Влияние компонентного состава стяжки на теплотехнические параметры ограждающих конструкций жилого здания

Согласно СП 29.13330.2011 Полы. Актуализированная редакция СНиП 2.03.13-88 - стяжка (основание под покрытие): Слой пола, служащий для выравнивания поверхности нижерасположенного слоя пола или перекрытия, придания покрытию пола заданного уклона, укрытия проложенных трубопроводов, а также распределения нагрузок по нежестким слоям пола на перекрытии.

В настоящей работе рассмотрено влияние изменения компонентного состава стяжки, а именно введения в ее состав керамзитного гравия, на теплотехнические характеристики и показатели ограждающих конструкций жилого дома. Керамзит — лёгкий пористый строительный материал, получаемый путём обжига глины или глинистого сланца. Керамзитовый гравий имеет овальную форму.

Для определения влияния изменения компонентного состава и теплотехнических характеристик стяжки на параметры прилегающих ограждающих конструкций проведено физико-математическое моделирование распределения тепловых потоков в толще ограждающих конструкций. В качестве инструмента при выполнении данного моделирования используется программная система конечно-элементного (МКЭ) анализа.

Условия выполнения моделирования:

Здание расположено в Республике Башкортостан, г. Уфа. Для данного населенного пункта характерны климатические параметры представленные в таблице 1.

Таблица 1 - Климатические параметры холодного периода года
Наименование показателя	Ед.изм.	Показатель
Географический пункт		Республика Башкортостан, город Уфа
Зона влажности территории строительства		сухая
Расчетная температура воздуха в зимний период равной средней температуре воздуха наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92,	оС	минус 33
Средняя температура воздуха периода со средней суточной температурой воздуха 8 оС и ниже (температура отопительного периода), tht	оС	минус 6
Продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха  8 оС и ниже, Zht	сутки	209

Температура наружного воздуха: t_{нар.возд.} = -33 (расчетная температура наружного воздуха для города Уфы для проектирования систем отопления)

Температура внутреннего воздуха (с учетом вертикального распределения по зонам помещения): t_{внутр.возд.1} = 22°С, t_{внуутр.возд.2} = 18°С.

Конструктивная схема представлена на рисунке 1.

                         Рисунок 1 – Конструктивная схема

Стены здания выполнены как многослойные ограждающие конструкции, в качестве основного слоя ограждающей конструкции для которых выступает кладка из силикатного  кирпича, внешняя поверхность стены оборудована теплоизолирующим слоем, представляющим из себя конструкцию из минераловатных плит.

Таблица 2 – Характеристики конструкционных материалов

№ п/п	Материал	Коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·°С)	Толщина материала, мм
1	Кирпич силикатный	0,7	510
2	Минеральная плита	0,035	130
3	Стяжка	0,8 / 0,51*	100
4	Плита перекрытия	1,22	220

* - характеристики материала с улучшенными свойствами 

Вывод:  конструкция наружной стены, выполненная как многослойная ограждающая конструкция, в качестве основного слоя ограждающей конструкции для которой выступает кладка из силикатного  кирпича, внешняя поверхность стены оборудована теплоизолирующим слоем, толщиной 130 мм, в качестве утеплителя используется минеральная вата, удовлетворяет требованиям СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». Дополнительных мероприятий по утеплению ограждающих конструкций не требуется.

В качестве контрольной области выбран участок примыкания стяжки к несущей конструкции стены, как вероятная область промерзания конструкции. В соответствие с требованиями  СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» актуализированная редакция СНиП 23-02-2003, нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции не должен превышать значений, указанных в таблице 3.

Таблица 3 - Нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции

Здания и помещения	Нормируемый температурный перепад, ∆tн , °С, для
	Наружных стен	Покрытий и чердачных перекрытий	Перекрытий над проездами, подвалами и подпольями
Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты	4,0	3,0	2,0

В результате проведенного моделирования получены результаты, приведенные в таблице 4.

Таблица 4 – Результаты двумерного моделирования

№ п/п	Наименование	Коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·°С)	Температура в контрольной точке, °С	* Плотность теплового потока, Вт/м2
1	Стяжка без добавления керамзита	0,8	17,552	12,014
2	Стяжка с добавлением керамзита	0,51	17,44	12,043

* - плотность теплового потока через конструкцию стены, определялась как среднее значение на участке, соответствующее области расположения плиты перекрытия и стяжки.

Распределение температур в толще конструкции по контрольной плоскости, представлено на графиках 1и 2.

Анализируя представленные графики и значения полученных температур в контрольной точке при различных значениях коэффициента теплопроводности материала стяжки, можно сделать заключение о том, что при уменьшении коэффициента теплопроводности материала стяжки, путем внесения в ее состав керамзита, температура в контрольной точке также уменьшается и при определенных условиях может опуститься  ниже нормируемого значения.

Данное понижение температуры в контрольной точке обусловлено тем, что при уменьшении коэффициента теплопроводности, повышаются теплоизоляционные свойства материала стяжки и она, действуя как теплоизолятор, расположенный с внутренней стороны помещения, препятствует прогреву несущей конструкции в контрольной точке теплым воздухом помещения, что в конечном итоге приводит к понижению температуры в области контрольной точки.

Анализируя изменения значений плотности теплового потока через элементы конструкции на участке, соответствующем толщине плиты перекрытия и толщине стяжки, можно сделать вывод о том, что при уменьшении коэффициента теплопроводности материала стяжки, путем внесения в ее состав керамзита, плотность теплового потока увеличивается. Причину увеличения плотности теплового потока можно объяснить рассматривая совместно рисунки 2 и 3, на которых графически представлены направления векторов тепловых потоков и их относительные значения.

 Так же на рисунках 2 и 3 наглядно представлена тенденция смещения областей, имеющих более низкие температуры, в сторону конструкции стяжки и плиты перекрытия.

Для анализа влияния изменения компонентного состава стяжки на теплотехнические характеристики ограждающих конструкций, а именно на области, приходящиеся на угол, образованный наружными стенами несущей конструкции и плиты межэтажного перекрытия, построим трехмерную модель части моделируемого здания и проанализируем интересующий нас участок.

                                                                                          

                              Рисунок 4

Выполним сечение плоскостью, проходящей непосредственно через исследуемый участок и делящий угол на две части.

                                  Рисунок 5

Контрольная точка

                                     Рисунок 6

На рисунке 6 указана контрольная точка, в которой осуществляется регистрация показаний температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции при проведении моделирования.

В процессе моделирования расчеты выполнены для двух вариантов, в одном из которых в состав стяжки добавлен в керамзит, а в другом случае керамзит в стяжке отсутствует.

Условия моделирования приняты такими же, как и для условий моделирования двумерной модели при расчетной температуре наружного воздуха.

Температура наружного воздуха: t_{нар.возд.} = -33 (расчетная температура наружного воздуха для города Уфы для проектирования систем отопления).

Температура внутреннего воздуха (с учетом вертикального распределения по зонам помещения): t_{внутр.возд.1} = 22°С, t_{внуутр.возд.2} = 18°С.

Вариант 1

В составе стяжки отсутствует керамзит, коэффициент теплопроводности стяжки λ = 0,8 Вт/(м·°С)

Температура в контрольной точке t_к.т.1 = 15,504 °С.

Варинт 2

В состав стяжки добавлен керамзит, коэффициент теплопроводности стяжки λ = 0,51 Вт/(м·°С)

Температура в контрольной точке t_к.т.2 = 15,44 °С.

Разность значений температур в первом и втором вариантах составляет:

∆t_к.т. = 0,064 °С.

При этом закономерность, выявленная при двумерном моделировании, сохраняется – при добавлении в стяжку керамзита, температура в контрольной точке понижается, при прочих равных условиях.

На рисунке 7 графически представлены векторы  распределения тепловых потоков в тоще ограждающей конструкции при трехмерном моделировании.

При этом численное значение разности величин тепловых потоков для состава стяжки без внесения керамзита и с керамзитом, составляет ∆q = 0,029 Вт/м².

Для оценки изменения величины потерь через ограждающие конструкции, примем к рассмотрению конструкцию типового 12-ти этажного жилого дома, имеющего в плане размеры 50 х 14,6 м. Площадь ограждающих конструкций, приходящаяся на рассматриваемую область, по всей поверхности фасада рассматриваемого здания, составит S_обл = 248,1м².

                                     Рисунок 7

Изменение величины потерь тепловой энергии путем теплопередачи через ограждающие конструкции здания в следствие изменения компонентного состава стяжки, определим по выражению:

Q = ∆q * S_обл = 0,029 * 248,1 = 7,2 Вт.

Для определения экономической целесообразности применения модифицированных составов стяжки с внесением в компонентный состав керамзита, распространим полученные результаты расчетов, выполненных на расчетную температуру наружного воздуха (для г. Уфы -33 °С),  на отопительный сезон с учетом среднезимних температур наружного воздуха и расчетной продолжительности отопительного сезона согласно данным, представленным в таблице 1.

Согласно выполненных расчетов (для условий среднезимних температур наружного воздуха), разность величин тепловых потоков для состава стяжки без внесения керамзита и с керамзитом, составит ∆q = 0,054 Вт/м².

Изменение величины потерь через ограждающие конструкции за период отопительного сезона (для условий среднезимних температур для г. Уфы -6 °С)

  Q = 67201,36 Вт или 0,058 Гкал, что в денежном выражении, при тарифе на тепловую энергию в городе Уфа в 2017 году – 1902,23 руб. с НДС, составит 110 руб.

Данный перерасход денежных средств на оплату тепловой энергии на нужды отопления здания, следует считать несоизмеримым при наличии иных, 

Обследование тепловизором. Производители строительных материалов доверяют нам проверку качества своей продукции.

Опыт реализации энергосервисных контрактов.

Хочется рассказать о собственном опыте реализации энергосервисных контрактов, тех действиях и решениях, которые предпринимала наша компания при выполнении подобных контрактов.
   Наверное сразу стоит внести некоторую ясность и сказать о том, что всего за период с 2013 по 2016 год нашей компанией было реализовано порядка 11 контрактов. Попытки заключения подобных договоров начинались с переписки с чиновниками, с личными встречами и попытками хоть как-то достучаться до сознания людей и дать понять, что нужно все это не в последнюю очередь и им тоже. Но все наши попытки разбивались о банальное непонимание ситуации в принципе. У людей с закостеневшим сознанием не укладывалось в голове как коммерческая компания может вкладывать деньги в бюджетные учреждения, на нас косо смотрели, принимали за аферистов и грозились проверками, а чаще просто отделывались отписками с общими фразами. В период активного продвижения услуги, компания разослала порядка четырехсот писем во всевозможные инстанции - главам администраций городов и районов Республики Башкортостан, руководителям министерств и ведомств, а также непосредственно в бюджетные учреждения и организации. Результат был ошеломительный - ни одного заключенного контракта через 5 месяцев с начала активного предложения услуги на рынке Башкортостана. На тот момент в стране в стране уже существовала нормативная документация, регламентирующая порядок реализации энергосервисных контрактов, но отсутствовал реальный опыт у бюджетных учреждений. Но даже не отсутствие опыта и возможности изучить чьи-то наработки в этой области, а банальное НЕЖЕЛАНИЕ ЭКОНОМИТЬ, становилось поводом для отказа в заключении контрактов.
И все же, не несмотря на трудности контракты были заключены. Первым этапом реализации каждого проекта стало - разработка стратегии, общей концепции, суть которой сводилась к идее реализации энергосервисных контрактов как долгосрочных инвестиционных проектов. Первое - это понимание экономических принципов, являющихся основой реализации энрегосервисных контрактов, суть которых сводится к тому, что учреждение, организация или предприятие не привлекая собственных средств реализует комплекс энергосберегающих проектов путем заключения контрактов с энергосервисными компаниями, которые в свою очередь используя собственные или заемные средства осуществляют закупку оборудования, его монтаж и последующее техническое обслуживание (при необходимости) в течении всего периода действия энергосервисного контракта. Заинтересованность и возможная выгода от реализации подобных проектов казалось бы очевидна для обоих сторон - Заказчик выполняет требования Федерального законодательства, а именно ФЗ-261 "Об энергосбережении..." и экономит бюджетные средства, направляемые на приобретение энергоресурсов и воды, а Исполнитель гарантированно имеет возможность заключать контракты. Но на каждом из этапов есть нюансы, сдерживающие  развитие данного направления бизнес проектов.
Первый и наверное самый важный фактор - способность корректно оценить перспективы реализации каждого конкретного проекта, грамотно разработать технико-экономическое обоснование и оценить все возможные риски.