Проблемы применения пенополистирола при тепловой модернизации жилых многоэтажных зданий
Продолжение. Начало в СиН №48
Следует заострить внимание на трех общих моментах, связанных с обеспечением пожарной безопасности систем утепления в Беларуси:
— в Польше и России, где дела в рассматриваемой сфере обстоят гораздо лучше, чем в Беларуси, допускается эксплуатация только тех систем утепления, которые прошли жестко контролируемые огневые испытания. Между тем реальные пожары показывают, что никакие огневые испытания не дают исчерпывающих ответов на вопросы, касающиеся пожарной опасности содержащих пенополистирол систем утепления;
— в Беларуси на основании всего трех постановочных огневых испытаний систем утепления с пенополистиролом было принято стратегическое решение о массовом применении пенополистирола при утеплении многоэтажных домов;
— в Беларуси пожарно-технические свойства систем утепления рассматриваются в отрыве от их экологических характеристик, а исследования токсичности продуктов горения этих систем на данный момент не запланированы;
— изменение №1 пособия П3-2000 к СНиП 3.03.01-87, строго говоря, противоречит положениям как белорусских, так и российских противопожарных норм, применяемых в Беларуси (СНиП 2.01.02-85* "Противопожарные нормы" и СНБ 2.02.01 "Пожарно-техническая классификация зданий, строительных конструкций и материалов").
Интересна кандидатская диссертация /7/, в которой приведена методика определения долговечности наружных ограждений в зависимости от их конструкции и климатических условий. Испытания образцов материалов, применяемых в России, проводились в температурно-влажностном циклическом и изотермическом режимах. Через каждые 100 циклов циклических испытаний замерялись коэффициент теплопроводности, динамический модуль упругости, плотность, усадка. Время естественного старения исследованных материалов при нормальных условиях эксплуатации приведено в табл. 1.
Результаты расчетов долговечности двух конструкций наружных стен западной и восточной ориентации с теплоизоляцией из пенополистирола жилого дома в Хабаровске приведены в табл. 2. В работе /7/ сделан вывод о том, что долговечность выполненных без брака наружных стен с использованием различных видов пенополистирола изменяется в пределах от 13 до 43 лет.
Таблица 1.Время естественного старения различных видов пенополистирола.
Таблица 2.Долговечность наружных стен с утеплителем из различных видов пенополистирола (годы).
Научными способами доказана связь между качеством внутренней среды пребывания человека и его здоровьем. Поэтому с каждым годом все более актуальной становится задача достижения надлежащего санитарно-гигиенического и экологического состояния зданий. Что касается пенополистирола, то он во многих случаях выступает в качестве излишнего паро- и воздухоизоляционного барьера, вследствие чего стена в достаточной мере не пропускает водяные пары и воздух (согласно СНБ 2.04.01 "Строительная теплотехника", расчетный коэффициент паропроницаемости плит пенополистирольных — 0,05 мг/(мЧчЧПа), каменной ваты плотностью 130 кг/м3 — 0,44 мг/(мЧчЧПа). А достаточная паро- и воздухопроницаемость наружных стен особенно необходима для помещений с естественной вентиляцией, которая имеет место в подавляющем большинстве белорусских жилых зданий. В работе /8/ отмечено, что в средней полосе России большинство зданий проектируется и эксплуатируется с естественным воздухообменом. Зимой наружный воздух значительно суше внутреннего, и если не организовывать проветривание помещений, то влажность в них значительно повышается. Значит, фильтрация наружного воздуха в помещения желательна для снижения влажности внутреннего воздуха и ограничивается только требованиями к тепловому режиму помещения. Поэтому в российский СНиП "Строительная теплотехника" был включен раздел по расчету требуемого сопротивления паропроницанию ограждающих конструкций, в котором паропроницаемость рассматривается в качестве главного механизма влагопереноса. Несмотря на это в современных условиях строители зачастую обращают мало внимания на диффузионный перенос водяного пара — в результате происходит преждевременное разрушение конструкций. Согласно /9/, теплопроводность и сопротивление диффузии наружной стены должны снижаться по мере приближения к ее наружной поверхности, а капиллярность и теплоаккумулирующая способность — возрастать по мере приближения к внутренней поверхности. При этом желательно, чтобы наружные стены состояли из разных слоев, каждый из которых выполняет адекватные его основным свойствам функции. Если обратиться к отечественной практике, то указанным принципам не в полной мере отвечает конструкция как крупной бетонной стеновой панели с внутренним расположением эффективного утеплителя, так и подобной панели с дополнительной наружной теплоизоляцией из пенополистирола. Нелогично покрывать им и однослойные легкобетонные панели. Правда, при формальном следовании требованиям норм можно обосновать указанные варианты по двум или одному из двух показателей — теплоизоляционной и диффузионной способности. Например, получить уменьшение величин сопротивления паропроницанию слоев стены по мере приближения к ее наружной поверхности.
Конструкции существующих зданий практически не поддаются точной численной оценке. Тем не менее, с целью достижения эффективной тепловой модернизации их фактические геометрические параметры и теплотехнические характеристики требуется определять с достаточной степенью точности. При этом следует более-менее верно прогнозировать изменение данных параметров и характеристик во времени, учитывая влияние развивающихся дефектов материалов и конструктивных элементов, динамику расхождения фактических и расчетных показателей и другие факторы, то есть применять сложный аппарат многокритериального анализа. Но его разработка — дело многих лет. Поэтому пока при дополнительном утеплении стен разумно выбирать утеплители с максимально возможной паропроницаемостью. К ним, в частности, относится каменная вата. Чем толще дополнительная теплоизоляция, тем больше ее сопротивление паропроницанию. Если в случае с минеральной ватой это обстоятельство, как правило, не приводит к недопустимому превышению максимума указанной характеристики, то в случае пенополистирольных плит это более чем возможно.
Рассмотрим, к примеру, трехслойные крупные стеновые панели распространенных в Беларуси домов серии М 111-90. Эти панели состоят из трех основных слоев: внутреннего (1) толщиной 80 или 130 мм, наружного (3) толщиной 60 мм из тяжелого бетона класса В15 плотностью 2400 кг/м3 (ГОСТ 26633-85), а также среднего теплоизоляционного (2) из пенополистирольных плит типа ПСБ марки 25 (ГОСТ 15588-86 "Плиты пенополистирольные. Технические условия"). Добавим дополнительный наружный теплоизоляционный слой (4) из пенополистирольных плит типа ПСБ марки 35 (варианты толщин: 50, 80, 100 и 120 мм).
Используя нормативные расчетные показатели, можно получить следующие расчетные величины сопротивления паропроницанию основных слоев стены (если идти изнутри наружу): 1 — 2,67 м2ЧчЧПа/мг (при толщине слоя 80 мм) и 4,33 м2ЧчЧПа/мг (130 мм), 2 — 3,20 м2ЧчЧПа/мг, 3 — 2,00 м2ЧчЧПа/мг, 4 — 1,00 м2ЧчЧПа/мг (при толщине теплоизоляции 50 мм), 1,60 м2ЧчЧПа/мг (80 мм), 2,00 м2ЧчЧПа/мг (100 мм), 2,40 м2ЧчЧПа/мг (120 мм), — и следующие термические сопротивления тех же основных слоев: 1 — 0,042 м2Ч°С/Вт (при толщине слоя 80 мм) и 0,068 м2Ч°С/Вт (130 мм), 2 — 3,902 м2Ч°С/Вт, 3 — 0,031 м2Ч°С/Вт, 4 — 1,220 м2Ч°С/Вт (при толщине теплоизоляции 50 мм), 1,951 м2Ч°С/Вт (80 мм), 2,439 м2Ч°С/Вт (100 мм), 2,927 м2Ч°С/Вт (120 мм). Как видно, теплотехнические принципы конструирования наружной стены /8/ нарушаются при любом из вариантов, но более всего при относительно большой толщине дополнительной теплоизоляции (100 и 120 мм).
Велика вероятность того, что в течение нескольких лет утепленные пенополистиролом стены способны перенасытиться влагой. В связи с этим в квартирах может отмечаться повышенная относительная влажность воздуха (вплоть до 80-90%). Мировой опыт свидетельствует, что 4/5 жильцов открывают форточки лишь с целью снижения температуры в помещениях. А плохая вентиляция и повышенная влажность ведут к появлению в огромных количествах домашних пылевых клещей, возникновению аллергии у детей и взрослых, респираторных заболеваний, дыхания "с присвистом" и даже "синдрома больных помещений".
С санитарно-гигиеническими аспектами применения полимерных утеплителей, в том числе пенополистирола, тесно связаны экологические вопросы. В работе /10/ сказано, что разложение пенополистирола за период службы достигает 10-15%. При этом 65% разложившегося вещества приходится на стирол. В течение 20 лет каждый квадратный метр наружной трехслойной крупнопанельной стены с пенополистиролом толщиной 160 мм выделит 3 мг/ч стирола. При поступлении в помещение 10% этого количества и подаче вентиляционного воздуха в количестве 30 м3/м2 в час концентрация стирола составит 0,0075 мг/м3. При временном пребывании в таком помещении и ориентации на суточное ПДК = 0,002 мг/м3 превышение ПДК по стиролу составит 3,75 раза. Поэтому для жилых помещений со временем пребывания в них 25 лет величина ПДК стирола должна быть уменьшена в 594 раза.
Такое низкое значение ПДК стирола объясняется тем, что стирол подобно аналогичным особо опасным веществам (бензол, бензопирен, бензантрацен) обладает повышенными кумулятивными свойствами: накапливается в печени и не выводится наружу. Поэтому делается вывод /9/, что требуется уменьшение ПДК стирола при использовании его в жилищном строительстве примерно в 600 раз. А это равносильно полному запрещению применения этого вещества в указанной сфере.
С 18 марта по 27 апреля 2004 г. в одной из минских аккредитованных лабораторий на основании негосударственного заказа были проведены санитарно-гигиенические исследования выделения вредных химических веществ из смоделированных на основании соответствующих пособий по проектированию лабораторных образцов четырех белорусских легких штукатурных систем утепления наружных стен, содержащих пенополистирол. Это системы "Пралеска-Термо", "Радекс", "Термошуба" и "Гента С-М". Первые три разрешены к использованию в Беларуси. В образцах систем в качестве утеплителя применялся пенополистирол типа ПСБ-С марок 25 и 35 (ГОСТ 15588-86) производства Минского комбината силикатных изделий.
Для сравнения был испытан контрольный образец пенополистирола типа ПСБ-С марки 35 (ГОСТ 15588-86) производства того же комбината. Результаты исследований, касающиеся стирола, приведены в табл. 3.
Таблица 3.
Таблица 4.Расход энергии на изготовление эффективных теплоизоляционных материалов.
В 2002 г. в Европейском Союзе утверждена директива "Энергетические характеристики зданий" (Directive 2002/91/EC of the European Parliament and of the Council of 16 December 2002 on the energy performance of buildings / Official Journal of the European Communities, 2003). Согласно этому документу, при тепловой модернизации зданий следует обеспечивать нормальный микроклимат помещений и в то же время достигать экономической эффективности.
Одной из гарантий этого служит достаточное и безопасное утепление наружных ограждающих конструкций зданий. Причем оно должно выполняться на основе теплоизоляционных материалов, на производство которых затрачивается минимальное количество энергии. Многие зарубежные специалисты полагают, что новые требования по энергосбережению и соблюдению экологического баланса приведут к снижению потребления пенополистирола в строительстве (некоторые данные о расходе энергии на изготовление эффективных утеплителей приведены в табл. 4 /11/).
Пенополистирол требует прецизионного качества исполнения легких штукатурных систем утепления. Но уже в ГОСТ 15588-86 заложен источник строительного брака. В частности, это относится к неоправданно большим предельным отклонениям от номинальных размеров пенополистирольных плит и их плотности.
Так, по длине плит до 1000 мм включительно допускаются отклонения ±5 мм, по длине 1000-2000 мм — ±7,5 мм, по длине свыше 2000 мм — ±10 мм. А плотность плит "высшей категории качества" марки 25 (разрешены в системе "Радекс") и марки 35 ("Пралеска-Термо") должна составлять 15,1-25,0 и 25,1-35,0 кг/м3, соответственно.
Значит, пенополистирольные плиты разных марок могут иметь примерно одинаковую плотность (например, 25,049 и 25,051), а одной марки — совершенно разную (например, 15,1 и 25,0).
Специалистами минского НИИ строительных материалов разработан новый стандарт — СТБ "Плиты пенополистирольные теплоизоляционные". Согласно этому документу, при определении марки по плотности используется нижний предел этого показателя. Но данный подход не устраняет указанную нормативную странность. По-новому за маркой по плотности, например, 15 может скрываться плотность и 15,1 кг/м3, и 24,9 кг/м3. В то же время фактическая плотность 25,1 кг/м3 будет относиться к марке 25. Кроме того, в новом стандарте, как и в ГОСТ 15588-86, не учитывается изменение свойств пенополистирольных плит во времени и не содержится никаких требований по их экологической безопасности.
Нарушения технологии строительно-монтажных работ существенно снижают долговечность систем утепления. Так, Союз производителей систем скрепленной теплоизоляции Германии выявил, что 80% их дефектов появляются по вине строителей.
Хотя пенополистирол в теплотехническом плане не уступает минеральной вате, в технологическом плане он проигрывает ей заметно. Основание под пенополистирольные плиты должно быть едва ли не идеально ровным и гладким. Иначе между слоем утеплителя и подосновой окажутся воздушные прослойки неконтролируемых размеров, способные заметно снизить эффективность дополнительного утепления.
Но ровных и гладких стен в Беларуси немного. В г. Бобруйске Могилевской области в 2003 г. при опытном утеплении 5-этажного крупнопанельного дома (ул. Лынькова, 27) с использованием в качестве теплоизоляции пенополистирольных плит отечественного производства израсходовали неоправданно много клеевого состава для устройства приемлемой подосновы.
Плиты же из минеральной ваты проще приспособить к проблемной поверхности. Причем с устройством легкой штукатурной системы утепления на основе минеральной ваты неплохо справляется среднестатистический белорусский рабочий. А с пенополистиролом должны работать строители самой высокой квалификации.
Когда-то считалось, что крупнопанельные дома могут служить не менее ста лет. Но срок их нормальной эксплуатации гораздо меньше (около 30 лет) — вследствие, прежде всего, низкого качества наружных стыков стеновых панелей и плит перекрытий (пример вертикального стыка наружных стеновых панелей — на рис. 3). Эти места, в которых сосредоточено много элементов разного функционального назначения в малом объеме, оказались нетехнологичными и недолговечными.
Рис. 3.Вертикальный стык наружных трехслойных стеновых панелей внахлестку (типовая серия крупнопанельных домов М 111-90); 1 — наружные стеновые панели; 2 — внутренняя стеновая панель; 3 — колодец стыка; 4 — стальные соединительные элементы (коротыши и закладные детали).
Так, практически невозможно качественно заполнить колодец стыка бетоном. Если же такие стыки снаружи дополнительно покрывать оштукатуренным пенополистиролом, то не исключено, что влага, накапливающая в толще стыка в холодное время года и не успевающая уходить наружу в теплое время, будет способствовать ускорению процесса коррозии стали.
В период массового строительства крупнопанельных домов добиваться качественного устройства стыков часто не удавалось из-за серьезных трудностей в использовании глубинных вибраторов. Одна из причин этого заключалась в отсутствии достаточной точности монтажа крупных плит и панелей, в результате чего стальные соединительные элементы перекрывали доступ в колодцы стыков.
Таким образом, утепление старых крупнопанельных домов с использованием пенополистирола нельзя считать оправданным и с точки зрения обеспечения надежной и безопасной эксплуатации их силовых стыковых соединений, а также соединений внешнего и внутреннего бетонных слоев наружных стеновых панелей.
Помимо отмеченных проблем, связанных с применением пенополистирола для утепления зданий, стоит обратить внимание также на высокую деформативность этого материала и на то, что его трудно утилизировать.
В Беларуси, по сути дела, отсутствует положительный опыт применения пенополистирола в составе современных систем утепления, что в определенной степени подтверждается рассмотрением ряда минских объектов — многоэтажных жилых домов по ул. Я. Мавра, 21 (первый этаж до верха окон и цоколь утеплены по методу ТЗСК), по ул. Жудро, 19, 21, 23 (торцы утеплены пенополистирольными плитами и покрыты обычной толстой штукатуркой по металлической сетке), по ул. Тимошенко, 10 (пенополистирольные плиты толщиной 10 см расположены между стенками из ячеистобетонных блоков шириной по 20 см), по ул. Менделеева, 3 (тяжелая штукатурная система утепления с двухслойной теплоизоляцией — пенополистиролом и минеральной ватой).
Получается, что долговечность пенополистирольных плит и наружных стен, в состав которых они входят, объективно не может быть достаточно высокой. Учитывая реальные условия, можно предположить, что легкие штукатурные системы утепления с беспрессовым пенополистиролом могут исправно функционировать в условиях Беларуси не дольше 5-7 лет. Но такая долговечность допустима лишь в случае временных зданий и сооружений.
Напрашивается вывод, что в современных условиях, когда все больше фактов свидетельствует не в пользу пенополистирола, широкомасштабная кампания по утеплению зданий на основе этого материала не имеет смысла. Стоит обратить внимание и на экономическую сторону дела.
В любом случае тепловая модернизация с использованием пенополистирола, выполненная по всем правилам (здесь следует учесть принудительную вентиляцию, повышенные противопожарные меры, невысокий срок службы пенополистирола, медицинские и экологические аспекты), в конечном итоге будет оказываться дороже неплохо освоенного белорусскими строителями утепления на основе минеральной ваты.
Тем более, что единовременное снижение стоимости легких штукатурных систем утепления за счет применения в них беспрессового пенополистирола вместо минеральной ваты оценивается разными белорусскими специалистами всего лишь в 6-15%.
Инженерный подход, основанный на комплексном учете всех известных факторов, говорит в пользу легких штукатурных систем утепления с теплоизоляцией из минеральной ваты. Этот материал по сравнению с пенополистиролом гарантирует намного большую конструктивную надежность дополнительного утепления.
Автор благодарен за предоставленную информацию докторам технических наук А. Каминскасу (Институт термоизоляции, Вильнюс), Б.С. Баталину и А.А. Кетову (Пермский государственный технический университет), аспиранту Белорусского национального технического университета О.М. Королю.
Литература
7. Ли А.В. Долговечность энергоэффективных полимерсодержащих ограждающих конструкций: Автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.23.01 / Дальневост. гос. техн. ун-т. — Хабаровск, 2003.
8. Гагарин В.Г. Комментарий к статье J. F. Straube "Влага в зданиях" // АВОК. — 2002. — №6.
9. Грассник А., Хольцапфель В. Бездефектное строительство многоэтажных зданий. Ч. I. Общестроительные работы / Пер. с нем. Ю.М. Веллера. — М.: Стройиздат, 1980.
10. Гусев Б.В., Дементьев В.М., Миротворцев И.И. Нормы предельно-допустимых концентраций для стройматериалов жилищного строительства // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. — 1999. — №5.
11. Energy efficiency in buildings / Norwegian University of Technology, Trondheim, Norway. — 1997 (may).
Дмитрий ЖУКОВ, канд. техн. наук, Минск
Следует заострить внимание на трех общих моментах, связанных с обеспечением пожарной безопасности систем утепления в Беларуси:
— в Польше и России, где дела в рассматриваемой сфере обстоят гораздо лучше, чем в Беларуси, допускается эксплуатация только тех систем утепления, которые прошли жестко контролируемые огневые испытания. Между тем реальные пожары показывают, что никакие огневые испытания не дают исчерпывающих ответов на вопросы, касающиеся пожарной опасности содержащих пенополистирол систем утепления;
— в Беларуси на основании всего трех постановочных огневых испытаний систем утепления с пенополистиролом было принято стратегическое решение о массовом применении пенополистирола при утеплении многоэтажных домов;
— в Беларуси пожарно-технические свойства систем утепления рассматриваются в отрыве от их экологических характеристик, а исследования токсичности продуктов горения этих систем на данный момент не запланированы;
— изменение №1 пособия П3-2000 к СНиП 3.03.01-87, строго говоря, противоречит положениям как белорусских, так и российских противопожарных норм, применяемых в Беларуси (СНиП 2.01.02-85* "Противопожарные нормы" и СНБ 2.02.01 "Пожарно-техническая классификация зданий, строительных конструкций и материалов").
Интересна кандидатская диссертация /7/, в которой приведена методика определения долговечности наружных ограждений в зависимости от их конструкции и климатических условий. Испытания образцов материалов, применяемых в России, проводились в температурно-влажностном циклическом и изотермическом режимах. Через каждые 100 циклов циклических испытаний замерялись коэффициент теплопроводности, динамический модуль упругости, плотность, усадка. Время естественного старения исследованных материалов при нормальных условиях эксплуатации приведено в табл. 1.
Результаты расчетов долговечности двух конструкций наружных стен западной и восточной ориентации с теплоизоляцией из пенополистирола жилого дома в Хабаровске приведены в табл. 2. В работе /7/ сделан вывод о том, что долговечность выполненных без брака наружных стен с использованием различных видов пенополистирола изменяется в пределах от 13 до 43 лет.
Таблица 1.Время естественного старения различных видов пенополистирола.
Таблица 2.Долговечность наружных стен с утеплителем из различных видов пенополистирола (годы).
Научными способами доказана связь между качеством внутренней среды пребывания человека и его здоровьем. Поэтому с каждым годом все более актуальной становится задача достижения надлежащего санитарно-гигиенического и экологического состояния зданий. Что касается пенополистирола, то он во многих случаях выступает в качестве излишнего паро- и воздухоизоляционного барьера, вследствие чего стена в достаточной мере не пропускает водяные пары и воздух (согласно СНБ 2.04.01 "Строительная теплотехника", расчетный коэффициент паропроницаемости плит пенополистирольных — 0,05 мг/(мЧчЧПа), каменной ваты плотностью 130 кг/м3 — 0,44 мг/(мЧчЧПа). А достаточная паро- и воздухопроницаемость наружных стен особенно необходима для помещений с естественной вентиляцией, которая имеет место в подавляющем большинстве белорусских жилых зданий. В работе /8/ отмечено, что в средней полосе России большинство зданий проектируется и эксплуатируется с естественным воздухообменом. Зимой наружный воздух значительно суше внутреннего, и если не организовывать проветривание помещений, то влажность в них значительно повышается. Значит, фильтрация наружного воздуха в помещения желательна для снижения влажности внутреннего воздуха и ограничивается только требованиями к тепловому режиму помещения. Поэтому в российский СНиП "Строительная теплотехника" был включен раздел по расчету требуемого сопротивления паропроницанию ограждающих конструкций, в котором паропроницаемость рассматривается в качестве главного механизма влагопереноса. Несмотря на это в современных условиях строители зачастую обращают мало внимания на диффузионный перенос водяного пара — в результате происходит преждевременное разрушение конструкций. Согласно /9/, теплопроводность и сопротивление диффузии наружной стены должны снижаться по мере приближения к ее наружной поверхности, а капиллярность и теплоаккумулирующая способность — возрастать по мере приближения к внутренней поверхности. При этом желательно, чтобы наружные стены состояли из разных слоев, каждый из которых выполняет адекватные его основным свойствам функции. Если обратиться к отечественной практике, то указанным принципам не в полной мере отвечает конструкция как крупной бетонной стеновой панели с внутренним расположением эффективного утеплителя, так и подобной панели с дополнительной наружной теплоизоляцией из пенополистирола. Нелогично покрывать им и однослойные легкобетонные панели. Правда, при формальном следовании требованиям норм можно обосновать указанные варианты по двум или одному из двух показателей — теплоизоляционной и диффузионной способности. Например, получить уменьшение величин сопротивления паропроницанию слоев стены по мере приближения к ее наружной поверхности.
Конструкции существующих зданий практически не поддаются точной численной оценке. Тем не менее, с целью достижения эффективной тепловой модернизации их фактические геометрические параметры и теплотехнические характеристики требуется определять с достаточной степенью точности. При этом следует более-менее верно прогнозировать изменение данных параметров и характеристик во времени, учитывая влияние развивающихся дефектов материалов и конструктивных элементов, динамику расхождения фактических и расчетных показателей и другие факторы, то есть применять сложный аппарат многокритериального анализа. Но его разработка — дело многих лет. Поэтому пока при дополнительном утеплении стен разумно выбирать утеплители с максимально возможной паропроницаемостью. К ним, в частности, относится каменная вата. Чем толще дополнительная теплоизоляция, тем больше ее сопротивление паропроницанию. Если в случае с минеральной ватой это обстоятельство, как правило, не приводит к недопустимому превышению максимума указанной характеристики, то в случае пенополистирольных плит это более чем возможно.
Рассмотрим, к примеру, трехслойные крупные стеновые панели распространенных в Беларуси домов серии М 111-90. Эти панели состоят из трех основных слоев: внутреннего (1) толщиной 80 или 130 мм, наружного (3) толщиной 60 мм из тяжелого бетона класса В15 плотностью 2400 кг/м3 (ГОСТ 26633-85), а также среднего теплоизоляционного (2) из пенополистирольных плит типа ПСБ марки 25 (ГОСТ 15588-86 "Плиты пенополистирольные. Технические условия"). Добавим дополнительный наружный теплоизоляционный слой (4) из пенополистирольных плит типа ПСБ марки 35 (варианты толщин: 50, 80, 100 и 120 мм).
Используя нормативные расчетные показатели, можно получить следующие расчетные величины сопротивления паропроницанию основных слоев стены (если идти изнутри наружу): 1 — 2,67 м2ЧчЧПа/мг (при толщине слоя 80 мм) и 4,33 м2ЧчЧПа/мг (130 мм), 2 — 3,20 м2ЧчЧПа/мг, 3 — 2,00 м2ЧчЧПа/мг, 4 — 1,00 м2ЧчЧПа/мг (при толщине теплоизоляции 50 мм), 1,60 м2ЧчЧПа/мг (80 мм), 2,00 м2ЧчЧПа/мг (100 мм), 2,40 м2ЧчЧПа/мг (120 мм), — и следующие термические сопротивления тех же основных слоев: 1 — 0,042 м2Ч°С/Вт (при толщине слоя 80 мм) и 0,068 м2Ч°С/Вт (130 мм), 2 — 3,902 м2Ч°С/Вт, 3 — 0,031 м2Ч°С/Вт, 4 — 1,220 м2Ч°С/Вт (при толщине теплоизоляции 50 мм), 1,951 м2Ч°С/Вт (80 мм), 2,439 м2Ч°С/Вт (100 мм), 2,927 м2Ч°С/Вт (120 мм). Как видно, теплотехнические принципы конструирования наружной стены /8/ нарушаются при любом из вариантов, но более всего при относительно большой толщине дополнительной теплоизоляции (100 и 120 мм).
Велика вероятность того, что в течение нескольких лет утепленные пенополистиролом стены способны перенасытиться влагой. В связи с этим в квартирах может отмечаться повышенная относительная влажность воздуха (вплоть до 80-90%). Мировой опыт свидетельствует, что 4/5 жильцов открывают форточки лишь с целью снижения температуры в помещениях. А плохая вентиляция и повышенная влажность ведут к появлению в огромных количествах домашних пылевых клещей, возникновению аллергии у детей и взрослых, респираторных заболеваний, дыхания "с присвистом" и даже "синдрома больных помещений".
С санитарно-гигиеническими аспектами применения полимерных утеплителей, в том числе пенополистирола, тесно связаны экологические вопросы. В работе /10/ сказано, что разложение пенополистирола за период службы достигает 10-15%. При этом 65% разложившегося вещества приходится на стирол. В течение 20 лет каждый квадратный метр наружной трехслойной крупнопанельной стены с пенополистиролом толщиной 160 мм выделит 3 мг/ч стирола. При поступлении в помещение 10% этого количества и подаче вентиляционного воздуха в количестве 30 м3/м2 в час концентрация стирола составит 0,0075 мг/м3. При временном пребывании в таком помещении и ориентации на суточное ПДК = 0,002 мг/м3 превышение ПДК по стиролу составит 3,75 раза. Поэтому для жилых помещений со временем пребывания в них 25 лет величина ПДК стирола должна быть уменьшена в 594 раза.
Такое низкое значение ПДК стирола объясняется тем, что стирол подобно аналогичным особо опасным веществам (бензол, бензопирен, бензантрацен) обладает повышенными кумулятивными свойствами: накапливается в печени и не выводится наружу. Поэтому делается вывод /9/, что требуется уменьшение ПДК стирола при использовании его в жилищном строительстве примерно в 600 раз. А это равносильно полному запрещению применения этого вещества в указанной сфере.
С 18 марта по 27 апреля 2004 г. в одной из минских аккредитованных лабораторий на основании негосударственного заказа были проведены санитарно-гигиенические исследования выделения вредных химических веществ из смоделированных на основании соответствующих пособий по проектированию лабораторных образцов четырех белорусских легких штукатурных систем утепления наружных стен, содержащих пенополистирол. Это системы "Пралеска-Термо", "Радекс", "Термошуба" и "Гента С-М". Первые три разрешены к использованию в Беларуси. В образцах систем в качестве утеплителя применялся пенополистирол типа ПСБ-С марок 25 и 35 (ГОСТ 15588-86) производства Минского комбината силикатных изделий.
Для сравнения был испытан контрольный образец пенополистирола типа ПСБ-С марки 35 (ГОСТ 15588-86) производства того же комбината. Результаты исследований, касающиеся стирола, приведены в табл. 3.
Таблица 3.
Таблица 4.Расход энергии на изготовление эффективных теплоизоляционных материалов.
В 2002 г. в Европейском Союзе утверждена директива "Энергетические характеристики зданий" (Directive 2002/91/EC of the European Parliament and of the Council of 16 December 2002 on the energy performance of buildings / Official Journal of the European Communities, 2003). Согласно этому документу, при тепловой модернизации зданий следует обеспечивать нормальный микроклимат помещений и в то же время достигать экономической эффективности.
Одной из гарантий этого служит достаточное и безопасное утепление наружных ограждающих конструкций зданий. Причем оно должно выполняться на основе теплоизоляционных материалов, на производство которых затрачивается минимальное количество энергии. Многие зарубежные специалисты полагают, что новые требования по энергосбережению и соблюдению экологического баланса приведут к снижению потребления пенополистирола в строительстве (некоторые данные о расходе энергии на изготовление эффективных утеплителей приведены в табл. 4 /11/).
Пенополистирол требует прецизионного качества исполнения легких штукатурных систем утепления. Но уже в ГОСТ 15588-86 заложен источник строительного брака. В частности, это относится к неоправданно большим предельным отклонениям от номинальных размеров пенополистирольных плит и их плотности.
Так, по длине плит до 1000 мм включительно допускаются отклонения ±5 мм, по длине 1000-2000 мм — ±7,5 мм, по длине свыше 2000 мм — ±10 мм. А плотность плит "высшей категории качества" марки 25 (разрешены в системе "Радекс") и марки 35 ("Пралеска-Термо") должна составлять 15,1-25,0 и 25,1-35,0 кг/м3, соответственно.
Значит, пенополистирольные плиты разных марок могут иметь примерно одинаковую плотность (например, 25,049 и 25,051), а одной марки — совершенно разную (например, 15,1 и 25,0).
Специалистами минского НИИ строительных материалов разработан новый стандарт — СТБ "Плиты пенополистирольные теплоизоляционные". Согласно этому документу, при определении марки по плотности используется нижний предел этого показателя. Но данный подход не устраняет указанную нормативную странность. По-новому за маркой по плотности, например, 15 может скрываться плотность и 15,1 кг/м3, и 24,9 кг/м3. В то же время фактическая плотность 25,1 кг/м3 будет относиться к марке 25. Кроме того, в новом стандарте, как и в ГОСТ 15588-86, не учитывается изменение свойств пенополистирольных плит во времени и не содержится никаких требований по их экологической безопасности.
Нарушения технологии строительно-монтажных работ существенно снижают долговечность систем утепления. Так, Союз производителей систем скрепленной теплоизоляции Германии выявил, что 80% их дефектов появляются по вине строителей.
Хотя пенополистирол в теплотехническом плане не уступает минеральной вате, в технологическом плане он проигрывает ей заметно. Основание под пенополистирольные плиты должно быть едва ли не идеально ровным и гладким. Иначе между слоем утеплителя и подосновой окажутся воздушные прослойки неконтролируемых размеров, способные заметно снизить эффективность дополнительного утепления.
Но ровных и гладких стен в Беларуси немного. В г. Бобруйске Могилевской области в 2003 г. при опытном утеплении 5-этажного крупнопанельного дома (ул. Лынькова, 27) с использованием в качестве теплоизоляции пенополистирольных плит отечественного производства израсходовали неоправданно много клеевого состава для устройства приемлемой подосновы.
Плиты же из минеральной ваты проще приспособить к проблемной поверхности. Причем с устройством легкой штукатурной системы утепления на основе минеральной ваты неплохо справляется среднестатистический белорусский рабочий. А с пенополистиролом должны работать строители самой высокой квалификации.
Когда-то считалось, что крупнопанельные дома могут служить не менее ста лет. Но срок их нормальной эксплуатации гораздо меньше (около 30 лет) — вследствие, прежде всего, низкого качества наружных стыков стеновых панелей и плит перекрытий (пример вертикального стыка наружных стеновых панелей — на рис. 3). Эти места, в которых сосредоточено много элементов разного функционального назначения в малом объеме, оказались нетехнологичными и недолговечными.
Рис. 3.Вертикальный стык наружных трехслойных стеновых панелей внахлестку (типовая серия крупнопанельных домов М 111-90); 1 — наружные стеновые панели; 2 — внутренняя стеновая панель; 3 — колодец стыка; 4 — стальные соединительные элементы (коротыши и закладные детали).
Так, практически невозможно качественно заполнить колодец стыка бетоном. Если же такие стыки снаружи дополнительно покрывать оштукатуренным пенополистиролом, то не исключено, что влага, накапливающая в толще стыка в холодное время года и не успевающая уходить наружу в теплое время, будет способствовать ускорению процесса коррозии стали.
В период массового строительства крупнопанельных домов добиваться качественного устройства стыков часто не удавалось из-за серьезных трудностей в использовании глубинных вибраторов. Одна из причин этого заключалась в отсутствии достаточной точности монтажа крупных плит и панелей, в результате чего стальные соединительные элементы перекрывали доступ в колодцы стыков.
Таким образом, утепление старых крупнопанельных домов с использованием пенополистирола нельзя считать оправданным и с точки зрения обеспечения надежной и безопасной эксплуатации их силовых стыковых соединений, а также соединений внешнего и внутреннего бетонных слоев наружных стеновых панелей.
Помимо отмеченных проблем, связанных с применением пенополистирола для утепления зданий, стоит обратить внимание также на высокую деформативность этого материала и на то, что его трудно утилизировать.
В Беларуси, по сути дела, отсутствует положительный опыт применения пенополистирола в составе современных систем утепления, что в определенной степени подтверждается рассмотрением ряда минских объектов — многоэтажных жилых домов по ул. Я. Мавра, 21 (первый этаж до верха окон и цоколь утеплены по методу ТЗСК), по ул. Жудро, 19, 21, 23 (торцы утеплены пенополистирольными плитами и покрыты обычной толстой штукатуркой по металлической сетке), по ул. Тимошенко, 10 (пенополистирольные плиты толщиной 10 см расположены между стенками из ячеистобетонных блоков шириной по 20 см), по ул. Менделеева, 3 (тяжелая штукатурная система утепления с двухслойной теплоизоляцией — пенополистиролом и минеральной ватой).
Получается, что долговечность пенополистирольных плит и наружных стен, в состав которых они входят, объективно не может быть достаточно высокой. Учитывая реальные условия, можно предположить, что легкие штукатурные системы утепления с беспрессовым пенополистиролом могут исправно функционировать в условиях Беларуси не дольше 5-7 лет. Но такая долговечность допустима лишь в случае временных зданий и сооружений.
Напрашивается вывод, что в современных условиях, когда все больше фактов свидетельствует не в пользу пенополистирола, широкомасштабная кампания по утеплению зданий на основе этого материала не имеет смысла. Стоит обратить внимание и на экономическую сторону дела.
В любом случае тепловая модернизация с использованием пенополистирола, выполненная по всем правилам (здесь следует учесть принудительную вентиляцию, повышенные противопожарные меры, невысокий срок службы пенополистирола, медицинские и экологические аспекты), в конечном итоге будет оказываться дороже неплохо освоенного белорусскими строителями утепления на основе минеральной ваты.
Тем более, что единовременное снижение стоимости легких штукатурных систем утепления за счет применения в них беспрессового пенополистирола вместо минеральной ваты оценивается разными белорусскими специалистами всего лишь в 6-15%.
Инженерный подход, основанный на комплексном учете всех известных факторов, говорит в пользу легких штукатурных систем утепления с теплоизоляцией из минеральной ваты. Этот материал по сравнению с пенополистиролом гарантирует намного большую конструктивную надежность дополнительного утепления.
Автор благодарен за предоставленную информацию докторам технических наук А. Каминскасу (Институт термоизоляции, Вильнюс), Б.С. Баталину и А.А. Кетову (Пермский государственный технический университет), аспиранту Белорусского национального технического университета О.М. Королю.
Литература
7. Ли А.В. Долговечность энергоэффективных полимерсодержащих ограждающих конструкций: Автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.23.01 / Дальневост. гос. техн. ун-т. — Хабаровск, 2003.
8. Гагарин В.Г. Комментарий к статье J. F. Straube "Влага в зданиях" // АВОК. — 2002. — №6.
9. Грассник А., Хольцапфель В. Бездефектное строительство многоэтажных зданий. Ч. I. Общестроительные работы / Пер. с нем. Ю.М. Веллера. — М.: Стройиздат, 1980.
10. Гусев Б.В., Дементьев В.М., Миротворцев И.И. Нормы предельно-допустимых концентраций для стройматериалов жилищного строительства // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. — 1999. — №5.
11. Energy efficiency in buildings / Norwegian University of Technology, Trondheim, Norway. — 1997 (may).
Дмитрий ЖУКОВ, канд. техн. наук, Минск
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 49 за 2004 год в рубрике изоляция
