Снижение теплопотерь зданий: реальность и перспективы

Разразившийся в первой половине 70-х годов энергетический кризис в странах Западной Европы явился мощным толчком развития науки и техники в области энергосбережения. В условиях рыночной экономики эта сфера деятельности стала выгодной для приложения капитала. Вложение средств не замедлило сказаться на улучшении дел по экономии энергии в жилищном хозяйстве - основном потребителе энергоресурсов. Утепление жилища стало одним из основных моментов этого мероприятия.

В СССР по-разному относились к этой проблеме. В нормативных документах указывалось на проведение такой работы при наличии экономического эффекта. При относительно невысоких ценах на топливо, в то время, экономический эффект мог быть только в регионах с холодными и продолжительными зимами.

При возведении зданий немаловажное значение для экономической эффективности играет определение разумного предела степени утепления. Как показывают данные исследователей, при увеличении теплосопротивления стены с 1 до 3,5 м2(оС)/Вт расход теплоэнергии на отопление уменьшается на 19,6%, а до 5-ти м2(оС)/Вт - на 22%. Это объясняется тем, что по мере увеличения теплосопротивления ограждения увеличивается доля потерь тепла через оконные (дверные) проемы и вентиляцию. Налицо факт, свидетельствующий о необходимости системного подхода к решению проблемы утепления. Например, согласованность утепления с системой отопления с целью предотвращения увеличения теплопотерь при вентилировании помещений.

Известно, что дискомфорт создается не только при колебаниях температуры воздуха ниже или выше оптимального уровня, высоким содержанием в воздухе углекислого газа и других вредных примесей, но и повышенной влажностью воздуха. Особенно заметным это становится при большом скоплении людей в закрытом помещении. Решение проблемы долгие годы осуществлялось путем проектирования зданий с естественной вентиляцией, когда наряду с форточками, через которые удаляется загрязненный, нагретый до комнатной температуры воздух, для изготовления стен используются материалы, обладающие необходимой в этих условиях паропроницаемостью. Благодаря такому свойству осуществляется естественный влагообмен с окружающей средой, поскольку при паропроницаемости стены дышат и тем самым устраняется излишняя влажность воздуха в помещениях. А там, где паропроницаемость, там и воздухопроницаемость. В этой связи нередко упоминается ячеистый бетон как материал наиболее отвечающий этим требованиям, т.е. способствующий поддержанию благоприятного климата.

Критики такого подхода ссылаются на то, что неразборчивость в применении естественной вентиляции привели к тому, что в городах Сибири расход топлива на отопление в 4-5 раз больший, чем в городах Скандинавского полуострова, находящихся с ними на одной широте. Основной путь в энергосбережении они видят, наряду с утеплением стен и герметичностью окон, в устройстве цикличной вентиляции, поддерживающей содержание пара и углекислого газа в воздухе помещений в допустимых пределах.

В ряде постсоциалистических стран, где уровень технологий в строительстве был схож с нашим, активно подключились к утеплению жилых и административных зданий, опираясь на опыт развитых стран и разрабатывая свои технологии и материал. Очевидно, что это дорогостоящее мероприятие нуждается в научно обоснованных и апробированных технологиях.

Существует мнение, что в постсоветских государствах до недавнего времени отсутствовали простые и доступные методики, позволяющие с большой долей достоверности прогнозировать теплофизические процессы, происходящие в ограждающих конструкциях в отапливаемый период. Объясняется это тем, что проектировались преимущественно однослойные наружные стены с невысокими теплоизоляционными свойствами (Roпр=1м2(оС)/Вт). Теплопотери в них через теплопроводные включения, перемычки, откосы окон, примыкающие перекрытия и перегородки по удельному весу не выглядели значительными. Чаще всего общее теплосопротивление ограждения сводилось с суммированию термических слоев без проемов. Использование приближенных формул при расчете неоднородного ограждения, когда конструкция разбивается плоскостями сначала параллельно потоку тепла, а затем перпендикулярно ему не учитывала того, что расчет 2-х мерных (плоских) температурных полей связан с значительными погрешностями. Когда же речь идет о создании стен с повышенным сопротивлением теплопередаче, то требуется расчет трехмерных (пространственных) температурных полей, в большей степени приближающий прогноз к реальным условиям. Однако процессы теплопередачи без учета свойств материалов ограждения в различных условиях эксплуатации также не раскрывают реальной ситуации. Например, широко применяемые в настоящее время стеновые материалы с низкой плотностью, в частности, из ячеистого бетона, способны легко поглощать влагу, как при атмосферных осадках, так и при прохождении через них водяного пара в отопительный период. Если не учитывать периоды накопления влаги в материалах и время удаления ее из них, то прогноз теплосопротивления будет неточным, поскольку при влажности ячеистого бетона 20% теплопроводность его увеличивается вдвое.

Оценкой достоверности прогнозов теплопотерь при проектировании зданий служит энергетический аудит. В развитых странах для выполнения этого мероприятия имеется разнообразная аппаратура. Благодаря эффективному использованию ее были не только усовершенствованы методы расчета теплопотерь, но и смоделирована наиболее рациональная утепленная конструкция ограждения, получившая название "стена в шубе", когда плитные теплоизоляционные материалы располагаются на наружной поверхности стен. При этом они могут покрываться защитным слоем штукатурки или отделяться от облицовочного слоя воздушной прослойкой.

Не секрет, что применение того или иного вида утепленной конструкции ограждения связано с учетом ряда факторов, среди них: свойство применяемых материалов в ограждении; условия эксплуатации; технологичность строительных работ; конструктивные особенности фасадов; возможность использования монолитного утеплителя; ремонтопригодность, долговечность и т.п..

В наших климатических условиях целесообразность использования вентилируемых воздушных прослоек связывается с понижением влажности стен благодаря более быстрому удалению строительной влаги, предупреждению образования теплой воды, а также с улучшением теплозащиты в летнее время (циркулирующий в прослойке воздух выносит тепло стен наружу).

Утепление с последующим оштукатуриванием ставит более жесткие требования к ограничению паро- и воздухопроницаемости. Эту проблему, так или иначе, решает слой клея, наносимого на основу (стену) при приклеивании теплоизоляционных плит. Использование такой технологии наиболее эффективно там, где тепловлажностный режим в помещениях ухудшают мостики холода (тепла), вызывая одновременно коррозию стальной арматуры (закладных деталей), отслоение защитного слоя бетона, а также в зданиях с разрушающимися фасадами, мокрыми стенами в помещениях и где температура в отопительный период не поднимается до уровня принятых норм.

Популярность этой системы утепления состоит также в том, что в ней весьма успешно реализуется штукатурная отделка поверхности. При небольшой толщине слоя достигаются такие важные свойства облицовки, как ударопрочность, трещиностойкость, паропроницаемость и атмосферостойкость при том, что она надежно защищает конструкцию от атмосферных осадков. Естественно и стоимость работ с оштукатуриванием снижается в 1,5-2 раза по сравнению с применением штучных облицовочных материалов.

Как известно, более всего в строительстве ценится надежность и долговечность зданий и сооружений. Выпускаемые у нас штукатурные растворимые смеси по данному показателю не могут соперничать с материалами из природного камня, например, из гранита. Помимо того, что этот материал обладает достаточной прочностью и долговечностью, по своим внешним данным он больше всего подходит для архитектурно-строительных и отделочных работ.

Не является редкостью эффективное применение архитектурного бетона, напоминающего по внешнему виду гранит, и других природных материалов. Обладая высокой гидрофобностью, низким водопоглощением, атмосферной морозостойкостью, водопроницаемостью и стабильностью механических свойств, он в несколько раз дешевле.

Эти и другие материалы, пригодные для долговечной отделки, зачастую не находят широкого применения из-за того, что технология их крепления к основанию с помощью клеящих веществ не обеспечивает требуемой долговечности. Вызвано это тем, что влагообмен в отопительный период, происходящий между влажным воздухом внутреннего помещения и наружным, путем диффузии водяного пара от внутренней поверхности к наружной, является для них неблагоприятным и разрушительным. Механическое крепление облицовочных плит в этих условиях более предпочтительно. Успешный опыт в этом направлении уже имеется. Речь идет о соединении облицовочного и базового (стенового) элементов через слой утеплителя посредством пластмассовых (полиамидных) анкеров. На рисунке приведен фрагмент фасада с использованием анкерного крепления фасадных плит.

Анкерные стержни не только осуществляют надежную связь, но и облегчают задачу фиксации положения плит, а выполнение их из изоляционных материалов препятствует образованию мостиков холода (тепла) и шума. Соединение облицовочных элементов в шпунт и гребень обеспечивает облицовке повышение устойчивости и защиту от продувания и проникновения дождевой влаги.Николай МЕЛЬНИКОВ