Теплоизоляция: «кто, как и зачем»
Это способность материала впитывать и удерживать в порах (пустотах) влагу при непосредственном контакте с водой. Водопоглощение теплоизоляционных материалов характеризуется количеством воды, которое впитывает сухой материал при выдерживании в воде, отнесенным к массе или объему сухого материала (такое определение приводится, например, на сайте www.know-house.ru). Значительный вклад в исследование водопоглощения строительных материалов и связанных с этим практических аспектов сушки и увлажнения строительных материалов и конструкций внес П.А. Ребиндер. Его работа "Сушка и увлажнение строительных материалов и конструкций" ("Профиздат", 1958) оказала значительное влияние на представления о правильном конструировании ограждающих конструкций. К.Ф. Фокин в книге "Строительная теплотехника ограждающих частей зданий" (Москва, 1973) рассматривает виды влаги, которая может присутствовать в наружных ограждениях. Это:
— строительная влага, которая вносится в ограждение при его изготовлении или при возведении здания;
— грунтовая влага, проникающая в ограждение из грунта вследствие капиллярного всасывания;
— атмосферная влага, проникающая в ограждение при косом дожде или при протечках покрытий;
— эксплуатационная влага, выделение которой связано с эксплуатацией здания;
— гигроскопическая влага, находящаяся в ограждении вследствие гигроскопичности составляющих его материалов;
— конденсационная влага — влага из воздуха, которая конденсируется на внутренней поверхности ограждения и в его толще.
Принципиально мы должны проектировать и строить качественные и правильные с инженерной точки зрения конструкции. Например, воздействие капиллярного подсоса можно ограничить инженерными методами — в частности, гидроизоляцией фундаментов и оснований. Для защиты от косых дождей устраивают нащельники и отливы, а также применяют гидрофобизированные штукатурки и водоотталкивающие покрытия. В "Справочнике по теплозащите зданий" (Киев, "Будивельник", 1987) указывается, что одной из причин преждевременного разрушения конструкций и неприемлемого ухудшения санитарно-гигиенического состояния помещений является замена материала ограждения — "например, нанесение на наружную поверхность ограждения штукатурки не предусмотренной проектом высокой марки прочности, очень плотной и с незначительным коэффициентом паропроницаемости… приводит к накоплению влаги в толще ограждающей конструкции". В подавляющем большинстве случаев конденсация влаги является единственной причиной повышения влажности ограждения. А основным и постоянно действующим фактором, определяющим влажность материалов ограждающей конструкции, при правильном конструктивном решении является процесс сорбции. Этой точки зрения придерживается и ряд современных исследователей, среди которых нельзя не упомянуть нашего белорусского ученого — Олега Иосифовича Юркова, учившего теплотехнике не одно поколение белорусских строителей.
Сорбционная влажность
Это равновесная гигроскопическая влажность материала при определенных условиях в течение заданного времени. Физический смысл сорбционной влажности заключается в том, что строительный материал, высушенный до постоянного веса, т.е. до минимально возможной влажности, и помещенный в эксплуатационную среду с параметрами атмосферного воздуха, приобретает некоторую влажность. Сорбция в строительной физике — это характеристика способности строительного материала насыщаться и удерживать водяной пар из воздуха. Увеличение сорбционной влажности происходит в результате поглощения строительным материалом влаги из окружающего воздуха (Фокин К.Ф. "Сорбция водяного пара строительными материалами". Москва, "Стройиздат", 1969). Аналогичное толкование содержится и в исследованиях западных ученых — в частности, Эккерта и МакБена. Сорбционная влажность будет тем больше, чем ниже температура (имеются в виду положительные температуры) и выше относительная влажность воздуха, в котором находится материал. Процесс сорбции включает в себя два явления поглощения материалом водяного пара: адсорбции и абсорбции. По К.Ф. Фокину: "Адсорбция — это поглощение пара поверхностью его пор в результате соударения молекул пара с поверхностью пор и как бы прилипания их к этой поверхности. Абсорбция — это поглощение пара, состоящее в прямом растворении его в объеме твердого тела. Адсорбция имеет превалирующее значение". Адсорбцию и абсорбцию часто сложно разграничивать, поэтому в строительной физике используется термин "сорбция", не заключающий в себе определенной строительной гипотезы.
Сорбционная влага попадает в материалы ограждений вследствие их гигроскопичности. Для неорганических материалов, к которым относится каменная вата Paroc, влияние температуры на сорбцию незначительно, и сорбционная влажность минераловатных теплоизоляционных изделий Paroc зависит главным образом от относительного парциального давления водяных паров. В отопительный период через конструкцию наружного ограждения из помещения наружу идут потоки теплоты и водяного пара. Причины возникновения пара в помещениях с естественной вентиляцией определены в работах значительного количества ученых-практиков, часть из которых уже указана выше. Из современных авторов можно также выделить двух москвичей — Ю.К. Попову из НИИ строительной физики (работа "Вопросы экологии жилища") и О.Д. Самарина из Московского государственного строительного университета (работа "Оценка комфортности внутреннего микроклимата"). Много исследований по этой теме выполнено сотрудниками ВИТКУ (ЛВВИСКУ) МО РФ. Исследовалась эта тема и зарубежными авторами, — например, МакБеном.
Основной причиной появления влаги в помещениях является ее выделение людьми и растениями при физиологических процессах, в процессе приготовления пищи, стирки и сушки, влажной уборки, а также вследствие наличия определенных производственных условий и влажности конструкций, особенно в начале эксплуатации здания. Здесь стоит также вспомнить саморазмораживающиеся холодильники и аквариумы. Российские авторы следующим образом оценивают высокую по гигиеническим понятиям влажность: "Высокая влажность в помещениях — причина появления затхлости, размножения колоний грибковой плесени. Опасна, собственно, не сама плесень, а миллионы спор, которые населяют воздух и попадают в дыхательные пути и систему кровообращения. Особенно остро реагируют на это дети, пожилые люди, люди с ослабленным иммунитетом и склонные к аллергическим заболеваниям. Это, прежде всего, заболевания дыхательных путей, в том числе и бронхолегочные, это заболевания кожи и опорно-двигательной системы" (Яковлева М.Я. "Когда вода во вред..." Сайт: www.stroyportal.ru; аналогичные данные приводятся и на сайте www.aircon.ru). Таким образом, внутренний воздух всегда содержит некоторое количество влаги в виде водяного пара, что и обусловливает его влажность. Еще раз отмечу, что температура и парциальное давление водяных паров понижаются по направлению от внутренней поверхности ограждения к наружной. Здесь необходимо принять во внимание, что относительное парциальное давление водяных паров внутри ограждения может быть выше, чем относительная влажность внутреннего или наружного воздуха, и приближаться в определенных сечениях к 100%. Между тем, относительная влажность внутреннего воздуха зависит от влажностного режима эксплуатации помещения и согласно действующим нормам СНБ 2.04.01-97 составляет до 50% при сухом режиме, а при влажном приближается к 100%. Температура же внутреннего воздуха может колебаться от 1°-2°С (овоще- и фруктохранилища) до 27°С (бассейны). Исходя из данных климатологии по влажности воздуха в отопительный период, по которым средняя относительная влажность наружного воздуха находится в пределах 82-85%, а также данных для условий эксплуатации Б (нормальный, влажный, мокрый), при которых относительная влажность внутреннего воздуха может быть близкой к 100%, определение сорбционной влажности материалов необходимо производить при значениях относительной влажности, близких к 100%. Следовательно, сорбционную влажность теплоизоляционных материалов, действительно характеризующую их теплотехнические свойства в процессе эксплуатации, необходимо определять при законченных процессах сорбции, как, например, указано в ГОСТ 24816-81. Эти значения являются более высокими, чем полученные при измерениях, сделанных по ГОСТ 17177-94. Именно при этих значениях влажности утеплителя, на мой взгляд, и необходимо определять его коэффициент теплопроводности по условиям эксплуатации А и Б. Все материалы Paroc относятся к группе эффективных утеплителей и отвечают всем требуемым показателям включая коэффициенты теплопроводности при условиях эксплуатации А и Б, необходимые для корректного проведения теплотехнических расчетов в соответствии с действующими нормами.
В СНБ 2.04.01-97 приведены значения относительной влажности воздуха, используемые как расчетные. Например, в жилых зданиях ее расчетное значение — 55%. Ответить на вопрос, обеспечивают имеющиеся системы вентиляции эти параметры или нет, можно лишь проведя соответствующие измерения или по меньшей мере сделав расчеты. Мне как инженеру представляется весьма проблематичным делом обеспечить требуемые СНиП 2.04.05-91 "Отопление, вентиляция и кондиционирование" параметры включая кратность воздухообмена. В первую очередь из-за того, что это пытаются сделать, рассчитывая естественную вентиляцию, приток воздуха в рамках которой осуществляется за счет инфильтрации наружного воздуха через неплотности оконных и дверных проемов и проветриваний помещений, а вытяжка — в кухнях и санузлах. А если руководствоваться представлениями Евгения Сосунова ("Белорусский строительный рынок" 20/2004): "Мы изо всех сил стараемся сделать более герметичными для пара и газа оконные и дверные проемы, а также сами окна и двери", — то это приведет лишь к нарушению работы вентиляции. Стоит напомнить, что с целью обеспечения работы именно естественной вентиляции межкомнатные двери советских квартир не имели порожков, а также тот факт, что естественная вентиляция представляет собой довольно хрупкую систему. Например, когда я работал прорабом на строительстве и позже начальником СМУ, мы устанавливали в девятиэтажных зданиях начиная с седьмого этажа канальные вентиляторы типа АИСИ как раз потому, что естественная вентиляция в верхних этажах многоэтажек не обеспечивает требуемых параметров. Важно отметить, что в скандинавских странах вентиляция жилых помещений не отдается на откуп самим жильцам, а обеспечивается с помощью эффективной механической приточно-вытяжной системы. При этом жильцы в обязательном порядке оплачивают связанные с ней эксплуатационные расходы. Замечу, что такой подход существенно отличается от нашего, отечественного. Кстати, на эту проблему указывали и белорусские авторы. Так, в конце 1990-х гг. М.И. Файбышев опубликовал в СиН статью, посвященную проблемам, создаваемым герметичными окнами. В книге немецких авторов А. Грассника и В. Хольцапфеля "Бездефектное строительство многоэтажных зданий" (Москва, "Стройиздат", 1994) именно неадекватная требованиям по обеспечению расчетных параметров внутреннего воздуха работа вентиляции указывается как одна из часто встречающихся причин разрушения стеновых ограждений. Вопросы, связанные с паропроницаемостью теплоизоляционных материалов при условии неэффективной работы вентиляции, рассматривались также доцентом из Харькова В.В. Савйовским в статье "Теплоизоляция строительных конструкций зданий" (журнал "Ватерпас", Харьков, №2, 2004) и этим же автором совместно с И.В. Черняковской в работе "Оценка технического состояния строительных конструкций реконструируемых зданий" тоже в "Ватерпасе" в 2002 году.
Воздухопроницаемость
Воздухопроницаемость материалов объясняется их пористостью. Теплоизолирующие свойства материалов, как правило, тем выше, чем ниже воздухопроницаемость теплоизоляционных материалов. Малоплотные материалы могут настолько хорошо пропускать воздух, что движение воздуха в конструкциях с ними приходится предотвращать путем применения специальной ветрозащиты. Жесткие, плотные изделия, в свою очередь, обладают хорошей воздухонепроницаемостью и не нуждаются в каких-либо специальных мерах. Они сами могут применяться в качестве ветрозащиты. Вообще с точки зрения санитарной гигиены воздухопроницаемость ограждений является положительным свойством, которое помогает обеспечить естественную вентиляцию помещений и способствует установлению нормального газового состава воздуха помещений. Основной показатель, характеризующий загрязнение воздуха в помещении, — содержание углекислого газа (не более 0,1% на 1 м3 помещения). Когда возможно достижение значений ПДК, должен быть обеспечен воздухообмен не менее 30 м3/ч на человека. Комфортными считаются условия, при которых в комнаты подается 40-60 м3/ч на человека. В таком случае обеспечивается жизненно важная чистота воздуха, улучшается его ионный состав (количество легких ионов увеличивается, а тяжелых — уменьшается), уменьшается количество агломерированной пыли (Горомосов М.С. "Микроклимат жилищ и его гигиеническое нормирование". Москва, "МедГиз", 1963; Богословский В.Н. "Строительная теплофизика". Москва, "Стройиздат", 1982; "Справочник по теплозащите зданий" под редакцией В.П. Хоменко и Г.Г. Фаренюка, Киев, "Будивельник", 1987).
Для лучшего понимания проблемы уместным будет процитировать М. Зиборова (статья "Воздушная бомба", журнал "Строительство" 1/2002): "…Износ пластикового окна, ощущения дискомфорта, которые появляются при отсутствии принудительной вентиляции, — это еще "цветочки". Гораздо более серьезная проблема — качество воздуха в жилых помещениях. Дело в том, что содержание вредных примесей в нем растет тем быстрее, чем меньше объем помещения и чем больше в нем находится людей, работающей техники и т.д. Для нормального дыхания в воздухе должно содержаться не менее 21% кислорода, влажность не должна превышать 60%. В процессе дыхания человек выделяет углекислый газ и поглощает кислород, кроме того, он еще и выделяет влагу (около 40 г в час, а если жарко, то еще больше). Плюс пыль, вредные испарения из пластиковых деталей оргтехники, красок и лаков, которыми покрыты мебель, пол, мельчайшие частички шерсти домашних животных, бактерии и вирусы, которые интенсивно размножаются в условиях повышенной влажности и температуры". Все это при отсутствии достаточного воздухообмена превращает квартиру в своеобразную газовую камеру! Длительное вдыхание воздуха, изобилующего углекислотой, ядами и канцерогенами, может привести к возникновению аллергических заболеваний включая астму, а также онкологических болезней. Тем не менее, каких-либо медицинских требований к вентиляции жилых помещений, связанных с физиологическими моментами, у нас в стране не существует вовсе! Единственный регламентирующий документ — уже упомянутый СНиП 2.04.05-91. Но разве в лучшем случае два вентиляционных отверстия (в кухне и санузле) могут обеспечить требуемый СНиП обмен всего объема воздуха квартиры в течение часа? В принципе этого можно добиться, но исключительно в теплое время года. А что зимой? Чтобы в комнате площадью 16 м2 полностью сменился весь объем воздуха, форточку нужно держать открытой не менее 20 минут. А чтобы нагреть внутренний воздух при 15-градусном морозе на улице, потребуется в лучшем случае не менее часа (а при "урезанных" батареях и пониженной температуре теплоносителя — еще больше). Однако нормы по отоплению (СНиП 2.04.05-91) учитывают лишь потери тепла через ограждающие конструкции, а возможность нагрева холодного приточного воздуха вообще не рассматривают! И какой смысл, спрашивается, в борьбе за экономию тепла и топлива, если мы будем из вентиляционной "выхлопной трубы" выдувать драгоценное тепло?
Между прочим, с точки зрения строительной теплофизики высокая воздухопроницаемость — это негативный фактор, ухудшающий теплофизические показатели ограждения. Потому-то и важна эффективная вентиляция помещений. Интересна в этом отношении статья Сергея Николаенкова "Атмосфера вашего дома" (www.aircon.ru), в которой говорится: "Почти совершенная степень изоляции и плотная конструкция жилища хороши для того, чтобы не пропускать в него холодный воздух с улицы и тем самым отдавать тепло его обитателям. Однако вместе с теплом плотно закрытый дом не выпускает наружу и затхлый воздух, излишнюю влагу и различные загрязнители. В результате "атмосфера" такого дома становится вредной как для живущих в нем людей, так и для него самого".
Значит, ни в коем случае нельзя игнорировать ни один из показателей, упомянутых в нормативно-технических документах, в том числе в СНБ 2.04.01-97 (раздел 8).
Морозостойкость
Это способность материала в насыщенном влагой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков потери теплоизолирующей способности, целостности, без видимых признаков разрушения и без значительного понижения прочности. От этого показателя существенно зависит долговечность всей конструкции, однако данные по морозостойкости очень часто не приводятся ни в ГОСТах, ни в технических условиях (ТУ). Основной причиной разрушения материала под действием низких температур является расширение воды, заполняющей при замерзании его связанные между собой поры. Морозостойкость напрямую влияет на долговечность, но ошибочным является мнение, что количество циклов замораживания-оттаивания полностью соответствует числу лет долговечности, так как в течение одного года в зависимости от климатических регионов может быть и несколько циклов замораживания-оттаивания. На морозостойкость конструкции влияют также и другие физические характеристики материала и стены в целом, в том числе гомогенность, модуль упругости, коэффициент деформации при высоких и низких температурах, амплитуда колебаний максимальной и минимальной температуры и т.п.
В настоящее время компания Paroc проводит в Украине исследования, призванные определить долговечность материалов Paroc в различных конструкциях. Они включают в том числе и испытания на морозостойкость. По предварительным данным можно говорить о сохранении заявляемых компанией физических свойств материалов в течение 30 лет условной эксплуатации. Причем это не предел, поскольку испытания еще идут. Полагаю, что в данном случае специалисты НИИ стройматериалов Минстройархитектуры РБ могут также сказать свое веское слово в вопросах, связанных с долговечностью конструкций с каменной ватой. Наиболее исследованными являются фасадные плиты Paroc. Так, независимыми лабораториями проводились исследования, которые показали, что стеклофаза плит Paroc FAS 4 отличается стабильностью общего фона, ширины и высоты гало, что свидетельствует об однородности микроструктуры и ее устойчивости к кристаллизации. Исследования показали, что у плиты Paroc FAS 4 влажность снизилась в три раза по отношению к исходным образцам — это лучший результат среди всех европейских производителей. Прочность на сжатие при 10% деформации после 10 и 15 лет смоделированной эксплуатации снизилась весьма незначительно (0,95 кг/см2 >0,83 кг/см2) и вновь была самой высокой. Аналогичная ситуация и по пределу прочности на отрыв. Для плит Paroc FAS 4 после 10 лет смоделированной эксплуатации значение прочности слоев на отрыв составляло 0,2 кг/см2, после 15 лет — 0,18 кг/см2, т.е. даже после 15 лет эксплуатации плиты Paroc FAS 4 будут соответствовать требованиям действующей нормативно-технической документации. Здания, построенные с применением каменной ваты Paroc в Швеции (с 1937 г.) и Финляндии (с 1954 г.), успешно эксплуатируются и в настоящее время. По свидетельству Сверкера Энгстрема, сделанному на конгрессе EURIMA, в 1997 г. после сноса домов (это сделали, чтобы построить новые), возведенных в конце 1940-х, исследования примененной в них каменной ваты Paroc и Rockwool показали сохранение ею всех необходимых теплофизических показателей. Это значит, что каменная вата Paroc имеет документально подтвержденный срок фактической, а не смоделированной эксплуатации более 60 лет!
Нельзя не отметить, что прежде в СССР в качестве сырья для производства минеральной ваты использовали, в основном, отвальные доменные шлаки, не подвергшиеся силикатному распаду (ГОСТ 18866-81). Эти данные приведены в справочнике "Строительные материалы" под редакцией А.С. Болдырева и П.П. Золотова (Москва, "Стройиздат", 1989). Вот цитата из этого источника: "Доменные шлаки содержат большое количество оксида кальция и делают получаемую из них шлаковату неустойчивой к воздействию влаги. На поверхности волокон происходит гидролиз силикатов кальция, который приводит к слеживанию волокон или их полному разрушению. По этой же причине недолговечны и минераловатные изделия на синтетическом связующем, так как при преобразовании гидросиликатов кальция происходит отщепление отвердевшей связки от волокон". Вследствие подобных процессов минеральная вата, полученная из разных видов шлака, отличалась высокой хрупкостью волокон, а значит — повышенным пылеобразованием и значительно меньшей при одинаковой плотности с изделиями из каменной ваты прочностью на сжатие, отрыв слоев и сдвиг. В указанном справочнике отмечается, что высокое содержание в металлургических шлаках FeO и MgO обусловливало повышенное поверхностное натяжение, что, в свою очередь, приводило к повышенному содержанию в минеральной вате неволокнистых включений — "корольков". По тем же причинам шлаковата по сравнению с каменной ватой отличалась также высокими показателями водопоглощения и сорбционного увлажнения.
В "Справочнике по производству теплозвукоизоляционных материалов" под редакцией Ю.Л. Спирина (Москва, "Стройиздат", 1975) прямо указано, что наилучшим образом для получения минеральной ваты подходит природное сырье: базальты, глинистые или окремненные доломиты и т.д. Но для достижения хорошего результата необходим тщательный подбор состава компонентов шихты, чего, к сожалению, не делалось. Технологическая база СССР не предусматривала получение чистых каменных ват в промышленных масштабах. Вследствие этого нормативная база (технологическая, пожарная, санитарно-гигиеническая) была разработана только под шлаковату. Отсюда те невысокие требования к массовой теплоизоляции, которые, к сожалению, имеют место и сегодня. Использование в качестве сырья базальтов и соответствующего связующего позволяет практически устранить негативные свойства, которыми обладают шлаковаты. Однако стоимость каменной ваты выше, чем шлаковаты. Поэтому, высказываясь "за" или "против" в отношении минеральной ваты, было бы правильным упоминать ее вид (шлаковая или каменная), сведения о наличии и типе связующего и т.д.
Огнестойкость
Это способность материала выдерживать воздействие высоких температур без воспламенения, нарушения структуры, прочности и других его свойств. По группе горючести теплоизоляционные материалы подразделяют на горючие и негорючие. Это является одним из важнейших критериев выбора теплоизоляционного материала. Что касается каменной ваты Paroc, то она относится к группе негорючих материалов.
Прочность на сжатие
Это величина нагрузки (в кПа или МПа), вызывающей изменение толщины изделия. В случае, если изменение толщины произошло на 10%, говорят о прочности на сжатие при 10% деформации. Естественно, материалы Paroc в зависимости от предназначения имеют показатели прочности на сжатие, соответствующие требованиям нормативов, используемых в Беларуси. Вместе с тем изделия Paroc не дают усадки, а также не подвержены температурным деформациям.
Сжимаемость
Это способность материала изменять толщину под действием заданного давления. Часто сжимаемость характеризуется относительной деформацией материала под действием нагрузки, равной 2 кПа. И этот показатель для каменной ваты Paroc — один из самых лучших среди минеральных ват разных производителей.
Химическая стойкость
Каменная вата Paroc обладает высокой химической стойкостью. Ни масла, ни растворители, ни умеренно кислые среды не оказывают на нее практически никакого воздействия. Вытяжка из каменной ваты Paroc имеет нейтральную среду, а это значит, что данная вата не вызывает коррозии на соприкасающихся поверхностях конструкции. Это чрезвычайно важно для материалов, применяемых при изоляции трубопроводов и резервуаров, в системах вентилируемых фасадов и в легких конструкциях.
Отмечу, что в чистом виде теплоизоляционный материал не представляет особого инженерного интереса. Такой интерес он представляет уже будучи элементом конструкций. А для их расчета разработаны соответствующие методики, самые отработанные и проверенные из которых включены в наши нормативно-технические документы. Но не только инженерными расчетами проверяются конструкции. Они должны также удовлетворять противопожарным и гигиеническим требованиям, быть экономически эффективными и технологичными. Очевидно, что все более-менее качественные материалы имеют право на существование и использование.
А теперь несколько слов о том, что к строительной теплофизике и связанной с этим строительной полемике не имеет никакого отношения. В правилах персонала компании Paroc — соблюдать общепринятые нормы поведения в обществе и уважительно относиться ко всем людям, в том числе и к своим оппонентам. Для нас опуститься до агрессивных и унижающих достоинство, а порой просто оскорбительных высказываний, почему-то использованных против нашей компании на страницах "Белорусского строительного рынка" Евгением Сосуновым, — дело совершенно немыслимое. На мой взгляд, такого рода публикации лишь бросают тень на такое известное и авторитетное предприятие, как ОАО "Гомельстекло". Кстати, мой литовский коллега отметил: если, по Евгению Сосунову, на долю конвекции приходится 98% "водопереноса" (по терминологии этого автора), то в квартирах под потолком должны образовываться тучи и проливаться на пол в виде дождей. Было бы, вероятно, правильным говорить о том, что порядка 90% влаги, присутствующей во внутреннем воздухе помещений, должно удаляться посредством вентиляции, но боюсь даже предпологать, что имел в виду автор. А вообще статьи, подобные опубликованной в "Белорусском строительном рынке", в серьезных литовских изданиях, сказал мой коллега, не печатают — берегут репутацию. Тем не менее, полагаю, что инцидент с Евгением Сосуновым будет исчерпан, если он на страницах указанного рекламно-информационного бюллетеня принесет компании Paroc свои извинения за статью "Кто, как и зачем культивирует заблуждение о "здоровом дыхании стен".
И в заключение. Петербургское здание, в котором находится офис "Роснефти", было построено в 1903 г. купцом Рябушинским как дом для сирот и вдов. А вот посольство Великобритании располагалось на улице Посольской.
Дмитрий АБРАМОВ, региональный директор компании Paroc по Беларуси и Украине
— строительная влага, которая вносится в ограждение при его изготовлении или при возведении здания;
— грунтовая влага, проникающая в ограждение из грунта вследствие капиллярного всасывания;
— атмосферная влага, проникающая в ограждение при косом дожде или при протечках покрытий;
— эксплуатационная влага, выделение которой связано с эксплуатацией здания;
— гигроскопическая влага, находящаяся в ограждении вследствие гигроскопичности составляющих его материалов;
— конденсационная влага — влага из воздуха, которая конденсируется на внутренней поверхности ограждения и в его толще.
Принципиально мы должны проектировать и строить качественные и правильные с инженерной точки зрения конструкции. Например, воздействие капиллярного подсоса можно ограничить инженерными методами — в частности, гидроизоляцией фундаментов и оснований. Для защиты от косых дождей устраивают нащельники и отливы, а также применяют гидрофобизированные штукатурки и водоотталкивающие покрытия. В "Справочнике по теплозащите зданий" (Киев, "Будивельник", 1987) указывается, что одной из причин преждевременного разрушения конструкций и неприемлемого ухудшения санитарно-гигиенического состояния помещений является замена материала ограждения — "например, нанесение на наружную поверхность ограждения штукатурки не предусмотренной проектом высокой марки прочности, очень плотной и с незначительным коэффициентом паропроницаемости… приводит к накоплению влаги в толще ограждающей конструкции". В подавляющем большинстве случаев конденсация влаги является единственной причиной повышения влажности ограждения. А основным и постоянно действующим фактором, определяющим влажность материалов ограждающей конструкции, при правильном конструктивном решении является процесс сорбции. Этой точки зрения придерживается и ряд современных исследователей, среди которых нельзя не упомянуть нашего белорусского ученого — Олега Иосифовича Юркова, учившего теплотехнике не одно поколение белорусских строителей.
Сорбционная влажность
Это равновесная гигроскопическая влажность материала при определенных условиях в течение заданного времени. Физический смысл сорбционной влажности заключается в том, что строительный материал, высушенный до постоянного веса, т.е. до минимально возможной влажности, и помещенный в эксплуатационную среду с параметрами атмосферного воздуха, приобретает некоторую влажность. Сорбция в строительной физике — это характеристика способности строительного материала насыщаться и удерживать водяной пар из воздуха. Увеличение сорбционной влажности происходит в результате поглощения строительным материалом влаги из окружающего воздуха (Фокин К.Ф. "Сорбция водяного пара строительными материалами". Москва, "Стройиздат", 1969). Аналогичное толкование содержится и в исследованиях западных ученых — в частности, Эккерта и МакБена. Сорбционная влажность будет тем больше, чем ниже температура (имеются в виду положительные температуры) и выше относительная влажность воздуха, в котором находится материал. Процесс сорбции включает в себя два явления поглощения материалом водяного пара: адсорбции и абсорбции. По К.Ф. Фокину: "Адсорбция — это поглощение пара поверхностью его пор в результате соударения молекул пара с поверхностью пор и как бы прилипания их к этой поверхности. Абсорбция — это поглощение пара, состоящее в прямом растворении его в объеме твердого тела. Адсорбция имеет превалирующее значение". Адсорбцию и абсорбцию часто сложно разграничивать, поэтому в строительной физике используется термин "сорбция", не заключающий в себе определенной строительной гипотезы.
Сорбционная влага попадает в материалы ограждений вследствие их гигроскопичности. Для неорганических материалов, к которым относится каменная вата Paroc, влияние температуры на сорбцию незначительно, и сорбционная влажность минераловатных теплоизоляционных изделий Paroc зависит главным образом от относительного парциального давления водяных паров. В отопительный период через конструкцию наружного ограждения из помещения наружу идут потоки теплоты и водяного пара. Причины возникновения пара в помещениях с естественной вентиляцией определены в работах значительного количества ученых-практиков, часть из которых уже указана выше. Из современных авторов можно также выделить двух москвичей — Ю.К. Попову из НИИ строительной физики (работа "Вопросы экологии жилища") и О.Д. Самарина из Московского государственного строительного университета (работа "Оценка комфортности внутреннего микроклимата"). Много исследований по этой теме выполнено сотрудниками ВИТКУ (ЛВВИСКУ) МО РФ. Исследовалась эта тема и зарубежными авторами, — например, МакБеном.
Основной причиной появления влаги в помещениях является ее выделение людьми и растениями при физиологических процессах, в процессе приготовления пищи, стирки и сушки, влажной уборки, а также вследствие наличия определенных производственных условий и влажности конструкций, особенно в начале эксплуатации здания. Здесь стоит также вспомнить саморазмораживающиеся холодильники и аквариумы. Российские авторы следующим образом оценивают высокую по гигиеническим понятиям влажность: "Высокая влажность в помещениях — причина появления затхлости, размножения колоний грибковой плесени. Опасна, собственно, не сама плесень, а миллионы спор, которые населяют воздух и попадают в дыхательные пути и систему кровообращения. Особенно остро реагируют на это дети, пожилые люди, люди с ослабленным иммунитетом и склонные к аллергическим заболеваниям. Это, прежде всего, заболевания дыхательных путей, в том числе и бронхолегочные, это заболевания кожи и опорно-двигательной системы" (Яковлева М.Я. "Когда вода во вред..." Сайт: www.stroyportal.ru; аналогичные данные приводятся и на сайте www.aircon.ru). Таким образом, внутренний воздух всегда содержит некоторое количество влаги в виде водяного пара, что и обусловливает его влажность. Еще раз отмечу, что температура и парциальное давление водяных паров понижаются по направлению от внутренней поверхности ограждения к наружной. Здесь необходимо принять во внимание, что относительное парциальное давление водяных паров внутри ограждения может быть выше, чем относительная влажность внутреннего или наружного воздуха, и приближаться в определенных сечениях к 100%. Между тем, относительная влажность внутреннего воздуха зависит от влажностного режима эксплуатации помещения и согласно действующим нормам СНБ 2.04.01-97 составляет до 50% при сухом режиме, а при влажном приближается к 100%. Температура же внутреннего воздуха может колебаться от 1°-2°С (овоще- и фруктохранилища) до 27°С (бассейны). Исходя из данных климатологии по влажности воздуха в отопительный период, по которым средняя относительная влажность наружного воздуха находится в пределах 82-85%, а также данных для условий эксплуатации Б (нормальный, влажный, мокрый), при которых относительная влажность внутреннего воздуха может быть близкой к 100%, определение сорбционной влажности материалов необходимо производить при значениях относительной влажности, близких к 100%. Следовательно, сорбционную влажность теплоизоляционных материалов, действительно характеризующую их теплотехнические свойства в процессе эксплуатации, необходимо определять при законченных процессах сорбции, как, например, указано в ГОСТ 24816-81. Эти значения являются более высокими, чем полученные при измерениях, сделанных по ГОСТ 17177-94. Именно при этих значениях влажности утеплителя, на мой взгляд, и необходимо определять его коэффициент теплопроводности по условиям эксплуатации А и Б. Все материалы Paroc относятся к группе эффективных утеплителей и отвечают всем требуемым показателям включая коэффициенты теплопроводности при условиях эксплуатации А и Б, необходимые для корректного проведения теплотехнических расчетов в соответствии с действующими нормами.
В СНБ 2.04.01-97 приведены значения относительной влажности воздуха, используемые как расчетные. Например, в жилых зданиях ее расчетное значение — 55%. Ответить на вопрос, обеспечивают имеющиеся системы вентиляции эти параметры или нет, можно лишь проведя соответствующие измерения или по меньшей мере сделав расчеты. Мне как инженеру представляется весьма проблематичным делом обеспечить требуемые СНиП 2.04.05-91 "Отопление, вентиляция и кондиционирование" параметры включая кратность воздухообмена. В первую очередь из-за того, что это пытаются сделать, рассчитывая естественную вентиляцию, приток воздуха в рамках которой осуществляется за счет инфильтрации наружного воздуха через неплотности оконных и дверных проемов и проветриваний помещений, а вытяжка — в кухнях и санузлах. А если руководствоваться представлениями Евгения Сосунова ("Белорусский строительный рынок" 20/2004): "Мы изо всех сил стараемся сделать более герметичными для пара и газа оконные и дверные проемы, а также сами окна и двери", — то это приведет лишь к нарушению работы вентиляции. Стоит напомнить, что с целью обеспечения работы именно естественной вентиляции межкомнатные двери советских квартир не имели порожков, а также тот факт, что естественная вентиляция представляет собой довольно хрупкую систему. Например, когда я работал прорабом на строительстве и позже начальником СМУ, мы устанавливали в девятиэтажных зданиях начиная с седьмого этажа канальные вентиляторы типа АИСИ как раз потому, что естественная вентиляция в верхних этажах многоэтажек не обеспечивает требуемых параметров. Важно отметить, что в скандинавских странах вентиляция жилых помещений не отдается на откуп самим жильцам, а обеспечивается с помощью эффективной механической приточно-вытяжной системы. При этом жильцы в обязательном порядке оплачивают связанные с ней эксплуатационные расходы. Замечу, что такой подход существенно отличается от нашего, отечественного. Кстати, на эту проблему указывали и белорусские авторы. Так, в конце 1990-х гг. М.И. Файбышев опубликовал в СиН статью, посвященную проблемам, создаваемым герметичными окнами. В книге немецких авторов А. Грассника и В. Хольцапфеля "Бездефектное строительство многоэтажных зданий" (Москва, "Стройиздат", 1994) именно неадекватная требованиям по обеспечению расчетных параметров внутреннего воздуха работа вентиляции указывается как одна из часто встречающихся причин разрушения стеновых ограждений. Вопросы, связанные с паропроницаемостью теплоизоляционных материалов при условии неэффективной работы вентиляции, рассматривались также доцентом из Харькова В.В. Савйовским в статье "Теплоизоляция строительных конструкций зданий" (журнал "Ватерпас", Харьков, №2, 2004) и этим же автором совместно с И.В. Черняковской в работе "Оценка технического состояния строительных конструкций реконструируемых зданий" тоже в "Ватерпасе" в 2002 году.
Воздухопроницаемость
Воздухопроницаемость материалов объясняется их пористостью. Теплоизолирующие свойства материалов, как правило, тем выше, чем ниже воздухопроницаемость теплоизоляционных материалов. Малоплотные материалы могут настолько хорошо пропускать воздух, что движение воздуха в конструкциях с ними приходится предотвращать путем применения специальной ветрозащиты. Жесткие, плотные изделия, в свою очередь, обладают хорошей воздухонепроницаемостью и не нуждаются в каких-либо специальных мерах. Они сами могут применяться в качестве ветрозащиты. Вообще с точки зрения санитарной гигиены воздухопроницаемость ограждений является положительным свойством, которое помогает обеспечить естественную вентиляцию помещений и способствует установлению нормального газового состава воздуха помещений. Основной показатель, характеризующий загрязнение воздуха в помещении, — содержание углекислого газа (не более 0,1% на 1 м3 помещения). Когда возможно достижение значений ПДК, должен быть обеспечен воздухообмен не менее 30 м3/ч на человека. Комфортными считаются условия, при которых в комнаты подается 40-60 м3/ч на человека. В таком случае обеспечивается жизненно важная чистота воздуха, улучшается его ионный состав (количество легких ионов увеличивается, а тяжелых — уменьшается), уменьшается количество агломерированной пыли (Горомосов М.С. "Микроклимат жилищ и его гигиеническое нормирование". Москва, "МедГиз", 1963; Богословский В.Н. "Строительная теплофизика". Москва, "Стройиздат", 1982; "Справочник по теплозащите зданий" под редакцией В.П. Хоменко и Г.Г. Фаренюка, Киев, "Будивельник", 1987).
Для лучшего понимания проблемы уместным будет процитировать М. Зиборова (статья "Воздушная бомба", журнал "Строительство" 1/2002): "…Износ пластикового окна, ощущения дискомфорта, которые появляются при отсутствии принудительной вентиляции, — это еще "цветочки". Гораздо более серьезная проблема — качество воздуха в жилых помещениях. Дело в том, что содержание вредных примесей в нем растет тем быстрее, чем меньше объем помещения и чем больше в нем находится людей, работающей техники и т.д. Для нормального дыхания в воздухе должно содержаться не менее 21% кислорода, влажность не должна превышать 60%. В процессе дыхания человек выделяет углекислый газ и поглощает кислород, кроме того, он еще и выделяет влагу (около 40 г в час, а если жарко, то еще больше). Плюс пыль, вредные испарения из пластиковых деталей оргтехники, красок и лаков, которыми покрыты мебель, пол, мельчайшие частички шерсти домашних животных, бактерии и вирусы, которые интенсивно размножаются в условиях повышенной влажности и температуры". Все это при отсутствии достаточного воздухообмена превращает квартиру в своеобразную газовую камеру! Длительное вдыхание воздуха, изобилующего углекислотой, ядами и канцерогенами, может привести к возникновению аллергических заболеваний включая астму, а также онкологических болезней. Тем не менее, каких-либо медицинских требований к вентиляции жилых помещений, связанных с физиологическими моментами, у нас в стране не существует вовсе! Единственный регламентирующий документ — уже упомянутый СНиП 2.04.05-91. Но разве в лучшем случае два вентиляционных отверстия (в кухне и санузле) могут обеспечить требуемый СНиП обмен всего объема воздуха квартиры в течение часа? В принципе этого можно добиться, но исключительно в теплое время года. А что зимой? Чтобы в комнате площадью 16 м2 полностью сменился весь объем воздуха, форточку нужно держать открытой не менее 20 минут. А чтобы нагреть внутренний воздух при 15-градусном морозе на улице, потребуется в лучшем случае не менее часа (а при "урезанных" батареях и пониженной температуре теплоносителя — еще больше). Однако нормы по отоплению (СНиП 2.04.05-91) учитывают лишь потери тепла через ограждающие конструкции, а возможность нагрева холодного приточного воздуха вообще не рассматривают! И какой смысл, спрашивается, в борьбе за экономию тепла и топлива, если мы будем из вентиляционной "выхлопной трубы" выдувать драгоценное тепло?
Между прочим, с точки зрения строительной теплофизики высокая воздухопроницаемость — это негативный фактор, ухудшающий теплофизические показатели ограждения. Потому-то и важна эффективная вентиляция помещений. Интересна в этом отношении статья Сергея Николаенкова "Атмосфера вашего дома" (www.aircon.ru), в которой говорится: "Почти совершенная степень изоляции и плотная конструкция жилища хороши для того, чтобы не пропускать в него холодный воздух с улицы и тем самым отдавать тепло его обитателям. Однако вместе с теплом плотно закрытый дом не выпускает наружу и затхлый воздух, излишнюю влагу и различные загрязнители. В результате "атмосфера" такого дома становится вредной как для живущих в нем людей, так и для него самого".
Значит, ни в коем случае нельзя игнорировать ни один из показателей, упомянутых в нормативно-технических документах, в том числе в СНБ 2.04.01-97 (раздел 8).
Морозостойкость
Это способность материала в насыщенном влагой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков потери теплоизолирующей способности, целостности, без видимых признаков разрушения и без значительного понижения прочности. От этого показателя существенно зависит долговечность всей конструкции, однако данные по морозостойкости очень часто не приводятся ни в ГОСТах, ни в технических условиях (ТУ). Основной причиной разрушения материала под действием низких температур является расширение воды, заполняющей при замерзании его связанные между собой поры. Морозостойкость напрямую влияет на долговечность, но ошибочным является мнение, что количество циклов замораживания-оттаивания полностью соответствует числу лет долговечности, так как в течение одного года в зависимости от климатических регионов может быть и несколько циклов замораживания-оттаивания. На морозостойкость конструкции влияют также и другие физические характеристики материала и стены в целом, в том числе гомогенность, модуль упругости, коэффициент деформации при высоких и низких температурах, амплитуда колебаний максимальной и минимальной температуры и т.п.
В настоящее время компания Paroc проводит в Украине исследования, призванные определить долговечность материалов Paroc в различных конструкциях. Они включают в том числе и испытания на морозостойкость. По предварительным данным можно говорить о сохранении заявляемых компанией физических свойств материалов в течение 30 лет условной эксплуатации. Причем это не предел, поскольку испытания еще идут. Полагаю, что в данном случае специалисты НИИ стройматериалов Минстройархитектуры РБ могут также сказать свое веское слово в вопросах, связанных с долговечностью конструкций с каменной ватой. Наиболее исследованными являются фасадные плиты Paroc. Так, независимыми лабораториями проводились исследования, которые показали, что стеклофаза плит Paroc FAS 4 отличается стабильностью общего фона, ширины и высоты гало, что свидетельствует об однородности микроструктуры и ее устойчивости к кристаллизации. Исследования показали, что у плиты Paroc FAS 4 влажность снизилась в три раза по отношению к исходным образцам — это лучший результат среди всех европейских производителей. Прочность на сжатие при 10% деформации после 10 и 15 лет смоделированной эксплуатации снизилась весьма незначительно (0,95 кг/см2 >0,83 кг/см2) и вновь была самой высокой. Аналогичная ситуация и по пределу прочности на отрыв. Для плит Paroc FAS 4 после 10 лет смоделированной эксплуатации значение прочности слоев на отрыв составляло 0,2 кг/см2, после 15 лет — 0,18 кг/см2, т.е. даже после 15 лет эксплуатации плиты Paroc FAS 4 будут соответствовать требованиям действующей нормативно-технической документации. Здания, построенные с применением каменной ваты Paroc в Швеции (с 1937 г.) и Финляндии (с 1954 г.), успешно эксплуатируются и в настоящее время. По свидетельству Сверкера Энгстрема, сделанному на конгрессе EURIMA, в 1997 г. после сноса домов (это сделали, чтобы построить новые), возведенных в конце 1940-х, исследования примененной в них каменной ваты Paroc и Rockwool показали сохранение ею всех необходимых теплофизических показателей. Это значит, что каменная вата Paroc имеет документально подтвержденный срок фактической, а не смоделированной эксплуатации более 60 лет!
Нельзя не отметить, что прежде в СССР в качестве сырья для производства минеральной ваты использовали, в основном, отвальные доменные шлаки, не подвергшиеся силикатному распаду (ГОСТ 18866-81). Эти данные приведены в справочнике "Строительные материалы" под редакцией А.С. Болдырева и П.П. Золотова (Москва, "Стройиздат", 1989). Вот цитата из этого источника: "Доменные шлаки содержат большое количество оксида кальция и делают получаемую из них шлаковату неустойчивой к воздействию влаги. На поверхности волокон происходит гидролиз силикатов кальция, который приводит к слеживанию волокон или их полному разрушению. По этой же причине недолговечны и минераловатные изделия на синтетическом связующем, так как при преобразовании гидросиликатов кальция происходит отщепление отвердевшей связки от волокон". Вследствие подобных процессов минеральная вата, полученная из разных видов шлака, отличалась высокой хрупкостью волокон, а значит — повышенным пылеобразованием и значительно меньшей при одинаковой плотности с изделиями из каменной ваты прочностью на сжатие, отрыв слоев и сдвиг. В указанном справочнике отмечается, что высокое содержание в металлургических шлаках FeO и MgO обусловливало повышенное поверхностное натяжение, что, в свою очередь, приводило к повышенному содержанию в минеральной вате неволокнистых включений — "корольков". По тем же причинам шлаковата по сравнению с каменной ватой отличалась также высокими показателями водопоглощения и сорбционного увлажнения.
В "Справочнике по производству теплозвукоизоляционных материалов" под редакцией Ю.Л. Спирина (Москва, "Стройиздат", 1975) прямо указано, что наилучшим образом для получения минеральной ваты подходит природное сырье: базальты, глинистые или окремненные доломиты и т.д. Но для достижения хорошего результата необходим тщательный подбор состава компонентов шихты, чего, к сожалению, не делалось. Технологическая база СССР не предусматривала получение чистых каменных ват в промышленных масштабах. Вследствие этого нормативная база (технологическая, пожарная, санитарно-гигиеническая) была разработана только под шлаковату. Отсюда те невысокие требования к массовой теплоизоляции, которые, к сожалению, имеют место и сегодня. Использование в качестве сырья базальтов и соответствующего связующего позволяет практически устранить негативные свойства, которыми обладают шлаковаты. Однако стоимость каменной ваты выше, чем шлаковаты. Поэтому, высказываясь "за" или "против" в отношении минеральной ваты, было бы правильным упоминать ее вид (шлаковая или каменная), сведения о наличии и типе связующего и т.д.
Огнестойкость
Это способность материала выдерживать воздействие высоких температур без воспламенения, нарушения структуры, прочности и других его свойств. По группе горючести теплоизоляционные материалы подразделяют на горючие и негорючие. Это является одним из важнейших критериев выбора теплоизоляционного материала. Что касается каменной ваты Paroc, то она относится к группе негорючих материалов.
Прочность на сжатие
Это величина нагрузки (в кПа или МПа), вызывающей изменение толщины изделия. В случае, если изменение толщины произошло на 10%, говорят о прочности на сжатие при 10% деформации. Естественно, материалы Paroc в зависимости от предназначения имеют показатели прочности на сжатие, соответствующие требованиям нормативов, используемых в Беларуси. Вместе с тем изделия Paroc не дают усадки, а также не подвержены температурным деформациям.
Сжимаемость
Это способность материала изменять толщину под действием заданного давления. Часто сжимаемость характеризуется относительной деформацией материала под действием нагрузки, равной 2 кПа. И этот показатель для каменной ваты Paroc — один из самых лучших среди минеральных ват разных производителей.
Химическая стойкость
Каменная вата Paroc обладает высокой химической стойкостью. Ни масла, ни растворители, ни умеренно кислые среды не оказывают на нее практически никакого воздействия. Вытяжка из каменной ваты Paroc имеет нейтральную среду, а это значит, что данная вата не вызывает коррозии на соприкасающихся поверхностях конструкции. Это чрезвычайно важно для материалов, применяемых при изоляции трубопроводов и резервуаров, в системах вентилируемых фасадов и в легких конструкциях.
Отмечу, что в чистом виде теплоизоляционный материал не представляет особого инженерного интереса. Такой интерес он представляет уже будучи элементом конструкций. А для их расчета разработаны соответствующие методики, самые отработанные и проверенные из которых включены в наши нормативно-технические документы. Но не только инженерными расчетами проверяются конструкции. Они должны также удовлетворять противопожарным и гигиеническим требованиям, быть экономически эффективными и технологичными. Очевидно, что все более-менее качественные материалы имеют право на существование и использование.
А теперь несколько слов о том, что к строительной теплофизике и связанной с этим строительной полемике не имеет никакого отношения. В правилах персонала компании Paroc — соблюдать общепринятые нормы поведения в обществе и уважительно относиться ко всем людям, в том числе и к своим оппонентам. Для нас опуститься до агрессивных и унижающих достоинство, а порой просто оскорбительных высказываний, почему-то использованных против нашей компании на страницах "Белорусского строительного рынка" Евгением Сосуновым, — дело совершенно немыслимое. На мой взгляд, такого рода публикации лишь бросают тень на такое известное и авторитетное предприятие, как ОАО "Гомельстекло". Кстати, мой литовский коллега отметил: если, по Евгению Сосунову, на долю конвекции приходится 98% "водопереноса" (по терминологии этого автора), то в квартирах под потолком должны образовываться тучи и проливаться на пол в виде дождей. Было бы, вероятно, правильным говорить о том, что порядка 90% влаги, присутствующей во внутреннем воздухе помещений, должно удаляться посредством вентиляции, но боюсь даже предпологать, что имел в виду автор. А вообще статьи, подобные опубликованной в "Белорусском строительном рынке", в серьезных литовских изданиях, сказал мой коллега, не печатают — берегут репутацию. Тем не менее, полагаю, что инцидент с Евгением Сосуновым будет исчерпан, если он на страницах указанного рекламно-информационного бюллетеня принесет компании Paroc свои извинения за статью "Кто, как и зачем культивирует заблуждение о "здоровом дыхании стен".
И в заключение. Петербургское здание, в котором находится офис "Роснефти", было построено в 1903 г. купцом Рябушинским как дом для сирот и вдов. А вот посольство Великобритании располагалось на улице Посольской.
Дмитрий АБРАМОВ, региональный директор компании Paroc по Беларуси и Украине
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 46 за 2004 год в рубрике изоляция
