Помощь студентам в учебе
Энергоэффективная фасадная система для реконструкции здания
|
ВВЕДЕНИЕ 7
1. СОСТОЯНИЕ И АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ 11
1.1 Реконструкция существующих зданий и сооружений под
энергоэффективное здание 11
1.2 Анализ существующих фасадных систем 12
2. ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ МОДУЛЬНЫХ ФАСАДНЫХ СИСТЕМ В
ЕВРОПЕЙСКИХ СТРАНАХ И В РОССИИ ДЛЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ 21
2.1 Описание модулей 21
2.2 Применение модульных фасадов в России 24
2.3 Опыт применения модульных фасадных систем для реконструкции
жилых зданий в европейских странах 27
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УТЕПЛЕНИЯ НАРУЖНЫХ
СТЕН ЗДАНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДУЛЬНОЙ СИСТЕМЫ 35
3.1 Теплотехнический расчет стены с применением модулей 35
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ФАСАДНЫХ
МОДУЛЕЙ ДЛЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЯ 43
4.1 Моделирование узла крелпения модуля к стене здания 43
4.2 Разработка способа улучшения узла крепления и устранения
выявленных участков теплопотерь 52
5. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОЙ
КОНЦЕПЦИИ 59
5.1. Годовые затраты на отопление 59
5.2 Экономическое сравнение установки трех вариантов систем для реконструкции здания 60
6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ РАЗРАБОТАННОЙ
СИСТЕМЫ 63
6.1 Упаковка, транспортировка и хранение 63
6.2 Монтаж фасадной системы 67
ВЫВОДЫ 72
ПРИЛОЖЕНИЕ А 75
БИБИЛОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 76
1. СОСТОЯНИЕ И АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ 11
1.1 Реконструкция существующих зданий и сооружений под
энергоэффективное здание 11
1.2 Анализ существующих фасадных систем 12
2. ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ МОДУЛЬНЫХ ФАСАДНЫХ СИСТЕМ В
ЕВРОПЕЙСКИХ СТРАНАХ И В РОССИИ ДЛЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ 21
2.1 Описание модулей 21
2.2 Применение модульных фасадов в России 24
2.3 Опыт применения модульных фасадных систем для реконструкции
жилых зданий в европейских странах 27
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УТЕПЛЕНИЯ НАРУЖНЫХ
СТЕН ЗДАНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДУЛЬНОЙ СИСТЕМЫ 35
3.1 Теплотехнический расчет стены с применением модулей 35
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ФАСАДНЫХ
МОДУЛЕЙ ДЛЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЯ 43
4.1 Моделирование узла крелпения модуля к стене здания 43
4.2 Разработка способа улучшения узла крепления и устранения
выявленных участков теплопотерь 52
5. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОЙ
КОНЦЕПЦИИ 59
5.1. Годовые затраты на отопление 59
5.2 Экономическое сравнение установки трех вариантов систем для реконструкции здания 60
6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ РАЗРАБОТАННОЙ
СИСТЕМЫ 63
6.1 Упаковка, транспортировка и хранение 63
6.2 Монтаж фасадной системы 67
ВЫВОДЫ 72
ПРИЛОЖЕНИЕ А 75
БИБИЛОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 76
Российские и зарубежные исследователи в последнее время уделяют внимания проблемам обеспечения энергосбережения и энергоэффективности зданий на стадии их возведения, во время эксплуатации и реконструкции.
С каждым днем становится все более очевидно, что энергетическая эффективность является одним из основных трендов развития экономики XXI века. Борьба за снижение энергетических потерь происходит во всех отраслях современной индустрии, включая строительство. К сожалению, реальность такова, что мы потребляем колоссальное количество энергии и практически впустую. Причем основная часть энергетических потерь - это тепло.
На начало 2011 года имеется в достаточной степени сформированная нормативно-правовая база для системной работы в области повышения энергетической эффективности зданий. Принятый 23 ноября 2009 года Федеральный закон № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [1].
Актуальность работы определяется тем, что любое здание или жилое помещение теряет тепло, которое уходит через ограждающие конструкции (окна и двери, в том числе и в подъездах, чердаки, подвалы, полы, систему вентиляции). В домах старой постройки самым слабым звеном могут быть стены, которые отличаются низкой теплозащитой. Кроме того огромные потери тепла могут быть вызваны необходимостью обогрева наружного воздуха, попадающего в помещение при наличии «мостиков холода». Таким образом, необходимо улучшать теплозащитные характеристики уже существующих зданий.
Поэтому одним из наиболее актуальных направлений развития городов и поселений является задача понижения теплопотерь через фасад здания, при капитальном ремонте либо реконструкции зданий.
Новое строительство в нашей стране не превышает 10% существующего фонда, в связи с этим, проблема реконструкции зданий с целью повышения ихэнергоэффективности становится все более актуальной. Для ее решения необходимо выполнить комплекс мероприятий, включающий
усовершенствование архитектурных и планировочных решений; реконструкцию конструктивных элементов и систем; внедрение инновационных инженерных систем; оптимизацию технологий эксплуатации. При этом повышение теплоизолирующих параметров ограждающих конструкций, качественная теплозащита окон, воздухонепроницаемая облицовка зданий, обеспечивающая регенерацию тепловой энергии, исключение и минимизация появления мостиков холода является одним из главных направлением энергосбережения в зданиях при реконструкции и позволяет сократить до 30% энергопотерь.
124.13330.2012 "Тепловые сети"
Рисунок 1.1 - Диаграмма расхода тепловой энергии жилого фонда в
зависимости от года постройки здания.
На рисунке 1.1 видно, что нагрузка на отопление выше в тех домах, которые были построены до 1995 года. На основании данного исследования можно сделать вывод, что новое строительство практически отвечает нормативным требованиям по СП 124.13330.2012 «Тепловые сети» [3].
В целях обеспечения показателей, предусмотренных требованиями вновь введенных нормативных документов, стены зданий при реконструкции необходимо облицовывать современными эффективными
теплоизоляционными материалами. В последние десятилетия в жилищногражданском строительстве для обеспечения теплозащиты активно применяют наружные стены с фасадными энергосберегающими системами. Фасадные системы делятся на системы со штукатурным слоем, в которой предусмотрено клеевое или механическое закрепление утеплителя с помощью анкеров, дюбелей и каркасов к несущей части стены с последующим оштукатуриванием.
Существуют также теплоизоляционные плиты, имеющие полную заводскую готовность и не требующие после монтажа дополнительных отделочных работ; системы с облицовкой кирпичом или другими мелкоштучными материалами, где аналогично системам со штукатурным слоем закрепляется утеплитель, а затем выполняется кладка облицовочным слоем; системы с декоративными защитными композитными экранами, под которыми выполняют воздушный вентилируемый зазором между утеплителем и экраном. Данные системы утепления получили название «вентилируемый фасад».
Цель работы: разработка рационального решения для повышения энергоэффективности здания при реконструкции.
Для достижения данной цели, в работе были поставлены и решены следующие задачи исследования:
1. Проведение анализа существующих фасадных систем. Представление основных достоинств и недостатков систем, а также обоснование выбора наиболее эффективного метода утепления.
2. Выявление основных путей потери тепла из реконструируемого здания.
3. Теплотехнический расчет выбранного метода утепления.
4. Моделирование теплопередачи через модульную систему, с помощью программ РОК’ 11 и COMSOL. Выявление недостатков фасадной системы.5. Разработка новой конструкции узла крепления для устранения выявленных участков теплопотерь.
6. Экономическое обоснование выбранного способа повышения энергоэффективности здания.
Методика исследований включает в себя сбор литературных данных, теоретический анализ развития энергоэффективных фасадов, определение существенных недостатков, а так же достоинств материалов, предложение решения выявленных недостатков для увеличения энергоэффективности фасада.
Научная новизна состоит в решение проблемы по повышению энергоэффктивности фасада при реконструкции жилого здания и устранения теплопотерь через узлы крепления фасада к стене.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка из 33 наименований и содержит 78 страниц, в том числе 78 страниц машинописного текста, 56 рисунков, 4 таблицы.
Личный вклад автора. Представленные в работе результаты получены лично автором или при его непосредственном участии.
С каждым днем становится все более очевидно, что энергетическая эффективность является одним из основных трендов развития экономики XXI века. Борьба за снижение энергетических потерь происходит во всех отраслях современной индустрии, включая строительство. К сожалению, реальность такова, что мы потребляем колоссальное количество энергии и практически впустую. Причем основная часть энергетических потерь - это тепло.
На начало 2011 года имеется в достаточной степени сформированная нормативно-правовая база для системной работы в области повышения энергетической эффективности зданий. Принятый 23 ноября 2009 года Федеральный закон № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [1].
Актуальность работы определяется тем, что любое здание или жилое помещение теряет тепло, которое уходит через ограждающие конструкции (окна и двери, в том числе и в подъездах, чердаки, подвалы, полы, систему вентиляции). В домах старой постройки самым слабым звеном могут быть стены, которые отличаются низкой теплозащитой. Кроме того огромные потери тепла могут быть вызваны необходимостью обогрева наружного воздуха, попадающего в помещение при наличии «мостиков холода». Таким образом, необходимо улучшать теплозащитные характеристики уже существующих зданий.
Поэтому одним из наиболее актуальных направлений развития городов и поселений является задача понижения теплопотерь через фасад здания, при капитальном ремонте либо реконструкции зданий.
Новое строительство в нашей стране не превышает 10% существующего фонда, в связи с этим, проблема реконструкции зданий с целью повышения ихэнергоэффективности становится все более актуальной. Для ее решения необходимо выполнить комплекс мероприятий, включающий
усовершенствование архитектурных и планировочных решений; реконструкцию конструктивных элементов и систем; внедрение инновационных инженерных систем; оптимизацию технологий эксплуатации. При этом повышение теплоизолирующих параметров ограждающих конструкций, качественная теплозащита окон, воздухонепроницаемая облицовка зданий, обеспечивающая регенерацию тепловой энергии, исключение и минимизация появления мостиков холода является одним из главных направлением энергосбережения в зданиях при реконструкции и позволяет сократить до 30% энергопотерь.
124.13330.2012 "Тепловые сети"
Рисунок 1.1 - Диаграмма расхода тепловой энергии жилого фонда в
зависимости от года постройки здания.
На рисунке 1.1 видно, что нагрузка на отопление выше в тех домах, которые были построены до 1995 года. На основании данного исследования можно сделать вывод, что новое строительство практически отвечает нормативным требованиям по СП 124.13330.2012 «Тепловые сети» [3].
В целях обеспечения показателей, предусмотренных требованиями вновь введенных нормативных документов, стены зданий при реконструкции необходимо облицовывать современными эффективными
теплоизоляционными материалами. В последние десятилетия в жилищногражданском строительстве для обеспечения теплозащиты активно применяют наружные стены с фасадными энергосберегающими системами. Фасадные системы делятся на системы со штукатурным слоем, в которой предусмотрено клеевое или механическое закрепление утеплителя с помощью анкеров, дюбелей и каркасов к несущей части стены с последующим оштукатуриванием.
Существуют также теплоизоляционные плиты, имеющие полную заводскую готовность и не требующие после монтажа дополнительных отделочных работ; системы с облицовкой кирпичом или другими мелкоштучными материалами, где аналогично системам со штукатурным слоем закрепляется утеплитель, а затем выполняется кладка облицовочным слоем; системы с декоративными защитными композитными экранами, под которыми выполняют воздушный вентилируемый зазором между утеплителем и экраном. Данные системы утепления получили название «вентилируемый фасад».
Цель работы: разработка рационального решения для повышения энергоэффективности здания при реконструкции.
Для достижения данной цели, в работе были поставлены и решены следующие задачи исследования:
1. Проведение анализа существующих фасадных систем. Представление основных достоинств и недостатков систем, а также обоснование выбора наиболее эффективного метода утепления.
2. Выявление основных путей потери тепла из реконструируемого здания.
3. Теплотехнический расчет выбранного метода утепления.
4. Моделирование теплопередачи через модульную систему, с помощью программ РОК’ 11 и COMSOL. Выявление недостатков фасадной системы.5. Разработка новой конструкции узла крепления для устранения выявленных участков теплопотерь.
6. Экономическое обоснование выбранного способа повышения энергоэффективности здания.
Методика исследований включает в себя сбор литературных данных, теоретический анализ развития энергоэффективных фасадов, определение существенных недостатков, а так же достоинств материалов, предложение решения выявленных недостатков для увеличения энергоэффективности фасада.
Научная новизна состоит в решение проблемы по повышению энергоэффктивности фасада при реконструкции жилого здания и устранения теплопотерь через узлы крепления фасада к стене.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка из 33 наименований и содержит 78 страниц, в том числе 78 страниц машинописного текста, 56 рисунков, 4 таблицы.
Личный вклад автора. Представленные в работе результаты получены лично автором или при его непосредственном участии.
На сегодняшний день остро стоит вопрос по повышению энергоэффективности как существующих, так и новых зданий и сооружений. По всему миру ищут способы по понижению затрат на отопление, вентиляцию, кондиционирование, подогрев воды и так далее.
Для достижения уменьшения удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию, возможны разработка и внедрение мероприятий по энергетической эффективности, одно из которых — повышение теплозащиты наружных ограждающих конструкций многоквартирных жилых зданий до приведенного сопротивления теплопередаче.
Повышение сопротивления теплопередаче ограждений достигается за счет выбора более эффективного утеплителя и применения технических решений по повышению теплотехнической однородности конструкции за счет уменьшения влияния теплопроводных включений. Для обеспечения требуемых нормативных показателей, внешние стены жилых зданий реконструируют многослойными, состоящими из несущего и теплоизоляционного слоев. Технология наружного утепления стен дает максимальную защиту строения от теплопотерь через стены, благодаря тому, что принимает на себя холодное воздействие окружающей среды.
Именное эта проблема была затронута и решена в данной работе.
1. Был проведен анализ существующих фасадных систем для реконструкции здания. На основании их достоинств и недостатков, была подобрана фасадная модульная система, как наиболее подходящий вариант для реконструкции здания.
2. Изучен опыт применения модульных систем для реконструкции жилых зданий за рубежом.
3. Данная система имеет ряд преимуществ, которые превосходят существующие фасады. Однако у фасадных модулей так же присутствуют и недостатки - из-за большой длины болта, который был выбран согласнотехнической документации и нагрузок, при прохождение через несущую стену, создаёт выход большого теплового потока.
4. Данная проблема была выявлена с помощью компьютерного моделирования узла крепления и глади стены в программах COMSOL и РОК’11 соответственно.
Так же при установке болта на кронштейн-уголок, происходит повреждение цинкового покрытия уголка - данную проблему так же необходимо было решить.
5. Вышеперечисленные проблемы удалось решить с помощью внедрения терморазрывной прокладки из полипропиленового пластика, между кронштейнном-уголком и основанием-стеной. Данная система имеет в себе саму прокладку, которая не допускает выход теплового потока из помещения, а так же фиксатора, который аналогично запирает всю систему и сохраняет тепло внутри, к тому же данная деталь не даёт соприкасаться анкерному болту с кронштейном, что часто приводит к коррозии одного и другого и к снижению эксплуатационных характеристик.
После всех внедрений, данная система была повторно смоделирована в программах, и дана оценка тепловых полей, до реконструкции и после, с помощью диаграмм.
6. Чтобы понять, насколько экономически эффективна данная система был проведен расчет затрат на отопление после реконструкции, а так же стоимостный анализ материалов и возведения фасада в сравнении с существующей системой вентилируемого фасада. Экономический анализ показал, что затраты на отопление, в сравнении со зданием до реконструкции или при реконструкции вентилируемым фасадом, снижаются на 30 % и на 20 % соответственно. К тому же стоимость возведения модульной системой с терморазрывом на 2 254 690 руб. 00 коп. дешевле вентилируемого фасада.
На основании всего вышеизложенного можно сделать вывод, что данная фасадная модульная система, с внедрением в узел терморазрывной прокладки, целиком и полностью подходит для реконструкции существующего фасадаздания. Данный вывод доказан как с технической точки зрения, так и с экономической.
Для достижения уменьшения удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию, возможны разработка и внедрение мероприятий по энергетической эффективности, одно из которых — повышение теплозащиты наружных ограждающих конструкций многоквартирных жилых зданий до приведенного сопротивления теплопередаче.
Повышение сопротивления теплопередаче ограждений достигается за счет выбора более эффективного утеплителя и применения технических решений по повышению теплотехнической однородности конструкции за счет уменьшения влияния теплопроводных включений. Для обеспечения требуемых нормативных показателей, внешние стены жилых зданий реконструируют многослойными, состоящими из несущего и теплоизоляционного слоев. Технология наружного утепления стен дает максимальную защиту строения от теплопотерь через стены, благодаря тому, что принимает на себя холодное воздействие окружающей среды.
Именное эта проблема была затронута и решена в данной работе.
1. Был проведен анализ существующих фасадных систем для реконструкции здания. На основании их достоинств и недостатков, была подобрана фасадная модульная система, как наиболее подходящий вариант для реконструкции здания.
2. Изучен опыт применения модульных систем для реконструкции жилых зданий за рубежом.
3. Данная система имеет ряд преимуществ, которые превосходят существующие фасады. Однако у фасадных модулей так же присутствуют и недостатки - из-за большой длины болта, который был выбран согласнотехнической документации и нагрузок, при прохождение через несущую стену, создаёт выход большого теплового потока.
4. Данная проблема была выявлена с помощью компьютерного моделирования узла крепления и глади стены в программах COMSOL и РОК’11 соответственно.
Так же при установке болта на кронштейн-уголок, происходит повреждение цинкового покрытия уголка - данную проблему так же необходимо было решить.
5. Вышеперечисленные проблемы удалось решить с помощью внедрения терморазрывной прокладки из полипропиленового пластика, между кронштейнном-уголком и основанием-стеной. Данная система имеет в себе саму прокладку, которая не допускает выход теплового потока из помещения, а так же фиксатора, который аналогично запирает всю систему и сохраняет тепло внутри, к тому же данная деталь не даёт соприкасаться анкерному болту с кронштейном, что часто приводит к коррозии одного и другого и к снижению эксплуатационных характеристик.
После всех внедрений, данная система была повторно смоделирована в программах, и дана оценка тепловых полей, до реконструкции и после, с помощью диаграмм.
6. Чтобы понять, насколько экономически эффективна данная система был проведен расчет затрат на отопление после реконструкции, а так же стоимостный анализ материалов и возведения фасада в сравнении с существующей системой вентилируемого фасада. Экономический анализ показал, что затраты на отопление, в сравнении со зданием до реконструкции или при реконструкции вентилируемым фасадом, снижаются на 30 % и на 20 % соответственно. К тому же стоимость возведения модульной системой с терморазрывом на 2 254 690 руб. 00 коп. дешевле вентилируемого фасада.
На основании всего вышеизложенного можно сделать вывод, что данная фасадная модульная система, с внедрением в узел терморазрывной прокладки, целиком и полностью подходит для реконструкции существующего фасадаздания. Данный вывод доказан как с технической точки зрения, так и с экономической.
