Об основах эффективной эксплуатации зданий
Сообщение, сделанное 13 июня 2006 г. на научно-техническом семинаре «Экономное расходование цемента и основных строительных материалов в жилищно- гражданском строительстве» заместителем директора УП «Институт БелНИИС» по научной работе Сергеем Галкиным.
Аспект, не менее важный, чем конструкционная надежность зданий, — проблема эффективного расходования теплоизоляционных стеновых материалов с одной стороны и теплоносителя, расходуемого на отопление зданий — с другой. Вопрос теплотехнической безопасности зданий и сооружений не менее актуален, поскольку он связан с эксплуатационными затратами. Если речь идет о жилом доме, то это затраты жильцов на отопление. И это те затраты, которые имеют место регулярно. Эти затраты являются гораздо более ощутимыми, нежели единовременные затраты на строительство. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций выполняется по СНБ 2.04.01-97. (Что же касается рекомендуемых значений как таковых, то взяты они, разумеется, не с потолка. Разработчики СНБ 2.04.01-97 анализировали зарубежные подходы и столкнулись при данном анализе практически с такими же цифрами.) Сопротивление теплопередаче наружных ограждающих конструкций назначается исходя из трех критериев. Это экономически целесообразное сопротивление теплопередаче, требуемое сопротивление теплопередаче и нормативное значение, зафиксированное в таблице 5.1 СНБ 2.04.01-97. Все это общеизвестно, но нередко специалисты упускают из виду то, что в нормах проектирования «Строительная теплотехника» содержится и рекомендуемое Приложение 2. Данное приложение не было введено в разряд обязательных, поскольку в ряде случаев приводило к довольно неожиданным результатам и по определенным причинам могло вызвать кривотолки среди коллег, поскольку было связано с (как это могло показаться) повышенным расходом стенового материала.
О чем говорит это приложение?
Помимо известных параметров, знание данного аспекта характеризуется и такой характеристикой, как удельная тепловая характеристика. Что представляет собой данная величина? Как известно, каждое здание характеризуется такими параметрами, как внутренний отапливаемый объем, а также площадь наружной поверхности, каковая поверхность отдает тепло в окружающее пространство. В зависимости от этажности здания, от его конфигурации в плане отношение двух названных величин меняется. Но существует общая тенденция: чем меньше габариты здания, тем выше отношение площади поверхности к отапливаемому объему (близкий аналог — процесс достижения высокой удельной поверхности частиц при размоле вяжущих). Размерность тепловой характеристики конструкции как таковой — (м2•°С)/Вт. При расчете же тепловых характеристик зданий учитываются геометрические характеристики ограждений, их сопротивления теплопередаче, при этом отдельно рассчитываются (также как элементы ограждений) окна. Расчетная формула значительно упрощается при расчете теплопотерь одноэтажных зданий усадебного типа. Как известно, нормативное сопротивление теплопередаче наружных стен из штучных стеновых материалов должно равняться 2, чердачных перекрытий — 3, остекления — 0,6, перекрытий же над неотапливаемыми подвалами и техническими подпольями — превышать 2 (м2•°С)/Вт. Рекомендуемое значение удельной тепловой характеристики для зданий усадебного типа q = 1,15 Вт/(м2•°С). В приложении «в» приведены значения удельных тепловых характеристик для различных типов зданий, минимальное же значение составляет 0,49. Это величина удельной тепловой характеристики, рекомендуемая для многоэтажных зданий.
Для анализа поведения ограждений был выбран типовой дом из каталога типовых проектов для сельского строительства. Это один из домов, возводящихся в соответствии с программой создания агрогородков (общая площадь — 63,47 м2, стены — 92,9 м2 — хорошо видно, насколько площадь стен больше площади пола отапливаемого объема). В итоге выходим на величину 1,82. О чем это говорит? О том, что построенный дом будет отдавать тепло довольно интенсивно. Это то, о чем обязательно нужно знать, и это то, о чем обязательно нужно давать знать будущему жильцу, если дом строится за частные деньги. Ибо даже если, казалось бы, по отдельным конструкциям все теплотехнические параметры выдержаны, суммарный результат оказывается далеко не тем, который должен был бы быть в соответствии с рекомендуемым приложением.
Каким образом следует выходить из сложившейся ситуации?
Естественно, нужно либо увеличивать сопротивление теплопередачи либо какой-то одной конструкции, либо нескольких конструкций, либо искать еще какие-либо варианты, позволяющие приблизиться к рекомендуемому значению. И вот каковы оптимальные значения термосопротивлений ограждений. Для стен и покрытий — не менее 4, для пола — 3,7. Именно тогда удается достичь q = 1,15 Вт/(м2•°С). Это вовсе не означает, что все дома, запроектированные как типовые, все дома, включенные в типовой альбом, запроектированы неверно. Речь идет только о том, что, если по результатам конструирования и проектирования удалось выйти на характеристику 1,82, то расход любого теплоносителя, будь то природный газ, твердое топливо или торф, окажется большим. Это должен знать любой застройщик, и в первую очередь — застройщик частный. Хотелось бы сказать об использовании различных типов растворов. Как известно, сегодня для кладки из ячеистобетонных блоков широко применяются тонкослойные растворы, благо качество изделий позволяет это практиковать. Бытуют разговоры, что, мол, тонкослойный раствор дорог, и проще вести кладку на менее технологичных растворах (более того, поговаривают также и о том, что, коль скоро некоторые предприятия отпускают блоки попроще, соответственно, подешевле, это якобы позволяет сэкономить). Но ведь наличие растворных швов (даже если их фактическая толщина соответствует номинальной, а она для блоков из ячеистого бетона составляет 10-12 мм) оказывает весьма ощутимое влияние.
Соответствующие исследования, проведенные специалистами БелНИИС, были выполнены численным методом с использованием трехмерной программы расчета теплотехнических характеристик, разработанной специалистами БрГТУ (данная программа позволяет учитывать характеристики материалов, создавать различные модели и получать расчетные значения сопротивления теплопередаче). При этом не имеет принципиального значения, однослойная стена или нет. Дело в том, что удалось установить, что теплотехнический расчет любой блочной кладки можно вести по формулам названных СНБ как расчет любой неоднородной конструкции. Результат дает прекрасную сходимость с численным методом, а если учесть, что значения коэффициентов теплопроводности, как правило, округляются до сотых, то можно ожидать совпадения «один в один». Исследования проводились в диапазоне плотности ячеистого бетона 300-800 кг/м3, то есть плотности изделий, выпускаемых предприятиями Беларуси и могущими реально применяться на практике, а также для различных типов растворов (цементнопесчаных, цементноизвестковопесчаных, цементношлаковых, цементноперлитовых, гипсоперлитовых, а также поризованных гипсоперлитовых), создающих швы толщиной 10-12 мм.
Каков же итог?
Допустим, наружная стена из блоков из ячеистого бетона плотностью 400 кг/м3 на цементнопесчаном растворе обеспечивает коэффициент теплопроводности 0,191. При кладке только на горизонтальный шов (система тычков — пазогребневая) наблюдается заметное снижение — до 0,177. Если же перейти на тонкослойный раствор (и заполнять им и горизонтальные, и вертикальные швы), то снижение составит всего 5-6% теплопроводности ячеистого бетона. Поэтому вполне очевидно, что, несмотря на любые разовые затраты, переход на тонкослойные растворы оправдан как с экономической, так и с технической точки зрения. Удается, абсолютно не теряя в теплопроводности, получить абсолютно теплую стену и (даже при заметном удорожании строительства) существенную экономию расходуемого на отопление энергоносителя. Сегодня описанный подход может применяться при использовании не только ячеистого бетона. В Беларуси есть такие предприятия, как Новолукомльский завод керамзитового гравия, который наладил выпуск камней из крупнопористого керамзитобетона, причем такого качества, которое уже сегодня позволяет вести кладку со швами толщиной до 5 мм. В перспективе (зависит от шагов администрации завода, успешности привлечения необходимых средств) можно выйти на кладку на клеевых растворах. Для этого требуется либо модернизировать предприятие, либо наладить шлифовку (кстати, в Германии именно с использованием шлифовки выходят из данного положения — специальная машина затирает две плашковые грани камня, что делает возможным ведение кладки на клеевых растворах). Точно такой же подход используется при кладочной технологии Poroton, основанной на продукции, выпускаемой одним из предприятий Германии, укладываемой на клеевой шов. Что касается Радошковичского керамического завода, то он пока постепенно приближает параметры своей продукции к характеристикам продукции подобного качества.
Если говорить о кладке из высокопустотных керамических камней, то в данной связи следует подчеркнуть следующую закономерность. Когда кладка ведется на обычном растворе (а пустотность керамического камня необычайно высока), укладка раствора прямо на камень ведет к забиванию им пустот и снижению теплотехнических свойств камня. Поэтому кладка осуществляется с использованием сетки, что, в свою очередь, удорожает единицу площади стены. А переход на клей, помимо всего прочего, высокотехнологичен — клей накатывается малярным валиком (есть и специальные ролики), прилипает к камню и вместе с тычковой пазогребневой системой позволяет добиться хороших теплотехнических показателей. Итак, при грамотном проектировании зданий следует обеспечивать вопросы не только конструкционной, но и эксплуатационной надежности. И, разумеется, обеспечивать осведомленность заказчика (жильца) о том, насколько надежен в эксплуатационном смысле дом, в который он вселяется.
Насколько долговечны ячеистобетонные здания?
Если такое здание хорошо защищено от неблагоприятных воздействий окружающей среды, то срок его безупречной службы составляет никак не менее 50 лет. Хорошо известно, что такие здания, возведенные в Европе еще в первой половине XX века, благополучно стоят по сей день.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Аспект, не менее важный, чем конструкционная надежность зданий, — проблема эффективного расходования теплоизоляционных стеновых материалов с одной стороны и теплоносителя, расходуемого на отопление зданий — с другой. Вопрос теплотехнической безопасности зданий и сооружений не менее актуален, поскольку он связан с эксплуатационными затратами. Если речь идет о жилом доме, то это затраты жильцов на отопление. И это те затраты, которые имеют место регулярно. Эти затраты являются гораздо более ощутимыми, нежели единовременные затраты на строительство. Теплотехнический расчет ограждающих конструкций выполняется по СНБ 2.04.01-97. (Что же касается рекомендуемых значений как таковых, то взяты они, разумеется, не с потолка. Разработчики СНБ 2.04.01-97 анализировали зарубежные подходы и столкнулись при данном анализе практически с такими же цифрами.) Сопротивление теплопередаче наружных ограждающих конструкций назначается исходя из трех критериев. Это экономически целесообразное сопротивление теплопередаче, требуемое сопротивление теплопередаче и нормативное значение, зафиксированное в таблице 5.1 СНБ 2.04.01-97. Все это общеизвестно, но нередко специалисты упускают из виду то, что в нормах проектирования «Строительная теплотехника» содержится и рекомендуемое Приложение 2. Данное приложение не было введено в разряд обязательных, поскольку в ряде случаев приводило к довольно неожиданным результатам и по определенным причинам могло вызвать кривотолки среди коллег, поскольку было связано с (как это могло показаться) повышенным расходом стенового материала.
О чем говорит это приложение?
Помимо известных параметров, знание данного аспекта характеризуется и такой характеристикой, как удельная тепловая характеристика. Что представляет собой данная величина? Как известно, каждое здание характеризуется такими параметрами, как внутренний отапливаемый объем, а также площадь наружной поверхности, каковая поверхность отдает тепло в окружающее пространство. В зависимости от этажности здания, от его конфигурации в плане отношение двух названных величин меняется. Но существует общая тенденция: чем меньше габариты здания, тем выше отношение площади поверхности к отапливаемому объему (близкий аналог — процесс достижения высокой удельной поверхности частиц при размоле вяжущих). Размерность тепловой характеристики конструкции как таковой — (м2•°С)/Вт. При расчете же тепловых характеристик зданий учитываются геометрические характеристики ограждений, их сопротивления теплопередаче, при этом отдельно рассчитываются (также как элементы ограждений) окна. Расчетная формула значительно упрощается при расчете теплопотерь одноэтажных зданий усадебного типа. Как известно, нормативное сопротивление теплопередаче наружных стен из штучных стеновых материалов должно равняться 2, чердачных перекрытий — 3, остекления — 0,6, перекрытий же над неотапливаемыми подвалами и техническими подпольями — превышать 2 (м2•°С)/Вт. Рекомендуемое значение удельной тепловой характеристики для зданий усадебного типа q = 1,15 Вт/(м2•°С). В приложении «в» приведены значения удельных тепловых характеристик для различных типов зданий, минимальное же значение составляет 0,49. Это величина удельной тепловой характеристики, рекомендуемая для многоэтажных зданий.
Для анализа поведения ограждений был выбран типовой дом из каталога типовых проектов для сельского строительства. Это один из домов, возводящихся в соответствии с программой создания агрогородков (общая площадь — 63,47 м2, стены — 92,9 м2 — хорошо видно, насколько площадь стен больше площади пола отапливаемого объема). В итоге выходим на величину 1,82. О чем это говорит? О том, что построенный дом будет отдавать тепло довольно интенсивно. Это то, о чем обязательно нужно знать, и это то, о чем обязательно нужно давать знать будущему жильцу, если дом строится за частные деньги. Ибо даже если, казалось бы, по отдельным конструкциям все теплотехнические параметры выдержаны, суммарный результат оказывается далеко не тем, который должен был бы быть в соответствии с рекомендуемым приложением.
Каким образом следует выходить из сложившейся ситуации?
Естественно, нужно либо увеличивать сопротивление теплопередачи либо какой-то одной конструкции, либо нескольких конструкций, либо искать еще какие-либо варианты, позволяющие приблизиться к рекомендуемому значению. И вот каковы оптимальные значения термосопротивлений ограждений. Для стен и покрытий — не менее 4, для пола — 3,7. Именно тогда удается достичь q = 1,15 Вт/(м2•°С). Это вовсе не означает, что все дома, запроектированные как типовые, все дома, включенные в типовой альбом, запроектированы неверно. Речь идет только о том, что, если по результатам конструирования и проектирования удалось выйти на характеристику 1,82, то расход любого теплоносителя, будь то природный газ, твердое топливо или торф, окажется большим. Это должен знать любой застройщик, и в первую очередь — застройщик частный. Хотелось бы сказать об использовании различных типов растворов. Как известно, сегодня для кладки из ячеистобетонных блоков широко применяются тонкослойные растворы, благо качество изделий позволяет это практиковать. Бытуют разговоры, что, мол, тонкослойный раствор дорог, и проще вести кладку на менее технологичных растворах (более того, поговаривают также и о том, что, коль скоро некоторые предприятия отпускают блоки попроще, соответственно, подешевле, это якобы позволяет сэкономить). Но ведь наличие растворных швов (даже если их фактическая толщина соответствует номинальной, а она для блоков из ячеистого бетона составляет 10-12 мм) оказывает весьма ощутимое влияние.
Соответствующие исследования, проведенные специалистами БелНИИС, были выполнены численным методом с использованием трехмерной программы расчета теплотехнических характеристик, разработанной специалистами БрГТУ (данная программа позволяет учитывать характеристики материалов, создавать различные модели и получать расчетные значения сопротивления теплопередаче). При этом не имеет принципиального значения, однослойная стена или нет. Дело в том, что удалось установить, что теплотехнический расчет любой блочной кладки можно вести по формулам названных СНБ как расчет любой неоднородной конструкции. Результат дает прекрасную сходимость с численным методом, а если учесть, что значения коэффициентов теплопроводности, как правило, округляются до сотых, то можно ожидать совпадения «один в один». Исследования проводились в диапазоне плотности ячеистого бетона 300-800 кг/м3, то есть плотности изделий, выпускаемых предприятиями Беларуси и могущими реально применяться на практике, а также для различных типов растворов (цементнопесчаных, цементноизвестковопесчаных, цементношлаковых, цементноперлитовых, гипсоперлитовых, а также поризованных гипсоперлитовых), создающих швы толщиной 10-12 мм.
Каков же итог?
Допустим, наружная стена из блоков из ячеистого бетона плотностью 400 кг/м3 на цементнопесчаном растворе обеспечивает коэффициент теплопроводности 0,191. При кладке только на горизонтальный шов (система тычков — пазогребневая) наблюдается заметное снижение — до 0,177. Если же перейти на тонкослойный раствор (и заполнять им и горизонтальные, и вертикальные швы), то снижение составит всего 5-6% теплопроводности ячеистого бетона. Поэтому вполне очевидно, что, несмотря на любые разовые затраты, переход на тонкослойные растворы оправдан как с экономической, так и с технической точки зрения. Удается, абсолютно не теряя в теплопроводности, получить абсолютно теплую стену и (даже при заметном удорожании строительства) существенную экономию расходуемого на отопление энергоносителя. Сегодня описанный подход может применяться при использовании не только ячеистого бетона. В Беларуси есть такие предприятия, как Новолукомльский завод керамзитового гравия, который наладил выпуск камней из крупнопористого керамзитобетона, причем такого качества, которое уже сегодня позволяет вести кладку со швами толщиной до 5 мм. В перспективе (зависит от шагов администрации завода, успешности привлечения необходимых средств) можно выйти на кладку на клеевых растворах. Для этого требуется либо модернизировать предприятие, либо наладить шлифовку (кстати, в Германии именно с использованием шлифовки выходят из данного положения — специальная машина затирает две плашковые грани камня, что делает возможным ведение кладки на клеевых растворах). Точно такой же подход используется при кладочной технологии Poroton, основанной на продукции, выпускаемой одним из предприятий Германии, укладываемой на клеевой шов. Что касается Радошковичского керамического завода, то он пока постепенно приближает параметры своей продукции к характеристикам продукции подобного качества.
Если говорить о кладке из высокопустотных керамических камней, то в данной связи следует подчеркнуть следующую закономерность. Когда кладка ведется на обычном растворе (а пустотность керамического камня необычайно высока), укладка раствора прямо на камень ведет к забиванию им пустот и снижению теплотехнических свойств камня. Поэтому кладка осуществляется с использованием сетки, что, в свою очередь, удорожает единицу площади стены. А переход на клей, помимо всего прочего, высокотехнологичен — клей накатывается малярным валиком (есть и специальные ролики), прилипает к камню и вместе с тычковой пазогребневой системой позволяет добиться хороших теплотехнических показателей. Итак, при грамотном проектировании зданий следует обеспечивать вопросы не только конструкционной, но и эксплуатационной надежности. И, разумеется, обеспечивать осведомленность заказчика (жильца) о том, насколько надежен в эксплуатационном смысле дом, в который он вселяется.
Насколько долговечны ячеистобетонные здания?
Если такое здание хорошо защищено от неблагоприятных воздействий окружающей среды, то срок его безупречной службы составляет никак не менее 50 лет. Хорошо известно, что такие здания, возведенные в Европе еще в первой половине XX века, благополучно стоят по сей день.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 32 за 2006 год в рубрике материалы и технологии
