Застосування методологічних принципів для конструктивного рішення інших елементів будинку

При формуванні мікроклімату в забудові північніше від 55⁰ пн. ш. й особливо у північних районах нашої півкулі необхідно, як відзначають А.В. Яковлєв і Ю.Д. Бруснікін, враховувати також напрямок стоку холодного повітря. Для чого проводиться цілий ряд заходів щодо орієнтування будинків, малих архітектурних форм. Поліпшення мікроклімату в забудові досягається також, як стверджує Ю.Д. Бруснікін, за рахунок застосування різних матеріалів покриття доріжок і майданчиків.

Розглядаючи з цих міркувань забудову в межах України, звертаємо увагу на роль та інтенсивність потоків радіаційної теплоти, що підіймається вздовж стін від мостінь і тротуарів. При цьому особливо дискомфортно, як було помічено в ході натурних досліджень, відчуваються ці потоки в приміщеннях 1-их поверхів. Виникає задача усунення причин дискомфортної властивості мостінь і тротуарів.

Традиційне рішення цієї задачі, очевидно, зводилось би до простої заміни асфальтового покриття іншим, наприклад, бетонним із меншим теплозасвоєнням та більшим альбедо поверхні. Але мостіння є невід’ємною частиною будинку, яка мало вивчена і яку майже нічого не поєднує з інсоляцією. А тому нетрадиційне рішення цієї конструкції повинно враховувати вимоги за прямим їх призначенням як конструкції, що захищає довкола фундаментної зони грунт від зволоження поверхневими водами і певною мірою впливає на температуру грунту в цій зоні й у пристінній зоні підлоги виробничих будівель. Аналізуючи конструкції мостінь, звертаємо також увагу на недовговічність існуючих рішень та низькі їх теплотехнічні якості.

У результаті вивчення зроблено висновок, що конструкція мостіння повинна мати бетонну або азбоцементну поверхню, не має спиратись на грунт зворотної засипки, при необхідності повинна бути утепленою, бажано простою й індустріальною.

У такому випадку збірні мостіння можуть бути у вигляді залізобетонних плит, армованих дротом або арматурою діаметром 4 мм із чарункою 100х100 або 200х200 мм при ширині плити 1 м, як це показано на рисунку 4.11. Довжина таких плит може бути 3 м з добірними рядовими і кутовими елементами довжиною 1 м. Такі плити можуть мати різне опертя на зовнішнє огородження, як це показано на рисунку 4.12., й різну конструктивну структуру (без утеплювача, з утеплювачем, з водовідводом або без нього). При цьому характерною особливістю таких мостінь є те, що вони не спираються на грунт зворотної засипки. При належній культурі виробництва це досягається тим, що ширина пазух не перевищує 0,6-0,7 м, а при просадочних грунтах і ширині мостінь 1,5 м вони можуть бути дещо більшими. У таких випадках ребро залізобетонних плит спирається на грунт непорушеної структури, а протилежним краєм плита лягає на цоколь чи ранд-балку (рис 4.12), що убезпечує їх від осідання разом із зворотною засипкою. При більших розмірах пазух такі плити, за пропозицією Ю.М. Смирського, слід улаштовувати консольного типу.

Аналізуючи конструкції описаних мостінь, переконуємось, що вони не тільки матимуть високе альбедо поверхні, як це показали виміри, але й високі функціональні властивості за прямим призначенням. Вони, довговічні, з низькими експлуатаційними видатками і без утеплювача, нерідко можуть зрівнятися за вартістю з асфальтовими мостіннями. За наведеними витратами вони в усіх випадках ефективніші.

Рис. 4.12. Конструкція збірного мостіння із плит:

а) з опертям збірних плит на цоколь пальцевими виступами;

б) з опертям плит на рандбалку;

в) з організованим водостоком;

1) залізобетонні плити мостіння;

2) опертя ребра;

3) повітряний прошарок;

4) заізольований плитний утеплювач;

5) стіна;

6) зона зворотної засипки грунту;

7) фактурний шар плити мостіння;

8) z- видний анкер;

9) водовідвідний лоток;

10) водозливна гратка

Застосовуються такі мостіння, як це було показано більш виразно при конструюванні сейсмостійких фундаментів [8], для прокладки під ними інженерних мереж і насамперед мережі системи опалення будинків.

Проведені в Полтавському інженерно-будівельному інституті дослідження показали доволі обнадійливі результати їх високих теплотехнічних якостей, що дозволяють регулювати глибину закладання фундаментів, але й виявили їх недолік – нестійкість бетонної поверхні до руйнуючої дії танучої і дощової води. Це примусило віднайти спосіб, при якому якість поверхні за своєю світловідбиваючою властивістю не змінилася б. Аналогічно попередньому пошуку було знайдено спосіб захисту поверхні від руйнування шляхом гідроізоляції поверхні парафіном за методикою автора [9].

Методика гідроізоляції впроваджена в багатьох республіках колишнього союзу.

В Україні вона знайшла застосування для гідроізоляції серії збірних залізобетонних мостінь довкола павільйону теплотехнічних вимірювань Полтавського інженерно-будівельного інституту. Ефект доволі яскравий. За двадцять років ізольовані плити не змінили своїх якостей, а неізольовані – частково або істотно зруйновані; ізольована поверхня не піддається також механічним пошкодженням молотком або ломом.

Недоліком гідроізоляції за а.с. № 643600 [9] є те, що під дією інсоляції парафін може випаровуватися в районах з інтенсивним потоком сонячної радіації. Тому для південних районів України на відкритих до сонця поверхнях парафін застосовувати не ефективно.

Недолік можна усунути шляхом застосування речовин із більш високою температурою випаровування, які б подібно парафіну мали властивість змочуваності, наприклад, деякі види полімерів. Тобто на основі цієї концепції можливо продовжити пошук нового методу гідроізоляції на полімерній складовій.

Застосування методологічних принципів для вдосконалення огороджувальних конструкцій можна реалізувати не лише з позиції форми, розміру світлоотворів чи кольору і якості поверхні, але й з позиції внутрішньої будови конструкції за якісними та кількісними показниками. Це, думаємо, найбільш важливе у пошуковій роботі з удосконалення огороджувальних конструкцій. Прикладом такого вдосконалення відомої конструктивної структури зовнішнього огородження для районів із жарким кліматом є конструкція [7] (а. с. 862636 (СРСР), а. с. 882261(СРСР)), у якій між зовнішнім екраном із азбестоцементного листа і шаром утеплювача, закріпленого на внутрішньому несучому конструктивному шарі, розміщена під певними нахилами система пластин. При зрошуванні цих пластин водою остання, стікаючи поперемінно з одної на іншу пластину, добре засвоює теплоту і цим забезпечує підвищення теплостійкості огородження. Але для умов України таке огородження не придатне, бо восени і навесні може бути не тільки жарко, а й холодно до рівня мінусових температур, не кажучи вже про країни з різкоконтинентальним кліматом. Як же врахувати в роботі конструкції стіни такий температурний режим доби або сезону року.

Традиційний у таких випадках шлях – перехід на суцільне огородження зі зміною теплофізичних якостей утеплювача. Нетрадиційний шлях примушує проаналізувати, чому вода повинна невпинно стікати по пластинах і чому ці пластини мають бути нерухомими. Порівнюючи й аналізуючи переваги та недоліки від окремого до загального і навпаки, в кінцевому результаті прийшли до створення нової конструкції стінового огородження, захищеного а.с. [7], яке представлено на рисунках 4.13, 4.14. Відмінність цієї конструкції стіни від прототипу полягає в тому, що між екраном та утеплювачем на вільнообпертих осях передбачаються наповнені до певного рівня рідиною спеціальної форми порожнисті пластини, які здатні повертатися при нагріванні конструкції у вертикальне положення під дією випарувань та перерозподілу зовнішніх і внутрішніх сил у пластинах із рідиною.

Таке саморегулювання в положеннях пластин дає можливість досягти функціонально цілеспрямованого розшарування повітряного простору між екраном й утеплювачем на горизонтально розділені замкнуті повітряні прошарки для зимового режиму роботи конструкції і на вертикально розділений повітряний простір на два прошарки, один із яких замкнутий і працює ізолятивно, а другий, прилеглий до екрана, цілеспрямовано вентилюється через вентиляційні отвори, знімаючи напруженість теплонадходжень до нього від екрана при опроміненні його сонячною радіацією в літніх умовах. Якщо збоку екрана на пластини нанести тепловідбиваючі покриття пофарбуванням або наклеюванням фольги, то ефективність теплостійкості лише підвищиться. У зимових умовах горизонтальні замкнуті повітряні прошарки будуть створювати опір теплопередачі із приміщення назовні разом із горизонтальними пластинами із незамерзаючою рідиною в середині. При тривалій нерухомості пластин у зимовий період інколи недостатньо внутрішніх зусиль для їх повороту. Враховуючи це, було вдосконалено систему шляхом постановки на вісь і корпус пружини з пам’яттю форми згідно з а. с. № 2028446 с1 [54].

Ще один і останній приклад застосування методологічних принципів покажемо на конструкції сонцезахисних пристроїв. Існують десятки можливих рішень СЗП. Здавалося б, що ще можливо додати до цього. Але, розглядаючи стаціонарні СЗП із поворотними затінюючими пластинами, звертаємо увагу на високий рівень транспарантності СЗП після закінчення періоду сонцезахисту. Пластини перешкоджають огляду прилеглої території, знижують рівень освітлення приміщень тощо. Традиційний шлях розв’язання питання – це застосування СЗП, у якому після закінчення періоду сонцезахисту пластини піднімаються вгору або прибираються іншим шляхом. На даний час така конструкція існує. Це громіздка конструкція з низькими естетичними якостями за а. с. № 514086 (СРСР).

Рис. 4.13. Стінове огородження для південних районів:

1 – каркас; 2 – обшивка; 3 – теплоізоляція;

4 – повітряний прошарок; 5 – екран із листового металу;

6 – наповнені рідиною поворотні пластини;

7 – осі обертання, закріплені на пластинах;

8 – рівень рідини; 9 – упори; 10 – вентиляційні отвори;

11 – клапан; 12 – тяги; 13 – надувні компенсатори;

14 – шийка отвору

Рис. 4.14. Стінове огородження для південних районів:

1 – каркас; 2 – обшивка; 3 – теплоізоляція;

4 – повітряний прошарок; 5 – екран із листового металу;

6 – наповнені рідиною поворотні пластини;

7 – вісь; 8 – рівень рідини; 9 – упори; 10 – вентиляційні отвори;

11 – клапан; 12 – тяги; 13 – надувні компенсатори;

14 – шийка отвору; 15 – тяги, що об’єднують пластини

Направляючи пошуки згідно з методологічними принципами нетрадиційним шляхом (тобто не прибираючи пластини з вікна), знайдено нове рішення декількох варіантів СЗП, у якому затінюючі пластини при необхідності можуть змінювати свої розміри, зменшуючись або збільшуючись у ширині, окремі варіанти цих СЗП зображені на рисунках 4.15, 4.16. Особливістю даної конструкції є те, що затінююча пластина складається з двох частин: касетної і плоскої телескопічно-висувної. При нахилі цих пластин донизу або повертанні догори на небосхил висування і западання останньої відбувається під дією сил земного тяжіння. В іншому випадку (рис. 4.16) це досягається з додатковим підпружиненням пластин. Для забезпечення стійкого положення нахилених пластин при поривах вітру рекомендується застосовувати дисковий варіант СЗП (рис. 4.15.) або використовувати СЗП із тягою з ланок котушкового типу (рис. 4.16), які на кінці підпружинені й знаходяться в стані постійної напруженості.

У всіх цих випадках (рис. 4.15, 4.16), завдяки зміщенню осі 2 від середини пластини до світлоотвору, вони під дією сил тяжіння набувають здатності повертатись у необхідному напрямку. Але вільне повертання пластин обмежується тягами, з’єднаними з блочно-тяговою системою. Через це повертання пластин можливе лише в міру послаблення тяги 5 ручкою управління. Якщо прийняти за висхідне крайнє верхнє положення затінюючих пластин, направлених на небосхил, коли вони складені в пакет, то в міру повороту ручки управління буде повертатися і пакет пластин ширшим краєм донизу в робоче положення. Спочатку вони повертаються в горизонтальне положення, а потім підпружинені пластини починають висуватись із касети, а в інших випадках плоскі пластини висуваються при певному їх нахилі донизу (12, 15⁰). Висування завершується при зіткненні пластини з обмежувачем повертання. У цьому положенні в усіх трьох варіантах затінюючі пластини стійко утримують своє розташування навіть під тиском вітрових потоків. Запропонована конструкція СЗП дозволяє широкий діапазон регулювання сонцезахисту і транспарантності, майже вдвічі знижуючи її порівняно з відомими конструкціями. За вартістю запропонована конструкція на 18-30% дешевша прототипу і варіанта регульованих стаціонарних жалюзі.

Як було показано вище, а в даному випадку ще й доведено ефективність застосування методологічних принципів для вдосконалення огороджувальних конструкцій розрахунками, є підстави рекомендувати застосовувати їх для подальшого вдосконалення конструкцій будинків, особливо якщо вони піддаються впливу інсоляцій та природного освітлення.

Рис. 4.15. Дисковий варіант сонцезахисного пристрою:

1 – рама-жалюзі; 2 – вісь; 3 – затінююча пластина касетного типу;

4 – висувна пластина; 5 – гнучка тяга; 6 – підпружинений валик,

здатний прибирати провисання тяги; 7 – диск у коробі рами, жорсткозакріплений на осі; 8 – тяга привода із запасуванням на блок;

9, 10 – блоки управління; 11 – кульки з шайбами, які запресовані

у масу самої пластини у точках тертя

Рис. 4.16. Варіанти рішень сонцезахисного пристрою:

1 – рама; 2 – вісь; 3 – пластина касетного типу;

4 – висувна пластина; 5 – гнучка тяга; 6 –пружина на розтяг;

7 – обмежувач повертання; 8 – ланки котушкового типу;

9 – кульки з шайбами; 10 – зірочка повороту тяги;

11 – пружина конусного типу