Многослойные теплоизоляционные системы

Проблемы рационального использования топливно-энергетических ресурсов, новые технологии строительства быстровозводимых конструкций привели к необходимости дополнительного утепления фасадов как при их реконструкции, так и при новом строительстве.

К примеру, Российская Федерация, вслед за западными странами, приняла уже ряд нормативно-технических документов, направленных на решение задачи энергосбережения и снижения эксплуатационных затрат в строительстве. Основным среди них является постановление Минстроя РФ 18-81 от 11.08.95 г "О принятии изменений 3 СНиП II-03-79 "Строительная теплотехника".

В соответствии с требованиями, установленными в этих документах, традиционные строительные материалы (железобетон, кирпич, дерево) не способны в однослойной ограждающей конструкции обеспечить требуемое значение термического сопротивления. Оно может быть достигнуто лишь в многослойной ограждающей конструкции, где в качестве утеплителя применяется эффективный теплоизоляционный материал.

В зависимости от расположения утеплителя в ограждающей конструкции утепление бывает трех типов: с утеплителем, расположенным с внутренней стороны ограждающей конструкции, внутри собственно конструкции и с наружной ее стороны.

В последнем случае широко применяются две системы: так называемая система мокрого типа - с оштукатуриванием или с облицовкой фасада и навесной вентилируемый фасад.

Следует отметить, что навесные (в том числе и вентилируемые) фасады применяются не только для утепления фасада, но и просто для облицовки ограждающей конструкции. Закрепление облицовочных материалов на относе позволяет, с одной стороны, расширить палитру фасадных отделочных материалов, а с другой - улучшить условия их работы. Навесной фасад при реконструкции дает возможность полностью поменять образ здания, придать ему современный вид. Включение плитных теплоизоляционных материалов в систему утепления позволяет не только улучшить внешний облик здания, но и утеплить его стены до необходимого уровня.

Системы с утеплителем с внутренней стороны ограждающей конструкции

Расположение теплоизоляционного материала на внутренней поверхности стен существующих зданий часто является единственно возможным вариантом. Причин тому несколько. Во-первых, теплоизоляция может быть произведена не во всех, а лишь в некоторых помещениях здания.

Во-вторых, производство работ по устройству теплозащиты может производиться в любое время года; при этом, в отличие от систем наружного утепления, не требуются средства подмащивания.

И наконец, в-третьих, при данном варианте утепления не меняется облик зданий, поэтому данный способ часто применяют в зданиях со сложными в архитектурном плане фасадами, представляющими художественную или историческую ценность. Справедливости ради необходимо отметить, что утепление стен с внутренней стороны имеет два весьма существенных недостатка.

Один из них - это очевидное уменьшение площади помещения за счет увеличения толщины стены. Это вызвано тем, что перегородки и перекрытия, жестко связанные с несущей стеной и не имеющие обычно отсекающих теплоизолирующих вкладышей, образуют по каркасу здания многочисленные тепловые мостики. Как показывают исследования фирмы "Rockwool", для того, чтобы теплопотери через единицу площади при утеплении изнутри были равны теплопотерям при утеплении снаружи, толщина плиты должна быть не менее 50 мм. Именно поэтому при данном типе утепления теряется часть полезной площади внутренних помещений.

Другой недостаток такого утепления связан с тем, что массивная, хорошо аккумулирующая тепло часть стены (например, из кирпича) в результате оказывается в зоне низких температур. Это резко снижает тепловую инерцию ограждающей конструкции, за счет чего климат в помещении значительно ухудшается.

Для грамотного утепления стен изнутри необходимо также учитывать физику процессов тепло- и влагопереноса. Как уже говорилось, температура ограждающей конструкции за слоем утеплителя значительно снижается. Поэтому в зимнее время водяной пар, образующийся в помещении, и диффундирующий наружу благодаря разности парциальных давлений, неизбежно конденсируется за слоем утепления, то есть на внутренней поверхности массивной стены.

Сконденсировавшуюся и накопившуюся там за зимний период влагу нельзя вывести наружу даже летом. Это приводит к прогрессирующему отсыреванию стен и развитию на них микроорганизмов, а значит, ухудшению санитарно-гигиенических показателей помещения.

Относительно вышесказанного примечателен опыт Финляндии. Всем известны легкие финские домики, в которых тонкая несущая деревянная стена утепляется изнутри плитами из минерального волокна. В процессе эксплуатации данный подход приводит к переувлажнению дерева, заражению его грибками, плесенью, а также повышению влажности в жилых помещениях даже летом. У жителей таких домов резко возрастает количество астматических заболеваний. В процессе борьбы с подобными явлениями в Финляндии были снесены миллионы квадратных метров описанного жилья.

Таким образом, утеплять здание изнутри можно лишь тогда, когда невозможно сделать это снаружи (исторические памятники, здания со сложным архитектурным рельефом), или когда это экономически целесообразно.

Системы с утеплителем внутри ограждающей конструкции (колодцевая кладка)

Идея расположения утеплителя внутри ограждающей конструкции возникла не сегодня. Еще с середины прошлого века в России применяли трехслойные кирпичные стены, используя в качестве заполнителя мох, торф, опилки. В настоящее время мох, конечно, уже не используют - его заменили современные более эффективные утеплители.

Возведение ограждающих конструкций с расположением утеплителя внутри стены возможно при использовании практически любого из конструкционных материалов: лесоматериалов, штучных каменных материалов, различных панелей и монолитных конструкций. Ограждающими конструкциями здесь, например, могут быть наружные стены каркасных деревянных домов, трехслойные железобетонные панели и, конечно, стены колодцевой кладки из штучных каменных материалов, на которых мы остановимся более подробно.

Колодцевая кладка представляют собой трехслойную конструкцию. Толщина первого слоя (внутренней несущей стены) определяется лишь прочностными требованиями, толщина теплоизоляционного слоя диктуется теплофизическими требованиями, а назначение третьего (лицевого) слоя - защита утеплителя от внешних воздействий.

Внутренний слой выполняется из кирпича или блоков (бетонных, керамзитобетонных, шлакобетонных, гипсобетонных, газосиликатных).

Для лицевого применяются кирпичи или камни керамические лицевые, отборные стандартные кирпичи, силикатные кирпичи, а также бетонные лицевые кирпичи. При облицовке силикатным кирпичом цоколь, пояса, парапеты и карниз выполняются из керамического кирпича. Для наружного слоя также используются бетонные и керамзитобетонные блоки со штукатуркой.

Специальные требования предъявляются к утеплителю, так как в данном случае ремонтно-восстановительные работы невозможны. Основными из этих требований являются устойчивость к деформациям и влагостойкость. Данным требованиям отвечают минеральная вата, пенополистирол и стекловата, поэтому они чаще всего и применяются.

Следует отметить, что внутренний и наружный слои ограждающей трехслойной конструкции должны быть связаны между собой жесткими или гибкими связями. С точки зрения теплотехники эти связи являются мостиками холода и могут значительно снизить термическое сопротивление всей ограждающей конструкции. Очевидно, что наибольшее снижение теплосопротивления дает применение жестких кирпичных связей. Использование же связей из нержавеющей стали, наоборот, значительно уменьшает теплопотери. Однако наиболее перспективный вариант в аспекте борьбы с мостиками холода - это применение специальных стеклопластиковых связей. В этом случае теплопотери, как правило, не превышают 2%.

Вообще стеклопластик является наиболее перспективным материалом для гибких связей. Он обладает очень низкой теплопроводностью, высокой прочностью и очень высокой химической и деформационной стойкостью.

При проектировании и эксплуатации трехслойных стен с внутренним расположением утеплителя существует еще одна чрезвычайно серьезная проблема - это конденсация влаги внутри конструкции. Водяной пар, в результате диффузии попадающий в толщу конструкции, может привести к прогрессирующему отсыреванию утеплителя и постепенной потере им своих теплоизолирующих свойств. При этом утеплитель не высыхает даже в теплое время года, так как наружный слой не является паропроницаемым.

Для борьбы с этим явлением применяется пароизоляционный слой и (или) устраивается воздушный вентиляционный зазор. Необходимость и местоположение паробарьера определяются расчетами в каждом конкретном случае. При необходимости он устраивается, к примеру, перед теплоизоляционным слоем стены.

Рассмотрим подробнее две основные конструктивные схемы стен колодцевой кладки: трехслойные стены без воздушного зазора и трехслойные стены с вентилируемым воздушным зазором.

Трехслойные стены без воздушного зазора

При этом способе теплоизоляции теплоизоляционные плиты размещаются в один или несколько слоев в полости стены и фиксируются с помощью анкеров, заложенных в швы кирпичной кладки несущей стены. Как уже указывалось выше, в данном случае необходим паробарьер для предотвращения конденсации водяного пара в утеплителе. Лицевой слой выкладывается из облицовочного кирпича или камня и связывается с несущей стеной.

Трехслойные стены с воздушным зазором

При этом способе устройства сначала возводится внутренняя несущая стена здания из обычного строительного кирпича (или блоков). Затем теплоизоляционные плиты насаживаются на проволочные анкеры, предварительно заложенные в кладку несущей стены, и прижимаются к ней пружинными шайбами. В рассматриваемом конструктивном варианте используются гибкие связи с фиксаторами, которые предназначены для связывания слоев кирпичной кладки между собой и удержания плиты утеплителя. За счет этого создается воздушная прослойка между облицовочным слоем и утеплителем. Роль фиксаторов играют специальные шайбы с антикоррозионным покрытием.

Наружная стена, которая защищает утеплитель от неблагоприятных внешних воздействий и создает лицо здания, сооружается из облицовочного кирпича (или блоков со штукатурным слоем) с заделкой анкеров в швах кладки.

При этом вентиляционный воздушный зазор способствует высыханию утеплителя, гарантируя высокое качество теплоизоляции.

По сути своей, трехслойная стена с воздушным зазором является вентилируемым фасадом, только роль облицовки здесь выполняют не листовые или плитные материалы, а каменная наружная стенка.

Конструкции трехслойных стен с утеплителем в качестве внутреннего слоя применяются довольно часто. Это достаточно недорогой способ возведения ограждающей конструкции, обладающий рядом несомненных преимуществ, таких как сравнительно небольшая толщина и соответственно вес, высокая тепловая эффективность, огнестойкость (стены с облицовкой из кирпича можно применять в зданиях любой степени огнестойкости).

Однако трехслойные стены кроме достоинств обладают и рядом недостатков, таких как довольно высокая трудоемкость возведения, а также недостаточно изученный и проверенный вопрос поведения различных типов эффективных утеплителей.

Теплоизоляция мостиков холода

Изоляции мостиков холода долгое время не уделялось должного внимания, хотя эта проблема заслуживает самого пристального рассмотрения как проектировщиками, так и строителями-практиками. Мостики холода представляют собой ограниченные по объему части строительных элементов, через которые осуществляется повышенная теплоотдача. Примером тому являются строительные элементы из бетона в кирпичной или блочной кладке: например, несущие перекрытия, оконные и дверные перемычки, кольцевой якорь, опоры повышенной жесткости, выступы, подвальные цоколи и так далее. При этом возникновение мостиков холода может быть обусловлено как особенностями конструкции, так и использованными при строительстве материалами. При соединении различных элементов некоторых строительных конструкций их внешняя изотермическая поверхность может быть по площади в несколько раз больше внутренней термопоглощающей. Поэтому через такие строительные элементы на единицу площади плиты проходит больше теплоты, нежели через другие ограждающие конструкции здания. Подобное явление называют геометрически обусловленными мостиками холода.

Геометрически обусловленные мостики холода встречаются там, где внутренняя теплопоглощающая поверхность меньше внешней изотермической поверхности. Как следствие, температура внутренней поверхности в этом месте ниже, чем у соседних строительных элементов. Такие мостики холода характеризуются наличием двух- или трехмерного теплового потока и чаще встречаются на углах зданий, в составе аттиков плоских крыш, выступающих балконов, навесов и эркеров. Мостики холода, обусловленные конструкцией и материалом, возникают в тех случаях, когда материалы с низкой теплопроводностью наружных строительных элементов комбинируются с материалами, обладающими высокой теплопроводностью.

Очень часто в строительной практике встречаются одновременно геометрически, конструкционно и материально обусловленные мостики холода, что существенно повышает риск повреждения здания.

Что касается повышенной теплоотдачи через мостики холода, то она приводит к ряду негативных последствий. Во-первых, возрастает потребление энергии для отопления здания. Во-вторых, на боковой поверхности строительных элементов поверхностные температуры становятся ниже, а это может привести к образованию конденсата, накоплению влаги с последующим неизбежным появлением плесневого грибка.

Поэтому устранение мостиков холода необходимо не только по причинам энергетическим, но и санитарно-гигиеническим. В последнем случае речь идет о здоровье людей. К тому же решение данной проблемы создает предпосылки для долгосрочного сохранения и функциональной надежности строений. В свете ужесточения требований к теплозащите отдельные мостики холода оказывают большое влияние на теплотехнические параметры фасада здания. Так, в зависимости от уровня теплоизоляции и особенностей конструкции соединяющих деталей из-за мостиков холода может быть потеряно до половины всего количества теплоты. При расчете необходимого энергопотребления воздействие мостиков холода определяется с помощью корректирующих коэффициентов и учитывается при выборе размеров и мощности отопительных установок. При проектировании и возведении зданий необходимо помнить обо всех возможных мостиках холода и их воздействии, которое можно устранить с помощью соответствующих конструкционных мер, например, направленной теплоизоляции. Визуально мостики холода обычно не определяются на фасаде здания. И только термографические исследования показывают теплотехнические дефекты. Следует отметить, что плиты из экструзионного пенополистирола являются достаточно эффективным средством для изоляции мостиков холода.

Подробности вы найдете на сайте www.know-house.ruПодготовил Илья ЛАТЫШЕВ