vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2024-26-2-157-170NPQPJXvestniktgasu-1712Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯCONSTRUCTION MATERIALS AND PRODUCTSТеплозащитные свойства профилированного деревянного бруса с торфовермикулитовым утеплителемThermal protection properties of profiled timber with peat-vermiculite insulationЦветковН. А.TsvetkovN. A.

Цветков Николай Александрович, докт. техн. наук, профессор

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Nikolai A. Tsvetkov, DSc, Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk

nac.tsuab@yandex.ruТолстыхА. В.TolstykhA. V.

Толстых Александр Витальевич, канд. физ.-мат. наук, доцент

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Aleksandr V. Tolstykh, PhD, A/Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk

tolstbu@yandex.ruКопаницаН. О.KopanitsaN. O.

Копаница Наталья Олеговна, докт. техн. наук, профессор

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Natalia O. Kopanitsa, DSc, Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk

kopanitsa@mail.ruЦветковД. Н.TsvetkovD. N.

Цветков Дмитрий Николаевич, преподаватель

634009, г. Томск пр. Ленина, 125а

Dmitry N. Tsvetkov, Lecturer

125 a, Lenin Ave., 634009, Tomsk

orf@mail.ruДорошенкоЮ. Н.DoroshenkoYu. N.

Дорошенко Юлия Николаевна, канд. техн. наук, доцент

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Yuliya N. Doroshenko, PhD, A/Professor

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk

kafotopvent1@rambler.ruГоркольцеваД. С.GorkoltsevaD. S.

Горкольцева Динара Сергеевна, ассистент

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Dinara S. Gorkoltseva, Assistant Lecturer

2, Solyanaya Sq., 634003, Tomsk

gorkoltsevadinara@gmail.comТомский государственный архитектурно-строительный университетРоссияTomsk State University of Architecture and BuildingRussian FederationТомский государственный архитектурно-строительный университетРоссияTomsk Governor's College of Culture and ArtsRussian Federation202423042024262157170Copyright © Цветков Н.А., Толстых А.В., Копаница Н.О., Цветков Д.Н., Дорошенко Ю.Н., Горкольцева Д.С., 20242024Цветков Н.А., Толстых А.В., Копаница Н.О., Цветков Д.Н., Дорошенко Ю.Н., Горкольцева Д.С.Tsvetkov N.A., Tolstykh A.V., Kopanitsa N.O., Tsvetkov D.N., Doroshenko Y.N., Gorkoltseva D.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/1712

Актуальность. На сегодняшний день все более важным становится использование экологически чистых материалов. Возведение энергосберегающих зданий с ограждающими конструкциями из утепленного профилированного бруса является одним из наиболее перспективных направлений в малоэтажном строительстве.К материалам, оказывающим минимальное негативное воздействие на окружающую среду в течение всего периода эксплуатации, относятся новые строительные утеплители, созданные на основе торфовермикулитовых гранул.Цель работы – исследование основных теплофизических характеристик деревянных наружных стен из профилированного бруса, в которых в качестве утеплителя используется торфовермикулитовый материал, коэффициент теплопроводности которого может изменяться в диапазоне от 0,05 до 0,06 Вт/(м·K). Для этого было проведено численное моделирование тепломассопереноса в деревянных ограждающих конструкциях, выполненных из утепленного бруса с тремя различными вариантами коннекторов.В результате моделирования стационарных процессов теплопроводности в брусовых конструкциях получены данные по пространственному распределению температур и потоков тепла. Показано, что использование фанерных коннекторов практически не влияет на распределение температуры по толщине деревянных стен с торфовермикулитовой изоляцией. Увеличение теплопроводности изоляции (в пределах типичного диапазона значений для торфовермикулитового материала) не оказывает заметного влияния на перепад температур вдоль оси коннектора или за пределами зоны его температурного влияния.Выводы. Установлено, что толщина торфовермикулитового слоя утеплителя должна составлять не менее 0,176 м, чтобы обеспечить соблюдение основных требований к теплозащитным свойствам ограждающих конструкций в климатических условиях г. Томска. Наибольшие теплопотери при минимальной толщине утеплителя будут в стене из профилированного утепленного бруса с Т-образным креплением коннекторов. Высокопрочный брус с дополнительной центральной ламелью обладает наилучшими теплозащитными характеристиками при минимально возможной толщине утеплителя. 

Today, the use of environmentally friendly materials is becoming increasingly important. The construction of energy-saving buildings with enclosing structures made of insulated profiled timber, is one of the most promising areas in low-rise construction.Materials having minimum negative impact on the environment during their operation, include new construction insulation materials based on peat-vermiculite granules. The paper studies the main physical properties of wooden exterior walls made of profiled timber, in which peat vermiculite is used as insulation, thermal conductivity of which ranges from 0.05 to 0.06 W/(m·K). For this purpose, numerical simulation is performed for the heat-mass transfer in wooden enclosing structures made of insulated timber with three different connector options.The temperature and heat flow distributions are obtained as a result of modeling stationary thermal conductivity processes in timber structures. It is shown that plywood connectors do not affect the thickness temperature distribution in wooden walls with peat-vermiculite insulation. An increase in thermal conductivity of insulation has no significant effect on the temperature difference along the connector axis or outside the region of its temperature influence.It is found that the thickness of the peat-vermiculite insulation layer should be at least 0.176 m to ensure the compliance with the main requirements for thermal protection properties of enclosing structures in the climatic conditions of Tomsk. The greatest heat loss with a minimum insulation thickness is observed for the wall made of profiled insulated timber with T-shaped connectors. A high-strength timber with the additional central lamella has the best thermal protection with the lowest insulation thickness.

Торфовермикулитовый утеплительутепленный профилированный брусдеревянные ламеликоннекторы из фанерытеплопереностеплопроводностьтепловой потокплотность теплового потокасопротивление теплопередачеминимальная толщина слоя утеплителяpeat-vermiculite insulationinsulated profiled timberwooden slatsplywood connectorsheat transferthermal conductivityheat fluxheat transfer resistancethicknessРабота выполнена при поддержке государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ FEMN-2022-0003.This work was financially supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Project FEMN-2022-0003).ReferencesSaura-Cayuela M., Lara-Torres S., Pacheco-Fernández I., et al. Green materials for greener food sample preparation: A review // Green Analytical Chemistry. 2023. V. 4. P. 100053. DOI: https://doi.org/10.1016/j.greeac.2023.100053Saura-Cayuela M., Lara-Torres S., Pacheco-Fernández I., et al. Green materials for greener food sample preparation: A review. Green Analytical Chemistry. 2023; 4: 100053. DOI: https://doi.org/10.1016/j.greeac.2023.100053Kore S.D., Balaji N., Sudarsan J.S. Feasibility study of adopting green materials in construction by stake holder‘s perception using ANOVA based quantitative analysis technique // Materials Today: Proceedings. 2023. V. 92. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.06.335Kore S.D., Balaji N., Sudarsan J.S. Feasibility study of adopting green materials in construction by stake holder’s perception using ANOVA based quantitative analysis technique. Materials Today: Proceedings. 2023; 92: DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.06.335Копров Д.А., Розанцева Н.В. Полносборные клеедеревянные конструкции как альтернативное решение при строительстве промышленных ангаров // Технология строительного производства : материалы Всероссийской молодежной научно-практической конференции, посвященной 190-летию Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета (ЛИСИ − СПбГАСУ), Санкт-Петербург, 28–29 апреля 2022 г. Санкт-Петербург : Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2022. С. 151–157.Koprov D.A., Rozantseva N.V. Fully assembled clad-wood structures as an alternative solution for the construction of industrial hangars. In: Proc. All-Russ. Sci. Conf. ‘Technology of Construction Production’. Saint-Petersburg, 2022. Pp. 151–157. (In Russian)Цветков Н.А., Хуторной А.Н., Толстых А.В., Колесникова А.В. Физико-математическая модель тепловлагопереноса в ограждающих конструкциях из профилированного теплового бруса // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2017. № 2 (698). С. 12–20.Tsvetkov N.A., Khutornoj A.N., Tolstykh A.V., Kolesnikova A.V. A physical and mathematical model of heat and moisture transfer in enclosing structures made of profiled thermal timber. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo. 2017; 698 (2): 12–20. (In Russian)Огородников И.А., Бородулин В.Ю., Низовцев М.И. Тепловой баланс дома с воздушным солнечным коллектором и аккумулятором тепла для условий Прибайкалья // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2022. № 12 (768). С. 49–63.Ogorodnikov I.A., Borodulin V.Yu., Nizovtsev M.I. Thermal balance of house with air solar collector and heat accumulator in Baikal region conditions. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo. 2022; 768 (12): 49–63. (In Russian)Толстихина Е.Д., Арабли Л.А., Зенкова У.В. Оценка возможности экономии энергии в деревянном доме // Управление экономическими системами. Электронный научный журнал. 2019. № 10 (128). С. 34–35.Tolstikhina E.D., Arabli L.A., Zenkova U.V. Assessment of saving energy in wooden house. Upravlenie ekonomicheskimi sistemami. 2019; 128 (10): 34–35. (In Russian)Дубровина Ю.Ю., Цыбакин С.В. Технико-экономическое сравнение вариантов конструкций стен индивидуальных жилых домов // Современная наука: актуальные вопросы и достижения в эпоху трансформационных процессов : сборник статей по материалам 74-й Всероссийской (национальной) научно-практической конференции, Караваево, 26 января 2023 г. Караваево : Костромская государственная сельскохозяйственная академия, 2023. С. 107–113.Dubrovina Yu.Yu., Tsybakin S.V. Technical and economic comparison of wall designs of individual residential buildings. In: Proc. 74th All-Russ. Sci. Conf. ‘Modern Science: Current Issues and Achievements in the Era of Transformation Processes’. Karavaevo: Kostroma State Agricultural Academy. 2023. Pp. 107–113. (In Russian)Алиев С.А. Влагонакопление стеновой конструкции из дерева в десятилетнем цикле // Актуальные вопросы строительства: взгляд в будущее : сборник научных статей по материалам Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 40-летию создания Инженерно-строительного института, Красноярск, 19–21 октября 2022 г. Красноярск : Сибирский федеральный университет, 2022. С. 464–468.Aliev S.A. Moisture accumulation of wooden wall structure in a ten-year cycle. In: Proc. 74th All-Russ. Sci. Conf. ‘Current Issues of Construction: Look Into The Future’. Krasnoyarsk: Siberian Federal University, 2022. Pp. 464–468. (In Russian)Tsvetkov N.A., Tolstykh, A.V.Y., Khutornoi, A.N., et al. Mathematical modelling of renewable construction materials for green energy-efficient buildings at permafrost regions of Russia // Environmental Challenges. 2021. V. 4. P. 100101. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envc.2021.100101Tsvetkov N.A., Tolstykh A.V.Y., Khutornoi A.N., et al. Mathematical modelling of renewable construction materials for green energy-efficient buildings at permafrost regions of Russia. Environmental Challenges. 2021; 4: 100101. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envc.2021.100101Цветков Н.А., Толстых А.В., Цветков Д.Н., Дорошенко Ю.Н. Оценка возможности образования мокрых зон в ограждающих конструкциях из утепленного бруса с коннекторами // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2022. № 4 (760). С. 87–98. DOI: https://doi.org/10.32683/0536-1052-2022-760-4-87-98Tsvetkov N.A., Tolstykh A.V., Tsvetkov D.N., Doroshenko Yu.N. Wet zone formation in enclosing structures made of insulated timber with connectors. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo. 2022; 760 (4): 87–98. DOI: https://doi.org/10.32683/0536-1052-2022-760-4-87-98. (In Russian)Wonjun Choi, Ryozo Ooka, Masanori Shukuya. Unsteady-state exergetic performance comparison of externally and internally insulated building envelopes // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2020. V. 163. P. 120414. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmas-stransfer.2020.120414Wonjun Choi, Ryozo Ooka, Masanori Shukuya. Unsteady-state exergetic performance comparison of externally and internally insulated building envelopes. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2020; 163: 120414. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120414Xiaohai Zhou, Carmeliet J., Derome D. Assessment of moisture risk of wooden beam embedded in internally insulated masonry walls with 2D and 3D models // Building and Environment. 2021. V. 193. P. 107460. DOI: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2020.107460Xiaohai Zhou, Carmeliet J., Derome D. Assessment of moisture risk of wooden beam embedded in internally insulated masonry walls with 2D and 3D models. Building and Environment. 2021; 193: 107460. DOI: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2020.107460Шевцова М.А., Чернеев А.М., Безрук Г.В. Преимущество использования льняных теплоизоляционных плит в коттеджном строительстве // Перспективы науки. 2020. № 11 (134). С. 267–269.Shevtsova M.A., Cherneev A.M., Bezruk G.V. Advantage of linen thermal insulation boards in cottage construction. Perspektivy nauki. 2020; 134 (11): 267–269. (In Russian)Горкольцева Д.С., Копаница Н.О. Торфовермикулитовые смеси для производства теплоизоляционного гранулированного материала // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2021. Т. 23. № 5. С. 93–104.Gorkoltseva D.S., Kopanitsa N.O. Peat-vermiculite compositions for granulated material production. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta – Journal of Construction and Architecture. 2021; 23 (5): 93–104. (In Russian)Копаница Н.О., Ковалева М.А. Исследование вяжущих свойств низинных торфов // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2012. Т. 36. № 3. С. 153–158.Kopanitsa N.O., Kovaleva M.A. Investigation of astringent properties of lowland peat. Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. 2012; 36 (3): 153–158. (In Russian)Цветков Н.А., Хуторной А.Н., Толстых А.В., Дорошенко Ю.Н. Сравнительный анализ теплозащитных характеристик стен из профилированного утепленного бруса с коннекторами // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. Т. 20. № 2. С. 124–136.Tsvetkov N.A., Khutornoi A.N., Tolstykh A.V., Doroshenko Yu.N. Comparative analysis of heat-insulating properties of walls made of profiled beams. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta – Journal of Construction and Architecture. 2018; 20 (2): 124–136. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.