Міністерство освіти і науки України

Придніпровська державна академія будівництва та архітектури

Шаленний Василь Тимофійович

УДК 69.059.7:624.012.35

ОРГАНІЗАЦІЙНО-ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ФОРМУВАННЯ ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ НА ВИЗНАЧАЛЬНИХ ЕТАПАХ ЖИТТЄВОГО ЦИКЛУ ЦИВІЛЬНИХ БУДИНКІВ

спеціальність 05.23.08 - технологія і організація промислового та цивільного будівництва

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Дніпропетровськ - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури міністерства освіти і науки України.

Науковий консультант – доктор технічних наук, професор Тян Рево Борисович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедри фінансів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Торкатюк Володимир Іванович, Харківська національна академія міського господарства, завідувач кафедри економіки будівництва;

доктор технічних наук, професор Олійник Павло Павлович, Центральний науково-дослідний та проектно-експериментальний інститут організації, механізації та технічної допомоги будівництву Держбуду Російської Федерації, заступник генерального директора;

доктор технічних наук, професор Пшінько Олександр Миколайович, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту, ректор, завідувач кафедри будівель та будівельних матеріалів.

Провідна установа – Харківський державний технічний університет будівництва і архітектури, кафедра технології будівельного виробництва, міністерство освіти і науки України.

Захист відбудеться 7 жовтня 2004р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д08.085.01 при Придніпровській державній академії будівництва та архітектури (49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а, ПДАБтаА, ауд. 202).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури (49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а).

Автореферат розісланий 4 вересня 2004р.

Вчений секретар Баташева К.В.

спеціалізованої вченої ради Д08.085.01

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Сутність науково-прикладної проблеми, що розглядається у роботі, полягає в розробці організаційно-технологічних основ формування та удосконалення систем життєвого циклу цивільних будівель (проектування, будівництво, експлуатація, діагностика, ремонт та знесення) на основі їх енергозберігаючої раціоналізації. Вирішення цієї проблеми здійснюється на основі системного підходу й полягає в розробці цілісної, відкритої організаційно-технологічної системи, до складу якої входить комплекс інноваційно-технологічних, організаційно-економічних та технічних складових, що охоплюють всі визначальні етапи життєвого циклу цивільних будівель. Можливість її реалізації в сучасних соціально-економічних умовах економіки України розглядається як основоположна наукова гіпотеза. Показане вирішення проблем енергоємностї в збірному домобудуванні – шлях його реабілітації та подальшого розвитку.

Практичним результатом вирішення розглянутої проблеми є розробка і упровадження організаційно-конструктивно-технологічних систем життєвого циклу цивільних будівель, що забезпечують раціональне споживання енергоресурсів для свого ефективного функціонування.

Актуальність теми. Соціально-економічна проблема енергозбереження є одною з найважливіших для економіки України. Таким же чином вона стосується будівельного й житлово-комунального її секторів, які щороку споживають майже третину всіх енергетичних витрат держави. Після того, як в 1997р. в Японії був підписаний Кіотський протокол, до якого в 2004р. приєдналась і Україна, світовим співтовариством проголошена й реалізується концепція “сталого розвитку”, що прийшла на зміну безмежному “технічному прогресу” минулого. Ця концепція враховує інтереси майбутніх поколінь і, для подолання негативних наслідків глобальної економічної кризи, передбачає пошук нових шляхів економічного зростання та якості життя при одночасному зменшенні споживання енергії, природних ресурсів та техногенних відходів. Розвинуті країни зробили в проголошеному напрямі суттєві реформи й уже досягли конкретних результатів. Загальна энергоємність ВВП в США за розрахунками ІМЕ РАН зменшилась з 0,487 т у. п. на 1000$ в 1980р. до 0,38 в теперішній час (зменшення на 29%). В Німеччині за цей же час зменшення енергоємності ВВП склало 40%, в Японії - 20%. В Росії цей показник тільки починає скорочуватися й на одиницю ВВП витрачають на 30-40% більше енергоресурсів, ніж в США та інших індустріально розвинутих країнах. На Україні згаданий показник в 1997р. склав 2,15 т у. п. на 1000$ ВВП. За іншими даними, в 2001р. по Україні енергоємність ВВП оцінювалась в 1,715 т у. п. на 1000$. Причому, за останнє десятиліття, аналізуємий показник не зменшувався, а, навпаки, збільшився в 1,7 раза. Такий стан не можна вважати задовільним, а політика енергозбереження повинна стати домінуючою і на Україні, де, за даними її Держбуду, на одного мешканця витрачається 1,3 - 1,4 т у. п. на рік, що знову в 1,5-2,5 рази більше, ніж в індустріально розвинутих країнах.

До теперішнього часу, вирішенню означеної проблеми не приділялось достатньої уваги. Це можна пояснити як недооцінкою значення політики енергозбереження у колишньому СРСР, так і відомчим поділом й відповідно різним спрямуванням зацікавленості замовників проектування й спорудження об’єктів, підрядних організацій з виготовлення матеріалів, конструкцій, напівфабрикатів, а потім – й по їх зведенню, експлуатації та відновленню.

Відповідно і науково-прикладні дослідження розглядали та вирішували локальні завдання на окремих етапах життєвого циклу цивільних будівель, не завжди орієнтуючись на досягнення глобального ресурсозберігаючого ефекту. Тут і з’являється досить суттєве протиріччя, що вимагає свого вирішення шляхом дослідження всього життєвого циклу як взаємопов’язаної системної трансформації, що повинна здійснюватись на основі фундаментальних наукових досліджень з метою зменшення загального споживання енергетичних ресурсів у взаємозв’язку з, визначеними за їх результатами, визначальними складовими. Тому дослідження, що спрямовані на розроблення та впровадження організаційно-технологічних основ комплексної економії енергетичних ресурсів цивільними будівлями на протязі всього їх життєвого циклу, можна розглядати як такі, що вирішують актуальну науково-прикладну проблему на рівні національної безпеки держави.

Можливість суттєвого зменшення комплексного енергоспоживання на протязі всього життєвого циклу цивільних будівель на основі встановлених якісних та кількісних взаємозв’язків формуючих його складових з організаційно-технологічними вирішеннями з формування, функціонування та відновлення цих будівель, що поетапно визначаються та приймаються, виступає надалі як основоположна робоча гіпотеза досліджень.

Таким чином, проблема розробки організаційно-технологічних основ формування та зменшення показників енергоспоживання в життєвому циклі цивільних будівель для незалежної України актуальна як в науковому, так і в прикладному аспектах.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові дослідження та розробки виконувались у відповідності з напрямками наукових досліджень Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за наступними завданнями: “Розробка енергозберігаючих технології та обладнання для виготовлення дрібних стінових блоків із бетонів на основі відходів виробництва”, дб54, № держреєстрації 0196U008314; “Удосконалення технології та обладнання для виготовлення бетонних і залізобетонних виробів на основі енергозбереження та безпечних методів виробництва робіт”, дб82, № держреєстрації 0196U018711; “Вибір та обґрунтування раціональних організаційно-технологічних схем реконструкції житлових будинків”, дб99, № держреєстрації 0198U001621; “Розробка організаційно-технологічних схем реконструкції 4 – 5-поверхових житлових будівель”, дб08, № держреєстрації 0100U003886; “Наукове обґрунтування організаційно-конструктивно-технологічних пропозицій з подовження життєвого циклу житлових будівель перших масових серій”, дб16, № держреєстрації 012U002361. Вказані роботи, що фінансувались Міністерством науки та освіти України, витікали та супроводжувались також рядом госпдоговорних розроблень, із останніх відмічаємо НДР гд №297 “Конструктивно-технологічне вирішення для виготовлення дрібних стінових блоків із бетонів на основі відходів металургійного виробництва”, № держреєстрації 0101U003603; №412 “Техніко-економічне обґрунтування конструктивно-технологічних рішень з влаштування зовнішнього утеплення та опорядження будівлі школи №27 в м. Дніпродзержинську” та №627 “Аналіз закордонної технології Moneta й формулювання пропозицій з її застосування в умовах реконструкції цивільних будівель”. У всіх перерахованих роботах автор дисертації виступав як науковий керівник або відповідальний виконавець.

Мета роботи і задачі дослідження. Мета – створення апарату, який включає концепцію, методи дослідження організаційно-технологічної системи формування і енергозберігаючого удосконалення життєвого циклу цивільних будівель, які забезпечать комплексне вирішення проблеми зменшення показників енергоємності життєвого циклу вказаних будівель сучасних міст.

Основні задачі дослідження:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.Виконати техніко-економічну оцінку комплексу запропонованих енергозберігаючих інновацій за результатами впровадження в нормативно-рекомендаційні документи, практику проектування, технологію та організацію виготовлення конструкцій, будівництва і реконструкції раніш побудованих будівель переважно із бетону та залізобетону.

Об’єкт дослідження - організаційно-технологічні та управлінські процеси енергоспоживання в життєвому циклі цивільних будівель переважно із бетону та залізобетону.

Предмет дослідження - зв’язки та закономірності, що виникають у процесі управління ресурсами при реалізації життєвого циклу цих будівель для підвищення його комплексної енергетичної ефективності.

Методи дослідження - загальна теорія систем, абстрагування, системно-структурного аналізу, ідеалізації, формалізації, декомпозиції і синтезу, математичного моделювання - для дослідження й моделювання показників енергоефективності функціонування складної організаційно-технологічної системи життєвого циклу цивільних будівель та її підсистем; оптимізації та теорії прийняття рішень – при обґрунтуванні прийняття раціональних ресурсозберігаючих вирішень на різних етапах формування, функціонування й відновлення фондів житла та об’єктів соцкультпобуту; удосконалені за участю автора стандартні методи досліджень інтенсивності вібрації бетону й шуму на робочих місцях; експертних оцінок, теорії ймовірностей та прикладної геометрії - для оцінки, обробки й представлення результатів дослідження, аналізу і синтезу при розробці нових конструктивно-технологічних вирішень, що реалізують у практичні проекти, отримані теоретичні та експериментальні результати. Використано праці провідних вітчизняних і закордонних вчених в галузі технології та організації будівельного виробництва.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що науково-прикладна проблема розробки організаційно-технологічних основ формування та раціоналізації комплексних показників енергоспоживання в життєвому циклі цивільних будівель вирішена шляхом розробки організаційно-технологічних підсистем проектування, зведення, експлуатації та реновації цивільних будівель, котрі включають комплекс інноваційно-технологічних, організаційно-економічних та технічних складових, і на їх основі – організаційно-технологічну систему вцілому, яка ґрунтується на наступному:

1.Вперше: - з позицій загальної теорії систем обгрунтована концепція організаційно-технологічної ресурсоспоживаючої системи життєвого циклу цивільних будівель як цілісної, відкритої, організованої і гнучкої структури із неоднорідних складових. Це дозволило поширити дослідження автора на прогнозування і оцінку комплексного енергоспоживання таких систем для призначения ефективних міроприємств з їх удосконалення в залежності від фактичного стану на досягнутому етапі життєвого циклу;

- досліджено й встановлено взаємозв’язки змін енергоспоживання вказаної системи життєвого циклу цивільних будівель при можливих зовнішніх та внутрішніх впливах, що дало можливість обгрунтувати необхідність комплексної та цілеспрямованої зміни описаних складових системи життєвого циклу будівель для підвищення ефективності її функціонування шляхом зовнішніх впливів та врахування попередніх внутрішніх станів.

2.Удосконалено методи моделювання ресурсоспоживаючої системи життєвого циклу цивільних будівель з використанням графоаналітичних методів, виявленням та удосконаленням елементів системи, які вносять визначальний внесок в комплексне споживання енергоресурсів за цей цикл.

3.Отримали подальший розвиток методи, що застосовуються в інших галузях науки та техніки, шляхом їх відбору, пристосування та конкретизації стосовно детального моделювання показників ресурсоспоживання окремих визначальних складових життєвого циклу цивільних будівель.

4.Встановлено взаємозв’язки та залежності між технологічними параметрами виробництва конструкцій та реконструкції поширених конструктивних систем цивільних будівель з прогнозними техніко-економічними, включаючи й енергетичні, показниками їх функціонування для наступних, попередньо відібраних, найбільш енергомістких та значимих етапів життєвого циклу:

4.1) виробництво дрібних стінових блоків за поточно-агрегатною, стендовою технологіями і на рухомому бетоноформовочному віброобладнанні;

4.2) приготування бетону та виготовлення арматурних конструкцій;

4.3) вертикальне виробництво великорозмірних плоских та просторових залізобетонних конструкцій;

4.4) виробництво конструкцій широкої номенклатури в оригінальних багатомісних опалубочних формах;

4.5) модернізація раніше побудованих цивільних будинків для підвищення їх енергоефективності та інвестиційної привабливості.

5.Запропоновано комплекс науково обгрунтованих взаємопов’язаних заходів системного удосконалення організаційно-технологічних і конструктивних рішень, які спрямовані на зниження ресурсоємності найбільш значимих елементів та етапів життєвого циклу цивільних будівель. Вони склали основу розроблених, запатентованих і частково впроваджених автором конструктивно-технологічних вирішень, які сприяли суттєвому скороченню питомого енергоспоживання та витрат інших ресурсів. Їх новизна підтверджується більш ніж 40 охоронними документами колишнього СРСР, України та Російської Федерації з подальшим патентуванням розробок.

Практичне значення одержаних результатів роботи полягає в тому, що, за рахунок упровадження комплексу енергозберігаючих заходів на визначальних етапах життєвого циклу ряду об’єктів і технологічних ліній, досягнуто зменшення питомого енергоспоживання на виробництві конструкцій та експлуатації реконструйованих будівель на 7-30%. Скорочення питомих витрат трудових ресурсів на окремих об’єктах та технологічних переділах склало від 4 до 27-30%, собівартості виробництва конструкцій та реконструкційних робіт на 5,6-8%. Суттєво, в межах до третини, збільшено потужність ряду технологічних ліній виробництва залізобетонних конструкцій в Російської Федерації та на Україні. Це сприяло також вирішенню важливих соціальних завдань забезпечення населення житлом та об’єктами обслуговування у відповідності з реальними, все зростаючими потребами, а також покращенню екологічної ситуації.

Конкретно були упроваджені:

1.Організаційно-технологічний комплекс ресурсозберігаючого формування, функціонування та відновлення фондів житла і об’єктів соцкультпобуту, який забезпечено інструктивно-нормативною базою у формі рекомендацій, методичних вказівок, регламентів та інших документів, що затверджувалися у відповідному порядку та поширені для виробничої апробації у проектних, будівельних та комунальних організаціях, підприємствах України і Російської Федерації.

2.Реалізовані на практиці організаційно-технологічні і конструктивні вирішення із створення або модернізації технологій виробництва:

·

·

·

·

·

3.Розроблена та реалізована на практиці в ДПІ “Дніпродзержинськцивільпроект” і ДФ НДІПроектреконструкції методика оцінки і вибору доцільних варіантів подовження життєвого циклу цивільних будівель з врахуванням їх фізичного та морального зносу, а також місцезнаходження та конструктивно-планувальних вирішень. Обгрунтовано, розроблено, запатентовано та впроваджено у проекти реконструкції ряду об’єктів Дніпропетровська і Дніпродзержинська нові конструктивно-технологічні вирішення з зовнішнього утеплення та опорядження, збільшення корисної площі шляхом прибудови та надбудови для скорочення термінів окупності необхідних для цього інвестицій.

4.Теоретичні розробки автора з ресурсозберігаючого удосконалення життєвого циклу цивільних будівель знаходять впровадження в учбовому процесі Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, Запорізької державної інженерної академії, Харківської національної академії міського господарства та інших вищих учбових закладів України і Російської Федерації.

5.Сумарний документально підтверджений ефект від впровадження розробок та пропозицій, в перерахунках в поточні ціни 2003р. та валюту України, на долю автора склав більше мільйону гривень.

Особистий внесок здобувача. Основні положення дисертаційної роботи отримані автором самостійно й знайшли відображення в одноосібній монографії [1] та статтях [7-16, 111, 112]. В опублікованих у співавторстві роботах особистий внесок автора полягає в обґрунтуванні та розробці методики досліджень [4, 21, 22, 25, 26, 29 - 31, 33, 36, 40 – 42, 47, 50, 95, 96, 101, 104 - 107, 109, 110], встановленні закономірностей впливу відібраних факторів та показників на енергоефективність міроприємств з модернізації домобудівного виробництва [3, 5, 23, 27 – 29, 36, 40, 42 - 45, 47 - 49, 95, 97 - 99, 101, 103, 107 - 109]. В запатентованих конструктивно-технологічних розробленнях [53 - 94] автором, в результаті проведених особисто досліджень, обґрунтовані шляхи удосконалення й запропоновані конструктивно-технологічні рішення. Автор приймав безпосередню участь як керівник або відповідальний виконавець, в розробленні [2, 4, 5, 17 – 21, 23 – 26, 28, 32, 34, 35, 38, 39, 42 - 45, 51, 52, 97 – 104, 106, 109, 110], та упровадженні результатів в проекти [19, 24, 36 - 39, 45, 98, 104], проводив техніко-економічну оцінку ефективності їх реалізації [19, 36 - 38, 40, 52]. Участь автора в опублікованих у співавторстві роботах характеризується також у супровідних документах.

На захист виносяться:

·

·

·

·

·

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідались і були схвалені на: наукових семінарах кафедр технології будівельного виробництва, планування та організації будівництва (виробництва) Придніпровської державної академії будівництва та архітектури (1988 - 2004 р.р.); Х всесоюзній конференції з бетону і залізобетону "Бетон и железобетон - ресурсо- и энергосберегающие конструкции и технологии" (м. Казань, 18-20 жовтня 1988р.); всесоюзному науково-технічному семінарі "Экономия топливно-энергетических ресурсов в промышленности сборного железобетона" (м. Челябінськ, 1989р.); всесоюзному науково-технічному семінарі "Ресурсосберегающие технологии в производстве сборного железобетона" (м. Челябінськ, 16-18 травня 1990р.); всесоюзному науковому семінарі “Отделочные материалы для внутренних и наружных облицовочных работ” (м. Москва, 31 жовтня - 1 листопада 1991р.); республіканській науково-технічній конференції “Iндивiдуальний житловий будинок" (м. Вінниця, 8-10 жовтня 1996р.); міжнародній науково-технічній конференції “Ресурсоекономнi матерiали, конструкцiї, будiвлi та споруди" (м. Рівне, 1996р.); 1 всеукраїнській науково-практичній конференції “Економiя теплоти та енергiї в проектуваннi та будiвництвi” (м. Полтава, 22-24 жовтня 1996р.); науково-технічній конференції “50 лет Донецкому Промстройниипроекту и развитие строительной науки в Донбассе” (м. Донецьк, 16-17 грудня 1997р.); міжнародній конференції “Проблемы реконструкции и эксплуатации промышленных и гражданских объектов” (м. Дніпропетровськ, 16-17 вересня 1999р.); 1V міжнародній науково-технічній конференції “Сталезалiзобетоннi конструкцiї: дослiдження, проектування, будiвництво, експлуатацiя” (м. Кривий Ріг, 14-17 листопада 2000р.); 1 та 11 міжнародних симпозіумах “Безопасность жизнедеятельности в ХХ1 веке” (м. Дніпропетровськ, 30 січня 2001р., 29 січня 2002р.); ХХХ1 всеросійській науково- технічній конференції “Актуальные проблемы современного строительства” (м. Пенза, 25-27 квітня 2001р.); 1 всеукраїнській науково-технічній конференції “Реконструкція будівель та споруд. Досвід і проблеми” (м. Київ, 11-14 червня 2001р.); регіональній науково-технічній конференції “Экологические проблемы Приднепровского региона (м. Дніпропетровськ, червень 2001р.); 11 міжнародній науковій конференції “Перспективные задачи инженерной науки” (м. Алушта, 4-10 липня 2001р.); міжнародній науково-технічній конференції “Строительство, реконструкция и восстановление зданий и сооружений городского хозяйства” (м. Харків, 15-17 травня 2002р.); 1V міжнародній науково-практичній конференції ”Проблемы организации и управления жилищно-коммунальным хозяйством” (м. Дніпропетровськ, 5 червня 2002р.); міжнародній конференції ”Современные проблемы восстановления и реконструкции зданий и сооружений” (м. Гурзуф, 7-11 жовтня 2002р.); 5-й міжнародній конференції-виставці “Реконструкція житла-2003” (м. Київ, 5 червня 2003р.); всеукраїнській науково-практичній конференції ”Україна. Житло-2003” (м. Одеса, 25-26 червня 2003р.); 1 міжнародному науково-практичному семінарі “Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве” (м. Дніпропетровськ, 18-20 березня 2003р.); 59-й науково-технічній конференції Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури (м. Харків, 15-16 квітня 2004р.), щорічних науково-технічних конференціях в ПДАБА “Будівельні матеріали і будівельні конструкції”, а потім “Стародубівські читання” (м. Дніпропетровськ, квітень 1989 – 2003рр. - всього 14 доповідей і повідомлень), а також були представлені у двох номінаціях на Всеукраїнському конкурсі “Винахід року – 2003”. Крім того, результати досліджень обговорювались на науково-технічних нарадах і засіданнях у будівельних, науково-дослідних та проектних організаціях, виробничих підприємствах і фірмах.

Публікації. Основні результати і висновки роботи знайшли своє відображення у 112 публікаціях, з них: 2 монографії (1 одноосібна), 3 брошури, 44 (11 одноосібних) статті у фахових виданнях, що входять до переліків, затверджених ВАК України, 20 авторських свідоцтв СРСР, 22 патента України та Російської Федерації, 1 опублікована заявка Російської Федерації, 2 депонованих рукописи, 16 - в матеріалах симпозиумів, конференцій тощо. Зміст дисертації склав основну частину 4 науково-технічних звітів, що пройшли державну реєстрацію.

Структура дисертації підпорядкована вирішенню поставлених в ній завдань. Загальний обсяг - 406 стор., у тому числі: основна частина - 314 стор. (текст - 265 стор.), додатків - 35 стор. Робота складається із вступу, 8 розділів, загальних висновків та 14 додатків. Обсяг використаних джерел - 482 найменування на 52 стор. В основній частині дисертації налічується 17 таблиць та 69 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкривається сутність і стан науково-прикладної проблеми з обґрунтуванням необхідності, завдань та методології проведення дослідження з формування енергозбереження в життєвому циклі цивільних будинків.

У першому розділі виконано аналіз теорії та практики формування (проектування, виготовлення конструкцій і матеріалів, транспорт і будівництво), функціонування (експлуатація) та відновлення (ремонти, модернізація, знесення) цивільних будівель переважно із бетону та залізобетону для визначення мети і конкретизації завдань дослідження. Показано актуальність та сформульовано гіпотезу щодо можливості вирішення науково-прикладної проблеми енергозбереження при комплексному розгляді й моделюванні взаємопов’язаних складових енергоспоживання в життєвому циклі будівель з позицій системного підходу.

Основоположниками та активними послідовниками розробленої М.П. Бусленком теорії систем та системного моделювання, у будівельній галузі в колишньому СРСР, необхідно назвати В.А. Афанасьева, Ю.І. Белякова, М.С. Болотських, В.І. Большакова, С.М. Булгакова, О.Ф. Гайового, Д.Ф. Гончаренка, Є.В. Горохова, О.О. Гусакова, Д.Ф. Друкованого, М.Г. Дюженка, Е.К. Завадскаса, Р.В. Крюкова, О.М. Лівінського, Ю.Б. Монфреда, С.В. Миколаєва, П.П. Олійника, Б.В. Прикіна, В.Й. Сивка, В.І. Торкатюка, Р.Б. Тяна, С.А. Ушацького, Р.І. Фокова, Т.Н. Цая, А.К. Шрейбера, К.А. Шрейбера та багатьох інших.

В незалежній Україні, на підставі методології системного підходу, виконані відомі роботи докторів наук Г.В. Бадеяна, В.С. Балицького, А.І. Білоконя, С.Д. Бушуєва, В.Т. Вечерова, В.Ф. Залуніна, В.М. Кірноса, І.В. Корінька, О.І. Менейлюка, Н.М. Мхітаряна, І.Д. Павлова, О.М. Пшінька, П.П. Федоренка, О.В. Федосової, В.К. Черненка, В.Б. Яковенка та інших дослідників.

Є також багато виконаних та впроваджених робіт, які спрямовані на обґрунтоване прийняття ресурсозберігаючих організаційно-технологічних рішень на окремих, найчастіше початкових етапах життєвого циклу будівельних об’єктів, таких, як виготовлення будівельних матеріалів і конструкцій із бетону і залізобетону. Окрім згаданих, виділяємо в цьому напрямку видатні роботи Г.Я. Антоненка, Ф.Ф. Алкcніса, М.Ф. Афанасьєва, Ю.М. Баженова, А.М. Березюка, В.О. Бойка, Б.В. Гусєва, В.М. Дерев’янка, Л.Й. Дворкіна, В.Д. Жвана, В.В. Іваницького, Ю.Г. Ковальчука, П.В. Кривенка Б.А. Крилова, А.А. Кудрявцева, М.Д. Ломакіна, Л.О. Малиніної, М.Б. Мар’ямова, В.О. Мартиненка, Ю.Д. Націєвського, О.П. Нікіфорова, К.О. Олехновича, П.А. Оробченка, Г.А. Об’єщенка, С.І. Полтавцева, В.М. Пунагіна, І.Є. Путляєва, Н.М. Руденко, Т.В. Рунової, М.В. Савицького, А.М. Сергеєва, В.Р. Сердюка, М.А. Сторожука, В.О. Соколова, І.Б. Удачкіна, С.І. Федоркіна, В.В. Цира, В.Л. Чернявського, М.В. Шпірька, С.А. Щербака, О.І. Юдіна та багатьох інших. Окремо відмічаємо роботи Ю.Б. Монфреда, Б.В. Прикіна, І.І. Циганкова, М.М. Гіндіна, Г.П. Сахарова, І.С. Степанова, В.П. Стрельбицького, Д.М. Ярошева, О.І. Юдіна, які спрямовані на формування і впровадження методології техніко-економічної оцінки та підвищення ефективності виробництва будівельних матеріалів і конструкцій.

В останні десятиліття активний розвиток отримали також роботи, що мають на меті пошук ефективних організаційно-технологічних рішень з модернізації спочатку промислових, а потім і цивільних будівель. До таких віднесемо роботи О.І. Голоднова, В.А. Давидова, Б.С. Дамаскіна, Л.М. Діденка, М.І. Котляра, Є.П. Матвеєва, В.Т. Меркушова, П.В. Монастирьова, Є.В. Полякова, Р.Б. Папірника, М.Т. Ральчука, О.Б. Родіонцева, І.І. Романенка, Є.Г. Романушка, А.Г. Ройтмана, В.В. Савйовського, Г.А. Саркіс’яна, В.І. Тернового, Є.П. Уварова, Г.Г. Фаренюка, А.А. Франівського, В.Б. Шевельова тощо.

Доктор техн. наук професор Л.М. Шутенко вперше поширив дослідження на весь життєвий цикл цивільних будівель міського житлового фонду. Він обґрунтував необхідність розробки технологічних основ формування, функціонування та відновлення міського житлового фонду шляхом вивчення та моделювання складної системи, яка може адаптуватися та включає комплекс інноваційних технологічних, організаційних та технічних складових.

Видається за можливе поширення запропонованої концепції і на комплексні дослідження енергоефективності аналогічної складної керованої системи функціонування цивільних будівель переважно із бетону та залізобетону в межах їх повного життєвого циклу. Потрібно тільки, з позицій комплексного енергоспоживання та наявних результатів досліджень відомих авторів і колективів, формалізовано описати систему у вигляді відповідних моделей, а потім – виділити та обґрунтувати його визначальні етапи. І таким чином, за результатами виконаних досліджень, вдається більш обґрунтовано підходити до вибору пріоритетних напрямків енергозберігаючого інноваційного розвитку подібних систем.

Висунута, таким чином, наукова гіпотеза та сформульована на її основі мета досліджень, які узгоджуються з висунутими раніше у працях українських та закордонних учених та спеціалістів положеннями, зумовили постановку кола більш конкретних науково-технічних завдань, які підпорядковані досягненню поставленої мети і складають основний зміст подальших досліджень. Структурно-логічна схема дисертаційної роботи, що підпорядковується вирішенню поставлених задач, представлена на Рис.1.

Другий розділ присвячено теоретичним питанням створення організаційно-економічного механізму для дослідження з удосконаленням складної системи життєвого циклу цивільних будівель на основі запропонованої концепції зменшення їх комплексного ресурсоспоживання. Доводиться необхідність системного розгляду проблем енергозбереження в цьому життєвому циклі будинків, вводиться поняття такої системи, будується та досліджується її модель, обґрунтовуються підсистеми показників та процедури оцінки, пропонується стратегія інноваційного ресурсозберігаючого удосконалення її визначальних етапів.

Розкрито взаємозв’язки, що визначають ефективність протікання життєвого циклу будівлі, яка розглядається як різниця між сумою позитивно спрямованих продисконтованих питомих доходів від її експлуатації та, негативно діючими, сумарними теж продисконтованими питомими витратами, які складаються із інвестицій для створення об’єкта і затрат на його експлуатацію: (Рис.2а). Останні прямо витікають із питомих енерговитрат для підтримання мікроклімату у приміщеннях, що також нас цікавлять. Інвестиції у створення об’єкту та наступні його модернізації аж до ліквідації також пов’язані з затратами ресурсів, у тому числі, енергетичних та трудових. Їх можна виразити через затрати енергії на виконання відповідних технологічних операцій, а всю множину можливих альтернативних варіантів технології та організації протікання життєвого циклу будівлі, що розглядається, можна змоделювати у вигляді ліній показників питомих енергоємностей, які накопичуються на його протязі (Рис.2в).

Рис.2. Взаємозв’язки фінансових потоків та питомих енергоресурсів, що споживаються на протязі життєвого циклу будівлі: а) - принципова схема формування показника комерційної ефективності проекту; б) - модель, що пояснює можливість вибору ефективного варіанту модернізації об’єкта з його термореновацією та збільшенням корисної площі; в) - питома енергоємність альтернативних варіантів

Для мінімізації енергетичних затрат, у загальному соціально-економічному значенні, нами запропоновано користуватися комплексним показником питомих приведених енергетичних витрат e. Він складається із витрат на виготовлення конструкцій Eкк, їх транспортування Eтр, будівництво Eстр та наступну експлуатацію будівель Eэкс.. Всі показані витрати необхідно віднести до отриманих при будівництві об’ємів V або площ F [6]:

. (1)

Питомі, тобто віднесені до одиниці загальної площі будівлі F чи будівельного об’єму V, витрати енергії до початку експлуатації будівлі

(2)

умовно названо одноразовими, оскільки вони відбуваються у відносно короткий відрізок часу до здачі об’єкту замовнику. Останньому вони цікаві у тому сенсі, що відображаються у договірній ціні та кошторисі реалізації проекту будівництва. Аналогічно можно оцінити й, неминуче виникаючі додатково, питомі витрати енергоресурсів на модернізацію об’єкту

(3)

З врахуванням аналізу результатів раніше виконаних робіт запропоновано аналітичні вирази для розрахунку вказаних складових показників питомої енергоефективності, які були реалізовані у відповідних комп’ютерних програмах. Далі вони використовувались для проведення обчислювальних експериментів з метою оцінки впливу окремих, найбільш суттєвих факторів, на енергетичну ефективність функціонування досліджуваних виробничих систем. Принагідно відмічаємо, що при моделюванні питомих енерговитрат на виробництво будівельної продукції у циклі її виробництва на будь-якому технологічному переділі оцінювалась як сума витрат механічної, електричної, теплової енергії, а також робітниками, що обслуговують технологічне обладнання. Останні визначались за методиками проф. Гунтера Лемана.

Оскільки, за даними Держбуду України, суттєво більше енергоспоживання мають галузь виготовлення будівельних матеріалів та конструкцій, а також наступна експлуатація уже побудованих із цих конструкцій будівель (питома вага в % показана відповідними секторами циліндру на Рис.2в), то далі ми порахували за можливе зосередитися саме на вирішенні цих проблем. Причому, і при модернізації об’єкта, також знадобляться ресурси на виконання технологічних операцій з виготовлення конструкцій, їх транспортування та роботи на майданчику. Тому, в нашому випадку, це й будуть ті визначальні етапи, розглядаючи та удосконалюючи котрі, можна досягти максимально можливого енергозберігаючого ефекту. Так слід поступати також із міркувань мінімізації інвестицій для реконструкції виробничих фондів ще збереженої бази будіндустрії та побудованих раніше будівель та споруд.

Третій розділ присвячено обгрунтуванню, розробці та впровадженню нових ресурсозберігаючих, переважно малозатратних, полігонних технологій виготовлення дрібних стінових блоків. Актуальність розвитку таких виробництв обгрунтована масштабами та досвідом будівництва у розвинутих країнах, можливістю використання дешевої сировини, знешкодженням забруднюючих навколишнє середовище відходів інших виробництв, зменшенням транспортних й енергетичних витрат. Такі конструкції можуть знайти застосування також і при ресурсозберігаючій реконструкції з термореновацією існуючих будівель. Отримано взаємозв’язки ТЕП виробництва дрібних стінових блоків в рухомих бетоноформуючих агрегатах від кількості одночасно бетонуємих стандартних виробів (N), які наведено у таблиці.

Таблиця

Тренди змін ТЕП виробництва в залежності від кількості дрібних блоків, які одночасно бетонуються

Найменування показників |

Од. виміру |

Рівняння регресії | Коеф. детер-

мінації | F-крите-рій Фішера | Сер. абс. помилка

апроксимації

Потужність | шт./зм. | P = (12,538 + 3,55N)2 | 44 | 13,56 | 4,585

Цикл виробництва | хв. | z = 1/(0,155 + 0,773/N) | 60 | 25,55 | 0,122

Маса обладнання | кг | М = 131,9N0,707 | 40 | 23,87 | 0,408

Енергоємність | кВт/м3 | e = 0,536 - 0,269 ln(N) | 52 | 13,73 | 0,109

Трудомісткість | ч-год/м3 | Т= 2,479 - 0,187N | 30 | 6,22 | 0,38

Ці залежності дозволили припустити можливість покращення ТЕП виробництва при збільшенні кількості одночасно бетонуємих блоків з двох-трьох до п’яти-семи. Для цього було розроблено принципово нове конструктивно-технологічне рішення рухомого формувального обладнання з розміщенням відсіків для бетонування упоперек до фронту робіт. Стосовно до запропонованої технології, було проведене детальне моделювання питомої енергоємності виробництва на попередньо сформульованих принципах. Дослідження на отриманій та запрограмованій моделі дозволили уточнити взаємозв’язки складових та сумарної енергоємності виробництва дрібних стінових блоків з кількістю виробів, які одночасно бетонуються на запропонованому віброобладнанні (Рис.3а).

У застосуванні до технологій виготовлення максимально ефективних за тепловим захистом конструкцій із ніздрюватого бетону дослідженнями на моделях питомої енергоємності доведена доцільність використання касетної опалубки, яка частково розопалублюється після попередньої витримки у формах удосконаленого конструктивно-технологічного вирішення. Тільки за рахунок скорочення питомої металоємності оснащення, що поступає у камеру термічної обробки з 1100 до 476 кг/м3 готових виробів, запропонована технологія дозволила скоротити прямі затрати на твердіння з 296-342МДж/м3 до 254-302 МДж/м3, тобто на 11-14% в залежності від різновиду бетону (Рис.3б), що й забезпечило упровадження розробок у виробничу практику.

У четвертому розділі розглядаються питання удосконалення технології та організації виробництва великорозмірних плоских залізобетонних конструкцій вертикального формування (складають більше половини обсягу продукції підприємств великопанельного домобудування) з касетною, стендовою та касетно-конвейєрною організаційно-технологічними схемами наступними шляхами: інтенсифікації віброобробки бетону та узгодження виробничих потужностей окремих переділів для збільшення випуску. У кінцевому підсумку, такі напрямки призводять до скорочення витрат усіх різновидів ресурсів на одиницю будівельної продукції, що виробляється.

Суть удосконалення у запропонованому напрямку полягає у передачі додаткового вібровпливу на бетонну суміш, що укладається, через верхню не затиснуту частину сталевого поділяючого листа від додаткового віброобладнання, що послідовно обслуговує опалубочні конструкції.

У результаті експериментальних досліджень у виробничих умовах встановлено, що, при використанні серійного обладнання, існують точки по площі поділяючого листа, де амплітуда вібраційних коливань явно недостатня для якісного ущільнення помірно рухомих сумішей. Недостатньо й використання тільки запропонованої вібротраверси із двома серійними вібраторами по 0,8 кВт встановленої потужності. Але знайдено компромісний, достатньо ефективний варіант,- коли задіяна вібротраверса та половина (через один) стаціонарних вібраторів (Рис.4). Вдалося знизити рухомість суміші, що укладають, з 14-18 см ОК до 8-10 см. Якщо врахувати скорочення енергозатрат на матеріали (цемент) та тривалості теплової обробки, комплексна питома енергоефективність

упровадження запропонованої модернізації оцінюється в 17-19% (Рис.5).

Ще більш відчутним виявився ефект запропонованої аналогічної модернізації серійних опалубочних установок з виробництва тонкостінних об’ємних конструкцій, де вдалось повністю відмовитися від навісних вібраторів і використовувати лише по два на знімному віброобладнанні, що мало встановлену потужність 1,6 кВт.

Як показав досвід розвинутих країн, якісне удосконалення стендової організації полягає у переході до конвейєрного способу домобудівного виробництва з можливостями суттєвого покращення всіх ТЕП, включаючи й питомі енергозатрати. Запропонована в дисертації та затверджена методика більш точного розрахунку виробничих потужностей вказаних виробництв полягає у визначенні обсягів випуску по переділу бетонування та попередньої витримки, камерах наступної термообробки та конвейєру підготовки опалубки, що характеризуєьтся наступною моделлю:

М = f{Пф, Пт.о., Rподг.} > max. (4)

Вказана методика враховує організацію виробництва (режим роботи, кількість обладнання та узгодження потужності окремих згаданих дільниць). У результаті моделювання потужності та затрат для можливих схем організації виробництва, у співдружності з Тверським СКТБ “Будіндустрія”, була розроблена технологічна лінія суттєво більшої потужності шляхом комплектування додатковим рядом опалубок бетонування та попередньої витримки з комутаційним обладнанням, суттєво покращено саме формувальне обладнання [64 - 68], створена та упроваджена лінія, що максимально відповідає сформульованим д.т.н. Р.В. Крюковим принципам “гнучкої” технології, яка також має правову охорону [62].

У п’ятому розділі викладено запропоновані та впроваджені у виробництво напрямки ресурсозберігаючої модернізації інших переділів по виробництву залізобетонних конструкцій. Виконано комплекс досліджень та розробок, що пов’язані з прийманням, складуванням, транспортуванням складових та приготуванням бетонних сумішей. Запропоновано організаційно-технологічні схеми модернізації бетонозмішувальних вузлів та заводів, які дозволяють, за мінімальних додаткових витрат, приймати та переробляти відходи металургії та енергетики, що сприяє зменшенню енергетичних витрат на виробництво конструкцій.

Обґрунтовано пропозиції з модернізації арматурного виробництва. Вони включають технологію виготовлення просторових арматурних каркасів на багатоточкових автоматизованих зварювальних машинах шляхом подачі у зону зварювання у вертикальному положенні попередньо виготовлених плоских каркасів, що дало можливість відмовитися від енерго- та трудомісткого поста збирання з ручним електродуговим зварюванням. Викладено пропозиції та результати попередніх експериментів із заміни традиційних V-подібних на трикутні замкнуті стропувальні петлі, які утворюються скручуванням кінців заготовки, що дозволяє економити сталь (20-45%) та відмовитися від енергомісткого контактного, а частіше, ручного зварювання.

Результати виконаних досліджень дозволили підтвердити припущення, що, стосовно до опалубки, перевагу в удосконаленні її конструктивно-технологічних вирішень слід віддавати наступним напрямкам:

· збільшення об’єму бетону, що одночасно укладається в опалубку;

· суміщення або заміна ручних операцій з розопалублення, очищення, змащування та збирання на механізовані, які здійснюються крановим обладнанням у процесі транспортування за рахунок роботи сил тяжіння;

· зменшення загальної металоємності або хоч би тієї її частини, котра піддається термообробці;

· впровадження опалубочних конструкцій, що можуть переналагоджуватися.

Наводяться приклади розроблених та упроваджених у виробничу практику нових конструктивно-технологічних рішень, що реалізують усі відмічені напрямки.

У шостому розділі розглядаються особливості енергозберігаючої модернізації будівель та споруд, що експлуатуються, для подовження життєвого циклу з мінімізацією питомих затрат ресурсів. Запропоновано удосконалену методику з етапами організаційно-технологічної підготовки реконструкції, обгрунтовані фактори, що найбільш суттєво впливають на прийняття рішень (Рис.6). На передінвестиційному етапі підготовки реконструкції, суттєвою проблемою залишається пошук потенційного інвестора з причини відсутності на теперішній час для цих цілей фінансових ресурсів у бюджетах усіх рівнів. Оскільки комплекс енергозберігаючих заходів при реконструкції цивільних будинків у нашій країні ще не зможе швидко окупитися, необхідно враховувати та досягати ще ряд інших переваг, що витікають із науково-обгрунтованих рекомендацій з модернізації із термореабілітацією таких об’єктів. Науковою основою вибору інвестиційно привабливих організаційно-технологічних рішень з енергозберігаючої модернізації цивільних будинків може стати запропонована графоаналітична модель оцінки термінів окупності витрат.

Вона витікає та розвиває узагальнену модель на Рис.2б й подається у наступному вигляді:

, (5)

де Кi - додаткові витрати на проведення модернізації за i-тим організаційно-конструктивно-технологічним варіантом її здійснення;

Эi = (Эотопл.i+Эрем.i+Дi) - прогнозна щорічна сумарна економія