Вибір та обґрунтування технології і організації утеплення та оздоблення будівель при їх модернізації

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

АВТОРЕФЕРАТ

ВИБІР ТА ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЇ І ОРГАНІЗАЦІЇ УТЕПЛЕННЯ ТА ОЗДОБЛЕННЯ БУДІВЕЛЬ ПРИ ЇХ МОДЕРНІЗАЦІЇ

Дисертацією є рукопис.

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

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Шаленний Василь

Тимофійович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, професор кафедри технології будівельного виробництва.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Пшінько Олександр Миколайович, ректор Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна;

кандидат технічних наук, професор уваров Євген Павлович, професор кафедри промислового і міського будівництва Луганського державного інституту комунального господарства і будівництва.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а, ПДАБтаА.

Автореферат розісланий 5 вересня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Т.С. Кравчуновська

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Для подолання негативних наслідків глобальної економічної кризи передбачається пошук нових шляхів економічного зростання і підвищення якості життя при одночасному зменшенні витрат енергії, природних ресурсів і техногенних відходів. В цьому напрямі для незалежної України на перший план постало питання енергозбереження, особливо з використанням матеріалів та технологій вітчизняного виробництва. Адже при цьому на одного жителя України витрачається 1,3 - 1,4 тонни умовного палива на рік, що в 1,5 -2 рази більше, ніж в розвинутих країнах.

Враховуючи критичну ситуацію в паливно-енергетичному балансі України, політика енергозбереження обґрунтовано стає домінуючою в будівельному секторі економіки (де до 1998 р. до 30% умовного палива споживали будівельний і житлово-комунальний сектор економіки, з них 85% - на експлуатацію житлової площі, 11,4% - на виробництво будівельних матеріалів, 3,6% - на потреби будівельних організацій). Такі значні енерговитрати не дозволяють створити конкурентоспроможну економіку.

В Україні проблема ускладнюється ще й тим, що 80% генеруючого устаткування теплових електростанцій відпрацювало нормативний термін експлуатації. Таким чином, на сьогоднішній момент питання енергозбереження набуло виняткової важливості як при виробництві будівельних матеріалів і конструкцій з бетону і залізобетону, так і при експлуатації побудованих з цих конструкцій будівель.

Це означає, що, як для нового будівництва, так і для будівель, що реконструюються, потрібно встановлювати додаткову теплоізоляцію. Це або різноманітні системи утеплення з використанням мокрих процесів, або вентильованих фасадів, які не завжди повністю відповідають вимогам замовників, підрядників та інвесторів.

Виникла гостра необхідність розробки методики вибору і удосконалення конструктивно-технологічних систем зовнішнього утеплення і опорядження цивільних будівель в залежності від цілого ряду чинників, що на цей вибір впливають. Ця методика має не тільки оцінити вже відомі системи, але й привнести в них такі параметри, не завжди до цього враховані, як безпека, довговічність, технологічність при ремонтах і монтажі, зниження вартості, а також естетичний вигляд.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно до одного з напрямків наукових досліджень Придніпровської державної академії будівництва та архітектури, в розвиток держбюджетних тем “Наукове обґрунтовування організаційно-конструктивно-технологічних пропозицій по продовженню життєвого циклу житлових будівель перших масових серій” (д/б №16, № держреєстрації: 0102U002361), і “Наукове обґрунтовування і розробка організаційно-конструктивно-технологічних пропозицій по утепленню і оздобленню стін з використанням вітчизняних матеріалів” (д/б №5, № держреєстрації: 0104U000224), та знайшла своє логічне завершення в госпдоговірній НДР №412 “Техніко-економічне обґрунтовування конструктивно-технологічних пропозицій по влаштуванню зовнішнього утеплення і опорядження будівлі школи № 27 в м. Дніпродзержинську”, де автор виступав як виконавець.

Мета і завдання дослідження. Метою є підвищення ефективності робіт по модернізації за рахунок розробки і впровадження методів оцінки і вибору доцільних технологій утеплення і оздоблення цивільних будівель.

Робочою гіпотезою є припущення, що на основі виявлення і відбору чинників, що описують системи утеплення і опорядження цивільних будівель, з подальшим моделюванням їхніх взаємозв'язків можна отримати кількісні залежності можливих результатів реконструкції цих об'єктів, які будуть використовуватися для розробки ефективних варіантів її здійснення з урахуванням інтересів замовника і підрядника.

Поставлена мета і висунута робоча гіпотеза зумовили коло конкретних завдань дослідження:

- аналіз і класифікація систем і технологій утеплення, а також методів вибору найбільш ефективних з них;

- формування системи технологічних показників, що описують властивості систем утеплення, дослідження взаємозв'язків технологічних показників систем утеплення з кінцевими техніко-економічними показниками (ТЕП);

- систематизація і вдосконалення конструкцій утеплення цивільних будівель для скорочення термінів окупності їх модернізації;

- доробка обґрунтованих конструктивно-технологічних рішень, їхнє проектування і виробниче впровадження в практику реконструкції.

Об'єкт дослідження - технології і системи зовнішнього утеплення і оздоблення при реконструкції цивільних будівель.

Предмет дослідження - взаємозв'язки техніко-економічних показників систем утеплення з їхніми конструктивно-технологічними властивостями.

Методи дослідження: системно-структурний аналіз, експертні оцінки і загальна теорія систем при обґрунтуванні і виборі чинників та показників систем зовнішнього утеплення і оздоблення, що визначають результати робіт по реконструкції будівель; математична статистика і моделювання при обробці експериментальних даних; аналіз і синтез при розробці нових конструктивно-технологічних рішень, що реалізували отримані теоретичні і експериментальні результати в практичні проекти. Використані праці провідних вітчизняних і зарубіжних вчених в галузі технології та організації будівельного виробництва, економіки та управління будівництвом.

Наукова новизна одержаних результатів:

- дістала подальший розвиток типізація чинників і показників систем зовнішнього утеплення і оздоблення фасадів, які у взаємозв'язку визначають ефективність заходів щодо модернізації цивільних будівель;

- вперше встановлено кількісні взаємозв'язки відібраних експертним шляхом показників конструктивних систем зовнішнього утеплення і оздоблення з можливими перевагами від реалізації проектів реконструкції для визначення ефективних заходів модернізації;

- отримала подальший розвиток теорія вибору інвестиційно-привабливого проекту модернізації утеплення будівель за термінами окупності інвестицій на її проведення з урахуванням економії не тільки за рахунок опалення, але й отримання додаткових площ;

- удосконалено обґрунтування шляхів розробки нових конструктивно-технологічних рішень по зовнішньому утепленню і оздобленню будівель, що модернізуються, для скорочення термінів окупності необхідних інвестицій.

Практичне значення одержаних результатів роботи полягає в наступному:

- розроблена і реалізована на практиці методика вибору раціонального варіанту зовнішнього утеплення і оздоблення, що враховує інтереси інвестора, замовника і підрядника;

- обґрунтовані, розроблені, запатентовані й упроваджені в проекти реконструкції нові конструктивно-технологічні рішення по зовнішньому утепленню і оздобленню будівель;

- реалізовані організаційно-технологічні і конструктивні пропозиції автора по реконструкції цивільних об'єктів в м. Дніпродзержинську (будівля школи № 27), в м. Бердянську (база відпочинку “Золотий пляж”, перший і другий блок), в м. Донецьку (два житлових будинки) дозволили знизити питомі експлуатаційні енерговитрати не менш ніж на 30%, собівартість будівельної продукції - на 3-5% в порівнянні з використанням традиційних рішень і отримати сумарний документально підтверджений економічний ефект - 172,7 тис. грн. на рік, або більше 70 тис. грн. на частку автора.

Особистий внесок здобувача в опублікованих в співавторстві працях полягає в обґрунтовуванні і розробці методики досліджень [13, 14], встановленні закономірностей впливу чинників і показників систем утеплення на можливі вигоди від реалізації об'єктів, що реконструюються, для призначення ефективних заходів при такій модернізації [1, 2, 5, 10-12, 15, 23], розвитку і уточненні моделі вибору раціонального варіанту конструкцій зовнішнього утеплення [3, 4, 7-9]. В запатентованих конструктивно-технологічних розробках автором обґрунтовані шляхи вдосконалення [16, 19, 21, 22] і окремі конструктивні рішення систем утеплення [17, 18, 20]. Автор брав участь у впровадженні результатів в реалізовані проекти і проводив оцінку їх техніко-економічної ефективності.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідалися і отримали позитивну оцінку на наукових семінарах і засіданнях кафедр технології будівельного виробництва Придніпровської державної академії будівництва та архітектури (2002 - 2008 рр.), міжнародному симпозіумі “Безпека життєдіяльності в ХХІ столітті” (м. Дніпропетровськ, 2002 р.,), науково - практичних конференціях “Стародубовські читання” (м. Дніпропетровськ, 2002 - 2008 рр.), міжнародному науково-практичному семінарі “ Теорія і практика виробництва і застосування ніздрюватого бетону в будівництві” (м. Дніпропетровськ, 2003 р.), міжнародній конференції “Les Journеes du logiciel libre ( Linux et autres) l'ecole CPE” (Франція, м. Ліон, 2004 р.), міжнародній конференції “Conception des contenus numeriques de formation” (Франція, м. Ліон, 2004 р.), міжнародній науковій конференції “Змінимо місто” (м. Дніпропетровськ, 2007 р.), міжнародній науковій конференції “Применение вентилируемых систем утепления” (Росія, м. Москва, 2004 р.), науковій конференції “Качество жилой среды-2008” (м. Дніпропетровськ, 2008 р.), науково-технічних радах будівельних, науково-дослідних і проектних організацій, виробничих підприємств і фірм.

Публікації. Результати досліджень висвітлені в 23 публікаціях, в тому чеслі 15 статтях в наукових фахових виданнях, що входять до переліку ВАК України, 1 тезі доповіді, 7 деклараційних патентах України на винаходи і корисні моделі.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація підпорядкована розв'язанню поставлених в ній завдань. Повний обсяг - 174 сторінки, в тому числі: основна частина 140 стор., додатків - 15 стор. Робота складається з вступу, 4 розділів, загальних висновків та 10 додатків. Обсяг використаних джерел - 199 найменувань на 14 стор. В основній частині дисертації є 30 таблиць і 77 рисунків.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовується актуальність дослідження, сформульовано мету і завдання дослідження, наукову новизну і практичне значення одержаних результатів, особистий внесок здобувача та приведено дані щодо апробації роботи.

В першому розділі виконаний аналіз теорії і практики виробництва робіт по реконструкції з утепленням цивільних будівель, доведена актуальність і висунута гіпотеза про можливість на основі виявлення і відбору чинників, що описують системи утеплення і оздоблення цивільних будівель, з подальшим моделюванням їхніх взаємозв'язків отримати кількісну залежність можливих результатів реконструкції об'єктів. Отримані результати запропоновано застосовувати для розробки ефективних варіантів здійснення модернізації з урахуванням інтересів замовника і підрядника. Обґрунтований системний підхід при комплексному розгляді науково-прикладної задачі.

Родоначальниками і активними послідовниками розробленої Н.П. Бусленко теорії систем і системного моделювання в будівельній галузі в колишньому Радянському Союзі слід назвати професорів В.А. Афанасьєва, Ю.І. Белякова, В.І. Большакова, С.М. Булгакова, А.Ф. Гаєвого, С.М. Глінкіна, Д.Ф. Гончаренка, Є.В. Горохова, О.А. Гусакова, Д.Ф. Друкованого, М.Г. Дюженка, Е.К. Завадскаса, О.М. Лівінського, П.П. Олійника, Б.В. Прикіна, М.В. Савицького, В.Й. Сивко, В.І. Торкатюка, Р.Б. Тяна, С.А. Ушацького, І. Фокова, Т.М. Цая, А.К. Шрейбера, К.А. Шрейбера і багатьох інших. Після набуття Україною незалежності, користуючись методологією 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. Федоренко, В.К. Черненка, Л.М. Шутенкао, В.Б. Яковенка та інших вчених.

В останні десятиріччя активний розвиток отримали також роботи, що мають на своїй меті пошук ефективних організаційно-технологічних рішень щодо модернізації спочатку промислових, а потім і цивільних будівель. Це відомі роботи В.А. Давидова, Б.С. Дамаскіна, Л.М. Діденка, А.Д. Єсипенка, Є.П. Матвєєва, В.Т. Меркушова, П.В. Монастирьова, Є.В. Полякова, Р.Б. Папірника, С.Є. Понізова, М.Т. Ральчука, А.Б. Родіонцева, І.І. Романенко, Є.Г. Романушко, А.Г. Ройтмана, В.В. Савйовського, Г.А. Саркісяна, В.І. Тернового, М.Д. Тереха, Є.П. Уварова, Г.Г. Фаренюка, А.А. Франівського, А.Г. Хуснімарданової, В.Т. Шаленного, В.Б. Шевельова та інших.

Розглянуто і проаналізовано конструктивно-технологічні системи і технології утеплення з подальшим опорядженням зовнішніх захисних конструкцій. Їх можна розділити на дві основні групи : 1 - системи утеплення фасадів з вентильованим повітряним прошарком (так звані “вентильовані фасади”); 2 - штукатурні системи утеплення і оздоблення (системи “мокрого” типу). Систематизовано інформацію щодо застосування різноманітних матеріалів для виробництва робіт по утепленню цивільних будівель при реконструкції і капітальному ремонті.

Окремо виділені і проаналізовані раніше виконані роботи, де висвітлюється конструктивно-технологічні системи утеплення. Цій проблемі присвячені публікації М.Д. Тереха, С.Є. Понізова, Г.С. Іванова, П.В. Монастирьова, А.Г. Хуснімарданової, С.М. Глінкіна та інших. Вказані роботи склали основу наших подальших досліджень в частині класифікації відібраних чинників, що впливають на вибір раціонального варіанту зовнішнього утеплення та оздоблення. Оскільки раніше було доведено, що деякі чинники конструктивно-технологічних систем утеплення впливають на їхній вибір, ми зупинилися на вивченні впливу кінцевих ТЕП систем утеплення та оздоблення на конструктивні ознаки, для чого подальші дослідження зосередили на вивченні статистичних даних систем зовнішнього утеплення та оздоблення. утеплення цивільний будівля

Таким чином, в результаті аналізу наукових праць висунута робоча гіпотеза, сформульована мета і поставлені завдання дисертаційного дослідження, розроблена його структурно-логічна схема.

Другий розділ присвячений теоретичним і експериментальним дослідженням системи з взаємопов'язаних чинників, які якісно, а також кількісно описують вплив показників конструктивно-технологічних систем утеплення та оздоблення для подальшого експертного відбору найбільш інформативних чинників. Автором вдосконалена система чинників і показників конструктивно-технологічних систем утеплення та оздоблення. За наслідками анкетного опиту фахівців була складена матриця рангів, яка оброблялася методами рангової кореляції і визначалася сумарна вага відібраних чинників по шкалі Екенроде (табл. 1).

В результаті методами експертних оцінок встановлено, що з групи запропонованих чинників щонайбільший вплив на вибір ефективних систем зовнішнього утеплення та оздоблення фасадів мають ТЕП системи, властивості утеплювача, довговічність експлуатації системи утеплення, умови влаштування системи, термін окупності системи, а також можливість використання матеріалів та комплектуючих вітчизняного виробництва. Інші групи ознак виявилися нижче лінії, що показує межу “шумового поля”, у зв'язку з чим до подальшого розгляду не приймалися і в таблиці не вказані.

На другому етапі експертних оцінок були відібрані найбільш значимі показники по кожній з перерахованих груп чинників. Ці відібрані показники спочатку були включені в гіпотетичні моделі, якими можна охарактеризувати вибір найбільш ефективних систем зовнішнього утеплення та оздоблення фасадів будівель.

Встановленню і аналізу кількісних взаємозв'язків присвячений третій розділ дисертації. Для цього користувалися проектними матеріалами, наданими виробниками, проектно-технологічною і кошторисною документацією по утепленню та оздобленню фасадів великої кількості цивільних будівель.

На основі інформації, отриманої протягом 2005-2007рр., а також даних інших проектів, були сформовані матриці конструктивно-технологічних параметрів проектів по утепленню, які далі оброблялися за допомогою методів математичної статистики; методами одновимірного і парного регресивного і дисперсного аналізів.

Отримано результуючі економічні показники реалізації відібраних проектних рішень. На жаль, фактичних даних по всіх проектах нам отримати не вдалося, а кошторисні показники не завжди можна було зіставити, адже вони отримані за різного часу, в різних державах, з різною валютою. Тому нами проведена робота по складанню власних кошторисів для кожного із 40 проектів.

В результаті отримані наступні рівняння кореляційно-регресивної залежності трудомісткості робіт і можливого терміну експлуатації окремо для кожного із різновидів систем утеплення та оздоблення.

Невентильовані системи утеплення та оздоблення:

Трм. = 4,77 + 0,234*Тд.,

де Трм. -трудомісткість робіт, Тд. - прогнозований термін експлуатації. Коефіцієнт кореляції K = 0,56, F-критерий Фішера= 8,16.

Модель пояснює з достовірністю у 99% наявність зв'язку між трудомісткістю робіт і терміном прогнозованої експлуатації. Кількісно цей зв'язок показує, що якщо проектом заздалегідь розглядається два варіанти можливих термінів експлуатації, один з яких удвічі більше іншого, то очікувана трудомісткість робіт значно збільшується (з 7,11 люд.-год./м2 до 9,45 люд.-год./м2), що складає 25%. Вказаний висновок зроблений у межах змін Тд. від 19 до 30 років.

Вентильовані системи утеплення та оздоблення:

Трв. = -6,74 + 0,45*Тд.,

Коефіцієнт кореляції К = 0,53, F- критерій Фішера=16.

Аналізуючи отриманий результат, приходимо до висновку про прямолінійне зростання трудомісткості із збільшенням терміну експлуатації. У межах терміну експлуатації від 25 до 50 років трудомісткість зростає в середньому з 5 люд.-год./м2 до 20 люд.-год./м2, тобто майже в 3,5 рази.

Узагальнена залежність трудомісткості влаштування разом для вентильованих і невентильованих систем утеплення та оздоблення:

Трзаг. = 1,89 + 0,298*Тд.

Коефіцієнт кореляції К= 0,52, F- критерій Фішера = 13,64.

Таким чином, встановлено важливу взаємозалежність на рівні довіри у 99%. У межах можливого збільшення терміну експлуатації від 15 до 55 років трудомісткість зростає в середньому з 5 люд.-год./м2 до 20 люд.-год./м2, тобто також майже в 4 рази. Загальний вид залежності показано на рис.1.

Встановлено взаємозв'язки вартості систем і терміну експлуатації.

В результаті процедур комп'ютерного статистичного аналізу проектних даних було встановлено, що кошторисна вартість систем утеплення та оздоблення зовнішніх стін будівель залежить від прогнозованого терміну експлуатації цих систем. Як і у попередньому випадку, пошук необхідних моделей вартості здійснювався окремо для систем утеплення “мокрого” типу, вентильованих і узагальнених залежностей разом для всіх конструкцій зовнішнього утеплення та оздоблення.

Невентильовані системи утеплення та оздоблення:

Sм. = 103,95 + 5,83*Тд.,

де Sм.- вартість системи, Тд. - прогнозований термін експлуатації. Коефіцієнт кореляції K = 0,51, F- критерій Фішера =6,03.

У межах прогнозованого терміну експлуатації від 15 до 30 років вартість систем зростає в середньому з 155 до 280 грн./м2, тобто майже в 2 рази.

Вентильовані системи утеплення та оздоблення:

Sв. = -229+ 17,2*Тд.

Коефіцієнт кореляції К = 0,64, F- критерій Фішера = 8,86. У межах очікуваного терміну експлуатації від 25 до 50 років вартість зростає в середньому з 280 до 780 грн./м2, тобто майже в 3 рази.

Узагальнена залежність разом для вентильованих і невентильованих систем утеплення та оздоблення:

Sзаг. = 16,28+ 12,33*Тд.

Коефіцієнт кореляції К = 0,69, F- критерій Фішера = 32,85. Отримана достовірна залежність, яка, з довірчою вірогідністю у 99%, підтверджує наявність зв'язку між вартістю систем і терміном експлуатації. Тобто, якщо проектом заздалегідь розглядається два можливі варіанти заданого терміну експлуатації, один з яких удвічі більше іншого, то слід очікувати значного збільшення вартості систем (з 150 до 780 грн./м2), що майже в 4 рази більше, в розглянутих межах експлуатації від 15 до 55 років. Наглядно загальний вигляд отриманих залежностей показано на рис. 2.

Взаємозв'язки вартості захисного шару і терміну експлуатації систем.

Те, що цей зв'язок існує - безумовно. Для систем “мокрого” типу захисним шаром є шпаклівки, ґрунтовки, фарби, штукатурки, для вентильованих систем утеплення - природний і штучний камінь, вініловий сайдин

Размещено на Allbest.ru