Можно ли использовать немецкий опыт тепловой модернизации жилья?

Сообщение заместителя директора Института сохранения и модернизации зданий (IEMB, Германия) Ф. Фогдта "Сохранение и модернизация жилых зданий Германии, построенных промышленным способом", сделанное им 17 июня в ГП НИПТИС на 3-й научно-практической конференции "Комплексное решение проблем энергосбережения при проектировании, строительстве и реконструкции жилого фонда"

Деятельность созданного на базе бывшей Строительной академии ГДР института IEMB осуществляется за счет государственных субсидий. Основное направление этой деятельности - ремонт и модернизация жилых зданий. При этом весьма ценным представляется опыт ремонта панельных зданий, накопленный еще во времена существования ГДР.

С самого момента создания ГДР в 1948 г. и до объединения Германии в стране возводились вначале блочные, затем панельные жилые здания. В общей сложности промышленным способом в ГДР было построено 2 172 000 квартир (при этом количества блочных и панельных зданий соотносились примерно как 1:3).

С учетом большого количества жилых домов, построенных в ГДР промышленным способом, IEMB были разработаны определенные принципы - для каждого типа зданий, для каждой серии свои. Имеется в виду, что каждой серии был посвящен документ, содержащий информацию о зданиях данного типа. Помимо всего прочего, каждый документ содержал перечень наиболее часто встречающихся свойственных данному типу зданий дефектов. Указывались и меры, которые необходимо принимать при ремонте зданий каждого из типов.

Что касается блочных домов, то в данном случае наличию дефектов в наибольшей степени подвержены фасады и окна (примерно 2/3, или 60-70% всех дефектов). Что же касается панельных домов, то в данном случае процент дефектов несколько ниже. Особенно в домах такого типа страдают кровля, стыки между панелями и балконные плиты. От 12 до 15% нужно было устранить обязательно - иначе здания с этими дефектами просто не смогли бы быть сохранены, не смогли бы надежно существовать.

Изготовленные из железобетона стропила скатных крыш, как было установлено, подверглись карбонизации. Кроме того, сильным повреждениям подверглись места крепления кровли.

Помимо карбонизации, бетон конструкций подвержен очень сильному трещинообразованию. (Правда, часть трещин возникла еще во время монтажа.) Порой отслаивание и откалывание защитного слоя бетона достигало таких масштабов, что можно было легко видеть рабочую арматуру. Следует, впрочем, заметить, что обнаженная арматура была лишь покрыта легким налетом ржавчины, но не поражена коррозией. Почему бы это, ведь воздух, с которым арматура свободно соприкасается, содержит столько агрессивных факторов?

Дело в том, что существуют 3 предпосылки корродирования арматуры - карбонизированность бетона, доступ кислорода к арматуре и достаточное количество электролита. Только при таких условиях может образоваться влага. И только тогда может иметь место коррозия.

Опытные стальные изделия, окруженные бетоном, подверглись воздействию различных количеств влаги. Через год эти изделия были извлечены из бетона. Была определена доля массы каждого из изделий, пораженная коррозией. Было также установлено, что процесс коррозии арматуры начинается лишь при относительной влажности воздуха, равной 80%. Если величина этого показателя больше, металл корродирует очень быстро.

В результате серии экспериментов было установлено, что превышение указанной предельной величины относительной влажности воздуха имеет место достаточно редко.

Немаловажными факторами являются вентилируемость чердака и наличие мостиков холода в углах чердачного перекрытия. Температура в этих местах может падать до 0°C. Поэтому здесь возможно образование грибка.

Что касается домов КПД, то проблема в данном случае часто заключается в беспрепятственности проникновения дождевой воды в недостаточно герметичные межпанельные стыки. И опять-таки - в карбонатизации бетона.

Представим себе однослойную керамзитобетонную панель, облицованную керамической плиткой. (Проблема эта существует как в Германии, так и в РБ.) Специалистами IEMB были обследованы все существующие в Германии крупнопанельные дома. Результаты были систематизированы и представлены в федеральное министерство. На основе анализа этих результатов были разработаны меры по устранению существующих дефектов.

Что касается ремонта кровли, то в данном случае могут быть предложены различные подходы - простая герметизация, дополнительная теплоизоляция либо полная замена кровли. Часто целесообразным шагом представляется устранение покрытия и устройство дополнительного этажа.

Для ремонта кровли IEMB предлагает двухслойный кровельный материал на основе высокополимерных битумных соединений. Он имеет вид стыковочной ленты, наклеивание которой позволяет избегать жесткого крепления ремонтного материала к имеющемуся.

Обязательно должен быть усилен слой теплоизоляции на чердачном перекрытии. Кроме того, должны быть утеплены все элементы чердачной конструкции, дабы ни один из них не смог выступить в качестве мостика холода. Проблема же коррозии ни в коем случае не должна упускаться из вида. Дело в том, что в результате мероприятий по утеплению чердака уменьшается тепломассообмен данной зоны и нижележащего помещения. Температура чердачного помещения в определенной степени понижается, относительная же влажность воздуха увеличивается.

Результаты климатологического обследования чердачных помещений до и после санации зданий говорят о том, что после санации период, в течение которого влажность чердачного воздуха является критической, значительно увеличился. Это явление породило множество дискуссий в среде немецких специалистов по строительной физике на тему: нужна ли вообще двухслойная теплоизоляция скатных крыш? Не проще ли вместо этого соорудить новую кровлю?

Однако данное мероприятие является чрезвычайно дорогостоящим. Поэтому специалисты IEMB и задумались над тем, как осуществить оправдывающую себя теплоизоляцию. В результате была создана так называемая теплая крыша. В этом случае теплоизоляции подвергается вся поверхность кровли. При этом закрываются все вентиляционные отверстия. Полностью исключается вероятность возникновения мостиков холода.

Неизбежно возникает вопрос: у нас было вентилируемое чердачное помещение, теперь же, когда мы исключили коррозию металлических частей, оно является полностью невентилируемым. Каков выход из данной ситуации?

Вернемся к идее приспособления чердака под жилье. В зависимости от несущей способности конструкций здания возможны следующие варианты надстройки чердачного помещения. В случае, когда запас прочности существующего перекрытия недостаточен либо совершенно отсутствует, можно возвести дополнительные перекрытия и даже стойки. Разумеется, применение предлагаемой конструкции требует определенных материальных затрат, однако она широко применяется, например, в Берлине. Особенно перспективной данная идея представляется применительно к жилым домам, расположенным в престижных районах городов - в этом случае получающееся в результате надстройки новое жилье довольно легко продается. Дополнительным преимуществом является то, что все необходимые для надстраивания нового этажа конструкции могут быть изготовлены заранее в заводских условиях, что ускоряет процесс возведения этажа. Кроме того, что немаловажно, почти не причиняется беспокойства жильцам надстраиваемого дома.

При ремонте наружных стен наиболее легким представляется путь использования ленты для уплотнения стыков совместно с мероприятиями по защите всего фасада. Возможна герметизация стыков инъекционным путем.

Композиционная теплоизоляционная система на основе полистирола или минваты может представлять собой и такой вариант, как вентилируемая обшивка наружных стен.

Часто теплоизоляция наклеивается на фасад. В последнем случае основным требованием к поверхности наружной стены является требование устранения всех неровностей. Максимальное отклонение от вертикальной плоскости не должно превышать 1 см на каждом квадратном метре стены. В Германии такие системы применяются на зданиях высотой до 22 м. Правда, противопожарные нормы России не допускают применения полистирола в подобных случаях. Возможно, точно так же обстоит дело и в РБ.

Минерально-волокнистая теплоизоляция монтируется также путем наклеивания либо с помощью дюбелей. В последнем случае требования ровности поверхности стены не столь строги (допускаются 2-сантиметровые неровности). В Германии применяются как закручиваемые, так и забиваемые дюбели. Следует, однако, заметить, что применение дюбелей снижает теплоизоляционные свойства монтируемых с их помощью систем, так как каждый дюбель, хотим мы этого или не хотим, представляет собой тот же тепловой мостик. Поэтому это учитывается в выполняемых немецкими специалистами расчетах, связанных с тепловой санацией зданий.

Крепление теплоизоляции может осуществляться с применением шин с теплоизоляционными плитами. В данном случае допустимы и 3-сантиметровые неровности поверхности стены.

Метод вентилируемой обшивки наружных стен предполагает много различных вариантов. В данном случае очень важно, чтобы связи обшивки с конструкцией стены были достаточно гибкими, чтобы компенсировать осадки основания, температурные и влажностные деформации. Так или иначе, упомянутые связи также являются ни чем иным, как мостиками холода. Это обстоятельство также учитывается в теплотехнических расчетах ограждений. Поэтому крепежные профили футеруются либо покрываются полиуретановой пеной.

Исследования IEMB показали, что экономия энергии как в блочных, так и в панельных зданиях может достигнуть 50%. То есть ежегодное удельное потребление электроэнергии может снизиться от 200 до 70 кВт€ч/м 2. Таким образом, проектируя санацию старых зданий, IEMB придерживается норм, в соответствии с которыми проектируются и строятся новые. В результате снижаются и эксплуатационные расходы, что не может не привлекать потенциальных квартиросъемщиков.

Не следует забывать и об экологическом факторе - значительно снижается количество выбрасываемого в атмосферу углекислого газа. Путем улучшения теплоизоляции (например, применения пористой теплоизоляции) или путем модернизации систем отопления зданий может быть реализовано снижение объема подобных выбросов до 52%. А в случае усовершенствования технологии подачи и утилизации энергии цифра эта может быть доведена до 32%. Еще 16% можно выиграть в области использования топлива, перейдя с бурого угля на природный газ.

За период с 1993 по 1996 г. на одном из жилых зданий, за которым велось тщательное наблюдение (здесь в течение указанного периода были выполнены следующие мероприятия: монтаж термостатических клапанов, внедрение поквартирного учета расхода энергии, устройство наружной теплоизоляции толщиной 8 см, замена окон и технологии подключения системы подачи энергии), удалось добиться 50%-го общего снижения энергопотребления.

Это было установлено путем проведения необходимых измерений по всему дому в целом, однако специалистами IEMB осуществлялись и поквартирные измерения. Точнее, они были поэтажными, но в одной вертикальной плоскости. В вертикальный разрез исследовавшегося 6-этажного здания попало 6 квартир, и результатом измерения явился расход энергии на 1 м 2 в зависимости от этажа. Наибольшие теплопотери были отмечены на 1 этаже вследствие недостаточности теплоизоляции перекрытия между подвалом и 1 этажом. Значительны и теплопотери помещений 6-го этажа (уже по причине недостаточности теплоизоляции чердачного перекрытия).

Измерения, предпринятые после санации, показали более чем 4-кратное снижение энергопотребления на единицу жилой площади. Они же выявили необходимость дополнительных теплоизоляционных мероприятий.

Мероприятия эти направлены как на экономию большего количества тепла, так и на защиту конструкций от коррозии. Благодаря этим мероприятиям происходит высушивание бетона ограждения.

Через 2-3 года критическая относительная влажность окружающего воздуха падает ниже отметки "80%". (В случае применения минераловатного утеплителя процесс этот протекает еще быстрее. Тем более в случае устройства вентилируемых наружных ограждений - тогда на высушивание бетона требуется всего несколько месяцев.)

Однако в результате принятия мер по теплоизоляции в зависимости от выбора изолирующего материала, а также штукатурки могут ухудшиться звукоизолирующие качества наружных стен.

Противопожарные требования, действующие в Германии, регламентируют высоту применения полистирола. В системах теплоизоляции зданий выше 22 м могут применяться только негорючие материалы.

А дышат ли стены? Многие считают, что благодаря использованию различных вариантов теплоизоляции ухудшается комфортность квартир с образованием плесневого грибка. Для проведения соответствующих исследований была принята модель помещения с размерами в плане 5х6 м и высотой 2,5-3,0 м. В расчет вводились различные варианты параметров наружного воздуха, причем как до, так и после санации здания и замены окон на современные, обеспечивающие практически полную герметизацию притвора. Фиксировалось изменение влажности внутреннего воздуха во всех этих случаях, а также влияние проветривания помещения. В итоге еще раз получил подтверждение тот факт, что в результате санации и замены окон задача обеспечения нормального воздухообмена в помещении остается нерешенной, что и ведет к образованию грибка.

Новейшие исследования показали, что для образования плесени в помещении достаточно того, чтобы ежедневно в течение любых 5 следующих друг за другом дней в течение 6 часов относительная влажность воздуха в той или иной точке помещения превышала 80%. В воздухе квартиры, в которой проживает 3 человека, в результате их жизни и деятельности ежедневно присутствует до 10 л влаги. Как можно устранить эту влагу? Не может быть и речи о том, что она будет уходить сама путем естественной утечки.

Поэтому в IEMB были разработаны вентиляционные системы для монтажа их в наружные стены. Отток воздуха осуществляется за счет разницы величин давления, для контроля же воздухообмена отверстия вентсистем снабжены клапанами, перекрывающими воздушные потоки при достижении ими определенной интенсивности.

Помимо разработки эффективных ограждающих конструкций, инженерного оборудования зданий и методов их ремонта и реконструкции IEMB решает задачи оптимизации финансирования модернизации зданий.

Насколько все это применимо к белорусским условиям? Прежде всего должны учитываться климатические и прочие местные условия, влияющие на принятие энергоэкономичных решений. Не должен упускаться из виду и аспект долговечности зданий.

Сравнение температурных кривых для Минска и ряда немецких городов демонстрирует не самые значительные расхождения значений ординат точек кривых. (Гораздо большими являются расхождения, например, с кривой, построенной для Новосибирска.)

Известно, что отопительный период в РБ несколько более продолжителен, чем в Германии. Поэтому при прочих равных условиях потребление энергии в Минске несколько выше, чем, например, в Берлине.

(Для того, чтобы сравнение было более корректным, должны быть также учтены такие параметры, как среднегодовая относительная влажность наружного воздуха, а также соотношение количества дождливых и солнечных дней в году.)

Сравнение поведения 3-слойной (10 см бетона, 10 см минваты, 5 см бетона) наружной стеновой панели минского панельного дома до и после наружного утепления стен полистиролом толщиной 10 см с нанесением на фасад слоя полимерной штукатурки показывает, что в течение нескольких лет бетон конструкции постепенно высыхает, что практически исключает создание условий для коррозии арматуры.

В случае же вентилируемых фасадов данный процесс протекает гораздо быстрее. Вероятность появления коррозии стопроцентно нулевая.

Комплексная система теплоизоляции примерно в 2 (а устройство вентилируемых фасадов - в 3) раза дороже, чем просто герметизация стыков. (Разумеется, точность этих цифр зависит от стоимости конкретных применяемых материалов.)

В любом случае эффективность тех или иных принимаемых мер должна определяться технико-экономическим сравнением различных вариантов.

Но не следует забывать, что в перспективе решается задача энергосбережения.

Например, в Германии санирующие мероприятия считаются рентабельными, если они окупаются за счет экономии энергии в течение 15 лет. В РБ же этот период значительно короче.

Заместитель директора ГП НИПТИС Л.Н. Данилевский поинтересовался методиками испытаний систем утепления, применяемыми немецкими специалистами.

Различные системы утепления стали применяться в Германии еще 45 лет назад, сказал г-н Фогдт. Уже в течение 35 лет на немецком строительном рынке присутствуют системы на основе пенополистирола. На практике доказано, что долговечность этих систем - не менее 30 лет. Системы на основе минераловатных плит применяются в Германии в течение 25 лет. Эти системы представляются более долговечными по сравнению с пенополистирольными, что объясняется особенностью самой структуры минерального волокна. Как известно, каждый строительный материал, присутствующий на рынке Германии, имеет свои нормативные регламентации. Что же касается систем утепления, то на этот счет в Германии нет никаких норм. Поэтому каждая фирма, предлагающая ту или иную систему утепления, должна зарегистрировать свое предложение в одной из служб стрйнадзора Германии и получить там допуск к применению данных материалов и данной технологии. В связи с этим специалистами немецкого стройнадзора были проведены многочисленные исследования, направленные на определение долговечности предлагаемых систем. В рамках этой программы исследований была сооружена тестовая модель в виде стены площадью 6 м 2, включающая окно. Модель была подвержена влиянию различных климатических условий (всего около 100 циклов). Температурный интервал составил от +30°C до -25°C. Разумеется, есть разница между природными и искусственными климатическими воздействиями, но широкий спектр испытаний позволяет говорить о достоверности их результатов. К тому же подробному анализу была подвергнута каждая составляющая конструкции стены.

Сергей ЗОЛОТОВ