CC BY
1
Источники:
1. Быля А. Б. Новеллы правового регулирования специальных налоговых режимов: проблемы теории и практики / А. Б. Быля, Д. В. Устинов // Вестник Университета имени О. Е. Кутафина. - 2022. - № 8 - С. 83-89.
2. Гончаренко Л. И., Адвокатова А. С., Алексеевич Б. А. Идентификация обязанности фиксации расчетов в системе налоговых правоотношений // Экономика. Налоги. Право. 2022. №2. Ст. 156-165.
3. Гулькова Е. Л., Карп М. В., Типалина М. В. Перспективы применения единого налогового платежа в цифровой экономике // Вестник ГУУ. 2022. №5. Ст. 144-151.
4. Зонова А.В., Горячих С.П., Печенкин К.А. Налогообложение индивидуальных предпринимателей с учетом налоговых новаций 2022 года // ЕГИ. 2022. №39 (1). Ст. 391-395.
5. О проведении эксперимента по установлению специального налогового режима «Автоматизированная упрощенная система налогообложения»: федеральный закон от 25.02.2022 № 17-ФЗ [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.consultant.ru.
6. Аненкова, Л. А. Учетная политика в построении налогового учета компании / Л. А. Аненкова, О. И. Федосеева, А. З. Тлихас // Интеграция наук -2020 : матер. национал. Науч. -практ. конф. - Краснодар, 2020. - С. 380-387.
7. Цинделиани И.А. Совершенствование налогового контроля в условиях цифровизации / И.А Цинделиани., Т.А. Гусева, А.В. Изотов // Правоприменение. 2022. №1. Ст. 77-85.
EDN: PJFONK
Д.В. Лейер - к.т.н., доцент кафедры строительных материалов и конструкций, Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия, [email protected],
D.V. Leyer - candidate of technical sciences, associate professor of the department of accounting theory, Kuban state agrarian university, Krasnodar, Russia;
К.Е. Гузенко - обучающийся архитектурно-строительного факультета, Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия, [email protected],
K.E. Guzenko - student of the faculty of architecture and construction, Kuban state agrarian university, Krasnodar, Russia.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ ТЕХНОЛОГИИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ЛАМЕЛЕЙ
ДЛЯ ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ TECHNICAL AND ECONOMIC COMPARISON OF TECHNOLOGY OPTIONS OF ENERGY EFFICIENT LAMS FOR PUBLIC BUILDINGS
Аннотация. В данной статье представлен новый тип сечения энергоэффективных ламелей, который значительно снизит стоимость производства и облегчит монтаж конструкции. Замена материала и уменьшение сечения позволит значительно снизить себестоимость погонного метра конструкции. В заключение мы провели технико-экономический анализ вариантов технологии устройства энергоэффективных вертикальных ламелей. В качестве вариантов рассматривались ламели из железобетона и минерального акрила. Мы предположили, что применение вертикальных энергоэффективных ламелей позволит снизить или полностью исключить кондиционирование помещений. Определили окупаемость технологии применения энергоэффективных ламелей в связи с исключением трат на кондиционирование помещений. Построили гистограмму стоимости ламелей из железобетона и минерального акрила по разным показателям, а также построили график окупаемости денежного потока по месяцам.
Abstract. This article presents a new type of cross-section of energy-efficient lamellas, which will significantly reduce the cost of production and facilitate the installation of the structure. Replacing the material and reducing the cross section will significantly reduce the cost per linear meter of the structure. In conclusion, we conducted a feasibility study of the technology options for installing energy-efficient vertical slats. As options, lamellas made of reinforced concrete and mineral acrylic were considered. We assumed that the use of vertical energy-efficient lamellas would reduce or completely eliminate air conditioning. We determined the payback of the technology for the use of energy-efficient lamellas in connection with the exclusion of expenses for air conditioning. We built a histogram of the cost of lamellas made of reinforced concrete and mineral acrylic according to various indicators, and also built a payback schedule for the cash flow by months.
Ключевые слова: энергоэффективные ламели, экономическая эффективность, инсоляция, общественные здания, экономический анализ, устойчивая архитектура, фасадные системы.
Keywords: energy-efficient lams, economic efficiency, insolation, public buildings, economic analysis, sustainable architecture, facade systems.
Введение
Общественные здания в процессе эксплуатации потребляют большое количество электрической энергии, что приводит к высоким расходам. Эта проблема ставит для проектировщиков, конструкторов и строителей первостепенную задачу - разработку энергоэффективного здания. Согласно ГОСТ Р 54862-2011 «Энергоэффективность зданий» существует 4 класса зданий по энергоэффективности. Большинство общественных зданий относятся к классам A и B, то есть к ним предъявляются высокие требования по энергоэффективности. В этой статье мы разработали конструкцию энергоэффективных вертикальных ламелей. Сечение, разработанное нами, поможет снизить расход материала на изготовление ввиду меньшего веса конструкции. Это поможет снизить общую стоимость конструкций и крепежных элементов. Также мы провели технико-экономическое сравнение материалов, используемых для изготовления вертикальных энергоэффективных ламелей. Определили срок окупаемости строительства энергоэффективных ламелей в сравнении с затратами на кондиционирование помещений.
Материалы и методы
Выполненная научно-исследовательская работа позволила разработать конструкцию вертикальных ла-мелей, которые можно использовать для повышения энергоэффективности зданий, что приведет к экономии электроэнергии и исключит необходимость кондиционирования помещений.
Задачи, решаемые при проведении научно-исследовательской работы:
- назначение материала для изготовления вертикальных энергоэффективных панелей;
- определение размеров поперечного сечения конструкции;
- определение размеров крепежных конструкций;
- анализ предложенных материалов по физико-механическим характеристикам;
- технико-экономическое сравнение элементов конструкции;
- определение дальнейших шагов для усовершенствования конструкции.
Одним из способов повышения энергоэффективности зданий является применение ламелей. Первые варианты ламелей появились в 1920-1930 годы во время расцвета советского конструктивизма. Но и позднее данная технология не утратила свою значимость и повсеместно применялась. Например, на фасаде главного корпуса КубГАУ применена технология энергоэффективных ламелей из железобетона (рисунок 1).
Рисунок 1 - Главный корпус КубГАУ
Главной функцией энергоэффективных ламелей является контроль инсоляции помещения и защита помещений здания от нагрева. Конструкция ламелей надежно защищает внутреннее пространство, а также несущие конструкции от перегрева. Применение этой технологии позволяет снизить расход электроэнергии на кондиционирование помещений, тем самым здание становится более энергоэффективным, что приведет к существенному снижению затрат на эксплуатацию. Дополнительной функцией ламелей является обеспечение приватности: они закрывают окна от тех, кто находится снаружи здания, при этом не мешают обзору изнутри [6].
Проанализирован опыт прошлых лет и существующие на рынке решения конструкции энергоэффективных ламелей и определены основные достоинства и недостатки существующих вариантов фасадных ламелей. В результате проведенного анализа разработано абсолютно новое решение по конструированию ламелей, которое позволит значительно снизить затраты на материал конструкции, а также будет в полной мере обеспечивать ширину ламели и защиту металла от коррозии [3, 4].
Разработанное сечение ламелей имеет размеры 500*35 мм с пазами под крепление к клипсе (рисунок 2,3). Оптимальный шаг ламелей составляет 600-800 мм. При большем шаге ламелей они не будут выполнять свои функции по энергоэффективности. При меньшем шаге ламели будут мешать обзору изнутри здания, будут значительно сужать внутренние помещения, а также значительно сократят инсоляцию помещений.
Рисунок 2 - Профиль ламелей Рисунок 3 - Клипса
Крепление ламелей к стене осуществляется при помощи специальной системы, состоящей из кронштейна и несущих профилей (рисунок 4, 5). Такая система позволяет сохранять конструкцию в проектном положении наиболее продолжительный срок, а также в наименьшей мере испытывает температурные деформации в сравнении с другими методами закрепления. Крепление ламелей к стене осуществляется при помощи специальных клипс, которые крепятся к стыковочному профилю при помощи вытяжных заклепок. Крепеж таких заклепок производится в заводских условиях для обеспечения достаточной надежности строительной конструкции. Для исключения смятия деталей между стыковочным профилем и клипсой устанавливается металлическая пластина. Преимущество способа закрепления ламелей к несущему профилю при помощи клипс заключается в удобстве и быстроте замены ламелей. В случае повреждения одной ламели или любого другого аварийного состояния возможен ее быстрый демонтаж и крепление новой. Данный способ замены не требует специального строительного оборудования, достаточно использовать строительные леса. Вышеперечисленные аргументы подтверждают экономическую эффективность способа закрепления ламелей при помощи клипс [10].
Рисунок 4 - Схема крепления ламели к клипсе
Стыковочный профиль осуществляет передачу усилий от клипсы к основному несущему профилю кронштейна. Он крепится при помощи самонарезающих винтов с шагом 500-700 мм. Данная система ламелей универсальна и может использоваться для любого типа плоских фасадов. Форма плана может быть тоже абсолютно любой. Развитие металлопроката позволило создавать профили и для криволинейных конструкций.
Несущий профиль Профиль стыковочный <0
сО
-"г
Рисунок 5 - Несущий и стыковочный профили
В пазах основного несущего профиля наварены полусферы из металла, которые могут контролировать ход передаточного профиля в пазах основного несущего профиля. Максимальная длина основного несущего и стыковочного профилей составляет 7000 мм. Основной несущий профиль крепится к кронштейну при помощи болтов и втулки. Кронштейн представляет собой металлический профиль П-образного сечения. Максимальное расстояние между кронштейнами составляет 1500. Для большей прочности и устойчивости конструкции целесообразно располагать кронштейны соосно с расположением ламелей. Наша технология подразумевает использование универсальных крепежных элементов, которые повсеместно используются для строительных конструкций. Все комплектующие предварительно были рассчитаны на срез и выдергивание (рисунок 6).
Общий вид Наименование Применение
о » -----
—
.Rift liRR. ИР 1 *н1=г
—™ л-————
Рисунок 6 - Комплектующие конструкций. Крепеж
Особенно гармонично конструкции ламелей смотрятся с витринными ламинированными стеклами, которые иначе называют «триплекс». Чередование вертикальных ламелей и зеркальных стекол будут придавать зданию легкость и воздушность, при этом чередование высоты крепления может придать зданию дополнительную динамичность. В случае если планировка здания подразумевает наличие глухих фасадов или появляется необходимость скрыть фасад, возможна установка перемычки из оцинкованного или алюминиевого листа (рисунок 7,8) [7].
Рисунок 7 - Раскладка ламелей по фасадной системе
Рисунок 8 - Ламель и крепежные элементы
Максимальная высота ламели может достигать 7000 мм. Данная высота позволяет перекрыть 2 этажа здания со стандартной высотой потолков [5]. Мы выполнили визуализацию здания, на фасаде которого закреплены энергоэффективные ламели. Визуализация выполнялась при помощи программ 3ds Max и Corona Image Editor (рисунок 9).
Рисунок 9 - Визуализация фасадной системы
Композитные материалы фасадных ламелей
В качестве материала для вертикальных фасадных ламелей мы предлагаем использовать минерально -акриловый композитный материал. Он на 80 % состоят из природных материалов, полученных из бокситов и на 20 % из акриловой смолы. Это новый материал, который обладает широким функционалом, прочностью и долговечностью. Благодаря такому соотношению состава ламели из минерального акрила не подвержены воздействию атмосферных осадков и старению вследствие воздействия УФ излучения. Стоимость ламелей из минерального акрила значительно меньше стоимости железобетонных [2].
Экспериментально было доказано, что модуль упругости и прочность на изгиб минерально-акриловых ламелей при температуре 40°С снижается незначительно, что обуславливает возможность применения данного материала в условиях Юга России. Прочные характеристики после циклов замораживания-оттаивания не изменили свои значений [8]. Физико-механические характеристики ламелей из минерального акрила приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Физико-механические характеристики ламелей из минерального акрила
Физико-механическая характеристика Значение
Объемная плотность (кг/м 2 ) 1680-1175
Водопоглощение по массе (%) 0-1
Прочность на изгиб (МПа) 57,1-74,0
Модуль упругости (МПа) 8040-9220
Коэффициент теплового расширения (л/К) 2,0-3,7 -10 -5
Минерал-акрил имеет однородную, непористую структуру. Этот материал можно изготовить в любом цвете по шкале RAL. Также возможно выполнение сублимации текстуры под дерево, бетон и т.д. (рисунок 1012). Мы выполнили визуализацию ламелей из минерального акрила с различными вариантами покрытия [11]. В сравнение с ламелями из алюминия и оцинкованной стали, минерально-акриловые ламели не подвержены коррозии, что значительно снизит эксплуатационные затраты и увеличит срок их службы. В отличие от железобетонных, минерально-акриловые ламели не создают значительную нагрузку на здание [9].
тШ
Рисунок 10 - Визуализация ламелей из минерального акрила, окрашенного порошковым методом по RAL
Рисунок 11 - Визуализация ламелей из минерального акрила, окрашенного с сублимацией «под бетон»
Рисунок 12 - Визуализация ламелей из минерального акрила, окрашенного с сублимацией «под дерево»
Разработка механизма управления системой
Недостаток данного способа закрепления ламелей заключается в том, что в течение дня нельзя контролировать инсоляцию помещений. А современные требования по энергоэффективности предполагают внедрение автоматизации технических процессов в зданиях. Мы ставим для себя задачу разработать механизм, которой может поворачивать ламели вокруг вертикальной оси в течение дня для более точного контроля инсоляции [12].
Мы предлагаем расположить на стеклах датчики УФ излучения, которые будут в режиме реального времени определять уровень инсоляции помещения и передавать данные управляющей плате. Современные датчики УФ излучения обладают небольшими размерами и широким углом обзора, а также они способны определять УФ излучение с высокой точностью. В качестве управляющей платы мы предлагаем использовать ЛМшт в
силу простоты использования. Датчики будут передавать собранные данные на управляющую плату, которая, в свою очередь, будет передавать сигнал механическому приводу, который будет регулировать угол поворота ламелей. Для простоты системы мы можем объединить ламели в блоки с общим механическим приводом, что позволит значительно снизить затраты на механизацию конструкции (рисунок 13,14) [1].
Рисунок 14 - Визуализация закрепления динамических вертикальных ламелей
Данное решение позволит нормировать облучение ультрафиолетовыми лучами помещения в нужной степени. Так, жилые помещения и помещения общественных зданий должны инсолироваться каждый день в течение 2,5 часов, а образовательные помещения и помещения здравоохранения должны инсолироваться в течение 3 часов.
Технико-экономическое сравнение затрат
Мы провели технико-экономическое сравнение использования технологии энергоэффективных ламелей в зависимости от их материала (таблица 2).
Таблица 2 - Технико-экономическое сравнение затрат при использовании железобетонных, _минерально-акриловых ламелей и при их отсутствии_
№ Показатели сравнения Ед. изм. Значение на 1 м2
При отсутствии ламелей Монолитные железобетонные ламели Композитные минерально-акриловые ламели
1 Материалы и конструкции
1.1 Стоимость ламели тыс. руб/ шт 3,90 6,83
1.2 Объем конструкций м3 1,225 1,225
1.3 Крепежные элементы тыс. руб/м.пог 1,53
1.4 Итого стоимость конструкций тыс. руб 78,00 161,08
2 Средние трудозатраты
2.1 Монолитные железобетонные работы тыс. руб/м.пог. 7,89
2.2 Монтаж профилей тыс. руб/м.пог. 1,23
2.3 Затраты на транспортировку тыс. руб 12,45 4,56
2.4 Эксплуатационные расходы тыс. руб 0,85
2.5 Итого стоимость трудозатрат тыс. руб 98,21 25,09
2.6 Кондиционирование помещения тыс. руб 43,77
3 Итого стоимость материалов, трудозатрат и кондиционирования тыс. руб 43,77 216,69 186,17
В зданиях, на фасаде которого расположены вертикальные ламели, не требуется дополнительное кондиционирование, так как вследствие контроля инсоляции в помещениях сохраняется температура, комфортная для деятельности человека. Технико-экономическое сравнение мы проводили для помещения, которое имеет габариты 1/Ь =10*16 м. Окна расположены вдоль большей стороны. Принимаем размеры сечения 500*35 мм. Шаг ламелей - 0,8 м. Расчетная высота ламели 3,5 м. На рисунке 15 мы привели гистограмму стоимости ламе-лей из различных материалов по главным показателям.
250
216.69
Рисунок 15 - Гистограмма стоимости ламелей из железобетона (ряд 1) и из минерального акрила (ряд 2) 1-стоимость конструкций; 2-стоимость трудозатрат; 3-общая стоимость
При расчете кондиционирования считаем, что в помещении устанавливается кондиционер Епе^о1их 8Л836Ь2-Лстоимостью 157,6 тыс. руб. Мощность кондиционера при охлаждении - 10,4 кВт. Период охлаждения составляет 5 часов в день в течение 90 дней (для Юга России). Из итоговой стоимости конструкций и монтажа мы вычитаем стоимость кондиционера и расходы на кондиционирование помещения с учетом параметров, описанных выше.
Можно заметить, что в результате технология применения энергоэффективных вертикальных ламелей из минерального акрила окупает свою стоимость за 1 год, что подтверждает технико -экономическую эффективность данного способа повышения энергоэффективности общественных зданий. На рисунке 16 изображен график стоимости обеспечения температурного режима помещения. Использование технологии энергоэффективных ламелей исключает кондиционирование помещений в теплый период и позволяет дольше сохранять тепло в холодный период, что приводит к экономии средств на обеспечение температурного режима помещения в течение всего года.
Рисунок 16 - Стоимость обеспечения температурного режима помещения (в тыс. руб.) по месяцам
Заключение
Исследования в области применения энергоэффективных ламелей могут быть продолжены в дальнейшем. Мы задали вектор развития проблемы повышения энергоэффективности здания. В результате нашей работы мы разработали технологию, которая способно значительно снизить затраты на кондиционирование помещений. Окупаемость составила один год, что подтверждает экономическую эффективность применения данной технологии. В дальнейшем планируем разработать механизм, способный поворачивать энергоэффективные ламели вокруг вертикальной оси, а также разработать программный комплекс, способный анализировать данные, полученные от датчика УФ излучения.
Применение энергоэффективных ламелей приводит к нескольким экономическим преимуществам:
1) экономия электроэнергии;
2) уменьшение затрат на оснащение помещений системами кондиционирования;
3) привлечение инвестиций. Строительство энергоэффективных зданий повысит экономический класс здания и повысит его привлекательность для инвесторов;
4) социальная ответственность. Применение технологии энергоэффективных ламелей улучшит экологическую обстановку в стране.
С помощью нашей конструкции появляется возможность построить комфортабельное и экологичное здание, эксплуатация которого с каждым годом будет стоить все меньше, а выбросы углекислого газа из-за кондиционирования значительно сократятся.
Источники:
1. Дворецкий А. Т. Солнечная энергия в энергоэффективных зданиях //Фундаментальные, поисковые и прикладные исследования РААСЫ по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли Российской Федерации в 2020 году. - 2021. - С. 61-73.
2. Жеребцова, О. В. Экономические аспекты повышения энергоэффективности при строительстве зданий и сооружений / О. В. Жеребцова // Журнал правовых и экономических исследований. - 2021. - № 1. - С. 120-124. - DOI 10.26163/GIEF.2021.41.96.022. - EDNBTFEUJ.
3. Кузнецова, H. А. Оценка надежности системы светозащитных ламелей / H. А. Кузнецова // Проектирование и строительство i Сборник научных трудов 2-й Международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов, магистров и бакалавров, Курск, 04-05 июня 2018 года / Ответственный редактор И.В. Бакаева. - курск: Юго-Западный государственный университет, 2018. - С. 86-91. - EDN LYIXSP.
4. Лысёв В. И., Шилин А. С. Иаправления повышения энергоэффективности зданий и сооружений //Иаучный журнал ИИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование». - 2017. - №. 2. - С. 18-25.
5. Патент на полезную модель № 214300 U1 Российская Федерация, МПК E04C 3/04, E04C 3/07. Составная прямоугольная ламель из металлического листа i № 2022112714 i заявл. 05.05.2022 i опубл. 19.10.2022 / О. Л. Красочко ; заявитель Общество с ограниченной ответственностью "МКтрейд". -EDN FFJVHN.
6. Свод Правил СП 370.1325800.2017 «Устройства солнцезащитные зданий. Правила проектирования» / А.Т. Дворецкий, И.Л. Шубин, А.В. Спиридонов, и др.
7. Туснин А. Р. Иекоторые вопросы расчета тонкостенных стальных конструкций //Иаучное обозрение. - 2015. - №. 11. - С. 79-82.
8. Туснин А. Р. Расчет и проектирование конструкций из тонкостенных стержней открытого профиля :дис. - М. i [Моск. гос. строит. ун-т], 2004.
9. Basaran C., Nie S., Hutchins C. S. Time dependent behavior of a particle filled composite PMMA/ATH at elevated temperatures //Journal of composite materials. - 2008. - Т. 42. - №. 19. - С. 2003-2025.
10. Gunel E., Basaran C. Influence of filler content and interphase properties on large deformation micromechanics of particle filled acrylics //Mechanics of Materials. - 2013. - Т. 57. - С. 134-146.
11. Mackey C. O., Wright L. T. Periodic heat flow-composite walls or roofs //ASHVE Transactions. - 1946. - Т. 52. - №. 283. - С. 194-196.
12. Nie S. et al. Failure mechanisms in PMMA/ATH acrylic casting dispersion //Journal of the Mechanical Behavior of Materials. - 2006. - Т. 17. - №. 2. - С. 79-96.
