Науково-дослідний інститут
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ.
ПАВЛЮК ПАВЛО ОЛЕГОВИЧ
УДК 69.024.15
ДОСЛІДЖЕННЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГІЧНИХ
ОСОБЛИВОСТЕЙ ПРОЕКТУВАННЯ, ВЛАШТУВАННЯ,
ЕКСПЛУАТАЦІЇ СУМІЩЕНИХ ДАХІВ.
Спеціальність 05.23.08. – Технологія та організація промислового
та цивільного будівництва.
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук.
Київ–2006
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в орендному підприємстві Науково-дослідний інститут будівельного виробництва Міністерства будівництва, архітектури та житлово-комунального господарства України
Науковий керівник
доктор технічних наук, професор
Балицький Віктор Сергійович,
Науково-дослідний інститут будівельного виробництва Мінбуду України,
директор інституту
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор
Лівінський Олександр Михайлович,
Українська Академія наук, перший віце-президент
кандидат технічних наук
Величко Віктор Олександрович,
“Київвисотбуд”, виконавчий директор
Провідна установа Харківський державний технічний університет будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, м. Харків
Захист відбудеться “04” жовтня 2006 р. о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.056.03 у Київському національному університеті будівництва і архітектури за адресою: 03680 м. Київ-37, Повітрофлотський пр., 31, Київський національний університет будівництва і архітектури
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університето будівництва і архітектури за адресою: 03680 м. Київ-37, Повітрофлотський пр., 31, Київський національний університет будівництва і архітектури
Автореферат розісланий “11” серпня 2006 р.
Учений секретар
спеціалізованої вченої ради В.М. Погорельцев
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми обумовлена необхідністю радикального підвищення експлуатаційної надійності дахів будівель і споруд, які до цього часу залишаються збитковими. Вартість зведення дахів (тепловодозахисту покриттів) складає від 100 до 300 грн/м?; разом з тим, протікання під покрівлями з’являються уже в перші ріки експлуатації, а через 10-12 років більшість дахів потребує капітальних ремонтів, вартість яких складає до 70% від капітальних витрат на їх зведення. Необхідно звернути увагу на те, що інтенсивне наднормативне зволоження утеплювача в складі суміщених дахів, пов’язане з величезними втратами теплової енергії, які в опалювальний період року складають в середньому близько 40 ккал/добу на кожному кв.метрі. Якщо врахувати, що в даний час в Україні експлуатується понад 300 млн.м? (і щорічно вводиться ще близько 7 млн.м?) таких дахів, а їх низький технічний стан призводить до інтенсивного зруйнування будівель в цілому, то кошти на підтримання працездатності будівель з такими дахами складають вельми великі суми.
Застосування суміщених дахів було свого часу обумовлене неможливістю влаштування горищних дахів на покриттях будівель промислового призначення, які мали великі площі в плані; водозахисний елемент даху (покрівлю) довелось опустити з кроквяної системи безпосередньо на теплоізоляційний шар несучого покриття будівлі. Недоліки властиві суміщеним дахам в цілому відомі. В основному відомі і причини проявлення цих недоліків, пріоритети у визначенні яких, змінювались з набуттям досвіду широкого застосування таких дахів. На перших етапах зведення і експлуатації, невисока рентабельність і недоліки суміщених дахів пояснювались низькою якістю покрівельних робіт і недовговічністю рулонних покрівельних матеріалів, - наклеювання багатошарових покрівельних килимів велась на гарячому бітумі, а руберойди не мали гнилостійкої основи.
На даний час підвищення експлуатаційної надійності суміщених дахів базується на виробництві і застосуванні нових, більш ефективних, покрівельних матеріалів і виробів - руберойдів на гнилостійкій поліестровій основі з еластичними бітумно-полімерними покривними шарами, що не потребують застосування клеючих мастик, а також легких і достатньо жорстких мінераловатних та полімерних утеплювачів. Всі ці нововведення з’явились в останні 10 років, після початку масового ввезення в Україну широкого асортименту матеріалів і виробів, які використовуються в закордонній практиці влаштування дахів. Разом з тим, вітчизняний досвід застосування цих нових матеріалів не завжди дає позитивні результати. Це, в якійсь мірі, пояснюється недостатньою коректністю використання зарубіжного досвіду, але головним чином відсутністю обґрунтованої нормативної бази. Постачання імпортних матеріалів, як правило, не супроводжуються необхідною технічною документацією і тим більше (з тактичних міркувань) інформацією, яка розкриває ту чи іншу доцільність їх застосування. При цьому слід зазначити, що і в сучасній зарубіжній сфері далеко не всі досягнення мають практичне обґрунтування (наприклад, в існуючому асортименті матеріалів не в повній мірі використовується діапазон пароізоляційних і дифузійних властивостей, деформативності, міцності і т.ін.). Тобто, в зв’язку з тим, що створення і виробництво нових матеріалів і виробів пов’язується здебільшого з потребами по ліквідації того чи іншого узагальненого недоліку, практичне використання їх не завжди дає потрібний ефект. Це підтверджує і уже набута практика вітчизняного застосування нових матеріалів: при дещо збільшеному терміні безремонтної служби суміщених дахів, їх експлуатаційна надійність залишається незначною; в теплоізоляційному шарі дахів через два-три роки відмічається наднормативне накопичення конденсатної вологи і, навіть при підвищених нормативних вимогах до товщини такого шару, не забезпечується необхідний опір теплопередачі, отже, і припустима втрата теплової енергії через такі покриття. Звідси стає очевидним, що сучасні досягнення в питаннях влаштування суміщених дахів потребують розширення і внесення додаткових знань.
Таким чином, актуальність питань по підвищенню надійності дахових покриттів будівель і споруд не зменшилась а, в контексті завдань по енергозбереженню, навіть зростає.
Зв’язок з виробничими і науковими програмами, планами, темами. Тема дисертації пов’язана з державними програмами по енергозбереженню, зокрема з Постановою КМУ №1040 від 27.06.2000 р. “Про невідкладні заходи щодо виконання комплексної державної програми енергозбереження України”.
Напрямок досліджень дисертації відповідає планам науково-дослідних робіт Науково-дослідного інституту будівельного виробництва (НДІБВ) Мінбуду України і є їх складовою частиною.
Метою досліджень є підвищення технічної надійності суміщених дахів, яка б забезпечила нормативну надійність (відсутність зволожень і протікань) приміщень під ними і зменшення втрат теплової енергії в процесі експлуатації.
Основні задачі досліджень:
· розробити систему факторів, що визначають експлуатаційну надійність суміщених дахів і методом математичного моделювання встановити їх значимість;
· виявити вплив конструктивно-технологічних рішень на експлуа-таційну надійність суміщених дахів;
· обґрунтувати і знайти конструктивно-технологічні рішення, що виключають конденсатне зволоження теплоізоляційного шару суміщених дахів;
· удосконалити методику визначення технічного стану суміщених дахів і розробити вимоги до прийняття рішень на їх відновний ремонт, виходячи з застосування осушувальних вентиляційних систем в їх складі;
· удосконалити методику розрахунку економічної ефективності застосування суміщених дахів з урахуванням показника втрат теплової енергії через такі покриття і раціонального вибору покрівельних матеріалів;
· здійснити перевірку ефективності результатів досліджень в практиці будівельного виробництва, сформулювати положення до внесення необхідних змін і доповнень в діючу нормативно-технічну документацію.
Об’єкт дослідження – дахові покриття будівель і споруд.
Предмет дослідження – конструктивно-технологічні рішення по зведенню суміщених дахів, зокрема по влаштуванню в їх складі протиконденсатних і осушувальних вентиляційних систем.
Методи і наукова новизна досліджень. Дисертація носить методологічний характер, наукова новизна проведених досліджень полягає в тому, що базовим підходом у вирішенні поставлених задач є не ліквідація тих чи інших недоліків суміщених дахів, а виявлення (перше коло задач) і ліквідація (друге коло задач) причин, які викликають ці недоліки. При цьому, вперше створені нові розрахунково-аналітична та крітеріальна бази формування раціонального складу технологічних процесів по зведенню суміщених дахів.
Наукову новизну складають одержані автором та винесені на захист наукові результати:
- встановлена значимість окремих елементів конструктивного складу суміщених дахів в запобіганні конденсатного зволоження їх товщі;
- знайдені розрахункові і графічні залежності зміни теплотехнічних характеристик суміщених дахів від стану їх зволоження, що дозволяє прогнозувати безремонтний термін їх служби; розроблений критерій застосування вентиляційних систем в складі суміщених дахів;
- розроблені конструктивні та технологічні нормалі влаштування протиконденсатних ї осушувальних вентсистем в товщі суміщених дахів;
- визначені показники технологічності протиконденсатних венти-ляційних систем в прив’язці до варіантного вибору конденсатозбірних і витяжних конструктивних елементів в їх складі;
- встановлені технологічні показники зведення суміщених дахів з протиконденсатними вентсистемами у порівнянні з показниками зведення горищних дахів;
- встановлено новий принцип діагностики технічного стану суміщених дахів, що базується на визначенні загального вологісного стану покриття побудовою гідрогоризонталей зволоження.
Практичне значення одержаних результатів. Виходячи з результатів досліджень по визначенню причин недостатньої надійності суміщених дахів і нового підходу до їх зведення, що базується на усуненні цих причин, практична значимість дисертації полягає в наступному:
- розроблені типові конструктивно-технологічні схеми прив’язки встановленого ряду конденсатозабірних і витяжних елементів вентиляційних систем, і методика розрахунку типових схем вентиляційних систем (у вигляді комп’ютерної програми), які виключають утворення конденсату в товщі суміщеного даху;
- розроблена нова методика обстежень технічного стану суміщених дахів для призначення типу осушувальних систем теплоізоляційного шару в їх складі і методика розрахунку таких систем, виходячи з визначення терміну обезводнення теплоізоляційного шару до нормативної вологості;
- розроблена технологічна карта по влаштуванню осушувальних систем при відновному ремонті суміщених дахів;
- побудована номограма і знайдена розрахункова залежність раціо-нального вибору рулонних покрівель в залежності від необхідного терміну їх служби;
- виведена нова розрахункова залежність підрахунку економічної ефективності впровадження вентиляційних систем в складі суміщених дахів, що включає показник по втратах тепла через такі покриття.
Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи одержані автором самостійно і знайшли відображення в трьох одноосібних наукових публікаціях [5,7,8]. В інших, опублікованих в співавторстві роботах [1-4,6,9-12], особистий внесок автора полягає в постановці цілей, формулюванні наукової проблеми, задач досліджень, визначенні графічних і розрахункових залежностей, оцінки їх ефективності, а також впровадження у виробництві.
Апробація результатів роботи. Результати досліджень доповідались на третій (2004 р.) Міжнародній науково-технічній конференції “Нові технології у будівництві”, четвертій (2005 рік) Міжнародній науково-технічній конференції “Современные технологии и материалы для герметизации, гидроизоляции и отделки зданий и сооружений” і першому (2005 рік) Всеукраїнському конкурсі на кращі архітектурно-будівельні рішення з застосуванням матеріалів “Parock” (відмічені двома дипломами).
Публікації. Одержані результати досліджень відображені в 8-и публікаціях в фахових виданнях, що входять до переліку, затвердженому ВАК України, в 3-х методично-нормативних документах і 1-му посібнику (комп’ютерна програма).
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку використаної літератури з 128 найменувань та 10 додатків. Дисертація включає 20 таблиць та 22 рисунки. Загальний обсяг дисертації складає 233 стор., рисунки 22 стор., список використаної літератури 10 стор., додатки 68 стор.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтована актуальність роботи, визначена мета, задачі і методологічні основи дослідження, наукова новизна і практичне значення роботи.
У першому розділі проведено огляд принципів конструювання і влаштування суміщених дахів, і визначені напрямки по їх удосконаленню.
Згідно зі схемою, приведеною на рис. 1, принципи влаштування суміщених дахів базується на призначенні їх складу в прив’язці до природних умов експлуатації, виходячи з розрахунків необхідного опору теплопередачі, і з врахуванням вітрових навантажень та дії дощових і талих вод. Призначення їх складу побудовано на дотриманні нормативних вимог.
паро-теплові потоки
Rптр - потрібний опір передачі тепла через покриття;
забезпечується оптимізацією показників:
? - товщина теплоізоляції
? - коефіцієнт теплопровідності, Вт/м.?С
? - коефіцієнт паропроникнення, мг/м.год.Па
s - коефіцієнт теплозасвоення, Вт/м? ?С
Кв - коефіцієнт вентиляції.
Рис.1. Динамічна схема сприймання дахом дії природних факторів.
За конструктивними ознаками дахи поділяться на два різновиди, - суміщені і горищні. Суміщеними називають дахи, у яких всі функціональні шари (паротеплоізоляційні і покрівельні) вкладаються один на одного і безпосередньо на несучий настил покриття; в горищних дахах між несучим настилом присутній прохідний чи напівпрохідний повітряний простір (горище), який утворюється кроквяною системою. Повітряний простір горищних дахів повністю виключає накопичення конденсатної вологи в товщі теплоізоляційного шару. Разом з тим, зведення додаткових кроквяних систем на будівлях з великими площами покриття в плані неможливе. В цьому випадку покрівельний килим опускається безпосередньо на поверхню теплоізоляційного шару. В цьому і полягають конструктивні, технологічні і експлуатаційні особливості суміщених дахів.
Огляд досвіду експлуатації суміщених дахів (починаючи з 30-х років минулого століття) показує: до п’яти років експлуатації без серйозних відказів працює тільки 45% введених в експлуатацію суміщених дахів, а через 10 років експлуатації всі вони повністю виходять з ладу. Відкази пов’язані з масовими протіканнями, здуттями і зморшками на поверхні покрівельного килима, відривами полотнищ в місцях примикань, поверхневими і наскрізними тріщинами і повним пошаровим зруйнуванням покрівельного килима.
Пріоритети в підходах по підвищенню надійності суміщених дахів змінювались з набуттям досвіду їх практичного застосування. Теоретичні основи по призначенню тепловодозахисту огороджувальних конструкцій будівель і споруд напрацьовані в період 1920-1950 років. На перших етапах застосування суміщених дахів, ліквідація їх недоліків пов’язувалась з підвищенням якості робіт за рахунок механізації трудомістких процесів, і з підвищенням якості покрівельних і теплоізоляційних матеріалів.
Починаючи з 90-х років минулого століття, широке застосування при влаштуванні суміщених дахів, знайшли т.з. “євроруберойди” на гнилостійкій і міцній поліестровій основі з покривними шарами із бітумів модифікованих полімерами; теплоізоляція влаштовується із жорстких (з міцністю на стиск до 4 кг/см?) мінераловатних плит, які в меншій мірі втрачають свої теплоізоляційні властивості при замоканні.
Такі нововведення збільшили безремонтний термін експлуатації суміщених дахів, але як показує досвід останніх 15 років, не вирішили задачі їх беззбиткового застосування, - швидке конденсатне зволоження теплоізоляційного шару все ж призводить до механічних зруйнувань покрівельного килима під тиском водяного пару, і зростання теплових втрат через такі покриття. Стає очевидним, що вирішення питання по забезпеченню рентабельності суміщених дахів потребує поглибленого вивчення теоретичних положень по їх конструюванню і влаштуванню.
В другому розділі, на підставі системного підходу, проведено аналіз теоретичних положень і розрахунків, якими обґрунтовуються функціональна надійність тепловодозахисту огороджувальних конструкцій будівель і споруд. Теоретичною базою конструювання і технології зведення суміщених дахів є основи будівельної фізики, закладені роботами Богословського В.Н., Бранауера, Васильєва Б.Ф., Власова О.Е., Гребера Г., Зейферта К., Ільїнського В.М., Касельмана Х. Ликова А.В., Мачинського В.Д., Одульського Е.Х., Рейтера Є.І., Роджерса Т., Фокіна К.Ф., Фоломіна А.І., Франчука А.У., Шильда Е., Шкловера А.М., Ушакова Ф.Ф. і ін.; вагомий внесок в удосконалення зведення дахів внесли Поваляєв М.І., Кричевська Є.П., Магілат А.М., Попенко С.М., Штейн І.І. і ін.
Аналіз показує, що основна увага до попередження конденсатного зволоження в товщі суміщених конструкцій, тут приділяється застосуванню пароізоляційного шару в їх складі. Очевидно, саме цим пояснюється суттєва недосконалість діючих дотепер нормативних вимог по призначенню пароізоляційних і теплоізоляційних шарів в складі суміщених дахів без застосування обґрунтованих вентиляційних систем, які забезпечуються зведенням кроквяних систем в складі горищних дахів. В цілому, як показують подальші дослідження, використання цих показників не в повній мірі вирішує задачу попередження накопичування конденсату в товщі суміщених дахів і дають занижену товщину необхідного теплоізоляційного шару в їх складі.
Підтвердженням цього є й те, що в тих же основах будівельної фізики подаються положення, що обмежують ефективність застосування паро-ізоляції. Так, в фундаментальній праці проф. Фокіна К.Ф. “Строительная теплотехника ограждающих частей здания” вказується “...кровельный ковер является в то же время и хорошим пароизоляционным слоем, а расположение его на наружной поверхности покрытия является причиной конденсации влаги под ковром; устройство в таком случае пароизоляционного слоя у внутренней поверхности покрытия не всегда достигает цели...”, і далі “...единственной целесообразной мерой для устранения конденсатной влаги в таких покрытиях является устройство в них воздушной прослойки или продухов...”
Виходячи з цих положень, в основу досліджень по вирішенню задач застосування вентиляційних систем в складі суміщених дахів покладено графічний метод визначення зони конденсації (проф. Фокін К.Ф. 1930-1933). Кількість конденсатної вологи (m) що залишається в зоні конденсації, при цьому розраховується виходячи з різниці пружності водяної пари внутрішнього (ев) і зовнішнього (е) повітря і пружності водяної пари в зоні конденсації (епр), відносно до величин опору теплопередачі нижніх () і верхніх () шарів суміщеного покриття до зони конденсації по наступній залежності:
; (1)
З урахуванням цього, досягнення поставленої цілі зумовлює необхід-ність виконання таких досліджень:
· визначити значимість вентиляційних систем в запобіганні утворення конденсату в товщі суміщених дахів;
· напрацювати технологічні підходи до застосування вентиляційних систем в складі суміщених дахів.
У третьому розділі виконані дослідження причин недоліків суміщених дахів, пов’язаних з їх конструктивно-технологічними особливостями.
Розрахунком перепаду температур і графічним визначенням накопичення конденсату в складах 6-ти варіантів суміщених дахів (по три варіанти старого і сучасного складу) показано, що при відсутності вентиляційних систем конденсація вологи в холодний період року, незалежно від товщини і виду утеплювача, щогодини складає 300-400 мг на кожному кв. метрі покриття, або 800-1200г. в кінці уже першого року експлуатації. Для визначення щорічного приросту конденсатної вологи знайдено показник пропорційності (Пп) і виведено дві розрахункові формули, побудовані на зміні величин коефіцієнта теплопровідності утеплювачів (??), від зміни їх вологості (?W), виходячи з різниці фактичних і нормативних значень вологості утеплювача (Wф - Wн), і фактичних значень коефіцієнта теплопровідності (?ф) після зволоження утеплювача, а саме:
; (2)
Застосування цих розрахункових залежностей (підтверджених практичним досвідом) дозволило встановити темпи і вплив зволоження утеплювачів на теплотехнічні характеристики суміщених дахів і безремонтний термін їх служби. При цьому:
повну картину такого впливу дає побудова в одній системі кординат парних графічних залежностей зміни величин теплопередачі покриття і величин різниці в перепадах температур на його зовнішній і внутрішній поверхнях від зміни показника коефіцієнта теплопровідності утеплювача в процесі його зволоження;
розрахунки і побудова (на рис.2) графічної залежності показали, що зміна величини коефіцієнта теплопровідності в процесі конденсатного зволоження мінераловатного утеплювача, уже на протязі перших 3-х років викликає різницю в перепаді температур між зовнішньою і внутрішньою поверхнями покриття в зимовий період року, що складає від 6 до 11?С; при застосуванні більш важких утеплювачів із керамзитового гравію і пінобетону - від 5 до 17?С;
із графічних залежностей терміну безремонтної служби суміщених дахів від стану їх конденсатного зволоження на рис.3, (побудованих по результатах теоретичних досліджень з урахуванням практичного досвіду зруйнувань при виході їх із ладу) видно, що при відсутності вентиляційних систем в складі таких дахів придатність їх для подальшої експлуатації обмежується терміном в два-чотири роки.
Результати досліджень впливу конструктивно-технологічних рішень суміщених дахів на хід їх конденсатного зволоження дозволяють встановити
значимість їх окремих елементів на створення, чи виключення такого зволоження. Такі знання дають встановлені рівні параметрів оптимізації при математичному моделюванні участі в цьому процесі складових елементів суміщеного даху. Застосування цього методу показало: фактор вентиляції товщі суміщеного даху може забезпечити повне видалення конденсатної вологи ї є вирішальним для надійного застосування таких дахів; значимість фактора пароізоляції обмежується недопустимістю повної герметизації покриття понизу, - може затримувати не більше 40% поступаючої з приміщень водяної пари; значимість фактора теплоізоляції обмежується допуском її нормативної вологості – в межах 4-12%; фактор покрівельного килима не виключає, а сприяє конденсатному зволоженню – пропускає не більше 2% водяної пари.
Рис. 2. Залежність величини опору теплопередачі (R0) теплоізоляції суміщеного даху від зміни перепаду температур (??) на його зовнішній і внутрішній поверхні.
А - різниця перепаду температур між зовнішнім і внутрішнім повітрям, яка забезпе-чує діючі нормативні вимоги до величин необхідного опору теплопередачі для покриттів будівель житлово-громадського призначення;
Б - те саме для покриттів будівель промислового і сільськогос-подарського призна-чення.
Рис. 3. Залежність термінів служби суміщених дахів
від зволоження теплоізоляційного шару в їх складі.
1 – по схемі № 1 керамзитовий гравій товщ. 200 мм без вентиляції; 2 – по схемі № 2 пінобетон товщ. 120 мм без вентиляції; 3 – по схемі № 3 мінераловатні плити товщ. 40 мм без вентиляції; 4 .5 – по схемах №№ 4,5 те саме товщ. 140 мм без вентиляції і з вентиля-цією, що не діє; 6 - по схемі № 6 те саме з вентиляцією, що діє.
Комплекс проведених досліджень дозволяє:
· знайти концептуальні підходи влаштування протиконденсатних вентиляційних систем в складі нових суміщених дахів і осушувальних систем в складі суміщених дахів, що уже експлуатуються;
· визначити склад і технологічні параметри нового процесу по влаштуванню протиконденсатних вентиляційних систем в порівнянні з технологічними показниками зведення горищних дахів.
Четвертий розділ присвячений вирішенню задач по забезпеченню практичного застосування вентиляційних систем в складі суміщених дахів. Вирішення цих задач базується на розгляді питань, виходячи з двох аспектів, - застосування таких систем при зведенні нових суміщених дахів і застосування їх для підвищення ефективності відновного ремонту суміщених дахів.
1. Протиконденсатні вентиляційні системи. Предметом досліджень в цьому відношенні є визначення складу та технологічних показників виконання нового технологічного процесу по влаштуванню конденсатозабірних і витяжних елементів при зведенні суміщених дахів. Оптимізація процесу базувалась на забезпеченні повного виключення накопичення конденсатної вологи в товщі суміщеного покриття при порівняльній оцінці технологічності влаштування, як окремих елементів, так і того чи іншого складу вентиляційних систем в цілому. За методичну основу визначення технологічності взяті теоретичні положення по обґрунтуванню технологічних процесів, викладені в працях Ігольникова В.М., Черненка В.К., Балицького В.С., Скляревського В.Г., Кузими В.П., Теличенка В.І., Веретеннікова В.І., Мішина А.В., Дідика В.П. і ін..
Приведенні дослідження дозволили встановити:
в прив’язці до конструкції схилів суміщених дахів і прийнятої системи водовідводу, згідно схеми приведеної на рис.4, влаштування проти-конденсатних вентиляційних систем вирішується 9-ма варіантами (табл.1), а саме: на покриттях з простою системою водовідводів (варіанти А1, А2) і водовідводами середньої складності (варіанти Б1, Б2, Б3) – з застосуванням каналів в товщі теплоізоляційного шару; на покриттях зі складною системою водовідводу (варіанти В2, В2, В3, В4) – з застосуванням суцільних і пазових повітряних прошарків над поверхнею теплоізоляційного шару;
порівняльні трудоємкості (Т) влаштування вентиляційних систем визначаються дольовими трудозатратами на влаштування забірних (?Тзаб) і витяжних (?Твит) елементів в їх складі, при варіантному призначенні повітряних прошарків чи каналів (?Тпп, ?Ткан) в поєднанні з щільовими продухами, флюгарками і локальними продухами (?Тщп, ?Тф, ?Тлп) по наступній загальній формулі:
(3)
де: i,j – від одиниці до n.
побудована згідно цих розрахунків діаграма показала, що по відносній трудоємкості окремих елементів вентсистем (рис.5) до найбільш технологічних (виходячи із співдношення трудоємкості і обезвожувальної спроможності) відносяться,- пазові повітряні прошарки (в числі забірних) і локальні продухи (в числі витяжних); по технологічності вентсистем в цілому (рис.6),- вентсистеми з застосуванням пазових і суцільних повітряних прошарків над по верхньою утеплювача;
з приведених на рис.7 діаграм порівняльної трудоємкості зведення горищного і суміщених дахів (по виконанню основних процесів в цілому) видно: трудоємкість влаштування суміщених дахів з варіантним включенням протиконденсатних вентиляційних систем в 1,5-2,3 рази менша від трудоємкості по зведенню горищного даху; в основному це досягається значно меншими трудозатратами на процес, що забезпечує виключення накопичення конденсату в даховому покритті, - трудоємкість розрахункових вентиляційних систем в товщі суміщеного даху в 7-10 разів менша від трудовитрат на створення повітряного простору кроквяною системою в складі горищних дахів;
розрахунок необхідної конструкції вентиляційної системи забезпечується підрахунком об’єму повітря (Q, м?/год) необхідного для видалення води, що залишається в зоні конденсації (m, по формулі 1), виходячи із значень абсолютної вологості внутрішнього повітря (?в) і повітря в зоні конденсації (?пр), а також площі покриття (S) і прийнятих параметрів (площі перерізу F і швидкості повітря v) елементів вентиляційної системи, при задоволенні наступних розрахункових залежностей:
Q = ; (4)
3600(?сп ·F+ ?пп·F+?вк·F+?щпр·F+ ?лпр·F+?ф·F) ? Q (5)
де: k1 і k2 – відповідно коефіцієнт запасу і понижаючий коефіцієнт
вологовіддачі утеплювача.
2. Осушувальні системи. Виходячи з обезводжу вальної спроможності протиконденсатних вентсистем знайдені підходи до виконання процесів по осушуванню теплоізоляційного шару суміщених дахів, що уже експлуатуються. В залежності від стану зволоження визначені парціальний, вентилюючий і відкритий способи осушування Такі підходи базувались на удосконаленні методики обстеження технічного стану суміщених дахів, що полягає у визначенні їх загального вологісного стану вперше запропонова-
ним методом побудови гідрогоризонталей зволоження. Встановлено, що використання розрахункових залежностей по призначенню проти-конденсатних вентиляційних систем дає можливість розрахувати необхідний період часу (Т, кількість діб) для осушення теплоізоляційного шару до нормативної вологості.
Таблиця 1
Конструктивно-технологічні складові протиконденсатних
вентиляційних систем в залежності від складності водовідводу з лотків.
Варіанти
вентиляційних
систем | Види елементів вентсистем
з а б і р н і | в и т я ж н і
повітряні
прошарки | канали | магістральні флюгарки | пристінні флюгарки | продухи
суцільні | щільові | пазові | по всій площі | локальні | об’ємні | щільові | локальні
А. На покриттях з простою
системою водовідводів.
варіанти | А 1 | + | +
А 2 | (+) | + | + | (+) | +
Б. На покриттях з водовідвода-
ми середньої складності.
варіанти | Б 1 | + | +(+)
Б 2 | + | ++ | (+)
Б 3 | (+) | + | + | (+) | +
В. На покриттях зі складними
водовідводами.
варіанти | В 1 | + | +
В 2 | + | +
В 3 | + | (+) | (+)+
В 4 | + | (+)(+) | (+)+ | +
+ - основні елементи
(+) - додаткові елементи
а) б)
Для реалізації цих нововведень побудована номограма вибору осушувальних систем і приведені матеріали, що забезпечують проектування технології їх влаштування, включаючи типові схеми прив’язки осушувальних систем, склад і послідовність виконання робіт і контролю їх якості.
В п’ятому розділі розкриті питання апробації розробок по результатах досліджень і визначенню показників ефективності їх застосування в практиці будівельного виробництва. Приведені конструктивно-технологічні схеми і розрахункові характеристики протиконденсатних і осушувальних вент-систем, що були прив’язані і реалізовані в складі суміщених дахів більше 20-ти будівель на покриттях загальною площею понад 50 тис.м?. Підтверджено, що підготовлені конструктивно-технологічні розробки виключають накопичення конденсату в складі нових суміщених дахів і забезпечують розрахункове обезводжування теплоізоляційних шарів в складі суміщених дахів, що експлуатуються та подовжує їх довговічність.
Звертається увага на те, що обґрунтування економічної рентабельності суміщених дахів (Е) повинно базуватись на врахуванні двох показників – зменшення затрат на їх експлуатацію (Еек) і зменшенням втрат теплової енергії (Евт) через такі покриття. З урахуванням цього, приводиться нова формула підрахунку економічної ефективності застосування суміщених дахів:
Е = Еек + Евт = Вр · (1 - ) +Qф · Ц , (6)
в яку включені показники середньорічних затрат на поточні і профілактичні ремонти (Вр), з урахуванням теперішнього (Тф) і прогнозованого (Тдос) терміну експлуатації суміщеного даху, а також вартість теплових втрат через покриття (Qф), виходячи з вартості електроенергії (Ц).
В доповнення до цього, приводиться розроблена номограма раціонального вибору рулонних покрівельних матеріалів, приведена на рис.8 в прив’язці до необхідного терміну служби
З рівняння параболічної кривої цієї номограми виведена наступна розрахункова формула такого вибору:
(Р, в %) раціональність = х 100 , (7)
при цьому :
Р - раціональним (від 70% до 100 %) слід вважати вибір, такої покрівлі коли затрати не набагато менші чи більші від тих, які потрібні для досягнення відповідного і гарантованого терміну служби;
В - вартість включає всю суму витрат, пов’язаних з вартістю матеріалів (Вм), влаштуванням покрівель (Вв) і їх експлуатацією (Ве);
Т - термін служби покрівель (років) пов’язується з призначенням будівель і споруд, на яких вони влаштовуються (тимчасові, допоміжні і капітальні).
Приведені напрацьовані вимоги підготовлено до внесення змін і доповнень до діючої сьогодні нормативно-технічної документації по проектуванню, влаштуванню і експлуатації суміщених дахів. Показано, що економічний ефект від реалізації цих змін і доповнень по реконструкції понад 300 млн.м? суміщених дахів, які в даний час експлуатуються в Україні, може скласти біля 200 млн.грн., при збереженні близько 1,5 млрд. кВт електроенергії щорічно.
ВИСНОВКИ
1.До особливостей суміщених дахів відноситься те, що покрівельний килим в їх складі (на відміну від горищних) вкладається безпосередньо по поверхні теплоізоляційного шару. Саме це призводить до прискорення виходу їх з ладу і великих втрат теплової енергії на опалення будівель і споруд.
2.Огляд попереднього досвіду застосування суміщених дахів показав, що пріоритетні підходи до підвищення їх експлуатаційної надійності базува-лись на удосконаленні якості робіт (за рахунок механізації трудомістких процесів) і якості рулонних покрівельних матеріалів (підвищенні їх довго-вічності). Встановлено, що такі підходи не вирішують задачі повної ліквідації збитковості суміщених дахів,
3. Поглиблений аналіз теоретичних положень і практичного досвіду застосування суміщених дахів, дозволив встановити, що на технічні характеристики суттєво впливає зволоження їх конденсатною вологою.
4. Проведені дослідження підтвердили, що відсутність вентиляційних систем в складі суміщених дахів призводить до інтенсивного накопичування коиденсатної вологи в їх товщі. При цьому:
визначено, що при розрахункових зовнішніх і внутрішніх темпера-турах повітря відповідно від -22°С +20°С, в товщі кожного кв.метра утеплю-вача в холодний період року щогодини конденсується від 300 до 400 мг воло-ги, що складає від 800 до 1200 г уже в перший рік експлуатації;
показано, що через 3-4 роки вагова вологість утеплювача може досяг-ти 30% і більше, що в 4-8 разів перевищує нормативну;
встановлено, що в процесі зволоження теплоізоляційного шару, різни-ця в перепаді температури між зовнішньою і внутрішньою поверхнями сумі-щеного покриття в зимовий період може складати від 6 до 17°С;
побудовані графічні залежності впливу зволоження теплоізоляційного шару в складі суміщених дахів на термін їх безремонтної служби.
5.Дослідження методом математичного моделювання по ранжируванню значимості факторів конденсатного зволоження показали, що фактор вентиляції товщі суміщених дахів є вирішальним для забезпечення їх надійного застосування.
6. Проведені дослідження і напрацьована необхідна методично-розрахункова документація до проектування технології влаштування протиконденсатних і осушувальних вентиляційних систем в складі суміще-них дахів. При цьому:
розроблені концепція призначення технологічного складу проти-конденсатних вентиляційних систем і типові схеми їх влаштування, виходячи з конструкційї суміщеного покриття і прийнятої системи водовідводу з його поверхні;
встановлені показники технологічності протиконденсатних венти-ляційних систем в прив’язці до вибору конденсатозабірних по площах і витяжних конструктивних елементів в їх складі;
здійснена порівняльна оцінка технологічних показників зведення горищних дахів і суміщених дахів з протиконденсатними вентиляційними системами;
знайдені розрахункові залежності і розроблена комп’ютерна програми розрахунку і вибору протиконденсатних вентиляційних систем;
визначені технологічні підходи до вибору осушувальних систем при відновному ремонті суміщених дахів в залежності від стану зволоження теплоізоляційного шару в їх складі;
встановлено новий принцип діагностики технічного стану суміщених дахів, що базується на визначенні загального вологісного стану покриття побудовою гідрогоризонталей зволоження;
розроблена методика розрахунку конструкції осушувальних систем, виходячи з визначення терміну обезводнення теплоізоляційного шару суміщених дахів до нормативної вологості.
7. Проведена перевірка результатів досліджень в практиці будівель-ного виробництва, яка підтвердила важливість і ефективність застосування вентиляційних систем в складі суміщених дахів в напрямку підвищення їх експлуатаційної надійності. При цьому:
методично-розрахункові розробки апробовані на покриттях більше 20-ти об'єктів з влаштуванням протиконденсатних вентиляційних систем в складі нових суміщених дахів на площі 12,5 тис.м?, і з влаштуванням осушу-вальних вентиляційних систем при відновному ремонті таких дахів на площі 12,5 тис.м?; встановлена відсутність накопичення конденсату;
показано, що економічний ефект від застосування вентиляційних систем визначається двома складовими, - зменшенням затрат на ремонти суміщених дахів, і затрат, пов'язаних з втратами теплової енергії через їх поверхню; запропонована емпірична формула розрахунку такого ефекту;
визначено, що при застосуванні розробок по дисертації для реконстру-кції суміщених дахів, що вданий час експлуатуються в Україні (понад 300 млн.м?), економічний ефект, визначений по удосконаленій рахунковій зале-жності, може скласти близько 200 млн.грн., при зменшенні втрат електро-енергії біля 1,5 млрд, кВт щорічно.
8. Подальші дослідження, з нашої точки зору, повинні бути направлені на вирішення наступних задач:
поглиблення теорії застосування суміщених дахів інверсійного типу і створенню комплексного тепло-гідроізоляційного матеріалу з об'ємною структурою, що відповідає необхідним умовам експлуатації таких дахів;
перегляду діючої нормативної документації по проектуванню дахів з орієнтацією на розробку необхідного кола комп’ютерних програм.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
Статті у фахових виданнях, які входять до переліку, затвердженого ВАК України
1. Балицький В.С., Павлюк.О.Т., Павлюк П.О. “До експлуатаційної надійності дахів”. Будівельне виробництво. Міжвідомчий науково-технічний збірник. К.: НДІБВ. – 2002. – вип.43. – С.39-41.
2. Павлюк О.Т., Павлюк П.О. Реконструкція покрівлі Одеського театру опери і балету. Нові технології в будівництві. Науково-технічний журнал. К.: Академія будівництва України та НДІБВ –2002. –2(10)’02 – С. 18-20.
3. Балицький В.С., Павлюк П.О. Нові суміщені дахи в житловому будівництві. Науково-технічний журнал. К.: Академія будівництва України та НДІБВ –2003. –2(6)’03 – С. 14-17.
4. Балицький В.С., Павлюк П.О. До питання раціонального вибору рулонних покрівельних матеріалів. Будівництво України. Науково-виробничий журнал. Держбуд України – 2004. – 7’2004 –С.35-37.
5. Павлюк П.О. Причини та наслідки накопичення вологи в суміщених покриттях. Науково-технічний журнал. К.: Академія будівництва України та НДІБВ –2005. –1(9)’05 – С. 12-18.
6. Балицький В.С., Павлюк.О.Т., Павлюк П.О. Огляд сучасних підходів до перегляду нормативних вимог із проектування і влаштування дахів будівель і споруд. Будівництво України. Науково-виробничий журнал. Держбуд України – 2005. – 2(10)’05 – С.7-8.
7. Павлюк П.О. До питання призначення теплоізоляційних шарів у складі суміщених дахів. Будівництво України. Науково-виробничий журнал. Держбуд України – 2005. – 2(10)’05 – С.42-44.
8. Павлюк П.О. Оцінка технічного складу суміщених дахів і підходи до нових конструктивно-технологічних рішень. Будівництво України. Науково-виробничий журнал. Держбуд України – 2005. – 7’2005 –С.21-25.
Методичні і нормативні документи:
9. “Інструкція по проектуванню і влаштуванню систем осушування теплоізоляційного шару суміщених дахів”. Ухвалена секцією № 2 Вченої ради НДІБВ Держбуду України (протокол № 14 від 21 листопада 2001 року).
10. “Технологічна карта по влаштуванню осушувальних систем теплоізоляції суміщених дахів”. Ухвалена секцією № 2 Вченої ради НДІБВ Держбуду України (протокол № 15 від 21 листопада 2001р.) .
11. Зміна № 2 ДБН В.2.6-14-97 “Покриття будинків і споруд”. Затверджена наказом Держбуду України від 7 травня 2002 року №87 (Інформаційно-аналітичний огляд “Будівництво і стандартизація” – 3’2002.С – 22-27).
12. Комп’ютерна програма “Методика розрахунку і вибору вентиляційних систем в складі суміщених дахів” – 2005 рік.
АНОТАЦІЯ
Павлюк П.О. Дослідження конструктивно-технологічних особливос-тей проектування, влаштування, експлуатації суміщених дахів. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.08 “Технологія та організація промислового та цивільного будівництва.” – Науково-дослідний інститут будівельного виробництва, Київ, 2006.
Надійність дахових покриттів відіграє одну із вирішальних ролей в забезпеченні раціональних витрат на експлуатацію будівель і споруд і збереження енерговитрат на їх опалення.
Комплексом проведених досліджень вирішується два кола задач: перше – встановлення причини низької рентабельності суміщених дахів; друге – знайдення і обґрунтування більш досконалого підходу до зведення таких дахів, що усуває цю причину.
Обґрунтовано, що основоположною причиною збитковості суміщених дахів є швидке накопичення в їх товщі конденсатної вологи. Знайдена концепсія виконання нового технологічного процесу по влаштуванню протиконденсатних і осушувальних систем, що наближує ефективність застосування суміщених дахів рівня горищного даху. Досліджені і розроблені необхідні технічні рішення по реалізації розробок по дисертації. Результати досліджень перевірені в практиці будівельного виробництва.
Ключові слова: конструктивно-технологічні особливості суміщених дахів; конденсат не зволоження теплоізоляційного шару; влаштування протиконденсатних вентиляційних систем; влаштування осушувальних систем; ефективність застосування обезводжу вальних систем.
АННОТАЦИЯ
Павлюк П.О. Исследования конструктивно-технологических особен-ностей проектирования, устройства, эксплуатации совмещенных кровель. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.08 “Технология и организация промышленного и гражданского строительства”. - Научно-исследовательский институт строительного производства, Киев, 2006.
Надежность крышных покрытий играет одну из главных ролей в обеспечении рациональных затрат на эксплуатацию зданий и сооружений и сохранение энергоресурсов на их отопление.
Многолетний опыт показывает, что наиболее рациональным в этом отношении является возведение чердачных крыш. Вместе с тем известно, что преобладающий объём кровельных работ связан с промышленным строи-тельством, на зданиях которого, как правило, невозможно применение стропильных систем. На сооружениях с большой площадью покрытий в плане устраиваются т.н. “совмещенные крыши”, где кровельный ковер укладывается непосредственно по поверхности теплоизоляционного слоя. Такие крыши являются убыточными, - сроки их службы до капитального ремонта не превышают 10-12 лет при затратах на их содержание, составляющих до 70% от капитальных затрат на их устройство. Потери тепловой энергии через такие покрытия составляют до 50% от нормативных потребностей на отопление зданий”.
Комплексом проведенных исследований решается
