что способствует созданию оптимальных микроклиматических условий в помещении;
- служит в качестве своего рода дополнительного теплоизолятора;
- благодаря интенсивной рекуперации тепла повышается коэффициент теплотехнической однородности и эксплуатационный ресурс ограждающих конструкций [1-3].
Эффективность применения предложенной авторами системы активного энергоснабжения (САЭ) отражена на рис. 2. Диаграмма составлена по данным исследования [1].
0 Вентиляция Стены Окна
■ Без рекуперации 53 26,5 20,5
| ■ С рекуперацией 5 5 5
Рис. 2. Снижение потери теплоты через стены, окна и вентиляционную систему за счет применения рекуперации, %
Устройство энергоэффективных вентилируемых ограждающих конструкций (ЭВОК), разработанных на основе современных технологий активного энергосбережения, рассматривается специалистами в качестве одного из наиболее выгодных с финансовой точки зрения способов реализации энергосберегающих мероприятий как при новом строительстве, так и при реконструкции зданий и
сооружений различного назначения, в том числе промышленных.
На рис. 1. представлен один из вариантов све-топрозрачной конструкции, работающей по принципу САЭ. Приведем схему базовой модели экспериментального образца светопрозрачной конструкции с САЭ (рис. 3, а) и другие разработанные авторами [4] варианты ЭВОК со светопрозрачной конструкцией САЭ (рис. 3, б и рис. 4).
б
Рис. 3. Варианты ЭВОК со светопрозрачной конструкцией САЭ: а - схема базовой модели экспериментального образца светопрозрачной конструкции; б - раздельный блок с использованием ПВХ-конструкций (стекло + стеклопакет): 1 - стена; 2 - распределитель входного воздуха; 3 - регулируемая заслонка; 4 - входной фильтр приточного воздуха; 5 - ручка для регулирования заслонки; 6 - внутренний оконный блок; 7 - утеплитель; 8 - подоконник; 9 - дополнительный профиль; 10 - отлив; 11 - вход наружного воздуха; 12 - расширительный профиль; 13 - наружный оконный блок; 14 - вар. 1 обычное стекло, вар. 2 К-стекло; 15 - направление движения приточного воздуха; 16 - нащельник; 17 - анкерная
пластина; 18 - утеплитель [4]
Рис. 4. Варианты ЭВОК со светопрозрачной конструкцией САЭ: а - дерево-алюминиевый блок; б - теплое алюминиевое окно; в - стоечно-ригельная алюминиевая система: 1 - канал сбора воздуха; 2 - тканевый экран с теплоотражающим покрытием; 3 - внешнее К-стекло; 4 - распределительный канал потока воздуха; 5 - однокамерный стеклопакет; 6 - 1-стекло; 7 - жалюзи с низкоэмиссионным покрытием; 8 - приток холодного воздуха; 9 - несущая крышка-прижим; 10 - стоечно-ригельная
система; 11 - двухкамерный стеклопакет [4]
Систему активной рекуперации тепла и влаги можно теоретически использовать при реконструкции промышленных зданий для создания двойного фасада (double-skin façade) (рис. 5).
Рис. 5. Вариант двойного фасада с активной рекуперацией тепла и влаги: а - внешний вид; б - схема: 1 - канал сбора; 2 - жалюзи; 3 - К-стекло; 4 - приточный канал; 5 - внешний контур (холодный оконный профиль); 6 - внутренний контур (теплый оконный профиль) [4]
Важно подчеркнуть, что энергоэффективные вентилируемые ограждающие конструкции со свегопрозрачными элементами, функционирующие на основе технологий активного энергосбережения, прекрасно зарекомендовали себя как в холодное время года (снижение теплопотерь), так и в теплое (сокращение расходов на кондиционирование).
Следует обратить внимание и на то, что за счет улучшения теплотехнических свойств светопро-пускающих оболочек, разработанных с использованием САЭ, создаются условия, необходимые для остекления фасадов большей площади, что, в свою очередь, будет способствовать оптимальной организации естественного освещения при строительстве и реконструкции промышленных зданий и сооружений.
Также значимым является тот факт, что практически все виды оконных систем допускают возможность устройства предлагаемых в работе [4] энергоэффективных вентилируемых светопропус-кающих ограждающих конструкций.
Тем не менее при принятии решения о реализации какого-либо из рассматриваемых на рис. 3, б и 4, 5 вариантов необходимо учитывать, что для каждого типа конструкции требуется: выполнение соответствующих расчетов; обустройство системы вентиляции воздушных зазоров; установка тепло-отражающих экранирующих устройств. Авторы [4] полагают, что преимущества энергосберегающих технологий оправдывают все перечисленные издержки.
Отметим также, что представленные разработки [4] могут стать основой для новых предложений по созданию инновационных энергоэффективных выдвижных светопрозрачных конструкций для реконструкции каркасных промышленных зданий.
Современные энергоэффективные материалы и конструкции позволяют выдвинуть различные варианты использования светопрозрачной конструкции САЭ (система активной энергоэффективности). В данной работе рассмотрим два варианта.
Первый вариант базируется на использовании термопанелей SPANS TEHFOM. Сущность совершенствования термопанелей SPANS TEXFOM заключается в интеграции преимуществ панелей со светопрозрачной конструкцией САЭ.
Конструкция SPANS TEHFOM представляет собой условно однослойные крупноформатные панели, армированные термокаркасом из оцинкованной стали, заполненные вспененным материалом -техфомом.
Выбор термопанелей SPANS TEHFOM обосновывается высокими показателями технологичности выполнения работ. Применение шипового соединения по всем сторонам и специальных кронштейнов позволяет существенно ускорить процесс монтажа панелей, получая до тысячи квадратных метров готовой поверхности в сутки, и беспроблемно компенсировать геометрические отклонения каркаса. По вертикальному стыку панели крепятся между собой с помощью неразъемных профилей (так называемое жесткое крепление); по горизонтальным стыкам выполняется плавающее (скользящее) крепление, с зазором между торцами панелей не менее 5 мм, для заделки швов используется герметик.
Наружная и внутренняя отделка, а также остекление выполняются в заводских условиях.
Как показывает строительная практика, каким бы ни было качество существующего каркаса реконструируемого здания, стеновые панели создают замкнутый высокоточный тепловой контур
Количество оконных поемов зависит от длины панели и принимаемой конструкции оконного блока.
Материал «Техфом» представляет собой вспененный силикат, который армирован термопрофилями - стальными профилями, отличающимися прочностью и легкостью, с просечками, расположенными со смещенным шагом (рис. 6). Использование термопрофилей исключает появление мостиков холода, т. е. участков конструкции, через которые теряется тепловая энергия; повышает сопротивление теплопередаче вследствие увеличения теплового потока; сокращает финансовые расходы, снижает затраты на материалы, а также сокращает трудозатраты в рамках возведения жилья массового сегмента, сохраняя при этом оптимальные эксплуатационные характеристики и высокие показатели качества. Кроме того, специальная технология сборки термопрофилей позволяет сократить сроки строительства.
Рис. 6. Закрепленный к термопрофилям однокамерный стеклопакет
Такое же закрепление может быть осуществлено при применении светопрозрачных конструкций с системой активной энергоэффективности, согласно вариантам, представленным на рис. 3, б и рис. 4, а, б. То есть кроме однокамерного стеклопа-кета с наружной стороны будет внешнее К-стекло -низкоэмиссионное стекло с «твердым» покрытием, устойчивое к появлению механических повреждений (царапин) и атмосферным воздействиям. Низкоэмиссионное стекло получают путем нанесения на поверхность стекла особого слоя, который способствует повышению энергоэффективности за счет того, что в летний период стекло отражает солнечное излучение, а в зимний - удерживает инфракрасное излучение.
Для однокамерного стеклопакета с внешней стороны используется 1-стекло, основное отличие которого от К-стекла заключается в том, что оно имеет мягкое покрытие. Приток холодного воздуха, проходя через распределительный канал потока воздуха, проходит через канал между двумя низкоэмиссионными стеклами. Для полного сбора холодного воздуха на верхней части оконного блока устанавливают тканевый экран с теплоотражающим покрытием (см. рис. 4, а, б).
Анализируя способы открытия створок, их преимущества и недостатки, можно сделать вывод, что целям энергосбережения в наибольшей степени соответствуют вертикальные раздвижные окна, также известные как английские окна. В конструкциях такого типа предусмотрен вертикальный подъем створки блока по отвесу с последующей ее фиксацией в необходимом положении. Это помогает существенно экономить внутреннее пространство помещения. В закрытом положении створка плотно прилегает к оконному профилю, тем самым практически исключая наличие щелей и, как следствие, предотвращая появление сквозняков. Еще одним плюсом вертикальных раздвижных окон можно назвать их оригинальный дизайн.
Второй вариант основан на применении трехслойной наружной стеновой панели с повышенной несущей способностью [5], которая включает наружный 1, внутренний 2 несущие железобетонные слои, теплоизоляционный слой 3, дискретные бетонные армированные связи 4 между слоями 1 и 2 и торцевые защитные железобетонные слои 5 (рис. 7).
Рис. 7. Трехслойная стеновая наружная панель с оконным проемом со связями постоянного поперечного сечения. Поперечные сечения I-I и II-II панели (утеплитель условно не показан): 1 - наружный несущий слой; 2 - внутренний несущий слой; 3 - утеплитель; 4 - связи; 5 - огнезащитные железобетонные слои;
6 - вуты [5]
Дискретные связи расположены горизонтальными и вертикальными рядами по площади панелей с размещением нижнего ряда связей по нижнему торцу панели с возможностью перераспределения вертикальной нагрузки на наружный и
внутренний слои, при этом дискретные связи нижнего ряда выполнены в виде вертикально ориентированных ребер.
Так как внешнее К-стекло утяжеляет свето прозрачную конструкцию с применением САЭ, разработанная авторами [5] трехслойная наружная сте-
новая панель вполне подходит для создания энергоэффективной вертикальной ограждающей конструкции.
Выводы.
Использование наружных ограждающих конструкций, разработанных в соответствии с технологиями активного энергосбережения, обеспечивает значительное повышение тепловой защиты здания и способствует формированию оптимальных параметров микроклимата внутри помещений, позволяя при этом снизить потребление тепла и электроэнергии. Такой подход к повышению энергоэффективности наружных ограждающих конструкций сочетает в себе принципы, лежащие в основе системы активного энергосбережения, с механизмами рекуперации тепла и может быть применен при реконструкции зданий различного назначения, в том числе промышленных.
За счет улучшения теплотехнических свойств светопропускающих оболочек, разработанных на основе систем активного энергосбережения, создаются условия, необходимые для остекления фасадов большей площади, что, в свою очередь, способствует более оптимальной организации естественного освещения при строительстве и реконструкции промышленных зданий и сооружений.
Светопропускающие конструкции, работающие по принципу систем активного энергосбережения, можно использовать при производстве термопанелей SPANS TEHFOM и трехслойной стеновой
наружной панели с повышенной несущей способностью, заменив тем самым традиционные стекло-пакеты.
Список литературы
1. Ахмяров Т. А., Беляев В. С., Спиридонов А. В., Шубин И. Л. Система активного энергосбережения с рекуперацией тепла. [Электронный ресурс] URL:
https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=5551.
2. Ахмяров Т. А., Спиридонов А. В., Шубин И. Л. Новые решения для светопрозрачных конструкций // Светотехника. 2015. №2. С. 51 - 56.
3. Ахмяров Т. А., Спиридонов А. В., Шубин И. Л. Новый подход к повышению энергоэффективности зданий. [Электронный ресурс] URL: https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=5871.
4. Ахмяров Т. А., Спиридонов А. В., Шубин И. Л. Энергоэффективные вентилируемые светопро-зрачные ограждающие конструкции // Энергосбережение. 2015. №1. С. 64 - 69.
5. Данель В.В. Трехслойные наружные стеновые панели с повышенной несущей способностью // Жилищное строительство. 2014. № 7. С. 48-51.
6. Патент РФ2295622. Вентилируемое окно / Ахмяров Т. А.; Заявл. 14.03.2005. Опубл. 20.03.07. Бюл. № 8.
7. Шубин И.Л., Спиридонов А.В. Законодательство по энергосбережению в США, Европе и России. Пути решения // Вестник МГСУ. 2011. № 3 - 1. С. 4-14.
СРЕДСТВА ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ РАЗЛИТЫХ ГОРЮЧИХ ЖИДКОСТЕИ
Елагин Г.И.
инженер научно-исследовательской лаборатории инноваций в сфере гражданской безопасности,
Куценко М.А.
заместитель начальника Черкасского института пожарной безопасности имени Героев Чернобыля,
Алексеев А.Г.
доцент Черкасского института пожарной безопасности
имени Героев Чернобыля, Нуянзин А.М.
начальник научно-исследовательской лаборатории инноваций в сфере гражданской безопасности,
Несен И.О. адъюнкт
Черкасского института пожарной безопасности имени Героев Чернобыля Национального университета гражданской защиты Украины
EXTINGUISHING MEDIA FOR SPILLED FLAMMABLE LIQUIDS
Jelagin G.,
Senior researcher of Research Laboratory of Innovations in the Field of Civil Safety
KutsenKO M.,
Deputy Head of the Cherkasy Institute of Fire Safety named after Chernobyl Heroes
AleKseev A.,
Assistant Professor of the Cherkasy Institute of Fire Safety named after Chernobyl Heroes
Nuianzin A.,
Head of Research Laboratory of Innovations in the Field of Civil Safety
Nesen I. Adjunct
of the Cherkasy Institute of Fire Safety named after Chernobyl Heroes of National University of Civil Defence of Ukraine
