Современные системы утепления наружных стен эксплуатируемых зданий, наиболее эффективные для Республики Беларусь
Cообщение Валерия Нестеренко (БелНИИС) на научно-технической конференции "Проблемы энерго- и ресурсосбережения при строительстве и эксплуатации зданий"
В настоящее время при проектировании и устройстве тепловой изоляции наружных стен зданий не в полной мере учитываются характер воздействия на нее ветровой и механической нагрузок, температурные и влажностные изменения в окружающей среде и ряд других воздействий. Нет также экспериментальных данных об эффективности различных конструкций тепловой изоляции.
При устройстве теплоизоляции особое место занимают вопросы крепления плит утеплителя. К
ак правило, для этих целей применяются специальные дюбеля-анкеры. В известных в настоящее время нормативных документах по устройству тепловой изоляции число дюбелей на 1 м2 утепляемой стены указывается различное (от 4 до 9) и назначается не всегда обоснованно. Фактическое число дюбелей на 1 м2, как правило, получается больше, чем расчетное.
Поэтому поиск оптимальных вариантов расположения дюбелей по поверхности ограждающей конструкции при ее утеплении является важным звеном в решении проблемы разработки рациональных конструктивных решений систем утепления.
В результате расчетного анализа установлено, что число дюбелей на 1 м2 крепления плит утеплителя может быть уменьшено. Уменьшение числа дюбелей на 1 м2 снижает трудоемкость и материалоемкость работ по устройству теплоизоляции, а также ее стоимость.
Фактическое количество дюбелей на 1 м2 зависит от фактической схемы их расположения при креплении плит утеплителя и получается, как правило, большим, чем их расчетное число.
В краевых зонах по ширине и длине здания число дюбелей, по сравнению с рядовыми зонами, увеличивается (рис.1). В отечественных нормативных документах ширина этих зон принимается равной 1,5 м. Зарубежный опыт проектирования и эксплуатации различных систем утепления свидетельствует о том, что ширина эти зон может регулироваться в зависимости от геометрических параметров здания.
Наружные ограждающие конструкции жилых зданий эксплуатируются в сложных температурно-влажностных условиях.
Это необходимо учитывать при проектировании конструкций утепления. В Беларуси насчитывается шесть областей, каждая из которых характеризуется своими - рассчитанными параметрами наружного воздуха: средней температурой наружного воздуха, средней относительной влажностью наружного воздуха, парциальным давлением водяного пара наружного воздуха.
Кроме того, известно, что в эксплуатируемых жилых зданиях температура внутреннего воздуха и его относительная влажность, как правило, отличаются от их расчетных значений по СНБ 2.04.01-97.
Поэтому часто даже при обеспечении одного из нормируемых требований к теплотехническим параметрам ограждающей конструкции, например сопротивлению теплопередаче, другие ее показатели могут не соответствовать нормативным требованиям.
На основании анализа формул, используемых в теплотехнических расчетах, установлены значения коэффициентов весомости факторов для параметров, определяющих сопротивление теплопередаче и паропроницанию наружных ограждающих конструкций зданий.
Так, при определении сопротивления теплопередаче R т, толщина слоя "дэльта" и коэффициент теплопроводности материала "лямбда" имеют примерно одинаковую степень влияния на его значение. Для однослойной ограждающей конструкции коэффициенты весомости соответственно равны - для "дэльта" 0,53 (53%); для "лямбда" - 0,47 (47%).
Таким образом, при проектировании новых или утеплении уже эксплуатируемых конструкций наружных ограждений зданий значение Rт в одинаковой степени можно регулировать как толщиной слоя, так и значением коэффициента теплопроводности материала этого слоя.
В расчетах на паропроницаемость, при определении температуры в плоскости возможной конденсации наибольшую весомость (50%) имеет термическое сопротивление слоев ограждающей конструкции от внутренней поверхности конструкции до плоскости возможной конденсации. Далее по своей значимости следует сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции (46)%. Примерно одинаковые коэффициенты весомости у расчетной температуры внутреннего воздуха (1%) и средней температуры наружного воздуха за отопительный период (3%).
Наибольшее влияние на значение требуемого сопротивления паропроницанию оказывает парциальное давление водяного пара наружного воздуха (55% - параметры наружного воздуха, которые устанавливаются в соответствии с СНБ 2.04.01-97).
Незначительно влияют сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от плоскости возможной конденсации до наружной поверхности ограждающей конструкции (10%) и парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха (10%).
Полученные данные о коэффициентах весомости факторов, определяющих теплотехнические характеристики ограждающих конструкций, могут быть использованы проектировщиками при проектировании новых и утеплении старых стен зданий.
В результате специальных обследований жилых зданий установлено, что далеко не всегда расчетные параметры воздуха в помещениях, принятые по СНБ 2.04.01-97, соответствуют их фактическим значениям.
Поэтому даже при обеспечении требуемого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции другие ее теплотехические показатели, в частности, сопротивление паропроницанию, могут не соответствовать нормативным требованиям.
С другой стороны, долговечность тепловой изоляции наружных стен зданий во многом зависит от соблюдения требований по обеспечению сопротивления паропроницаемости ограждающей конструкции. Поэтому при проектировании конструкций утепления следует учитывать реальные условия эксплуатации ограждающих конструкций.
В результате выполненных теплотехнических расчетов установлено, что увеличение толщины слоя утеплителя, при постоянных параметрах наружного и внутреннего воздуха, не является эффективным способом повышения сопротивления ограждающей конструкции (части многослойной ограждающей конструкции) паропроницанию. Рост сопротивления паропроницанию R п наблюдается в той же мере, что и рост требуемого сопротивления паропроницанию R п тр, а соотношение между ними (R п / R птр) имеет, как правило, один и тот же порядок при небольшой изменчивости (коэффициент вариации v примерно равен 3% - рис. 2).
Наличие воздушных прослоек в составе ограждающей конструкции (тепловой изоляции) увеличивают ее сопротивление теплопередаче. В то же время значение сопротивления паропроницанию остается без изменений, а значение требуемого сопротивления паропроницанию увеличивается незначительно, в пределах от 1,5 до 2,0%.
Следовательно, можно говорить о том, что наличие воздушных прослоек в составе ограждающей конструкции на ее сопротивление паропроницанию влияния не оказывает. Они имеют важное значение для вентиляции конструкции утепления, а значит, для повышения ее долговечности.
При конструировании наружных ограждающих конструкций с замкнутыми воздушными прослойками следует иметь в виду, что в наружных стенах зданий с мокрым и влажным режимами помещений устраивать замкнутые воздушные прослойки не следует.
С другой стороны, разовые наблюдения за параметрами относительной влажности внутреннего воздуха свидетельствуют о том, что фактическая относительная влажность часто может быть выше 60%, то есть соответствовать влажному и даже мокрому режимам помещений. В связи с этим можно утверждать, что внедрение вентилируемых конструкций утепления с замкнутыми воздушными прослойками может быть просто неэффективным.
Поэтому рациональным будет внедрение вентилируемых конструкций утепления без замкнутых воздушных прослоек.
В отечественных нормах проектирования в явном виде отсутствует оценка влияния сквозных включений (например, дюбелей) в теплоизоляционном слое ограждающей конструкции на ее сопротивление теплопередаче.
Это учитывается только при определении значения экономически целесообразного сопротивления теплопередаче (в расчет вводится приведенный коэффициент теплопроводности).
Для решения этого вопроса необходимо проведение специальных экспериментальных исследований.
При выполнении теплотехнических расчетов особенно остро стоят вопросы, связанные с назначением фактических значений показателей температурно-влажностного режима жилых помещений, особенно в домах, построенных 20 и более лет назад.
Это необходимо иметь в виду при проектировании тепловой изоляции ограждающих конструкций зданий. Отсутствуют систематизированные данные о фактической относительной влажности внутреннего воздуха в жилых помещениях, что не позволяет правильно запроектировать конструкцию утепления.
Несмотря на многообразие систем теплоизоляции и имеющийся практический опыт по ее устройству, до настоящего времени отсутствуют систематизированные опытные данные по эффективности функционирования этих систем применительно к климатическим условиям Беларуси. Не проводятся их сертификационные испытания.
В результате изучения отечественной проектной документации было также установлено, что не всегда проектные значения теплотехнических параметров материала наружных стен зданий, например, коэффициентов теплопроводности, соответствуют их значениям, принимаемым по нормативным документам.
Это приводит к ошибкам в расчетах по определению основных теплотехнических параметров ограждающей конструкции, в частности, таких, как сопротивление теплопередаче и сопротивление паропроницанию.
Наружные ограждающие конструкция жилых зданий эксплуатируется в сложных температурно-влажностных условиях.
Фактическая температура внутреннего воздуха в жилых помещениях tв и его относительная влажность "фи"в, как правило, отличаются от их расчетных значений, принимаемых по СНБ 2.04.01-97. Это необходимо учитывать при проектировании конструкций утепления.
В расчетах на паропроницаемость утепленной ограждающей конструкции соотношение между сопротивлением паропроницанию Rп и требуемым сопротивлением паропроницанию R п тр (выполнение условия R п больше либо равно R п тр), помимо всего прочего, зависит от того, в какой области Беларуси эксплуатируется эта ограждающая конструкция. В худшем положении в данном отношении оказалась Минская область, далее следуют Могилевская, Витебская, Гомельская, Гродненская и Брестская области.
Результаты расчета на паропроницаемость могут служить основой для выбора конструкции утепления (вентилируемая или невентилируемая).
При одинаковых значениях сопротивления теплопередаче Rт утепленные ограждающие конструкции по другим своим параметрам, например, сопротивлению паропроницанию, могут различаться в зависимости от применяемой системы утепления.
Поэтому при проектировании или выборе конструкции (системы) утепления необходимо учитывать не только реальные условия ее эксплуатации, но и параметры самой системы утепления.
При этом доля сопротивления паропроницанию утеплителя в общем сопротивлении паропроницанию ограждающей конструкции невелика и обычно составляет 5-11%.
После утепления наружных ограждающих конструкций зданий основная часть стены в зимнее время года эксплуатируется, как правило, в зоне положительных температур, что увеличивает ее долговечность (рис.3).
Известная в настоящее время методика по определению температур внутри (на границе слоев) и на поверхности ограждающей конструкции не учитывает возможный нагрев ее наружной поверхности от прямого воздействия солнечных лучей.
Таким образом, дальнейшее совершенствование конструкций наружного утепления стен зданий неразрывно связано с учетом реальных температурно-влажностных условий их эксплуатации.Подготовил Федор СПИРИДОНОВ
В настоящее время при проектировании и устройстве тепловой изоляции наружных стен зданий не в полной мере учитываются характер воздействия на нее ветровой и механической нагрузок, температурные и влажностные изменения в окружающей среде и ряд других воздействий. Нет также экспериментальных данных об эффективности различных конструкций тепловой изоляции.
При устройстве теплоизоляции особое место занимают вопросы крепления плит утеплителя. К
ак правило, для этих целей применяются специальные дюбеля-анкеры. В известных в настоящее время нормативных документах по устройству тепловой изоляции число дюбелей на 1 м2 утепляемой стены указывается различное (от 4 до 9) и назначается не всегда обоснованно. Фактическое число дюбелей на 1 м2, как правило, получается больше, чем расчетное.
Поэтому поиск оптимальных вариантов расположения дюбелей по поверхности ограждающей конструкции при ее утеплении является важным звеном в решении проблемы разработки рациональных конструктивных решений систем утепления.
В результате расчетного анализа установлено, что число дюбелей на 1 м2 крепления плит утеплителя может быть уменьшено. Уменьшение числа дюбелей на 1 м2 снижает трудоемкость и материалоемкость работ по устройству теплоизоляции, а также ее стоимость.
Фактическое количество дюбелей на 1 м2 зависит от фактической схемы их расположения при креплении плит утеплителя и получается, как правило, большим, чем их расчетное число.
Наружные ограждающие конструкции жилых зданий эксплуатируются в сложных температурно-влажностных условиях.
Это необходимо учитывать при проектировании конструкций утепления. В Беларуси насчитывается шесть областей, каждая из которых характеризуется своими - рассчитанными параметрами наружного воздуха: средней температурой наружного воздуха, средней относительной влажностью наружного воздуха, парциальным давлением водяного пара наружного воздуха.
Кроме того, известно, что в эксплуатируемых жилых зданиях температура внутреннего воздуха и его относительная влажность, как правило, отличаются от их расчетных значений по СНБ 2.04.01-97.
Поэтому часто даже при обеспечении одного из нормируемых требований к теплотехническим параметрам ограждающей конструкции, например сопротивлению теплопередаче, другие ее показатели могут не соответствовать нормативным требованиям.
На основании анализа формул, используемых в теплотехнических расчетах, установлены значения коэффициентов весомости факторов для параметров, определяющих сопротивление теплопередаче и паропроницанию наружных ограждающих конструкций зданий.
Так, при определении сопротивления теплопередаче R т, толщина слоя "дэльта" и коэффициент теплопроводности материала "лямбда" имеют примерно одинаковую степень влияния на его значение. Для однослойной ограждающей конструкции коэффициенты весомости соответственно равны - для "дэльта" 0,53 (53%); для "лямбда" - 0,47 (47%).
Таким образом, при проектировании новых или утеплении уже эксплуатируемых конструкций наружных ограждений зданий значение Rт в одинаковой степени можно регулировать как толщиной слоя, так и значением коэффициента теплопроводности материала этого слоя.
В расчетах на паропроницаемость, при определении температуры в плоскости возможной конденсации наибольшую весомость (50%) имеет термическое сопротивление слоев ограждающей конструкции от внутренней поверхности конструкции до плоскости возможной конденсации. Далее по своей значимости следует сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции (46)%. Примерно одинаковые коэффициенты весомости у расчетной температуры внутреннего воздуха (1%) и средней температуры наружного воздуха за отопительный период (3%).
Наибольшее влияние на значение требуемого сопротивления паропроницанию оказывает парциальное давление водяного пара наружного воздуха (55% - параметры наружного воздуха, которые устанавливаются в соответствии с СНБ 2.04.01-97).
Незначительно влияют сопротивление паропроницанию ограждающей конструкции в пределах от плоскости возможной конденсации до наружной поверхности ограждающей конструкции (10%) и парциальное давление водяного пара внутреннего воздуха (10%).
Полученные данные о коэффициентах весомости факторов, определяющих теплотехнические характеристики ограждающих конструкций, могут быть использованы проектировщиками при проектировании новых и утеплении старых стен зданий.
В результате специальных обследований жилых зданий установлено, что далеко не всегда расчетные параметры воздуха в помещениях, принятые по СНБ 2.04.01-97, соответствуют их фактическим значениям.
Поэтому даже при обеспечении требуемого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции другие ее теплотехические показатели, в частности, сопротивление паропроницанию, могут не соответствовать нормативным требованиям.
С другой стороны, долговечность тепловой изоляции наружных стен зданий во многом зависит от соблюдения требований по обеспечению сопротивления паропроницаемости ограждающей конструкции. Поэтому при проектировании конструкций утепления следует учитывать реальные условия эксплуатации ограждающих конструкций.
Наличие воздушных прослоек в составе ограждающей конструкции (тепловой изоляции) увеличивают ее сопротивление теплопередаче. В то же время значение сопротивления паропроницанию остается без изменений, а значение требуемого сопротивления паропроницанию увеличивается незначительно, в пределах от 1,5 до 2,0%.
Следовательно, можно говорить о том, что наличие воздушных прослоек в составе ограждающей конструкции на ее сопротивление паропроницанию влияния не оказывает. Они имеют важное значение для вентиляции конструкции утепления, а значит, для повышения ее долговечности.
При конструировании наружных ограждающих конструкций с замкнутыми воздушными прослойками следует иметь в виду, что в наружных стенах зданий с мокрым и влажным режимами помещений устраивать замкнутые воздушные прослойки не следует.
С другой стороны, разовые наблюдения за параметрами относительной влажности внутреннего воздуха свидетельствуют о том, что фактическая относительная влажность часто может быть выше 60%, то есть соответствовать влажному и даже мокрому режимам помещений. В связи с этим можно утверждать, что внедрение вентилируемых конструкций утепления с замкнутыми воздушными прослойками может быть просто неэффективным.
Поэтому рациональным будет внедрение вентилируемых конструкций утепления без замкнутых воздушных прослоек.
В отечественных нормах проектирования в явном виде отсутствует оценка влияния сквозных включений (например, дюбелей) в теплоизоляционном слое ограждающей конструкции на ее сопротивление теплопередаче.
Это учитывается только при определении значения экономически целесообразного сопротивления теплопередаче (в расчет вводится приведенный коэффициент теплопроводности).
Для решения этого вопроса необходимо проведение специальных экспериментальных исследований.
При выполнении теплотехнических расчетов особенно остро стоят вопросы, связанные с назначением фактических значений показателей температурно-влажностного режима жилых помещений, особенно в домах, построенных 20 и более лет назад.
Это необходимо иметь в виду при проектировании тепловой изоляции ограждающих конструкций зданий. Отсутствуют систематизированные данные о фактической относительной влажности внутреннего воздуха в жилых помещениях, что не позволяет правильно запроектировать конструкцию утепления.
Несмотря на многообразие систем теплоизоляции и имеющийся практический опыт по ее устройству, до настоящего времени отсутствуют систематизированные опытные данные по эффективности функционирования этих систем применительно к климатическим условиям Беларуси. Не проводятся их сертификационные испытания.
В результате изучения отечественной проектной документации было также установлено, что не всегда проектные значения теплотехнических параметров материала наружных стен зданий, например, коэффициентов теплопроводности, соответствуют их значениям, принимаемым по нормативным документам.
Это приводит к ошибкам в расчетах по определению основных теплотехнических параметров ограждающей конструкции, в частности, таких, как сопротивление теплопередаче и сопротивление паропроницанию.
Наружные ограждающие конструкция жилых зданий эксплуатируется в сложных температурно-влажностных условиях.
Фактическая температура внутреннего воздуха в жилых помещениях tв и его относительная влажность "фи"в, как правило, отличаются от их расчетных значений, принимаемых по СНБ 2.04.01-97. Это необходимо учитывать при проектировании конструкций утепления.
В расчетах на паропроницаемость утепленной ограждающей конструкции соотношение между сопротивлением паропроницанию Rп и требуемым сопротивлением паропроницанию R п тр (выполнение условия R п больше либо равно R п тр), помимо всего прочего, зависит от того, в какой области Беларуси эксплуатируется эта ограждающая конструкция. В худшем положении в данном отношении оказалась Минская область, далее следуют Могилевская, Витебская, Гомельская, Гродненская и Брестская области.
Результаты расчета на паропроницаемость могут служить основой для выбора конструкции утепления (вентилируемая или невентилируемая).
При одинаковых значениях сопротивления теплопередаче Rт утепленные ограждающие конструкции по другим своим параметрам, например, сопротивлению паропроницанию, могут различаться в зависимости от применяемой системы утепления.
При этом доля сопротивления паропроницанию утеплителя в общем сопротивлении паропроницанию ограждающей конструкции невелика и обычно составляет 5-11%.
После утепления наружных ограждающих конструкций зданий основная часть стены в зимнее время года эксплуатируется, как правило, в зоне положительных температур, что увеличивает ее долговечность (рис.3).
Известная в настоящее время методика по определению температур внутри (на границе слоев) и на поверхности ограждающей конструкции не учитывает возможный нагрев ее наружной поверхности от прямого воздействия солнечных лучей.
Таким образом, дальнейшее совершенствование конструкций наружного утепления стен зданий неразрывно связано с учетом реальных температурно-влажностных условий их эксплуатации.Подготовил Федор СПИРИДОНОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 26 за 2001 год в рубрике теплоизоляция
