Проектирование и технологии тепловой защиты зданий

---

3.1. Потребление зданиями энергии на отопление

По  экспертным  оценкам  общая  площадь  эксплуатируемых  в России зданий близка к цифре в 5 млрд. м², а расход на их отопление составляет около 400 млн тонн условного топлива в год или более трети энергоресурсов страны.

Сохраняются проблемы в коммунальном хозяйстве, которое потребляет до 20% электрической  и 45%  тепловой  энергии,  производимой  в  стране. 

Считается также, что на единицу жилой площади в России расходуется в 2-3 раза больше энергии,  чем  для  тех  же  климатических  условий  в  промышленно  развитых странах  Европы.

 Такое  положение  определяется  продолжением  эксплуатации жилых и общественных зданий со времен Советского Союза, которые пока еще существенно  превосходят  по  общей  площади  те,  что  были  построены  за последние два десятилетия.

Известно, что в советское время они воздвигались в режиме  экономии  строительных  материалов  и  уменьшения  сроков строительства  по  принципу  компенсации  снижения  капитальных  затрат увеличением  эксплуатационных  расходов  в  условиях  декларируемой «низкой стоимости топлива» в стране богатой энергетическими ресурсами. 

Исходя  из  физических  представлений  о  тепловой  эффективности ограждающих  конструкций  и  зданий (раздел 1.2)  становится  понятным направление  изменения  существующей  ситуации,  связанное  с  переходом  к технологиям,  обеспечивающим  низкое  потребление  энергии  на  отопление. 

В первую  очередь  оно  касается  широкого  внедрения  средств  пассивного регулирования  температурно-влажностного  режима,  в  которых теплоизолирующая функция ограждений практически полностью определяется резистивной  составляющей и  в очень малой  степени  емкостной.

Материалы  с низкой  теплопроводностью  характеризуются  резистивной  или  объемной теплоизоляцией, а с высокой теплопроводностью – емкостной теплоизоляцией.

В упоминаемой  в разделе 1.2 книге Табунщикова Ю.А. и Бородач М.М. приводится  показательный  пример  сравнения  теплоаккумуляционных показателей  материалов  ограждений  при  расчете  затрат  тепла  на  нагрев ограждающих  конструкций  и  скорости  нагрева.  В  таблице 22  приведены результаты  расчетов  для  следующих  материалов:  кирпича,  керамзитобетона, дерева  и  минеральной  ваты  с  одинаковым  термическим  сопротивлением. 

В столбце 2  приведены  значения  термического  сопротивления,  принятые равными единице, толщина которых дана в столбце 3, теплоаккумуляционные показатели  в  столбце 4,  а  необходимое  количество  теплоты  для  повышения температуры  материала  указанной  толщины  и  площади 1  м²  от 0  до 20 ˚С  в столбце 5, в столбце 6 итоговая скорость изменения температуры поверхности материала при воздействии источника в 1 КВт на данную поверхность.

Видно, что  меньший  теплоаккумуляционный  показатель  при  равном  уровне теплозащиты для материалов с меньшей теплопроводностью и, следовательно, меньшей  толщиной,  соответствует  большей  скорости  нагрева  поверхности  и меньшим затратам тепла.

 

                                                                                    Таблица 22

Оценка теплоаккумуляционных показателей материалов ограждающих конструкций

 

 

 

Приведенный  пример  наглядно  демонстрирует  причины  перехода  к использованию  резистивной  теплоизоляции  из  современных  материалов  и постоянного  увеличения  уровня  теплозащиты  ограждающих  конструкций возводимых и  реконструируемых  зданий. 

Все  существующие  технологии повышения  тепловой  эффективности  ограждений  опираются  на теплоизоляционные  материалы,  которые  в  настоящее  время  составляют важную  часть  рынка  строительных  материалов. 

Актуальным  остается проблема,  связанная  с  потреблением  энергии  жилыми  и  общественными зданиями. 

Обобщение  и  анализ  многочисленных  результатов  обследования эффективности  энергосберегающих  конструкций  зданий  и  сооружений, выявление  очевидных  достоинств  и  недостатков  позволяют  определить наиболее  приемлемые  предложения  при  возведении  новых  сооружений  с низким  потреблением  энергетических  ресурсов  на  отопление,  а  также  при

необходимости  реконструкции  старого  жилищного  фонда  с  использованием современных  теплоизоляционных  материалов.

В  перечне  эксплуатационных недостатков  жилья  чаще  всего  отмечаются:  промерзание  стен,  конденсат  в оконных  проемах,  грибок,  разгерметизация  стыков,  разрушение  и  коррозия элементов  конструкций. 

         Подобные  проблемы  во  вновь  построенных  зданиях являются следствием необоснованности принятых проектировщиками решений

по  тепловой  защите  качество  реализации  этих  решений  строителями  и эксплуатирующими организациями. 

Требования СНиП 23-02-2003 «Тепловая  защита  зданий» устанавливают для  величин  нормативного  приведенного  сопротивления  теплопередаче  в Иркутске с учетом значения градусо-суток отопительного периода следующие характеристики: для  стен – 3.8 (м²·˚С )/Вт, для покрытий и перекрытий – 5.7 (м²·˚С )/Вт, перекрытий чердачных – 5.1 (м²·˚С )/Вт, окон и балконных дверей – 0.65 (м²·˚С )/Вт.

Поэтому  достижение  таких  значений  невозможно  без применения эффективных теплоизоляционных материалов и конструкций.

Наружные  стены  с  преобладающей  площадью  поверхности  над площадью  любого  другого  элемента  наружных  ограждающих  конструкций имеют  наибольший  потенциал  энергосбережения.  Даже  на  построенных  в советское  время  до 1980-х  годов  зданиях  при  минимальном  повышении энергоэффективности здания за счет утепления стен с 1.0 до 2.0 (м²·˚С )/Вт доля экономии может составить более 70% возможной экономии тепла. 

Обычно  различают  три  вида  стен  при  их  теплотехническом  анализе  по числу основных слоев конструкции: однослойные, двухслойные и трехслойные.

Однослойные  стены  наиболее  просты  не  только  в  исполнении,  но  и  в эксплуатации при обеспечении необходимых теплозащитных параметров. Этот тип  конструкции,  совмещающий  несущие  и  теплозащитные  функции, применяется при проведении модернизации и реконструкции зданий.

Исходя из требований к теплозащите наиболее подходят легкие бетоны при плотности не более 500  кг/м³  и  расчетном  значении  коэффициента  теплопроводности  не более 0.15 Вт/(м²·˚С).

Стены из легких бетонов  в  зависимости от плотности и прочности  могут  проектироваться  самонесущими  с  обязательной  защитой  от внешних  атмосферных  воздействий (облицовка,  штукатурный, гидроизолирующий слой и т.п.). 

Двухслойные  стены  разделяют  несущие  и  теплоизоляционные  функции по  слоям. 

В  настоящее  время  это  наиболее  распространенный  тип ограждающей  конструкции,  обеспечивающий  высокую  энергоэффективность без существенного увеличения толщины наружных стен. В двухслойных стенах теплоизоляционный слой может располагаться либо снаружи, либо изнутри. 

Расположение  теплоизоляции  с  внутренней  стороны  подвергает обращенный  наружу  несущий  слой  стены  температурным  воздействиям.

Типичные  для  холодного  периода  года  промерзания-оттаивания  этой  части стены ведут к потере прочностных свойств, что сказывается на долговечности здания. 

При  внутреннем  способе  утепления  существует  проблема  тепловой неоднородности наружной ограждающей конструкции с тепловыми мостами в местах  стыков  внешней  стены  с  перекрытиями  и  внутренними  стенами. 

К недостаткам  этого  способа  относится  также  сокращение  внутренней  площади помещений. 

Основной  проблемой  утепления  с  внутренней  стороны  является необходимость  обеспечения  надежной  защиты  теплоизоляционного  слоя  от увлажнения  и  накопления  влаги  в  толще  утеплителя. 

Вследствие  разницы давлений  водяного  пара  снаружи  и  внутри  здания  через  ограждающую конструкцию  происходит  диффузия  водяного  пара  в  наружную  сторону.

Поэтому  применение  теплоизоляции  с  внутренней  стороны  допустимо  только при условии надежной пароизоляции со стороны помещения, что на практике не всегда выполнимо. 

При расположении теплоизолирующего слоя с наружной стороны почти полностью  исключаются  перечисленные  проблемы,  поскольку  большая  часть стены по  толщине имеет положительную  температуру.

Утепление с наружной стороны  является  с  точки  зрения  тепловлагообмена  оптимальным:  не нарушается естественная диффузия водяных паров через стену, не происходит скопление влаги в толще утеплителя. Естественная диффузия водяных паров и положительная температура в большей части стены сохраняют теплозащитные качества  ограждения  на  уровне  близком  к  проектному. 

Теплоизоляция  стен  с наружной  стороны производится  как  в  процессе  строительства  новых  зданий, так  и  при  реконструкции  или  ремонте  существующих  зданий.  При расположении  материала  утеплителя  снаружи  не  возникают  дополнительные тепловые  мосты  в  зоне  опирания  междуэтажных  перекрытий  на  стену  или  в месте сопряжения внутренних стен с наружными, поскольку стена становится равномерно утепленной без каких-либо разрывов теплоизоляционного слоя.

Рассмотрение  вариантов  размещения  и  структуры  слоев  теплозащиты стеновых  ограждений  дополняется  анализом  других  ограждений,  которые вместе формируют  общую  энергоэффективность  зданий  в  виде  интегральных параметров. Удельный расход  энергии на отопление и  горячее водоснабжение относится  к  одному  из  наиболее  важных  в  российских  нормативных документов.  Например,  удельный  расход  тепловой  энергии  на  отопление зданий за отопительный период в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» определяется  количеством  тепловой  энергии  за  отопительный  период, необходимым для компенсации теплопотерь здания с учетом воздухообмена и дополнительных  тепловыделений  при  нормируемых  параметрах  теплового  и воздушного  режимов  помещений  в  нем,  отнесенным  к  единице  площади квартир  или  полезной  площади  помещений  здания (или  к  их  отапливаемому объему)  и  градусо-суткам  отопительного  периода.  В  таблицах 7  и 8 приводились  значения  нормируемых  величин  удельного  расхода  тепловой энергии на отопление q ^req_h  жилых домов одноквартирных отдельно стоящих и блокированных,  а  также  различных  типов  зданий  не  только  на  единицу площади,  но  и  на  единицу  отапливаемого  объема. 

Видно,  что  величины нормируемого  удельного  расхода  находятся  в  пределах  от 70  до 140 кДж/(м²·˚С·сут).

При расчете здания по показателю удельного расхода тепловой энергии  полученное  значение  сравнивается  с  нормируемым  и  делаются соответствующие заключения. Показатель компактности здания, определяемый в  СНиП 23-02-2003  как  отношение  общей  площади  внутренней  поверхности наружных  ограждающих  конструкций  здания  к  заключенному  в  них отапливаемому объему, косвенно учитывается в таблице 8, где можно отметить пропорциональность  удельного  расхода  тепла  величине  показателя компактности.

Для малоэтажных  зданий  с  показателем  компактности порядка единицы  удельный  расход  наибольший  и  для  многоэтажных  с  показателем компактности около 0.2 – наименьший.

Сравнение  величин  удельного  расхода  тепла  с  нормативными характеристиками других стран не всегда возможно. Приближенность и малая точность  расчета  удельного  расхода  тепла  на  отопление  здания  по  методике, изложенной  в  СНиП 23-02-2003  в  приложении  Г,  связанная  необходимостью использования значений большого числа коэффициентов, приводит к заметным погрешностям.

Во многих  странах,  в частности, Европейского Союза принято определять и считать значение первичной (на источнике) и конечной удельной потребности  в  энергии  на  отопление  и  горячее  водоснабжение  в  единицах (КВт·ч) на 1 м² отапливаемой площади в год. 

Проводить  сравнение  этой  характеристики  с  подобными  российскими нормативами  можно  только  приближенно,  поскольку  они  не  связаны непосредственно  с  теплопотерями  на  единицу  отапливаемой  площади. 

В  СНиП 23-02-2003 «Тепловая  защита  зданий»  в  таблице 3  дана классификация  энергопотребляющих  объектов  в  зависимости  от  степени отклонения  расчетных  или  измеренных  нормализованных  значений  удельных расходов  тепловой  энергии  на  отопление  объекта  от  нормируемого  значения.

При  этом  для  новых  и  реконструируемых  зданий  установлено 3  класса энергоэффективности:  дома  с  очень  высокой «А»  высокой «В»  и  нормальной «С»  энергоэффективности,  а  для  эксплуатируемых  зданий –  два  класса:  дома низкой «D»  и  очень  низкой «Е»  энергоэффективности.  Энергетическую эффективность  жилых  и  общественных  зданий  следует  устанавливать  в соответствии  с  классификацией  по  таблице 3.  Присвоение  классов D,  Е  на стадии проектирования не допускается. Классы А, В устанавливают для вновь возводимых  и  реконструируемых  зданий  на  стадии  разработки  проекта  и впоследствии  их  уточняют  по  результатам  эксплуатации.  Для  достижения классов А, В администрациям субъектов Российской Федерации рекомендуется применять  меры  по  экономическому  стимулированию  участников проектирования  и  строительства.  Класс  С  устанавливают  при  эксплуатации вновь возведенных и реконструированных зданий согласно разделу 11. 

Опыт работы по повышению  энергоэффективности  зданий накопленный в  Европе,  регионе  с  высокой  зависимостью  от  ввозимых  энергоносителей, свидетельствует  о  том,  что  в  Германии  и  скандинавских  странах,  особенно Дании  и  Финляндии,  даже  в  районах  устоявшейся  застройки  энергопотери сводятся  к  минимуму.  Суммарный  эффект  экономии  тепла  во  вновь возводимых жилых и коммерческих зданиях здесь составляет 50-70%. 

Сейчас в Европе принята следующая классификация энергоэффективных зданий:  дома  низкого  энергопотребления,  дома  ультранизкогоэнергопотребления и энергопассивные или пассивные дома – не нуждающиеся в  отоплении.  В  таблице 22  приведены  теплоэнергетические  характеристики малоэтажных  зданий  различной  степени  энергоэффективности  на  примере Германии и России.

 

                                                                                     Таблица 23

Расход тепловой энергии по типам индивидуального жилого дома в Германии и России

 

Изменившаяся  экономическая  ситуация  требует  новых  подходов  к строительству.  Все  большее  число  строящихся  объектов  можно  отнести  к классу домов с низким энергопотреблением и уже есть примеры строительства условно-пассивного  жилья,  что  должно  стать  долговременной  тенденцией  с учетом  климатических  условий  на  большей  территории  России. 

Поэтому целесообразными являются решения о проектировании и строительстве зданий с низким энергопотреблением с ипользованием компонентов пассивного дома. Второй  важной  тенденцией,  определяющей  пути  повышения энергоэффективности  зданий,  стало  широкое  применение  в  последние  два десятилетия  вентилируемых  фасадных  систем,  одного  из  наиболее эффективных современных методов утепления и отделки зданий.

В следующих разделах  будут  детально  рассматриваться  технологии  пассивных  домов  и вентилируемых  фасадов,  которые  можно  считать  относительно  новыми  в строительной индустрии России.

 

3.2. Проектирование пассивного дома

3.2.1. Технология пассивного дома

Почти  два  десятилетия  существует  термин «пассивный  дом» (passive house), который подразумевает дом с предельно малым  энергопотреблением и даже  не  требующим  системы  отопления  в  традиционном  понимании.

Технология пассивного дома предусматривает эффективную теплоизоляцию не только  стен,  но  и  пола,  потолка,  чердака,  подвала,  фундамента,  а  также применения  энергоэффективных  оконных  систем,  дверей,  контролируемую систему  вентиляции.  Наружная  оболочка  дома  является  замкнутым теплозащитным  контуром,  исключающим  наличие  тепловых мостов. Принято считать значение энергопотребления в 15 КВт·ч на 1 м² отапливаемой площади в год характерным для пассивного дома. Достигаются и меньшие значения, что в несколько десятков раз ниже энергопотребления обычных домов.

Концепция пассивного дома была представлена в 1988 году профессором Бо Адамсоном  из  университета  в  г.  Лунд, Швеция,  и  доктором  Вольфгангом Файстом,  работавшим  в  то  время  в Институте жилья  и  окружающей  среды  в г. Дармштаде,  Германия,  а  первый  дом  был  построен  в 1991  году  в г. Дармштадте. Разработкой и реализацией проекта руководил Вольфганг Файст и с октября 1991 г. в нем проживало четыре семьи.

Для обеспечения величины удельного  расхода  тепловой  энергии  на  отопление  в 15  КВт·ч/(м²  год),  для пассивных домов в климате Средней Европы был установлен ряд обязательных требований:

–  сопротивления  теплопередаче  для  наружных  стен,  кровли  и  полов первого этажа должны быть  

– для остекления  

– для оконного профиля   

–  приведенное  сопротивление  теплопередаче  окна  с  учетом  монтажа  в стену   

–  коэффициент  полезного  действия  рекуператора  приточно-вытяжной вентиляции  должен  быть  более 75%,  чтобы  обеспечивался  эффективный возврат тепла (рекомендуется более 80%);

–  кратность  воздухообмена  для  обеспечения  герметичности  наружной оболочки  здания  при  разности  давлений 50  Па  наружного  и  внутреннего воздуха n₅₀=0. 6 ^ч-1. 

Основой  составляющей  пассивного  дома  является  наружная теплоизоляционная  оболочка.  Наряду  с  высокими  теплотехническими  характеристиками,  материал  должен  без  зазоров  укладываться  вокруг  всего здания.  На  рис. 9  показана  схема  размещения  утеплителя  ограждающих конструкций,  формирующего  теплоизоляционную  оболочку, воздухонепроницаемая  внутренняя  оболочка  ограждений  и  места  вероятного появления  тепловых  мостов. 

Для  исключения  или  сглаживания  влияния тепловых  мостов  все  места  сопряжения,  стыков  и  соединений  несущих конструкций и внутренних несущих слоев полностью  закрыты  толстым слоем утеплителя,  и  находятся  они  при  температурах,  близких  к  температурам воздуха внутри помещения.

 

 

Рис. 5. Схема устройства теплоизоляции пассивного дома

 

В  зависимости  от  климатических  условий  и  компактности  зданий сопротивление теплопередаче для наружных стен в пассивных домах в странах Европы  находится  в  пределах  от 6.5  до 10 (м²°C)/Вт.  Существенный  раздел проектирования пассивных  домов  связан  с проблемами  линейных и  точечных тепловых  мостов.  Их  присутствие  в  ряде  случаев  приводит  к  значительному снижению  характеристик  теплоизоляционной  оболочки. 

Существуют технические  решения  монтажа  окон  и  дверей  с  применением  специальных консолей  для  максимального  включения  их  в  область  теплоизоляционной оболочки.

 В  конструктивном  плане  эффективную  теплоизоляцию  большой толщины  лучше  всего  сопрягать  с деревянным каркасом  стен и  крыши,  что и стало наиболее распространенным в пассивных домах. На  рис. 10  даны  примеры  шести  вариантов  стеновых  ограждений  с внедрением  каркаса  в  слои  утеплителя  с  использованием  для  наружной обшивки  каркасных  элементов  из  вертикально  располагаемых  досок, внутренней  обшивки  из  гипсокартонных  или  древесно-стружечных  плит, устройством вентилируемой воздушной прослойки. В двух случаях с наружной стороны  стена  выложена  из  пустотелого  кирпича,  за  которым  следует  с воздушной прослойкой или без нее система теплоизоляции из одного или двух слоев толщиной не менее 300 мм, которая покрывается сверху мелово-гипсовой штукатуркой.

 

 

Рис. 6. Схемы вариантов стеновых ограждений пассивных домов с внедрением каркаса в слои утеплителя

 

Внутренняя  оболочка  пассивного  дома  выполняется воздухонепроницаемой  и  по  возможности  герметично  соединяется  с  окнами, дверями  и  различными  инженерными  сетями,  проходящими  через  нее.

Вентиляция  в  пассивном  доме  исключает  значительные  теплопотери  с применением  механической  приточно-вытяжной  системы  и  рекуператора.  В холодный  период  года  наружный  воздух  поступает  в  расположенный  под землей  воздухопровод,  нагревается  там  за  счет  земельного  тепла  в заглубленной части дома, а затем подается в рекуператор или теплообменник. В рекуператоре  отработанный  теплый  внутренний  воздух  отдает  тепло поступающему  воздуху  и  удаляется  наружу.

В  помещения  подается  свежий воздух, нагретый примерно до 17  °C. В теплый период года наружный воздухпоступает  в  заглубленный  воздухопровод  и  охлаждается  там  до  тех  же примерно  до 17  °C.  Так  в  пассивном  доме  постоянно  поддерживаются комфортные  условия. 

Оконные  профили  шире  стандартных  и  имеют теплоизоляционные  вкладыши.  Остекление  в  пассивном  доме  состоит  из  не менее  чем  трехкамерных  стеклопакетов  с  заполнением  инертным  газом  и низкоэмиссионным покрытием. Результирующий перепад между температурой на внутренней поверхности стекла и температурой внутреннего воздуха может составлять 2.5 °C при наружной температуре –10 °C и внутренней температуре +20  °C. При  такой  температуре  на  внутренней  поверхности  стекла  установка приборов отопления под окнами не требуется. 

На  рис. 7  приведена  общая  схема  основных  составляющих  теплового баланса  пассивного  дома,  устройства  механической  приточно-вытяжной системы  вентиляции  с  системой  рекуперации  тепла  входящего  и  выходящего воздуха и земельного теплообменника. 

 

 

 

Рис. 7. Общая схема основных составляющих теплового баланса пассивного дома и принцип работы системы рекуперации  тепла

 

Вслед  за  удачной  реализацией  первого  пассивного  дома  Вольфгангом Фальстом  был  основан Института Пассивного  дома (Passive House Institute)  в городе  Дармштадт (Германия).   Для расчета пассивных домов институтом был разработан пакет документов по проектированию  пассивного  дома (PHPP).  Последняя  версия PHPP-2007 существует  на  немецком,  английском,  итальянском  и  польском  языках.  В декабре 2009  г.  ООО «ИПД»  был  выпущен  перевод  программы  на  русском языке  с  ее  адаптацией  для  российских  специалистов,  которая  содержится  на упомянутом выше сайте. В октябре 2008 г. вышел в свет русский перевод книги Фольфганга  Файста «Основные  положения  по  проектированию  пассивных домов». Эмблемой института стал знак с немецким его названием и фамилией  основателя: 

 

 

В 2006  г.  отмечался 15-летний  юбилей  со  дня  начала  эксплуатации первого  пассивного  дома.  По  статистике Passivhaus Institut  на 2006  г.,  в Германии было построено (или проведена санация) около 10 тысяч квартир, а в Австрии —  около 2.5  тысяч  квартир  в  жилых  домах,  соответствующих стандарту  пассивного  дома,  построено  большое  количество  детских  садиков, школ,  вузов,  административных  зданий  и  даже  несколько  производственных зданий  и  церквей.  Развитие  стандарта  пассивного  дома  начато  и  в  других странах. Так, уже построены жилые дома в Чехии, Польше, Словакии, Дании, Канаде, США, начато проектирование зданий в России и Украине.

На  сегодняшний  день  в  странах  построено  уже  более 10  тысяч сооружений. Одни  из  наиболее  известных  примеров –  это  особняки  в  городе Ульме,  построенные  в 2000  г.,  эксперимент  с  переоборудованием обыкновенного  студенческого  общежития  в  пассивный  дом  в  городе Вуппертале,  и  первое  в  мире  здание,  возведенное  в 2001  г.,  в  котором производится  больше  энергии,  чем  расходуется –  в  городе  Вайце.

Очевидно, что  пассивными,  а  также  энергоэффективными  могут  быть  не  только  жилые дома. В ряде европейских стран, например, Дании, Германии, Финляндии были разработаны специальные целевые государственные программы по приведению всех  объектов  регулярной  застройки  к  условно-пассивному  уровню  или  к домам ультранизкого потребления – до 30 КВт·ч/(м² год). Так было построено офисное здание Исследовательского Центра ROCKWOOL в Дании. Проект был удостоен  звания «Офис 2000  года»,  а  сооружение  было  признано  одним  из самых энергоэффективных в мире.

 

3.2.2. Концептуальные дома с усиленной теплоизоляцией  

Проектирование  малоэтажного  жилья  в  идеологии  пассивных  домов достаточно  редко  сочетает  выполнение  обязательных  требований энергопотребления с  архитектурной  выразительностью  зданий.

В  тех случаях, когда  утилитарные  задачи  энергоэффективности  решаются  очень  известными архитекторами  или  архитектурными  группами,  возникают  концептуальные авторские объекты комфортабельного жилища.

Вилла  Либескинда.  Разработанная  Даниэлем  Либескиндом  серия индивидуальных домов соответствует не только требованиям пассивных домов, но  и  многим  принципам  так  называемой «зеленой  архитектуры».  На специально  созданном  сайте <www.libeskind-villa.com>  приведена  полная информация  о  серии  домов  и  даны  характеристики  и  виды  уже  возведенной виллы. 

Архитектура  виллы  во многом  сохраняет  приверженность  автора  стилю деконструкции.  Наличие  предусмотренных  в  комфортном  индивидуальном жилье  всех  необходимых  функциональных  пространств  в  вилле  Либескинда преломляется  в  единстве  формы  здания,  именуемого  автором  растущим кристаллом,  в  достаточной  визуальной  связи  с  наружной  средой,  в  высоком уровне естественного освещения, в больших и одновременно не подавляющих внутренних объемах. 

Возведенная в Швейцарии вилла стала прототипом серии частных домов, которые  компания PROPORTION  производит  и  строит  в  Германии. Планируется промышленный выпуск конструкций дома для транспортировки и сборки  в  нужном  месте  любой  страны  мира  в  течение 6-8  месяцев,  а  также дополнительного  устройства  гаража  и  бассейна.  Для  компании  важным условием  является  тщательное  соблюдение  закрытых  от  конкурентов производственных  технологий  и  применение  качественных  материалов, полностью  соответствующих  новейшим  строительным  и  энергосберегающим разработкам. Панели  наружных  ограждений  облицованы  цинковыми  листами, изготовляемыми  по  уникальной  технологии  для  устройства фотогальванической  системы  эпизодического  получения  электричества.  В панелях  установлена  часть  геотермальной  системы,  которая  с  помощью теплового  насоса  осуществляет  нагрев  воды  для  отопления  или  охлаждения. Панели  крыши  включают  систему  сбора  и  хранения  воды  для  дальнейшего использования в туалетах или для целей полива растений.

Панели  включают  конструктивные  элементы  из  дерева  и  заполнены материалом  в  виде  особой  теплоизоляции  из  древесного  волокна.  Общая толщина панелей 430 мм, а утеплитель из древесного волокна 310 мм, что дает значение  сопротивления  теплопередаче R_o = 9 (м²°C)/Вт.

Светопрозрачные элементы  фасада  устроены  с  использование  стеклопакетов  с  тройным остеклением,  имеющим  значение  сопротивления  теплопередаче R_o = 1.5 (м²°C)/Вт. 

         

 

Рис. 8. Вилла со стороны основного входа и планы первого, второго и цокольного этажей

 

Установленная  в  доме  многофункциональная  система  отопления, охлаждения и вентиляции соответствуют самым строгим мировым стандартам энергосбережения.  При  общей  площади 520  м²

величина  удельного  расхода тепловой  энергии  на  отопление  составляет  порядка 40  КВт·ч/(м² год).  На рис.8 дан общий вид виллы со стороны основного входа и приведены планы первого,  второго  и  цокольного  этажа.  Характерный  для  Либескинда  стиль

деконструкции,  очень  ясно  и  с «кристальной  прозрачностью»  выраженный  в относительно  малом  архитектурном  объекте  с  функцией  жилья,  оказывается вполне  приемлемым  для  формирования  представления  об  индивидуальном доме.  Отсутствие  привычных  оконных  проемов,  устойчивых  вертикальных поверхностей, междуэтажных переходов, чердачного или мансардного объемов закрепляет  специфику  выбранного  пространственного  решения  дома  как временной  трансформации  внешней  среды  во  внутреннюю  без  резкого преодоления  границы  между  ними.  Деконструктивизм  в  архитектуре  виллы, абсолютно  понятный  в  содержательном  наполнении  ее  формы,  логично продолжен  в  очевидном  рационализме  и  функционализме  структуры интерьеров.

Согласуются  с  общепринятыми  представлениями  о  функциональном зонировании и планировки дома, выполненные полуоткрытыми по горизонтали и  по  вертикали.  Такие  планировки  формируют  единый  тепловой  объем  и являются  важной  характеристикой  энергоэффективности  дома.  Совмещение приведенных  на  рис. 12  планов  перечисленных  помещений  допускает  их простой перенос  в  пределы  традиционного  прямоугольного  в  плане и  разрезе жилого дома с подобным зонированием.

Вилла NM.  Разработанный  архитекторами  Бен  Ван  Беркелем  и Каролиной  Бос  из  архитектурного  бюро «UN Studio»  загородный жилой  дом стал  реальным  воплощением  их  идеи  односторонней  ленты  Мебиуса  в архитектуре.  Каркасный  дом,  возведенный  в  пригороде  Нью-Йорка,  создает декларированный  авторами  образ  скандинавского  жилого  дома,  единого  с окружающей средой и составляющего часть ландшафта, в самой малой степени отличного  от  окружающего  пейзажа.  В  то  же  время  дом  полностью соответствует  требованиям  низкого  энергопотребления  и  требованиям, предъявляемым к пассивным домам.

На  рис. 9  приведена  общая  пространственная  схема  дома,  где выделяются части поверхности, напоминающие ленту Мебиуса, но  в большей степени развитие объема до точки ветвления с последующим раздвоением или бифуркацией  в  виде  лежащего  на  склоне  холма  двуглавого  дракона. Выведенные  в  результате  цифрового  моделирования  обтекаемые  и перетекающие  друг  в  друга  поверхности  создают  архитектурную  форму, допускающую интерпретацию от конструктивизма подобных прямоугольников торцевых  глаз-стен,  до  контраста  расчленяемых  объемов  в  стиле деконструкции.

 

 

Рис. 9. Пространственная схема виллы NM по результатам цифрового моделирования

 

Наиболее  впечатляющий  вид  на  виллу  вдоль  холма  дан  рис. 10,  там же приведены характерный разрез и план первого этажа. При общей сравнительно небольшой  площади  дома  в 230  м²,  он  располагает  всем  необходимым  для комфортного  проживания  набором  помещений. 

На  первом  этаже  находятся кухня и столовая, которые соединяются с жилой комнатой или гостиной одним из двух характерных плавных туннелеобразных переходов, который повторяет

подъем  вверх  по  склону  холма.  В  этом  же  уровне  располагается  спальная  с видом на вершину холма. Продолжение плавного подъема в противоположном направлении  ведет  на  второй  этаж  к  двум  спальным  хозяев  с  распложенной рядом  большой  ванной  комнатой. 

Со  второго  этажа  открывается  панорама  с видом  на  леса  и  луга  дальних  от  дома  холмов. Визуальная  связь  с  наружной средой поддерживается и с помощью светопрозрачных вертикальных участков

переходов между основными помещениями дома. Конструктивное  решение  дома,  как  видно  на  рис. 14,  допускает разделение  всех  составляющих  элементов  на  стандартные  модули, включающие  металлический  каркас  и  панели  стен,  перекрытий,  переходов. Предусматривается  возможность  промышленного  изготовления  основных конструкций  с  полным  соблюдением  всех  предусмотренных  технологий, транспортировки  и  сборки  домов  в  различных  странах  с  учетом  заказанного варианта планировки дома.

 

Рис. 10. Вид на виллу вдоль холма, план первого этажа и разрез

 

 

3.3. Вентилируемые фасадные системы

 Вентилируемые фасадные системы, называемые также фасадные системы с  воздушным  зазором  или  навесные  вентилируемые фасадные  системы  стали широко  применяться  в  последние  два  десятилетия.  Защита  наружных ограждающих  конструкций  и  утеплителя  осуществляется  при  помощи декоративной плиты-экрана, образующей между стеной воздушную прослойку.

Использование вентилируемых фасадных систем считается одним из наиболее эффективных  современных  методов  утепления  и  отделки  зданий.  Кроме придания  декоративной  выразительности  облицовке  зданий,  системами обеспечивается  защита  стен  от  атмосферной  влаги  и  осадков  в  виде  дождя  и мокрого  снега,  влаги  при  оттаивании  обледенений  внутренней  поверхности, конденсата  за  отопительный  период  при  попадании  в  воздушную  прослойку теплого  воздуха  из  помещений,  обеспечивается  также  снижение  уровня внешнего шума.

Принято  считать,  что  появление  термина «вентилируемый фасад»  было связано  с  началом  формирования  в  России  рынка  фасадных  систем  и появлением на нем германских фирм, пользовавшихся русскоязычной калькой этого  термина.  Термин «воздушный  зазор»  часто  встречается  в  специальной литературе, хотя привычнее использовать присутствующий, например, в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» термин «воздушная прослойка».

Физические принципы работы вентилируемого фасада известны давно, со времени, когда они применялись в виде укрепленных с наружной стороны стен деревянных щитов на небольшом относе для формирования воздушного канала между  щитом  и  стеной.  По  воздушной  прослойке  восходящий  поток  под действием  гравитационной (тепловой)  и  ветровой  нагрузки  обеспечивал удаление  накапливаемой  влаги  и  просушивание  стен,  способствуя  их долговечности.  Работоспособность  системы  воздухообмена  в  прослойке  во многом  зависела  от  технологичности  установки  щитов  и  правильности размещения приточных и вытяжных отверстий. 

Вентилируемый фасад можно представить как расположенную с внешней стороны  несущей  стены  многослойную  систему,  состоящую  из  слоя паропроницаемого утеплителя, несущей конструкции  с установленным на ней облицовочным материалом на образующей воздушную прослойку относе. Еще один физический принцип работы такой системы упрощенно сводится к тому, что  парциальное  давление  водяного  пара  внутри  здания  обычно  больше парциального  давления  водяного  пара  снаружи  из-за  разности  температур, поэтому  такая  система  одновременно  с  утеплением  обеспечивает  удаление избыточной влаги из несущих стен и утеплителя.

Популярность и распространение современных вентилируемых фасадных систем объясняется их эффективностью в поддержании высоких требований к влажностному  режиму  самой  стены  и  помещений  здания  в  целом.  К  этому традиционному качеству добавляется их удачное конструктивное совмещение с новыми  и  разнообразными  по  структуре  теплоизоляционными  материалами,

которые  существенно  увеличивают  общую  энергоэффективность  зданий. Следует  отметить,  что  в  описания  вентилируемых  фасадных  систем  часто включаются как составляющие единой системы и слои теплоизоляции стены со стороны воздушной прослойки. 

Конструкция  навесных  вентилируемых  систем  в  числе  основных элементов предусматривает наличие облицовочных панелей, называемых также декоративными  экранами,  экранами  или  панелями  экрана,  каркаса  для крепления  панелей  с  кронштейнами  несущими  или  поддерживающими, воздухозаборные  и  воздуховыводящие  щели.  Кроме  основных  элементов возможны  различные  дополнительные  устройства,  позволяющие компенсировать  температурное  удлинение  и  укорочение  панелей, воспринимать  и  перераспределять  весовые  и  ветровые  нагрузки  панелей, сохранят  заданную  величину  воздушного  зазора,  обходить  оконные  откосы,

сливы, обрамления панелей, углов. Следует отметить также, что слой или слои теплоизоляции  не  являются  обязательным  элементом  системы  в  том  случае, если,  например,  теплозащитные  свойства  наружного  ограждения обеспечиваются емкостной теплоизоляцией материала несущей стены. 

Важно  технологически  обеспечить  наименьшее  число  препятствий  на пути  воздуха  для  лучшей  вентилируемости  воздушной  прослойки  и, следовательно,  эффективности  удаления  влаги  из  ограждения.  С  другой стороны, реализация системы с установкой облицовки вплотную к утеплителю без  зазора,  что  на  практике  нередко  встречается,  не  только  не  позволяет реализовать  физическую  модель  вентилируемости,  но  и  увеличивает вероятность  увлажнения  утеплителя.  Кроме  того,  воздушная  прослойка  в системе должна быть вентилируемой и воздухообмен в ней осуществляться за счет  естественной  конвекции,  что  делает  технологически  обязательным наличие воздухозаборных и воздуховыводящих щелей. 

На  примере  фасадной  системы «Полиалпан»,  почти  десять  лет применяемой  для  строительства  и  реконструкции  зданий  можно  детально рассмотреть устройство перечисленных элементов. Принципиальным отличием от  других  систем  является  устройство  облицовочной  панели,  выполненной  с теплоизолирующим  слоем.  Наличие  такого  слоя  обеспечивает  в  воздушном зазоре  температуру  на  несколько  градусов  выше,  чем  наружного  воздуха  и увеличивает  общую  теплозащиту  стены.  Облицовочные  панели  включают наружный  металлический  лист  толщиной 0.5  мм  из  алюминиевого  сплава, теплоизоляционный  слой  толщиной 25 и 40 мм из  твердого пенополиуретана, прочно  скрепленного  с  наружным  и  внутренним  слоем  из  легированной алюминиевой фольги толщиной 0.05 мм. Панели «Полиалпан» имеют длину до 12 м, ширину 50 см при  толщине 25 мм и ширину 44 см при  толщине 40 мм, ширина  воздухозаборной  и  воздуховыводящей  щели  составляет  минимум 25 мм, общая толщина воздушной прослойки составляет 50-100 мм.

Проектирование  фасадной  системы  осуществляется  с  учетом  условий района  строительства  и  допускает  различие  в  конструктивных  параметрах элементов  системы.

Именно  для  внедрения  вентилируемой фасадной  системы «Полиалпан»  была  специально  разработана  методика  расчета  температурно-влажностных характеристик.

 

3.3.1. Методика расчета температурно-влажностных характеристик

Расчет  наружных  стен  с  фасадными  системами  и  вентилируемой воздушной  прослойкой  основан  на  расчете  теплотехнических  характеристик стен и расчете влажностного режима, которые были изложены в разделах 1.1.1 и 1.1.2. Наличие воздушной прослойки требует дополнительного рассмотрения процессов воздухообмена и определения параметров движения воздуха. 

Известно, что движение воздуха в воздушной прослойке осуществляется вследствие  гравитационного и  ветрового  воздействия. В  случае  расположения приточных и вытяжных отверстий на разных стенах скорость движения воздуха в прослойке V_пр  может определяться по формуле: (СНиП 2.01.07-85)

 

                      (32)

 

где k_н, k_з   –  аэродинамические  коэффициенты  на  разных  стенах, V_н  – скорость  движения  наружного  воздуха,  k  –  коэффициент  учета  изменения скорости потока по высоте,  H  – разности высот от входа воздуха в прослойку до  выхода  из  нее, t_ср,

t_ext  –  средняя  температура  воздуха  в  прослойке  и температура  наружного  воздуха,  ∑ξ  –  сумма  коэффициентов  местных сопротивлений. 

Если использовать величины плотности воздуха,  то можно формулу для скорости представить в следующем виде:

 

                (33)

 

где γ_ext, γ_пр  –  плотность  наружного  воздуха  и  в  прослойке,  g  – гравитационная постоянная.

Исходя из определения разности давления воздуха на входе и выходе из прослойки, равной ∆P= ∆P_вх − ∆P_вых , можно ее представить в виде:

   (34)

 

и тогда V_пр  примет вид:

                                    (35)

При расположении воздушной прослойки с одной стороны здания можно принять k_н = k_з. В этом случае, если пренебречь изменением скорости ветра по высоте, обе формулы для скорости V_пр  примут вид:

                    (36)

Полученные по формулам  значения скоростей могут корректироваться с учетом потерь из-за трения.

Расход воздуха в прослойке определяется по формуле:

 

                                     (37)

 

где δ_пр – толщина воздушной прослойки шириной 1 м.

Определение  параметров  тепловлажностного  режима  прослойки включает поиск температуры входящего в прослойку воздуха τ_о  по следующей формуле:

                     (38)

 

где  m –  коэффициент,  равный 0.26, Б_w –  безразмерный  критерий, характеризующий  изменение  теплозащитных  качеств  стыка  при  фильтрации воздуха  и  равный где l_n –  расстояние  от  входа  в воздухозаборную щель до  заданной  точки, R^r_oy  – приведенное  сопротивление теплопередаче  в  конструкции  в  сечении  по  воздухозаборной  щели, λ_y  – условная теплопроводность,

Б_о  – критерий, характеризующий теплозащитные качества  части  стыка  от  внутренней  термической  границы  конструкции  до заданной  точки  и  равный где h – высота  воздухозаборной щели, R^r_oв – приведенное сопротивление теплопередаче конструкции в сечении по  воздухозаборной  щели  от  заданной  точки  до  внутренней  термической границы конструкции. 

Допускается определять температуру воздуха, входящего в прослойку, по формуле:

Температура воздуха по длине прослойки определяется по формуле: 

(39)

 

где K_int  и K_ext  – коэффициенты теплопередачи внутренней и наружной частей  стены  до  середины  прослойки, h_y  –  расстояние  между  щелями, служащими  для  поступления  и  вытяжки  воздуха,  W  –  расход  воздуха  в прослойке, C – удельная теплоемкость воздуха.

Определение  термического  сопротивления  прослойки пр R   определяется соотношением:

           (40)

 

Действительная упругость водяного пара на выходе из прослойки определяется по формуле: 

      (41)

 

где M_int   и M_ext  –  коэффициенты  массопередачи,  определяемые соответственно  соотношениями:

 

            (42)

 

∑R_нп  – суммы сопротивлений паропроницанию от внутренней поверхности до воздушной  прослойки  и   от  воздушной  прослойки  до  наружной  поверхности,    e_o –  упругость  водяного  пара  входящего  в  прослойку  воздуха,

                                                         (43)

Полученная по формуле величина упругости водяного пара на выходе из воздушной  прослойки e_у   должна  быть  меньше  максимальной  упругости Е_у водяного пара.

Определение условного приведенного сопротивления паропроницанию с учетом  вертикальных  щелей  между  облицовочными  панелями  включает нахождение условного сопротивления паропроницанию в стыковых щелях как

 

          (44)

где  η_щ =6.5   ,  ∑ ξ_щ  –  местные  сопротивления  потоку воздуха, δ_э  –  толщина  экрана.  Затем  находится  сопротивление паропроницанию  панели  по  глади  как

 

                                                             (45)

 

где µ_э   –  коэффициент паропроницаемости  панели.  Тогда  риведенное  условное  сопротивление паропроницанию панелей с учетом щелей R ^пр_vp  определяется по формуле:

 

                                 (46)

 

где  ∑ F  –  суммарная  расчетная  площадь  панели,  принимается  на 1 м², F_гл  –  площадь  панели  без  щелей, щ F  –  площадь  щелей,  через  которые поступает воздух.

 

3.3.2.  Восстановление  стеновых  панелей  с  использованием вентилируемой фасадной системы

Вентилируемые  фасадные  системы  находят  широкое применение  в  процессе  реализации  проектов  восстановления  поврежденных участков  крупнопанельных  зданий  первой  массовой  застройки 1960-х  годов.

До  настоящего  времени практика  производства  ремонтно-восстановительных  работ  на  имеющих дефекты  стеновых  панелях  из  газозолобетона  является  одной  из  наиболее приемлемых и  технологичных  в  условиях низкой  эффективности  и  слабого,  в сравнении  с  экономически  развитыми  странами,  потенциала  и  возможностей строительной  индустрии  в  регионе  и  стране  в  целом,  не  способной  в ближайшей перспективе достичь необходимого уровня обеспеченности жильем городского  населения  и  приступить  к  полной  ликвидации  крупнопанельных жилых домов, исчерпавшие свой паспортный срок эксплуатации.

Работы по усилению и устранению дефектов наружных стеновых панелей из  газозолобетона  могут  приводить  к  изменению,  чаще  к  ухудшению, теплозащитных  качеств  даже  в  сравнении  с  исходными,  принятыми  при строительстве  жилых  домов.

Предприятия,  которые почти десять  лет  занимаются  разработкой  и  внедрением  технологий  восстановления, вместо обычной практики демонтажа вышедших из строя наружных стеновых

панелей  с  заменой  их  новыми  изделиями  применяет  технологию восстановления  несущей  способности  наружных  стеновых  панелей  методом торкретирования с последующей установкой вентилируемой фасадной системы «Полиалпан»  с  облицовочными  панелями  с  теплоизоляционным  слоем толщиной 25 мм из твердого пенополиуретана.

Используемые  технологии  обосновываются  необходимыми  расчетами, подтверждающими  правомерность  их  применения  при  соблюдении  условий сохранения и улучшения теплотехнических характеристик наружных стеновых панелей.

Исходные  теплозащитные  характеристики  наружных  стеновых  панелей из  газозолобетона  определяются  с  учетом  его  нормативной  плотности 1000 кг/м³ (результаты  исследований  панелей  по  фасадной  и  внутренней поверхности  в  зависимости  от  влажности  материала  показывают  изменения плотности  в  пределах  от 1083  до 880  кг/м³)  и  теплопроводности  в  сухом состоянии 0.23 Вт/(м ˚С) при массовом отношении влаги в материале 22% (по результатам  исследований  панелей  с  фасадной  и  внутренней  поверхности влажность  изменяется  в  пределах  от 32  до 6 %),  но  в  условиях  эксплуатации для  сухой  зоны  влажности  и  нормального  влажностного  режима  помещений значение теплопроводности принимается равным 0.44 Вт/(м ˚С).

Величина  сопротивления  теплопередаче  ограждения R_о   исходных стеновых  панелей  из  газозолобетона  при  толщинах  соответственно 350  мм  и 400 мм будет равна:

 

Теплозащитные  характеристики  стеновых  панелей  после  их  усиления торкрет-бетоном  обычно  изменяются  в  сторону  снижения.  Применяемая технология  восстановления  имеющих  дефекты  газозолобетонных  наружных стеновых  панелей  заключается  в  удалении  поврежденного  и  разрушенного материала  панели  с  наружной  стороны  и  нанесения  армированного  торкрет-бетона  с  наружной,  а  при  необходимости  и  с  внутренней  стороны.  С  учетом того,  что  толщина  удаленного  слоя  может  составлять  до 150  мм  и, соответственно,  наносимого  торкрет  бетона  до 150  мм  с  теплопроводностьюпорядка 1.5 Вт/(м˚С), происходит снижение теплозащитных характеристик от исходных до следующих значений: 

Снижение теплозащитных свойств наружных панелей после их усиления должно  быть  обеспечено  мероприятиями  по  восстановлению  и  даже улучшению  этих  характеристик.  Оценки  требуемых  значений  теплозащиты  в самом простом варианте должны достигать по меньшей мере уровня исходных, предусмотренных  паспортными  характеристиками  панелей. 

Вариант улучшения  теплозащитных  свойств  предусматривает  использование технологий, существенно изменяющих конструкции панелей.

Приведенные  значения  сопротивления  теплопередачи  наружных стеновых  панелей  из  газозолобетона  для  условий  эксплуатации  относятся  к устаревшим  нормативам. 

Существующие  в  настоящее  время  требования  к уровню  теплозащиты  жилых  зданий  в  соответствии  нормативными показателями СНиП 23-02-2003 «Тепловая  защита  зданий»  и  данными СНиП 23-01-99 «Строительная  климатология»  позволяют  определить  величину нормируемых  сопротивлений  теплопередаче,  например,  для  наружных стеновых ограждений следующим образом. 

Для  восстановленных  панелей  следует  использовать  приведенную  в методике    таблицу 24,  со  значениями  коэффициентов теплотехнической однородности  r утепленных снаружи бетонных стен.

 

                                                                                     Таблица 24

Значения коэффициентов теплотехнической однородности утепленных снаружи бетонных стен

 

 

Восстановление  теплозащитных  свойств  отремонтированных  панелей  с применением  фасадной  системы «Полиалпан»  связано  с  тем,  что  она зарекомендовала  себя  не  только  в  новом  строительстве,  но  также  при капитальном  ремонте  и  реконструкции  существующих  зданий  в  целях придания  зданию  современного  архитектурного  облика  и  радикального повышения  уровня  теплозащиты  наружных  стен.  Применение  фасадной системы «Полиалпан»  требует  обоснования  ее работоспособности  в  соответствии  с  методикой  расчета  наружных  стен  с фасадными системами и вентилируемой воздушной прослойкой, изложенной в предыдущем разделе.

На  первом  этапе  следует  рассмотреть  конструктивное  решение  стены  в результате  проведения  капитального  ремонте. 

На  рис. 11  показана  схема наружной  стены  с  устройством  вентилируемой  фасадной  системы,  где  слой утеплителя  допускает  различные  варианты  использования  от удовлетворяющего  современным  требованиям  уровня  теплозащиты  до  его отсутствия  в  случае  простой  компенсации  снижение  теплозащитных характеристик  стены  после  устранения  дефектов  путем  нанесения  торкрет бетона. Теплотехнический  расчет  наружной  стены  в  соответствии  с  показанной на  рис. 11  схемой  выполняется  для  трех  вариантов  устройства  утепления  с использованием  плит  из  базальтовой  минеральной  ваты толщиной: а) 0 мм, б) 50  мм  и  в) 100  мм  с  величиной  теплопроводности 0.045  Вт/(м ˚С).  К наружной  стеновой  панели  из  газозолобетона,  усиленного  торкрет-бетоном, кроме  слоя  утеплителя  добавляется  система «Полиалпан»  с  воздушной прослойкой 50  мм  и  панелью  экрана  толщиной 25  мм  из  пенополиуретана  с величиной теплопроводности 0.033 Вт/(м ˚С).  Термическое  сопротивление  наружной  стеновой  панели  по  слоям газозолобетона  и  торкрет-бетона  для  всех  трех  рассматриваемых  вариантов составляет:

Термическое  сопротивление утеплителя  составляет  а) 0, б) 1.1, в) 2.2 м²˚С/Вт . Термическое  сопротивление  воздушной  прослойки  принимается  в соответствии  с  данными  расчетов,  приведенных  в «Рекомендациях  по проектированию …» системы «Полиалпан». При этом рекомендуемая величина термического сопротивления вентилируемой воздушной прослойки берется по наименьшему  значению 0.1  м² ˚С/Вт,  что  в  два  раза  меньше  в  сравнении  со значениями  для  замкнутых  воздушных  прослоек R_a.l   аналогичной  толщины, таблица 16  Термическое  сопротивление  панели  экрана  будет  равно 0.76  м²˚С/Вт. 

 

 

Рис. 11. Схема наружной стены после ремонта по технологии торкретирования с устройством вентилируемой фасадной системы типа «Полиалпан»: 1 – армированный торкрет-бетон, 2 – газозолобетон, 3 – утеплитель, минеральная вата, 4 – панель экрана, 5 – воздушная прослойка, 6 – зона возможной конденсации

 

Таким  образом,  итоговое  сопротивление  теплопередаче  для рассматриваемых вариантов будет следующим:

а) при толщине утеплителя 0 мм  

б) при толщине утеплителя 50 мм 

в) при толщине утеплителя 100 мм 

Полученные  значения  сопротивления  теплопередаче  преобразуются  в значения  приведенного  сопротивления  теплопередаче  R^r_o = R_о⋅r  с  учетом коэффициентов теплотехнической однородности  r  по таблице 24:

 

Таким  образом,  применение  технологии  торкретирования  для восстановления  наружных  стеновых  панелей  из  газобетона  с  использованием системы «Полиалпан»,  как  видно  из  оценок  теплотехнических  характеристик, позволяет  существенно  улучшить  теплозащиту.  При  нулевой  толщине утеплителя  более  чем  в  полтора  раза  увеличиваются  значения  приведенного сопротивления  теплопередаче  стеновых  панелей  в  сравнении  с  исходными  на начальном периоде их эксплуатации. При толщине утеплителя 100 мм уровень теплозащиты  панелей  приближается  к  современным  значениям,  которые предусматриваются  последними  нормативными  требованиями.  Важно отметить,  что  включение  утеплителя  в  процесс  ремонтно-восстановительных работ  дефектных  наружных  стеновых  панелей  должно  сопровождаться подобным  утеплением  всех  стеновых  поверхностей  здания,  поскольку  покаустановка  вентилируемых  фасадных  систем  касается  преимущественно торцевых участков зданий, а реже фасадов и торцов.

 Расчет  влажностного  режима  восстанавливаемых  наружных  стеновых панелей из газозолобетона с использованием вентилируемой фасадной системы «Полиалпан»  позволяет  определить  влияние  процессов  влагонакопления, зависящих  от  внешних  факторов  и  физических  характеристик,  от сопротивления  паропроницанию  слоев  стеновой  конструкции.  Расчетное сопротивление  паропроницанию R_vp   до плоскости  возможной  конденсации должно быть не менее большего из требуемых сопротивлений паропроницанию R^req_vp1  из условия недопустимости накопления влаги за год эксплуатации и R^req_vp2 из  условия  ограничения  накопления  влаги  в  конструкции  за  период  с отрицательными  среднемесячными  температурами. В  расчете  предполагается, что  плоскость  возможной  располагается  на  внешней  границе  утеплителя.  В период  эксплуатации  в  холодный  период  температура  внутреннего  воздуха принимается равной t_int  = 20 ˚С, а относительная влажность ϕ_int = 55%.

Сопротивление  паропроницанию  наружной  стены  до  плоскости возможной  конденсации  R_vp для  трех  вариантов  устройства  утепления  с использованием  плит  из  базальтовой  минеральной  ваты  и  коэффициентов паропроницаемости  материалов  стены:  торкрет-бетон – 0.03  мг/(м⋅ч⋅Па), газозолобетон – 0.12  мг/(м⋅ч⋅Па),  минераловатная  плита – 0.4  мг/(м⋅ч⋅Па), панель «Полиалпан» по глади – 0.008 мг/(м⋅ч⋅Па), будет равно:

 

Расчетное  сопротивление  паропроницанию  части  ограждающей конструкции,  расположенной  между  наружной  поверхностью  и  плоскостью возможной конденсации является очень большой величиной, поскольку панели экрана  с  наружной  и  внутренней  стороны  покрыты  алюминиевой  фольгой  с очень  малым  коэффициентом  паропроницаемости.  Поэтому  с  внутренней стороны  конструкции  стены  по  глухой  части  панели  будет  образовываться конденсат. 

Условное  сопротивление  паропроницанию  щелей  шириной 25  мм  в соединении  панелей  равно  

Приведенное  условное  сопротивление  паропроницанию  панели  при  площади щели  на 1  м²  панели  F_щ =   0.0027 будет  равно:

 

что  является  величиной сопротивления  паропроницанию  части  ограждающей  конструкции, расположенной  между  наружной  поверхностью  и  плоскостью  возможной конденсации.

Нормируемое  сопротивление  паропроницанию R^req_vp1  из  словия недопустимости  накопления  влаги  в  ограждающей  конструкции  за  годовой период  эксплуатации  при  значениях:  e_int =  1286 Па, среднем  парциальном  давлении водяного пара наружного воздуха за годовой период    e_ext =  723  Па будет равно:

 

Для  расчета  нормируемого  сопротивления  паропроницанию R^req_vp2 из условия ограничения влаги  за период с отрицательными средними месячными температурами наружного воздуха берется продолжительность этого периода и среднюю температуру этого периода z_о  = 177 сут, t_о  = –13 ˚С, τ_о = –6.6 ˚С и соответствующей максимальной упругости E_о  = 389 Па, e^ext_о  = 199 Па, откуда: 

 

Сравнение  значений R_vp   для  всех  трех  вариантов  с  найденными нормируемыми видно что они соотносятся как: 

 

Следовательно, ограждающая конструкция удовлетворяет установленным требованиям СНиП 23-02-2003 в отношении сопротивления паропроницанию. В  соответствии  с методикой  определяется  скорость  движения  воздуха и упругость  водяного  пара  на  выходе  из  прослойки  при  расстоянии  между воздухозаборной и воздуховыводящей щелями 12 м.

 

3.3.3.  Использование  вентилируемых  фасадных  систем  в  условиях низких температур наружного воздуха

Обеспечение  надежности  и  долговечности  вентилируемых  фасадов  в условиях  использования  при  низких  и  особо  низких  температурах  является серьезной  проблемой  на  пути  их  широкого  внедрения  в  Восточной  Сибири. Представляют  большой  интерес  результаты  более  чем  десятилетней эксплуатации  вентилируемых  фасадных  систем  в  городе  Якутске  с температурой  наиболее  холодной  пятидневки  с  обеспеченностью 0.92 составляющей –54 ˚С, продолжительностью  отопительного периода 256  суток при  среднесуточной  температуре  воздуха  ≤ 8 ˚С. Проведенные  сотрудниками кафедры строительных конструкций Якутского государственного университета под  руководством  Т.А.  Корнилова  натурные  эксперименты  и  мониторинг фасадных  систем  ряда  объектов,  сданных  в  эксплуатацию  после 1997  года позволили выявить сильные и слабые стороны применения систем.

Обследовались  объекты  из  монолитного  железобетонного  каркаса  с заполнением  наружных  стеновых  проемов  бетонными  блоками  толщиной 200 мм  и  утепленных  снаружи  полужесткими  минераловатными  плитами различной  толщины  в  зависимости  от  года  постройки.  При  строительстве зданий  применялись  фасадные  системы «Краспан», «Волна»  и  системы импортного производства.

Наиболее  распространенным  оказалось  нарушение  минимального размера воздушной прослойки между утеплителем и облицовочными плитами из-за  значительных  отклонений  колонн  от  вертикали  при  возведении монолитного  железобетонного  каркаса,  отсутствие  теплоизоляционного  слоя, перекрывающего  место  стыка  оконных  конструкций  и  балконных  дверей  с бетонными  блоками  заполнения  стен. Негативным  оказалось  использование  в качестве  ветрозащиты  полиэтиленовой  пленки,  приводившей  к  увлажнению

теплоизоляционного  материала.  На  некоторых  участках  фасадов  увлажнение привело к увеличению в объеме минераловатных плит и последующему отрыву облицовочных  плит.  Применение  полиэтиленовой  пленки  стало  также причиной  преждевременного  старения  утеплителя  с  разрыхлением  наружного слоя минераловатных плит на глубину 10-30 мм, местами до 60 мм. На  всех  обследованных  объектах  тепловизионная  съемка  показала относительно  равномерное  распределение  температуры  на  поверхности фасадной облицовки, что свидетельствует об отсутствии местных утечек тепла через  ограждающие  конструкции. Утечка  тепла  наблюдается  вокруг  оконных проемов  и  относительно  высокая  температура  вдоль  парапетов  и  в  нижних внутренних  угловых  зонах  фасадов  также  свидетельствует  о  незначительной утечке  тепла  через  эти  зоны.  Сравнительно  короткий  период  эксплуатации

обследованных  объектов  не  позволяет  сделать  вывод  в  целом  о  периоде сохранности качеств теплоизоляционных систем в реальных условиях. Поэтому для  оценки  долговечности  минераловатного  теплоизоляционного  материала предлагается  рассматривать  коэффициент  содержания  связующих  веществ. Такое предложение подкрепляется результатами испытания образцов, изъятыхиз  внутреннего  и  наружного  слоев  утеплителя  с  явными  признаками расслоения.

Натурный эксперимент проводился на наружных ограждениях с оконным проемом  в  эксплуатируемом  здании,  выполненных  в  четырех  вариантах.  В первом  варианте  стеновое  ограждение  включало  штукатурный  слой 10  мм, кладку  из  щелевых  бетонных  блоков  толщиной 190  мм  с  коэффициентом теплопроводности 0.49 Вт/м·˚С, однородного теплоизоляционного слоя 200 мм (минераловатная плита «Базалит-Венти», коэффициент теплопроводности 0.037 Вт/м·˚С),  воздушный  зазор 40  мм,  цементно-волокнистую  плиту «Краспан-Колор».  А  во  втором  варианте  отличался  неоднородный  теплоизоляционный слой  общей  толщиной 180  мм (80  мм  минераловатная  плита «Техно-Лайт»  с коэффициентом  теплопроводности 0.032  Вт/м·˚С  и 100  мм  минераловатная плита «Базалит-Венти»  с  коэффициентом  теплопроводности 0.037  Вт/м·˚С).

Температура  за  период  экспериментов  с 29.12.2006  по 4.05.2007  года изменялась  в  интервале  от –42.7  до +20 ˚С.  Результаты  измерений представлялись  в  виде  графиков  распределения  температуры  по  толщине стенового ограждения.

На  рис.   представлены  характерные  графики  распределения температуры  по  толщине  для  трех  последовательных  значений  температуры воздуха  для  двух  вариантов  стенового  ограждения. Видно,  что  температура  в толще  кладки  из  бетонных  блоков  распределяется  равномернее,  чем  в  слое теплоизоляции  из  полужестких  минераловатных  плит,  причем  кривая  имеет характерный  провал  в  средних  слоях,  рис. 12  а. Подобное  поведения  кривой наблюдалось  во  всем  диапазоне  значений  температуры  наружного  воздуха  в период эксперимента.

Эффективность  теплоизоляции  возрастает,  как  видно  из  рисунка  по эффекту  более  крутого  падения  кривых  в  случае  применения  материала  с меньшей теплопроводностью. Кроме того, температура на внутренней стороне кладки  повышается  и,  например,  при  температуре  наружного  воздуха –40 ˚С составляет для двух вариантов 16.2 ˚С и 17.3 ˚С соответственно, а на  границе кладки  и  утеплителя 3.4 ˚С  и 7.8 ˚С  соответственно.  Хотя  очень  мало отличаются температуры на наружной поверхности утеплителя. Определялись  расстояния  от  внутренней  поверхности  стенового

ограждения до точки с нулевой температурой и построены их распределения в зависимости  от  температуры  наружного  воздуха.  Во  всех  случаях  в  обоих вариантах  отмечался  подобный  характер  изменений.  В  первом  варианте  при температурах воздуха выше –40 ˚С  зона отрицательных температур находится внутри  теплоизоляционного  слоя.  При  понижении  температуры  положение

точки  с нулевой  температурой  смещалось  внутрь кладки из бетонных блоков. Для  второго  варианта даже при устойчивой  температуре наружного  воздуха – 40 ˚С  и  ниже  в  течение  нескольких  суток  зона  отрицательных  температур находилась в зоне теплоизоляции.  Общий  вывод,  сделанный  по  результатам  натурного  эксперимента  и мониторингу  состояния  вентилируемых  фасадных  систем  в  условияхиспользования  при  низких  и  особо  низких  температурах  в  Якутске, свидетельствует  о  достаточной  эффективности  систем,  их  надежности  на периоде их более чем десятилетней эксплуатации.

 

Рис. 12. Распределение температуры по толще стенового ограждения с однородным теплоизоляционным слоем (а) и неоднородным (из двух слоев) теплоизоляционным слоем (б) для трех последовательных значений температуры воздуха

 

3.4. Теплоизоляция ограждающих конструкций

3.4.1. Современные теплоизоляционные материалы

Требования  к  повышению  тепловой  защиты  зданий  и  сооружений, основных  потребителей  тепловой  энергии,  являются  объектом государственного регулирования как у нас в стране, так и в большинстве стран мира.  В  принятом  в  конце 2009  года  федеральном  законе «Об энергосбережении …»  в  статье 11  сказано: «Требования  энергетической эффективности зданий, строений, сооружений должны включать в себя:

1)  показатели,  характеризующие  удельную  величину  расхода энергетических ресурсов в здании, строении, сооружении;

2)  требования  к  влияющим  на  энергетическую  эффективность  зданий, строений,  сооружений  архитектурным,  функционально-технологическим, конструктивным и инженерно-техническим решениям;

3)  требования  к  отдельным  элементам,  конструкциям  зданий,  строений, сооружений  и  к  их  свойствам,  к  используемым  в  зданиях,  строениях, сооружениях устройствам и технологиям, а также требования к включаемым в проектную  документацию и  применяемым  при  строительстве,  реконструкции, капитальном  ремонте  зданий,  строений,  сооружений  технологиям  и материалам,  позволяющие  исключить нерациональный  расход  энергетических ресурсов как  в процессе  строительства,  реконструкции,  капитального ремонта зданий, строений, сооружений, так и в процессе их эксплуатации». Новый  закон,  учитывающий  проблемы  низких  теплозащитных характеристик  устаревших  жилых  и  общественных  зданий  со  значительными затратами  на  отопление  зданий  и  подогрев  воды,  позволяет  плавно  вводить более  жесткие  нормы  теплоизоляции  зданий,  усиливать  требования  к комфортности  жилья  и  качеству  отделки,  стимулировать  появление  новых технологий  теплозащиты  зданий  и  применение  современных  материалов  для

обеспечения теплоизоляции. Одним  из  основных  путей  повышения  нергоэффективности ограждающих конструкций жилых, бщественных и производственных зданий является применение утеплителей в конструкциях наружных стен, покрытиях, перекрытиях  и  перегородках.  Для  эксплуатируемых  зданий  рациональным способом  повышения  теплозащиты  может  быть  устройство  дополнительного

наружного  утепления  ограждающих  конструкций.  В  новом  строительстве используется  как  наружное  утепление  стен  из  монолитного  железобетона, кирпича,  бруса,  мелкоштучных  изделий,  так  и  применение  эффективных утеплителей  в  качестве  среднего  слоя  в  трехслойных  стенах  из  бетона  и кирпича. Поэтому  постоянно  увеличиваются  объемы  потребления теплоизоляционных материалов по мере роста строительства в стране, достигая по  оценкам  экспертов 28-30  млн.  м³  в  год.  Видно,  что  потребление  на 1000 человек составляет порядка 200 м³ , в то время как в Норвегии тот показатель более 900  м3.  Как  следствие,  дома  усадебного  типа,  например,  в  Швециизатрачивают  на  отопление  в  среднем 135  КВт·ч/(м²  год),  в  Германии затрачивают  в  среднем 250 КВт·ч/(м²  год),  а  в России  эта  величина достигает 800 КВт·ч/(м² год). В  условиях  роста  цен  на энергоресурсы  очевидна  актуальность  утепления  зданий  не  только  на государственном уровне, но и на уровне частного домовладельца. 

Перспективы  использования  теплоизоляционных  материалов  в  России при  планах  строительства  только  жилья 100-150  млн  м²  в  год  могут оцениваться для общественных и промышленных зданий в пределах 50-55 млн м³,  а  для  жилых –  более 30  м³.  Структура  потребления  теплоизоляционных материалов  близка  к  характерным  для  промышленно  развитых  стран,  где волокнистые  утеплители  составляют 60-80%  от  общего  производства.  Так  в 2008 году наблюдалась следующая структура потребления теплоизоляционных материалов:  стекловолокно – 41%,  каменная  вата – 32%,  вспененный пенополистирол (пенопласт) – 17%,  экструзивный  пенополистирол – 4%, пенополиуретан – 1%,  другие материалы – 5%. Другие материалы  включают: ячеистые  бетоны,  вспученный перлит,  вермикулит,  вспененные полиолефины.

По  данным  различных  изданий  в  настоящее  время  наиболее  используемым теплоизоляционным  материалом  является  минеральная  вата (стекловолокно  и каменная  вата).  Однако  сравнительно  большая  стоимость  сдерживает распространение  качественных  стекловатных  материалов  с  высокими теплотехническими параметрами.

Теплоизоляционные  материалы  принято  различать  по  их  маркам  или брендам, где возможно также выделение по следующим видам:

– минеральная  вата на  основе  базальтового  волокна – Роквул-Rockwool, Парок-Paroc, Термостек-Termostec, Изовол-Izovol, Изорок, Термостепс;

–  стекловолокно  на  основе  стеклянного штапельного  волокна – Изовер-Isover, Урса-Ursa, Кнауф-Knauf Insolation, Термостек-Termostec;

–  экструдированный  пенополистирол –  Урсафом-Ursafoam,  Теплекс-Teplex, Стирофом-Styrofoam, Примаплекс-Primaplex, Кнауф-Knauf, Пеноплекс;

–  отражающая  теплоизоляция  на  основе  вспененного  полиэтилена – Изолон, Изоком, Тепофол, Пенофол.

Минеральная  вата –  волокнистый  теплоизоляционный  материал, получаемый в результате расплава горных базальтовых пород при температуре около 1500 ˚C. Основные  достоинства –  негорючесть (материал  выдерживает температуру до 1000 ˚C, не плавясь), высокая теплоизолирующая способность, хорошая  паропроницаемость (влага  испаряется,  не  скапливаясь  в  толще утеплителя),  устойчивость  к  температурным  колебаниям  и  воздействию  воды (для повышения водоотталкивающих свойств применяются гидрофобизаторы).

Минеральная вата характеризуется незначительной усадкой и, соответственно, сохранением  изначальных  геометрических  размеров  в  течение  всего  периода эксплуатации постройки и отсутствием температурных деформаций. Благодаря этому удается избежать появления тепловых мостов, неизбежно возникающих вместах  стыков  в  случае  подвижек  теплоизоляционных  плит. Минераловатный утеплитель достаточно прост в монтаже: мягкие изделия легко режутся ножом, а  более  плотные –  ножовкой.  Обычно  минеральная  вата  выпускается  в  виде эластичных  или  жестких  плит (в  зависимости  от  сферы  применения), прошивных  матов.  Теплоизоляция  из  минеральной  ваты  применяется  в системах  наружного  утепления,  в  качестве  теплоизоляционного  слоя  в навесных  вентилируемых  фасадах  и  фасадах  со  штукатурным  покрытием,  а также для теплоизоляции скатных и плоских кровель.

Стекловолокнистые изделия изготавливаются из  силикатного расплава  с высоким содержанием кремнезема. Основные компоненты шихты – кварцевый песок,  доломит  и  глинозем.  Длина  его  волокон  около 15  см,  в  то  время  как длина  каменного  волокна  обычно не превышает 1.5  см,  а диаметр  волокна не более 4-5  мкм.  Стекловолокно,  в  отличие  от  минеральной  ваты  довольно упругий  материал.  Повышенная  упругость  стекловолокна  позволяет транспортировать его в рулонах на  значительные расстояния, складировать на стройплощадках –  при  вскрытии  упаковки  материал  быстро  возвращается  к исходным параметрам. Стекловолокно выпускается в виде матов (свернутых в рулоны)  и  плит.  Основное  отличие  матов  от  плит  связано  с  возможностью установки изоляции на большей площади без разрывов и без тепловых мостов за  счет  уменьшения  числа  стыков  между  теплоизоляционными  материалами.

Стекловолокно  обладает  хорошей  паропроницаемостью,  не  позволяя  влаге скапливаться  внутри,  что,  соответственно,  увеличивает  долговечность ограждения.  Теплоизоляционные  изделия  из  стекловолокна  применяются,  в основном,  при  утеплении  так  называемых  ненагруженных  конструкций (скатные  кровли,  навесные  вентилируемые  фасады  и  т.д.),  а  также  при устройстве  полов  по  лагам,  потолков  подвалов,  перекрытий,  внутренних перегородок.  В  силу  высокой  сжимаемости  и  упругости  стекловолоконная теплоизоляция  особенно  удобна  при  утеплении  труднодоступных  мест,  узлов сопряжения элементов конструкций.

Пенополистирол (пенопласт) – полимерный материал, исходным сырьем которого  служит  стирол.  При  производстве  пенополистирола  не  применяют связующие. Сырье перерабатывается под действием повышенных температуры и давления за счет спекания гранул друг с другом. Пенополистирол химически стоек,  не  подвержен  гниению  и  разложению,  не  меняет  своих  свойств  на протяжении  десятков  лет  даже  при  многократных  воздействиях знакопеременных  температур.  В  качестве  утеплителя  пенополистирол применяется  в  системах  наружного  утепления,  в  системах  с  утеплителем  с внутренней  стороны  ограждающей  конструкции,  в  системах  с  утеплителем внутри  ограждающей  конструкции.  Используют  его  и  для  термоизоляции стеновых  панелей,  перекрытий,  подвалов,  кровель.  Из  пенополистирола изготовляются и  теплоизоляционные фасадные плиты, представляющие  собой трехслойную конструкцию из двух слоев полистиролбетона и среднего слоя из пенополистирола. В  отличие  от  систем  утепления  фасадов,  в  которых  применяются минераловатные или пенополистирольные плиты, оштукатуриваемые по сетке с последующей отделкой, плиты «Симпролит» готовы к отделке сразу же после закрепления на фасаде. Причем первоначальная отделка (грунтовка, шпаклевка) может выполняться еще до монтажа.

Экструдированный  пенополистирол  производится  из  обычного гранулированного  пенополистирола (пенопласт).  В  процессе  переработки  его смешивают  с  различными  ингредиентами,  повышающими  прочность  и снижающими горючесть материала. Затем в однородную массу под давлением подается  вспенивающий  агент (например,  углекислый  газ).  В  результате получается материал, образованный из мелких не сообщающихся друг с другом наполненных  газом  ячеек,  обладающий  нулевой  капиллярностью  и  не пропускающий  воду  и  ее  пары.  Закрытая  ячеистая  структура  обеспечивает незначительное  изменение  теплопроводности  в  условиях  повышенной влажности, что позволяет применять его в качестве наружной теплоизоляции в подвалах даже без использования гидроизоляционных материалов. Вспененный  полиэтилен (более  известный  как  изолон)  обеспечивает тепло-,  гидро-  и  звукоизоляцию  одновременно.  Изолон  с  низкой  плотностью обычно  применяется  в  фундаментах,  разделяющих  перегородках,  для теплоизоляции  стен  домов,  гаражей,  лоджий,  труб  горячего  и  холодного водоснабжения. Изолон с высокой плотностью используется как тепло-, гидро- и  звукоизоляционная  прокладка  в  полах,  уплотнитель  стыков  сборных элементов  зданий,  срубов,  утеплитель  для  окон.  Выпускается  изолон  и  с металлизированным покрытием. Благодаря отражающим свойствам фольги, он удерживает внутри помещения инфракрасные лучи, что позволяет использовать его  в  саунах,  банях.  Материал  легко  монтируется:  сваривается,  клеится, крепится  мебельными  скобами  и  строительными  скотчами. В  зависимости  от технологии производства изолон бывает сшитым и несшитым. Поставляется он в рулонах длиной до 200 м, толщиной от 2 до 12 мм, шириной от 0.55 м до 1.5 м, а также в листах размерами 1.4 х 2.0 м и толщиной до 15 мм.

Таким  образом,  современные  теплоизоляционные  материалы, используемые в промышленном строительстве, общественных и жилых зданий, можно условно разделить на несколько видов: минеральные (минеральная вата и  стекловолокно),  пенополистиролы (гранулированный  пенополистирол-пенопласт  и  экструдированный  пенополистирол),  а  также  вспененный полиэтилен. 

 

3.4.2. Примеры устройства теплоизоляции ограждений

Проектирование  утепления  ограждений  с  использованием  современных теплоизоляционных  материалов  осуществляется  на  основе  известных строительных  технологий,  а  также  рекомендаций  производителей теплоизоляционных  материалов,  которые  стараются  сопровождать  внедрение своей  продукции. Информация  об  устройстве  теплоизоляции  в  ограждающих конструкциях  зданий  с  детальными  альбомами  чертежей  и  сборникамитехнических решений и рекомендаций находится на сайтах большинства фирм производителей  продукции.

Ниже  приводятся  примеры  проектирования  наружной  теплоизоляции ограждающих конструкций, которые являются типичными и принципиально не отличающимися  практически  для  всех  представленных  в  сети  альбомах технических решений.

Физико-технические  свойства  используемых  теплоизоляционных материалов  оказывают  влияние  на  теплотехническую  эффективность  и эксплуатационную  надежность  конструкций,  трудоемкость  монтажа, возможность  ремонта  в  процессе  эксплуатации  и  в  значительной  степени определяют  сравнительную  эффективность  различных  вариантов  утепления зданий. 

На  долговечность  и  стабильность  теплофизических  и  физико-механических  свойств  теплоизоляционных  материалов  в  конструкциях утепления зданий влияют многие эксплуатационные факторы, включая:

– знакопеременный  температурно-влажностный  режим теплоизоляционных конструкций;

–  возможность  капиллярного  и  диффузионного  увлажнения теплоизоляционного материала в конструкции;

–   воздействие ветровых нагрузок;

–  механические  нагрузки  от  собственного  веса  в  конструкциях  стен  и нагрузки при перемещении людей в конструкциях крыш и перекрытий.

С  учетом  указанных  факторов  теплоизоляционные  материалы  для утепления зданий должны отвечать следующим основным требованиям: 

–  теплоизоляционный  материал  должен  обеспечивать  требуемое сопротивление  теплопередаче  при  возможно  минимальной  толщине конструкции,  что  достигается  применением  материалов  с  расчетным коэффициентом теплопроводности в пределах 0.035-0.05 Вт/(м⋅˚C);

–  паропроницаемость  материала  должна  иметь  значения,  исключающие возможность накопления влаги в конструкции в процессе ее эксплуатации;

–  плотность  теплоизоляционных  материалов  для  утепления  зданий ограничивается  допустимыми  нагрузками  на  несущие  конструкции  и составляет 200-250 кг/м³. 

Преимуществом систем наружного утепления ограждений является:

–  защита  ограждающих  конструкций (стен,  покрытий,  чердачных перекрытий)  от  воздействий  переменных  температур  наружного  воздуха,  что способствует  улучшению  их  температурно-влажностного  режима,  исключает появление трещин, увеличивает срок службы конструкций;

–  смещение  точки  росы  к  внешней  стороне  теплоизляционного  слоя, способствуя  улучшению  влажностного  режима  внутренних  частей ограждающих конструкций;

– обеспечение благоприятного режима по условиям паропроницаемости;

– сохранение исходной площади помещения в условиях реконструкции с наружным утеплением стен. При  наружной  теплоизоляции  зданий  возрастает  теплоаккумулирующая способность утепляемых ограждений. В случае изменения условий отопления и даже  его  отключение  становится  существенной  емкостная  составляющая теплоизоляции,  например,  для  кирпичной  стены,  остывающей  значительно медленнее.

 

Стеновые ограждения

Устройство  теплоизоляции  стеновых  ограждений  приводится  ниже  для следующих вариантов наружного утепления:

–  легкобетонные  панели,  трехслойные  стены  из  кирпича  глиняного обыкновенного  на  цементно-песчаном  растворе  с  плитами  теплоизоляции  в качестве среднего слоя и наружной облицовки из лицевого пустотного кирпича;

–  легкобетонные  панели  или  блоки,  стены  из  кирпича  глиняного обыкновенного  на  цементно-песчаном  растворе  с  плитами  теплоизоляции  в качестве первого слоя с толстослойным штукатурным покрытием;

–  стены  из  бруса  или  бревен  с  плитами  теплоизоляции  в  два слоя  в конструкции с вентилируемым зазором.

 

Рис. 13. Утепление панельной стены плитами URSA в конструкции с облицовкой лицевым кирпичом без вентилируемого зазора: 1 – внутренняя штукатурка, 2 – несущая панельная стена, 3 – плиты URSA, 4 – облицовка из лицевого кирпича, 5 – анкер и связи.

 

 Рис. 14. Утепление кирпичной стены плитами URSA в конструкции с вентилируемым зазором и облицовкой лицевым кирпичом: 1 – внутренняя штукатурка, 2 – несущая кирпичная стена, 3 – плиты URSA, 4 – вентилируемый зазор, 5 – облицовка из лицевого кирпича, 6 – гибкие связи.

 

 

 

 

 

Рис. 15. Утепление кирпичной стены здания плитами ISOVER в конструкции с толстослойным штукатурным покрытием и креплением теплоизоляционного слоя гибкими (подвижными) анкерами: 1 – несущая кирпичная стена, 2 – плитымарки ISOVER, 3 –гибкий (подвижный) анкер, 4 – армирующая сварная оцинкованная сетка, 5 – штукатурный слой, 6 – окраска декоративная

 

 

Рис. 26. Утепление наружной кирпичной стены плитами ISOVER. Узел примыкания к карнизу: 1 – несущая кирпичная стена, 2 – клеевой состав,  3 – плиты ISOVER, 4 – армирующая сетка, 5 – дюбель тарельчатый,  6 – штукатурное покрытие

 

 

 

 

  Рис. 17. Утепление внешнего угла здания плитами ISOVER в конструкции с тонкостенной штукатуркой: 1 – внутренняя штукатурка, 2 – несущая стена,  3 – плиты ISOVER, 4 – клеевой состав, 5 – дюбель тарельчатый,  6 – армирующая стеклосетка, 7 – угловая армирующая сетка, 8 – цементно-клеевая штукатурка

 

 

 

Рис. 18. Утепление стены из бруса плитами ISOVER по деревянному каркасу с облицовкой плитным или листовым материалом в конструкции с вентилируемым зазором: 1 – вентилируемый зазор, 2 – плиты ISOVER,  3 – стена из бруса, 4 – облицовка плитным или листовым материалом, сайдингом, 5 – крепежный элемент (винт, шуруп), 6 – дистанционирующая вертикальная планка, 7 – вертикальная стойка из бруса, 8 – крепление стоек и планок, 9 – внутренняя облицовка (гипсокартон, вагонка)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 19. Утепление стены из бревен плитами ISOVER в два слоя по деревянному каркасу с облицовкой плитным или листовым материалом в конструкции с вентилируемым зазором: 1 – вентилируемый зазор, 2 – стена из бревен, 3 – уплотнитель маты ISOVER, 4 – маты ISOVER, 5 – плиты ISOVER,  6 – дюбель или гвоздь с шайбой, 7 – деревянный каркас (вертикальные и оризонтальные бруски), 8 – внутренняя отделка, 9 – вертикальная деревянная ланка, 10 – крепежный элемент, 11- внешняя отделка

 

 

Рис. 20. Примыкание утепления из плит ISOVER к оконному проему с отделкой обшивочной доской: 1 – стена из бревен, 2 – оконная коробка, 3 – маты или плиты ISOVER, 4 – ветрозащитный слой, 5 – вертикальная деревянная планка,  6 – обшивочные доски, вагонка, сайдинг, 7 – бруски деревянные,  8 – деревянный каркас, 9 – отделка окна, доска, 10 – оконный слив, оцинкованная сталь, 11 – внутренняя обшивка, гипсокартон

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 21. Узел сопряжения крыши и каркасной стены дома с утеплителем из плит ISOVER: 1 – кровля, 2 – вентилируемое подстропильное пространство,  3 – диффузионная пленка (гидро-ветроизоляция), 4 – плиты или маты ISOVER, 5 – деревянные конструкции чердака и каркасной стены, 6 – плиты или маты ISOVER, 7 – изоляция чердачного перекрытия утепленной мансарды,  8 – гидроизоляция, 9 – пароизоляция, 10 – внутренняя отделка, 11 – каркасная стена дома

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 22. Отделка цоколя кирпичной стены здания с утеплением плитами URSA со штукатурным покрытием: 1 – несущая кирпичная стена, 2 – плиты URSA,  3 – анкер, 4 – облицовка из кирпича, 5 – дюбель, 6 – армирующая сетка,  7 – шукатурное покрытие.

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рис. 23. Стена из бруса, утепленная плитами URSA, с облицовкой кирпичом и с вентилируемым зазором: 1 – стена из бруса, 2 – плиты URSA, 3 – плиты URSA в конструкции утепления перекрытия подвала, 4 – потолок подвала,  5 – гидроизоляция фундамента, 6 – кирпичная облицовка, 7 – ветрозащита,  8 – вентилируемый зазор

 

Перекрытия

Устройство  теплоизоляции  перекрытия  и  чердачного  перекрытия приводится ниже для следующих вариантов утепления:

– чердачное перекрытие из железобетонной плиты или многопустотного настила (холодный  проходной  или  полупроходной  чердак)  с  плитами  или матами теплоизоляции;

– чердачное перекрытие неутепленной мансарды или холодного чердака из каркасной конструкции с плитами или матами теплоизоляции.

 

 

Рис. 24. Чердачное перекрытие из сплошной железобетонной плиты с теплоизоляцией из плит или матов ISOVER: 1 – деревянный настил, 2 – плиты или маты ISOVER, 3 – лаги, 4 – пароизоляция, 5 – потолок (штукатурка),  6 – плита перекрытия

 

 

 

 

 

Рис. 25. Чердачное перекрытие неутепленной мансарды или холодного чердака с теплоизоляцией из плит или матов ISOVER: 1 – половая доска, 2 – каркас (балки, лаги), 3 – пароизоляция, 4 – плиты или маты ISOVER, 5 – гидро-ветрозащитный слой, 6 – доски 20-30 мм, 7 – обшивка (гипсокартон)

 

 

 

 

 

Рис. 26. Утепление перекрытия из многопустотного настила над холодным подвалом плитами URSA: 1 – пол, 2 – пароизоляция, 3 – лаги,  4 – гидроизоляция, 5 – плиты URSA, 6 – плита перекрытия

 

 

Рис. 27. Конструкция пола над холодным подвалом с теплоизоляцией из плит или матов ISOVER : 1 – половая доска, 2 – каркас (балки, лаги),  3 – пароизоляция, 4 – плиты или маты ISOVER, 5 – гидро-ветрозащитный слой, 6 – обшивка из досок, 7 – гидроизоляция, 8 – опорные бруски, 9 – опорные столбики

 

Покрытия

Устройство  конструкции  утепления  покрытий  приводится  ниже  для следующих вариантов:

–  скатная  крыша  с  теплоизоляцией  плитами  или  матами  с ветрозащитными плитами в качестве наружного слоя;

– покрытия из железобетонных сплошных плит, многопустотного настила с рулонной кровлей и теплоизоляцией в один или два слоя.

 

 

 

Рис. 28. Утепление скатной крыши с теплоизоляцией из плит или матов ISOVER с внутренним слоем из плит с покрытием из металлочерепицы:  1 – покрытие из металлочерепицы, 2 – обрешетка, 3 – гидрозащита (подкровельная диффузионная пленка), 4 – вентилируемый зазор,  5 – ветрозащитный слой из плит ISOVER, 6 – плиты ISOVER, 7 – стропило,  8 – плиты ISOVER, 9 – внутренняя отделка

 

Рис. 29. Утепление существующей скатной крыши плитами ROCKWOOL в три слоя: 1 – существующее покрытие крыши, 2 – гидроизоляция,  3 – существующая обрешетка кровли, 4 – дополнительный брусок 50 мм,  5 – стропило, 6 – вентилируемый зазор 50 мм, 7 – ветрозащитный слой из плит ROCKWOOL, 8 – плиты ROCKWOOL, 9 – пароизоляция, 10 – обрешетка,  11 – гвоздь с шайбой, 12 – внутренняя отделка

 

 

 

 

Рис. 30. Ограждающие конструкции мансард, утепленные минераловатными плитами ROCKWOOL с вентилируемым зазором: 1 – гипсокартонные листы2 – металлическая кровля, 3 – воздушный зазор, 4 – обрешетка,  5 – вентилируемое подстропильное пространство, 6 – плиты ROCKWOOL, 7 – деревянные брус

 

 

 

Рис. 31. Усиление теплозащиты существующей кровли плитами ISOVER с кровельным покрытием по цементной стяжке: а – перекрытие из сплошных плит, б – перекрытие из многопустотного настила: 1 – перекрытие,  2 – существующая пароизоляция, 3 – керамзитобетонная панель толщиной 400-450 мм, 4 – существующее кровельное покрытие, 5 – приклейка утеплителя,  6 – плиты ISOVER, 7 – цементная стяжка с армированием, 8 – нижний слой кровельного листа, 9 – верхний край кровельного ковра с крупнозернистой посыпкой

 

 

Рис. 32. Конек скатной крыши с вентилируемым пространством: 1 – кровля,  2 – деревянные конструкции чердака, 3 – вентилируемое подстропильное пространство, 4 – диффузионная пленка (гидро-ветроизоляция), 5 – плиты URSA, 6 – пароизоляция, 7 – внутренняя облицовка, 8 – коньковый элемент

---