Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Многослойные ограждающие конструкции зданий в строительной индустрии 11
1.1 Роль и значение фасадных систем в конструктивных решениях зданий 11
1.1.1 Назначение и типы фасадных систем 11
1.1.2 Возможность применения фасадных систем для реконструкции жилищного фонда 17
1.1.3 Вентилируемый фасад как строительная система 21
1.1.4 Типы вентилируемых фасадов 25
1.1.5 Основные требования к навесным вентилируемым фасадам 27
1.2 Системы навесных фасадов на строительном рынке России 28
1.3 Область исследований по управлению техническим состоянием навесных вентилируемых фасадов и их долговечности 37
Выводы 45
Глава 2. Методы, модели и методики исследования многослойных ограждающих конструкций 48
2.1 Надежность и долговечность многослойных ограждающих конструкций 48
2.1.1 Технологические и физические процессы 48
2.1.2 Методические основы долговечности ограждающих конструкций зданий 52
2.2 Оценка долговечности и надежности многослойных ограждающих конструкций зданий методами вероятностного моделирования
2.3 Обоснование основных характеристик и критериев эффективности системы управления техническим состоянием навесных вентилируемых фасадов 62
2.4 Модель оценки качества управления техническим состоянием навесных фасадных систем
2.5 Методы, способы проведения лабораторных испытаний материалов ограждающих конструкций 82
2.5.1 Методика определения теплопроводности материалов 82
2.5.2 Методы оценки тепловой защиты зданий 83
2.6 Исследование зависимости скорости воздушного потока в воздушном зазоре вентилируемого фасада от внешних факторов 86
2.6.1 Воздухопроницаемость ограждающих конструкций 86
2.6.2 Влияние изменения физических характеристик воздуха в зависимости от температуры окружающей среды на скорость движения воздуха 88
2.6.3 Влияние ширины зазора на скорость движения воздуха. 90
2.6.4 Влияние расстояния между входной и выходной щелями на скорость движения воздуха 91
2.6.5 Влияние сужения или расширения зазора на скорость движения воздуха 92
2.6.6 Влияние шероховатости поверхности зазора на скорость движения воздуха 93
Выводы 94
Глава 3. Экспериментальные исследования ограждающих конструкций зданий. обоснование работоспособности навесного вентилируемого фасада 97
3.1 Результаты лабораторных испытаний. Тепловизионная съемка. 97
3.2 Обоснование работоспособности навесного вентилируемого фасада по сопротивлению теплопередаче при последовательных отказах слоев конструкции 102
3.2.1 Теплотехнический расчет фасада здания 102
3.2.2 Сопротивление теплопередаче навесного вентилируемого фасада при последовательных отказах многослойной ограждающей конструкции 106
3.3 Экономическая эффективность навесных вентилируемых фасадов 107
Выводы 112
Глава 4. Технические, технологические и методические решения по повышению долговечности зданий 113
4.1 Обоснование целесообразности реализации конструктивных решений для повышения долговечности зданий 113
4.1.1 Устройство для крепления котлована 113
4.1.2 Конструкционно-теплоизоляционный элемент как средство повышения энергоэффективности зданий 117
4.1.3 Теплоизоляционная панель 120
4.2 Технологические решения по внедрению инновационных конструкционно-теплоизоляционных элементов для повышения энергоэффективности зданий 123
4.3 Методика управления техническим состоянием и оценки долговечности навесных вентилируемых фасадов 127
Выводы 132
Заключение 134
Список литературы
- Возможность применения фасадных систем для реконструкции жилищного фонда
- Оценка долговечности и надежности многослойных ограждающих конструкций зданий методами вероятностного моделирования
- Обоснование работоспособности навесного вентилируемого фасада по сопротивлению теплопередаче при последовательных отказах слоев конструкции
- Технологические решения по внедрению инновационных конструкционно-теплоизоляционных элементов для повышения энергоэффективности зданий
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Управление техническим состоянием объектов недвижимости является относительно новым и актуальным направлением как в научных исследованиях, так и в практической деятельности управляющих компаний жилищно-коммунального комплекса, что обусловлено прежде всего отсутствием нормативов по долговечности многослойных ограждающих конструкций.
В процессе эксплуатации зданий с многослойными ограждающими конструкциями одним из факторов, определяющих качество функционирования последних, является надежность их элементов, технологий и качество строительно-монтажных работ. Прогнозирование по времени предельно допустимых значений параметров материалов и срока службы системы в целом в условиях механических и природно-климатических воздействий является малоисследованным и актуальным направлением, которое позволит повысить надежность ограждающих конструкций в процессе эксплуатации.
До настоящего времени не в полной мере решены задачи физического и вероятностного моделирования надежности навесных вентилируемых фасадов зданий, основанные на учете температурно -влажностных условий, эксплуатационных параметров, параметров нагрузок конструктивных элементов, индексов надежности и вероятности отказов, а также недостаточно обоснована целесообразность их массового применения
Остаются нерешенными вопросы оценки эффективности управления техническим состоянием навесных вентилируемых фасадов из-за отсутствия системного обоснования количественных и качественных критериев. Актуальной остается проблема оценки качества реконструкции навесных вентилируемых фасадов, определяющая энергоэффективность зданий.
Поэтому разработка методического подхода к управлению техническим состоянием и оценке долговечности навесных вентилируемых фасадов является актуальной.
Степень разработанности темы.
Проблеме разработки методов повышения долговечности и управления техническим состоянием навесных вентилируемых фасадов в процессе эксплуатации, реконструкции или модернизации посвящены исследования ведущих НИИ России и ряда ученых. Проблемы и решения современных вентилируемых фасадных систем исследовались А.В. Грановским, Д.А. Киселевым, А.Б. Крутилиным, Н.И. Ватиным, A.M. Протасевичем, A. Abdullah, М. Ronnett и др.
Технологии восстановления эксплуатационной надежности жилых зданий разрабатывались А.А. Афанасьевым, Е.П. Матвеевым, мониторинг технического состояния и эксплуатационная работоспособность элементов здания рассмотрены в
работах В.Я. Мищенко, надежность и долговечность навесных фасадных систем - в работах В.В. Бабкова, Г.С. Колесника, B.C. Воробьева, А.С. Горшкова, М.В. Кнатько, П.П. Рымкевича, А.Н. Добромыслова, В.Н. Куприянова.
Организационно-технологические решения устройства навесных фасадных систем при капитальном ремонте жилых зданий разрабатывали Б.В. Жадановский, М.Ф. Кужин. Оценка методов повышения энергоэффективности и экономических аспектов повышения теплозащиты ограждающих конструкций зданий выполнены В.Г. Гагариным, Н.П. Умняковой, С.Н. Федоровым, С.Г. Шейной, В.Н. Семеновым, В.А. Лукиновым, P. Brazgevicius, М. Bomberg. Моделированием повреждений и оценкой долговечности ограждающих конструкций высотных зданий занимались Л.М. Пухонто, А.И. Козлов, В.А. Соколов, Ph. Parker, С. Lozinsky и др. Создание системы менеджмента качества в строительстве в условиях саморегулирования исследовали Л.Р. Маилян, А.Л. Зеленцов.
Роль и значение фасадных систем в конструктивных решениях зданий и целесообразность их массового применения в условиях воздействия природно-климатических и техногенных факторов Сибири обусловлены рядом преимуществ экономического, дизайнерского и временного характера. Однако на протяжении жизненного цикла строений с навесными вентилируемыми фасадами возникает широкий круг технических, организационно-технологических и экономических задач, комплексная оценка которых ставит перед исследователями новые цели. Актуальными остаются задачи разработки новых технических решений и технологий монтажа ограждающих конструкций применительно к условиям Сибири. Требуют научно-практического обоснования и методические подходы к управлению техническим состоянием и к оценке долговечности навесных вентилируемых фасадов зданий, что определяется условиями рыночных отношений и необходимостью привлечения частного капитала в виде инвестиций.
Объект исследования: навесные вентилируемые фасады зданий.
Предмет исследования: методы и модели управления техническим состоянием и оценки долговечности навесных вентилируемых фасадов зданий в условиях воздействия природно-климатических факторов Сибири.
Цель исследования: разработка методики управления техническим состоянием и оценки долговечности навесных вентилируемых фасадов зданий.
Задачи исследования.
Достижение цели исследования осуществлено посредством постановки и решения согласованных и логически связанных задач:
- оценить роль и значение фасадных систем в конструктивных решениях зданий и целесообразность их массового применения в условиях воздействия природно-климатических и техногенных факторов Сибири;
разработать модель оценки долговечности и надежности многослойных ограждающих конструкций зданий методами вероятностного моделирования;
обосновать основные характеристики и критерии эффективности системы управления техническим состоянием навесных вентилируемых фасадов;
разработать модель оценки качества управления техническим состоянием навесных фасадных систем;
выполнить тепловизионную съемку элементов наружных ограждающих конструкций зданий и обосновать подход к оценке работоспособности навесного вентилируемого фасада по сопротивлению теплопередаче при последовательных отказах слоев конструкции;
разработать новые технические решения и технологии монтажа элементов ограждающих конструкций, повышающих их эффективность;
- разработать методику управления техническим состоянием и оценки
долговечности многослойных навесных вентилируемых фасадов.
Научная новизна исследования представлена следующими результатами:
оценены роль и значение фасадных систем в конструктивных решениях зданий и целесообразность их массового применения в условиях воздействия природно-климатических и техногенных факторов Сибири;
разработана модель оценки долговечности и надежности многослойных ограждающих конструкций зданий методами вероятностного моделирования;
обоснованы основные характеристики и критерии эффективности системы управления техническим состоянием навесных вентилируемых фасадов;
разработана модель оценки качества управления техническим состоянием навесных вентилируемых фасадов;
обоснован подход к оценке работоспособности навесного вентилируемого фасада по сопротивлению теплопередаче при последовательных отказах слоев конструкции на основе данных тепловизионнои съемки элементов наружных ограждающих конструкций зданий;
разработаны новые технические решения и технологии монтажа элементов ограждающих конструкций, повышающих их эффективность;
- разработана методика управления техническим состоянием и оценки
долговечности навесных вентилируемых фасадов.
Теоретическая и практическая значимость диссертационного исследования.
Выполненные исследования вносят реальный вклад в теорию организации строительного производства в части повышения долговечности навесных вентилируемых фасадов за счет создания системы управления их техническим состоянием. Модели оценки долговечности и надежности многослойных ограждающих конструкций зданий методами вероятностного моделирования и
оценки качества управления техническим состоянием навесных фасадных систем позволяют прогнозировать снижение комфортности помещений и сроки проведения ремонтов. Практическая значимость определяется повышением комфортных условий внутри помещений и снижением затрат на эксплуатацию НВФ.
Методология и методы исследования: базируются на нормативно-методических документах, использовании математического аппарата теории графов, надежности, методов математического и вероятностного моделирования.
Положения, выносимые на защиту:
-
Модель оценки долговечности и надежности многослойных ограждающих конструкций зданий методами вероятностного моделирования.
-
Основные характеристики и критерии эффективности системы управления техническим состоянием навесных вентилируемых фасадов.
-
Модель оценки качества управления техническим состоянием навесных вентилируемых фасадов.
-
Методика управления техническим состоянием и оценки долговечности навесных вентилируемых фасадов.
Соответствие паспорту специальности. В соответствии с формулой специальности 05.23.08 - Технология и организация строительства, диссертационная работа соответствует по п. 11. - Разработка научных основ, системного подхода, методов и технологий повышения эксплуатационного качества промышленных и гражданских зданий с учетом круглогодичного производства работ, инструментального контроля и способов повышения надежности зданий при их возведении и реконструкции.
Степень достоверности и апробация результатов.
Достоверность результатов исследования подтверждена приведенными в диссертации теоретическими разработками и практическими рекомендациями, экспериментальными исследованиями, проведенными на ряде реальных объектов, математическими расчетами, а также обоснована доказательной базой производственных экспериментов, получивших практическое внедрение. Основные положения, материалы и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на международно-практической конференции, посвященной 80-летию Сибирского государственного университета путей сообщения «Инновационные факторы развития Транссиба на современном этапе» (Россия, Новосибирск, 2012 г.); на научно-технической конференции студентов и аспирантов, посвященной 80-летию СГУПСа «Наука и молодежь XXI века» (Россия, Новосибирск, 2012 г.); на VIII Международной научно-технической конференции Политранспортные системы в рамках года науки Россия - ЕС «Научные проблемы реализации транспортных проектов в Сибири и на Дальнем Востоке» (Россия, Новосибирск, 2014 г.); на Международной научно-практической конференции «Современная наука:
теоретический и практический взгляд» (Россия, Уфа, 2014 г.); на XXXVI Международной научно-практической конференции «Научная дискуссия: вопросы технических наук» (Россия, Москва, 2015 г.).
Личный вклад автора состоит в обобщении опыта эксплуатации навесных вентилируемых фасадов, оценке роли и значения фасадных систем в конструктивных решениях зданий и технического состояния их массового применения в условиях воздействия природно-климатических и техногенных факторов Сибири; в разработке моделей оценки долговечности и надежности многослойных ограждающих конструкций зданий, качества управления техническим состоянием навесных вентилируемых фасадов; в обосновании подхода к оценке работоспособности навесного вентилируемого фасада по сопротивлению теплопередаче при последовательных отказах слоев конструкции; в разработке новых технических решений элементов ограждающих конструкций, защищенных патентами; методики управления техническим состоянием навесных вентилируемых фасадов.
Публикации и изобретения. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в одиннадцати печатных работах общим объемом 2,62 п. л. (в том числе авт. 2,00 п. л.), среди них пять работ объемом 1,58 п. л. (в том числе авт. 1,18 п. л.) - в ведущих научных рецензируемых изданиях, включенных в перечень ВАК Минобрнауки России. По результатам исследований получено три патента РФ на полезную модель: устройство для крепления котлована; конструкционно-теплоизоляционный элемент; теплоизоляционная панель.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Объем диссертационной работы - 137 страниц основного текста, 52 рисунка, 15 таблиц, 3 приложения. Список литературы включает 153 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.
Возможность применения фасадных систем для реконструкции жилищного фонда
В настоящее время в этом секторе рынка наибольшей популярностью пользуются вентилируемые фасадные системы, которые отличаются продолжительным сроком службы и отличной функциональностью. На втором месте стоит фасадное остекление, предоставляющее возможность создавать идеальные светопропускающие поверхности на ровных и наклонных фасадах [93].
Фасад здания несет в себе несколько функций: в первую очередь декоративную и защитную. Выбирая фасады для здания, нужно учитывать некоторые разрушительные природные факторы региона. Именно от правильного выбора будет зависеть долговечность строения [116].
К природным факторам относятся следующие: - Сезонные колебания температуры воздуха. Под воздействием этого фактора происходит периодическое сжатие или растяжение материалов, что в результате приводит к деформации и порче фасадов; - Атмосферные осадки. Особым разрушительным воздействием на фасады отличаются косые дожди, проникающие в пористую структуру, щели, швы. Под их воздействием некоторые материалы теряют свои защитные свойства, подвергаются гниению и грибкам; - Ветер. Под его воздействием возникает барометрическое давление, разрушительно влияющее на тонкостенную облицовку фасадов; - Солнце. Под воздействием такого фактора, как солнечные лучи и ультрафиолет, некоторые материалы деформируются или же теряют свой цвет, первоначальный вид. Согласно своей структуре (конструкции) фасады классифицируются на три основные группы: это традиционные, штукатурные и вентилируемые.
Так, для Новосибирска традиционными фасадами выступают деревянные срубы или их аналоги, а также обычная кирпичная кладка, которая является основой стены. Основные теплоизоляционные функции в таких фасадах выполняет сама стена (основная кладка), а декоративную - клинкерный кирпич или сруб дерева.
Что касается разрушительного действия климатических факторов, кирпичный фасад не поддается сезонным температурным перепадам и воздействию ветра, а также не деформируются под воздействием солнечных лучей. Но пористая структура кирпича способствует высокому водопоглощению, поэтому требует дополнительной гидрофобизации (чего можно избежать при использовании торкретированных или глазурованных сортов стройматериала) [116].
Основными преимуществами кирпичных фасадов являются их высокая прочность и экологичность, пожаростойкость и ремонтопригодность, абсолютная способность противостоять большинству природных факторов и вполне доступная стоимость. Недостатками этих фасадов являются возникающие дополнительные затраты на гидрофобизацию, усиление фундамента и невысокая скорость кладки.
Штукатурные фасады, называемые еще «мокрыми», делятся на легкие и тяжелые, причем область применения обоих идентична. Легкие штукатурные фасады пользуются популярностью за счет низкой стоимости. Эти многослойные конструкции состоят из четырех основных слоев: клея (полимерцементного), теплоизоляционного слоя, армированной сетки и отделочного покрытия (краски либо штукатурки). Легкие штукатурные фасады изготавливаются из экологически чистых материалов и просты в монтаже.
Тяжелые штукатурные фасады отличаются своей толщиной, которая может варьировать от 20 до 50 мм (это и обусловливает его вес). Дополнительная функция этого типа отделки заключается в высокой теплоизоляции, которая обеспечивается плотностью используемого утеплителя.
«Мокрые» фасады имеют ряд преимуществ перед другими отделочными материалами, и пользуются популярностью в домостроении. Обладая невысокой стоимостью, мокрые штукатурные фасады имеют такие достоинства: - большой выбор фактуры и цветовой гаммы; - использование для утепления откосов; - простота в монтаже; - возможность частичной реконструкции. Также популярность таких фасадов обусловлена их совместимостью с другими материалами. Они монтируются практически на все поверхности: кирпич, бетон (как монолитный, так и сборный), брус, ДСП.
К минусам можно отнести лишь то, что данный вид фасадов требует обновления штукатурки каждые 5-7 лет, поскольку уличная пыль очень сильно въедается в ее поры [125].
Вентилируемые фасады состоят из трех основных слоев (несущий, теплоизолирующий и декоративно-защитный) и делятся на два основных вида: колодцевая кладка и навесной вентилируемый фасад.
Колодцевая кладка является видоизменным фасадом из традиционного кирпича. За прочность конструкции отвечает несущая стена, а вот теплоизолирующие функции выполняет паронепроницаемый облегченный слой утеплителя. Чаще для этой цели используют минеральную вату. Наружный, декоративно-защитный слой выполняется из кирпичной кладки. По всей поверхности несущей стены с помощью дюбелей и клея крепится минеральная вата. Между ней и фасадной кладкой оставляют зазор (тоже по всей площади стены). Вентиляционные отверстия планируют в нижней части (для притока наружного воздуха) и в верхней (для выхода воздуха наружу). Ввиду небольшой толщины, для устойчивости наружной стены используют анкера - механические стяжки, которые связывают несущую стену с фасадной. Устройство стены с использованием колодцевой кладки требует мастерства и внимания: недопустимы при работе потёки раствора или попадание мусора с внутренней стороны фасадной стены. Это чревато закупориванием вентиляционных зазоров, что приводит к нарушению циркуляции воздуха и снижению теплоизоляционного эффекта.
Оценка долговечности и надежности многослойных ограждающих конструкций зданий методами вероятностного моделирования
Понятие «долговечность» как один из показателей надежности применяется в различных сферах человеческой деятельности: машино- и приборостроении, строительстве, транспорте и т.п.
В строительной отрасли долговечность определяется по компонентам конструктивных решений с испытанием на влагостойкость, морозостойкость, биостойкость, атмосферостойкость, коррозию и т.п. Методики проведения испытаний, как правило, стандартные.
Наибольшей информативностью по долговечности обладают нормативные документы по надежности.
Так СНиП П-В. 6-62 [108] «Ограждающие конструкции. Нормы проектирования» - долговечность ограждающих конструкций определяется сроком их службы без потери требуемых эксплуатационных качеств в данных климатических условиях при заданном режиме эксплуатации.
Таким образом, долговечность является свойством изделия находиться в работоспособном состоянии до достижения им предельного состояния. Назначение, конструктивные особенности и режим эксплуатации определяют предельное состояние. Другими показателями предельного состояния конструкций является старение, отказы или затраты на ремонт.
При оценке долговечности используют понятия физической и моральной долговечности. Первая определяется физико-техническими характеристиками конструкций: тепло- и звукоизоляцией, прочностью, герметичностью и т.п.
Второе понятие определяется назначением здания, его соответствием современным, эстетическим и архитектурным требованиям.
Под оптимальной долговечностью будем понимать срок службы здания, степень износа которого, позволяет его восстанавливать при экономической целесообразности. Графическое представление надежности здания в виде вероятности его безотказной работы, долговечности и износа приведено на рисунке
Зависимость износа конструкции от времени эксплуатации Долговечность, определяемая эксплуатационными сроками службы строительных конструкций здания, при проектировании в настоящее время практически не оценивается. Вместе с тем, уделяется серьезное внимание проблеме энергоэффективности. Указанные параметры имеют между собой достаточно тесную взаимосвязь, в совокупности определяющую экономическую эффективность эксплуатации здания.
По нормативным документам 60-70-х гг. прошлого столетия все здания подразделялись на классы по степени долговечности. Это позволяло проектировщику выбрать те материалы и конструкции, которые были оптимизированы как с позиции минимизации эксплуатационных расходов, так и с позиции увеличения срока наступления их аварийного или недопустимого технического состояния. В частности, при недостаточной долговечности ограждающих конструкций с повышенным уровнем теплозащиты сэкономленные в результате уменьшения эксплуатационных расходов средства могут быть частично или полностью израсходованы на проведение последующих ремонтно-восстановительных работ. Таким образом, не только энергоэффективность, но и долговечность строительных конструкций влияет на экономическую эффективность вводимого в эксплуатацию жилья [81].
В настоящее время требования по уровню тепловой защиты зданий повышены в 2-3 раза, но при этом требования по долговечности полностью исключены из нормативной документации.
В настоящее время преобладают здания с многослойными ограждающими конструкциями. С позиции теории надежности их долговечность меньше долговечности однородных конструкций. Отказ любого конструктивного слоя (наружного ограждения, элементов крепления, тепло - и пароизоляции и т. д.) элемента такой конструкции приводит к отказу всей конструкции. Значительную роль играет зависимость потребительских и эксплуатационных свойств многослойных ограждающих конструкций от качества строительно-монтажных работ. При необоснованном копировании иностранных технологий не в полной мере учитываются и климатические условия нашей страны.
Для оценки долговечности ограждающих конструкций проводятся экспериментальные исследования, на первом этапе выбирается стеновая конструкция для проведения испытаний. К ней предъявляются следующие требования: она не должна быть однородной (однослойной); материалы конструктивных элементов должны обладать достаточной долговечностью; должно наблюдаться частое применение данной стеновой конструкции в проектах с привязкой к местности с определенными климатическими условиями. В лабораторных условиях моделируются эксплуатационные воздействия на фрагмент испытываемой стены.
В работе [35] описана климатическая камера, состоящая из теплого и холодного отсеков. Между ними помещают фрагмент стеновой конструкции. В теплой секции имитируют температурно-влажностные условия, нормированные для жилых помещений. В холодной секции создаются температурные условия наружного воздуха в наиболее критические с точки зрения воздействий периоды года.
Автоматизированная камера позволяет проводить испытания по заданной программе в течение длительного периода времени без перерывов и остановок.
Для моделирования эксплуатационных воздействий изучают данные о параметрах климатической активности выбранного района строительства за последние 15 лет. На основании полученных и обработанных данных разрабатывается программа испытаний, которая включала в себя следующие виды воздействий [71]: - попеременное дождевание/высушивание, в том числе в агрессивной среде; - попеременное охлаждение/нагревание, моделирующее влияние на строительные конструкции суточных и сезонных колебаний температуры воздуха в кратковременные периоды времен года - заморозков в осенний период и оттепелей в весенне-зимний период; - глубокое замораживание/оттаивание, моделирующее влияние на строительные конструкции самых низких отрицательных температур окружающего воздуха, характерных для выбранного региона строительств.
С целью имитации воздействий дождевых осадков используется специальная дождевальная установка с распылителями воды и регулируемой нагрузкой ее подачи. Производительность установки рассчитывается по данным количества осадков, выпадающих в регионе строительства в течение двух месяцев, предшествующих началу первых заморозков, а также на основании данных по скорости ветра за указанный период. С их учетом рассчитывается доля осадков, попадающих на вертикальные поверхности стен. Состав воды также можно варьировать в зависимости от реальных условий данной местности.
Основными эксплуатационными (контролируемыми в течение проведения испытаний) параметрами испытываемого образца являются прочность, характеризующая безопасность стены, сопротивление теплопередаче, обеспечивающее комфорт в помещении. В течение всего срока задается количество циклов испытаний.
Обоснование работоспособности навесного вентилируемого фасада по сопротивлению теплопередаче при последовательных отказах слоев конструкции
С целью выявления тепловых потерь выполнена тепловизионная съемка элементов наружных ограждающих конструкций зданий (стены, оконные проемы, стыки и пр.). Термографирование поверхности стены производилось в перпендикулярном направлении к стене либо при отклонении от этого направления влево, вправо, вверх и вниз, не превышающем 30.
В приложении Б представлены наиболее характерные для зданий предприятия результаты тепловизионной съемки ограждающих конструкций.
Обработка результатов обследования сводилась к следующему. Способ обработки результатов обследования принимаем в соответствии с требованиями ВСН 43-96 раздел 5 «По теплотехническим обследованиям наружных ограждающих конструкций зданий с применением малогабаритных тепловизоров» [21].
Обработав результаты тепловизионной съемки ограждающих конструкций зданий, которые приведены в таблице 3.2, произведем расчет фактических сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций для всех объектов обследования.
На наружных термографических снимках (прил. Б) видно, что тепловые потери в зданиях происходят через трещины, щели и полости в стенах, стыках между соединениями плит, панелей. Также большая часть потерь происходит через деревянные окна, двери и другие подобные им объекты.
Автором выполнен поверочный теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций здания. Исходные данные для расчета представлены в таблице 3.3. Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций в соответствии с требованиями СНИП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» должно быть не менее значения, рассчитанного исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий по формуле: С - расчетная зимняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 по СНИП 23-01-99 «Строительная климатология»; - ав = 8,7 Вт/(м С) - для стен и кровли; (коэффициенты теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций [113].
Так как сопротивление теплопередаче здания ИПК соответствует санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, проведение мероприятий по дополнительному утеплению ограждающих конструкций считаем нецелесообразным, поскольку данное мероприятие является высокозатратным и имеет значительные сроки окупаемости, во многих случаях превосходящие срок службы материала утеплителя (десятки лет). В остальных зданиях необходимо провести мероприятия по дополнительному утеплению ограждающих конструкций.
Обоснование работоспособности навесного вентилируемого фасада по сопротивлению теплопередаче при последовательных отказах слоев конструкции Теплотехнический расчет фасада здания
С учетом экспериментальных данных выполним расчет теплоизоляции для навесного вентилируемого фасада. В качестве исходных данных примем следующие. Место расположения объекта - г. Новосибирск. Расчетная температура воздуха наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 [113] - (-) 37С. Внутренняя температура воздуха помещений (tB) [36] - +21 С. Зона влажности [113] - 3 - сухая. Влажностный режим помещений w - нормальный, до 55 %. Продолжительность отопительного периода z0T при средней суточной температуре воздуха равной или ниже +8С [111] - 221 сутки. Температура отопительного периода t0T [111] - (-)8,1 С. Расчетные коэффициенты теплопроводности ХА материалов ограждающей конструкции и утеплителя приняты при условии эксплуатации - А.
Ограждающая конструкция выполнена из монолитного железобетона, толщиной 250 мм. Расчетный коэффициент ц=1,92 (Вт/(мС)). Коэффициент теплотехнической однородности [40] - 0,85. В качестве внешнего слоя утеплителя приняты гидрофобизированные плиты из каменной ваты «Эковер Вент-Фасад», плотность материала - 90-120 кг/м , толщиной 50мм, расчетный коэффициент теплопроводности Х2= 0,041 Вт/(мС). X - расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(мС). Термическое сопротивление многослойной ограждающей конструкции RK, м С/Вт, определяется суммой термических сопротивлений каждого слоя конструкции [112]:
Выполним расчет сопротивления теплопередаче навесного вентилируемого фасада здания при последовательных отказах многослойной ограждающей конструкции [79,127]. Результаты расчета представлены в таблице 3.6 и на рисунке 3.2.
Комбинации состояний: 0 - работоспособны все слои конструкции навесного вентилируемого фасада; 1 - отказ работоспособности одного слоя (утеплитель (50 мм) "Эковер Вент-фасад"); 2 - отказ работоспособности одного слоя (утеплитель (120 мм) "Эковер Лайт"); 3 - отказ работоспособности одного слоя (конструкция стены); 4 - отказ работоспособности одного слоя (внутренняя отделка помещения); 5 - отказ работоспособности двух слоев (утеплитель (120 мм) "Эковер Лайт", утеплитель (50 мм) "Эковер Вент-фасад"); 6 - отказ работоспособности двух слоев (утеплитель (50 мм) "Эковер Вент-фасад" конструкция стены; 7 - отказ работоспособности двух слоев (утеплитель (50 мм) "Эковер Вент-фасад", внутренняя отделка помещения); 8 - отказ работоспособности двух слоев (конструкция стены, внутренняя отделка помещения).
Расчеты сопротивления теплопередаче многослойной ограждающей конструкции при последовательных отказах слоев конструкции Комбинациясостояний СопротивлениетеплопередачемногослойнойОКR 0, м С/Вт Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхностиOK R sii м .с/вт Внутренн яя отделка помещени2 м С/Вт Конструк ция стеныR 2, м С/Вт Утеплитель1 (120мм)"ЭковерЛайт" R з2 м С/Вт Утеплитель 2 (50 мм) "Эковер Вент-фасад" R 42 м С/Вт
Технологические решения по внедрению инновационных конструкционно-теплоизоляционных элементов для повышения энергоэффективности зданий
Приведем краткое содержание блоков данного алгоритма. Для организации технического обследования объекта недвижимости необходима исходная информация (блок 1), которая берется из проектно-сметной документации на данный объект и действующих нормативных документов. На этой стадии выполняется разделение на СЭМ, геометрические параметры которых описаны в главе 2.
В настоящее время методическими рекомендациями для Москвы [118] предлагается проводить мониторинг НВФ 1 раз в 4 года. В условиях Сибири использование НВФ (особенно учитывая нарушения технологий их производства, которые отличаются достаточно высокой сложностью и требуют высокой квалификации исполнителей, а также внешние механические и природно-климатические воздействий), представляется автору не в полной мере обоснованным. Поэтому необходим регулярный мониторинг СЭМ с периодом внешних осмотров, устанавливающий механические повреждения, а также их инструментальный контроль в виде тепловизионной съемки, измерения температур и установлении их градиента, особенно в зимний период. Поэтому автор рекомендует в организационной структуре управляющих организаций ввести инженерную должность - инженер-эксперт с профессиональным базовым образованием по экспертизе и управлению недвижимостью.
На этой стадии определяются основные несоответствия жилых помещений установленным нормам. По результатам мониторинга реализуется блок 3 по оценке технического состояния НВФ. Данная оценка фиксируется специальным актом по экспертизе объекта, который является основанием для планирования необходимых мероприятий по поддержанию НВФ в работоспособном состоянии. При наличии выявленных обследованием дефектов производится разработка графа состояний по элементам СЭМ согласно алгоритму, приведенному в главе 2 диссертации (блок 4). Далее выполняются расчеты показателей надежности и эффективности изложенной в главе 2 (блок 5).
В случае необходимости производится дополнительное моделирование воздушных потоков в зазоре между утеплителем и ограждающим экраном, которое позволяет установить изменения, возникшие в процессе его эксплуатации.
Для принятия решений о включении в план ремонтных работ и их финансировании необходимо провести оценку по критериям, предложенным автором в главе 2. Согласно предложенным автором критериям, необходимо выполнить следующие виды оценок по блокам 8-13. Оценка трудоемкости монтажных работ производится по проектно-сметной документации с целью уточнения и корректировки инвестиций для случая необходимости проведения капитального ремонта НВФ (блок 8). Условный оператор 14 позволяет провести экспертизу фактических трудовых затрат на монтажные работы. В случае превышения трудоемкости монтажных работ, выявленных при экспертизе, следует произвести оценку лимитов инвестиций для принятия организационно-технологического решения о возможности проведения капитального ремонта (блок 15).
Оценка трудоемкости эксплуатации НВФ до настоящего времени не нормируется. Поэтому в каждой управляющей организации должен быть разработан свой подход к проведению данных работ. Условный оператор 16 проверяет ограничения по данному критерию. Если применительно к конкретному объекту это не выполняется, то необходимо провести оценку наличия собственных трудовых ресурсов и их профессиональной пригодности для выполнения ремонтных работ.
Блоком 10 выполняется оценка стоимости работ при восстановлении СЭМ по действующим федеральным и территориальным единичным расценкам (ФЕР, ТЕР). Также условным оператором 18 проверяются ограничения, согласно которым проводится оценка лимитов на текущий ремонт (оператор 19).
На каждом конкретном объекте недвижимости в зависимости от типа здания и НВФ эксплуатационные затраты имеют разное значение, и поэтому они также подвергаются проверке (оператор 20) и оценке лимита финансирования (блок 21). Качественная и количественная характеристика СЭМ сводится к оценке количества дефектов и повреждений СЭМ, проверке их на качество комфортности внутренних помещений и последующей оценке степени износа элементов СЭМ (глава 2).
Оценка времени восстановления элементов СЭМ (блок 13) необходима для планирования работ, сроки которых могут быть различными в различное время года: зимой - минимальные, летом - в соответствии с финансовой возможностью управляющей организации. Далее производится оценка срока службы элементов СЭМ (блок 25) для перспективного планирования инвестиций и текущих затрат.
В случае выполнения условий операторов («да») - ремонт навесного вентилируемого фасада не требуется. В невыполнения условий операторов («нет») требуется безусловный ремонт НВФ. Комбинация оценок как положительных, так и отрицательных («да», «нет») для каждого объекта недвижимости требует принятие экспертных заключений по каждому конкретному объекту недвижимости.
Данная методика принципиально предполагает изменения организационных структур и функций управляющих компаний и направлена на повышение комфортности проживания людей в домах с навесными вентилируемыми фасадами в условиях Сибири.