Наружные стены дома

Рассматривая современные здания, т.е. здания, которые существуют в настоящее время, следует их разделять на здания, спроектированные до и после 1994 г.

Отправной вехой в изменении принципов конструктивного решения наружных стен в отечественных зданиях является приказ Госстроя Украины № 247 от 27.12.1993 г., которым устанавливались новые нормативы по теплоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий.

В дальнейшем приказом Госстроя Украины № 117 от 27.06.1996 г. были введены поправки в СНиП II -3-79 «Строительная теплотехника», которые установили принципы проектирования теплоизоляции новых и реконструируемых жилых и общественных зданий.

После шести лет действия новых норм уже не возникают вопросы об их целесообразности. Годы практики показали, что был сделан правильный выбор, который, в то же время, требует тщательного многостороннего анализа и дальнейшего своего развития.

У зданий, спроектированных до 1994 г. (к сожалению, строительство зданий по старым теплоизоляционным нормативам встречается и до сих пор), наружные стены выполняют и несущие, и ограждающие функции.

Причем несущие характеристики обеспечивались при достаточно незначительных толщинах конструкций, а выполнение ограждающих функций требовало существенных материальных затрат.

Поэтому удешевление строительства шло по пути априори низкой энергоэффективности в силу известных причин для богатой энергоносителями страны. Эта закономерность относится в равной степени как к зданиям с кирпичными стенами, так и к зданиям из крупноразмерных бетонных панелей.

В тепловом отношении различия между этими зданиями заключались только в степени термической неоднородности наружных стен. Стены из кирпичной кладки можно рассматривать как достаточно однородные в термическом отношении, что является преимуществом, так как равномерное температурное поле внутренней поверхности наружной стены - это один из показателей теплового комфорта.

Однако для обеспечения теплового комфорта необходимо, чтобы абсолютное значение температуры поверхности было достаточно высоким. А для наружных стен зданий, созданных по нормативам до 1994 г., максимальной температурой внутренней поверхности наружной стены при расчетных температурах внутреннего и наружного воздуха могло быть только 12°С, что для условий теплового комфорта недостаточно.

Внешний вид стен из кирпичной кладки также оставлял желать лучшего. Это обусловлено тем, что отечественные технологии изготовления кирпича (и глиняного, и керамического) были далеки от совершенства, в результате и кирпич в кладке имел разные опенки.

Несколько лучше выглядели здания из силикатного кирпича. В последние годы в нашей стране появился кирпич, изготовленный по всем требованиям современных мировых технологий. Это относится к Кор-чеватскому заводу, где выпускают кирпич с прекрасным внешним видом и относительно хорошими теплоизоляционными характеристиками.

Из таких изделий можно строить здания, внешний вид которых не будет уступать зарубежным аналогам. Многоэтажные здания в нашей стране в основном строились из бетонных панелей. Для этого типа стен характерна существенная термическая неоднородность.

В однослойных керамзито-бетонных панелях термическая неоднородность обусловлена наличием стыковых соединений. Причем на ее степень, кроме конструктивного несовершенства, еще существенно влияет так называемый человеческий фактор - качество уплотнения и утепления стыковых соединений.

А так как это качество в условиях советской стройки было низким, то и стыки протекали и промерзали, преподнося жителям все «прелести» сырых стен. Кроме того, повсеместное несоблюдение технологии изготовления керамзито-бетона приводило к повышенной плотности панелей и низкой их теплоизоляции.

Не намного лучше обстояли дела и в зданиях с трехслойными панелями. Так как ребра жесткости панелей обуславливали термическую неоднородность конструкции, проблема стыковых соединений оставалась актуальной. Внешний вид бетонных стен был крайне непритязателен - цветных бетонов у нас не было, а краски были не надежны.

Понимая эти проблемы, архитекторы пытались придать разнообразие зданиям за счет нанесения плитки на наружную поверхность стен. С точки зрения законов тепломассообмена и циклических температурно-влажностных воздействий такое конструктивно-архитектурное решение является абсолютным нонсенсом, что и подтверждается внешним видом наших домов.

При проектировании

после 1994 г. определяющей стала энергоэффективность сооружения и его элементов. Поэтому пересмотрены сложившиеся принципы проектирования зданий и их ограждающих конструкций.

В основу обеспечения энергоэффективности положено строгое соблюдение функционального назначения каждого элемента конструкции. Это относится как к зданию в целом, так и к ограждающим конструкциям.

В практику отечественного строительства уверенно вошли так называемые каркасно-монолитные здания, где прочностные функции выполняет монолитный каркас, а наружные стены несут только ограждающие (тепло- и звукоизоляционные) функции.

В то же время сохранились и успешно развиваются конструктивные принципы зданий с несущими наружными стенами. Последние решения интересны еще и тем, что они полностью применимы для реконструкции тех зданий, которые были рассмотрены в начале статьи и которые повсеместно требуют реконструкции.

Конструктивным принципом наружных стен, которые в одинаковой мере могут применяться для строительства новых зданий и для реконструкции существующих, является сплошное утепление и утепление с воздушной прослойкой.

Эффективность данных конструктивных решений определяется оптимальным подбором теплофизических характеристик многослойной конструкции - несущей или самонесущей стены, утеплителя, фактурных слоев, наружного отделочного слоя. Материал основной стены может быть любым и определяющие требования к нему -прочностные и несущие.

Теплоизоляционные характеристики в этом решении стены полностью описываются теплопроводностью утеплителя, в качестве которого используются пенополистирол ПСБ-С, минераловатные плиты, пенобетон, керамические материалы.

Пенополистирол - теплоизоляционный материал с низкой теплопроводностью, долговечный и технологичный при утеплении. Его производство налажено на отечественных заводах (комбинаты «Стироль» в Ирпене, заводы в Горловке, Житомире, Буче).

Основной недостаток - материал горюч и по отечественным пожарным нормам имеет ограниченное применение (для малоэтажных зданий, или же при наличии значительной защиты из негорючей облицовки).

При утеплении наружных стен многоэтажных зданий к ПСБ-С предъявляются еще и определенные требования по прочности: плотность материала должна быть не менее 40 кг/м3.

Минераловатные плиты - теплоизоляционный материал с низкой теплопроводностью, долговечный, технологичный при утеплении, отвечает требованиям отечественных пожарных норм для наружных стен зданий.

На рынке Украины, как и на рынках многих других стран Европы, применяются минераловатные плиты концернов ROCKWOOL, PAROC, ISOVER и др. Характерной особенностью этих фирм является широкая палитра производимых изделий - от мягких плит до жестких.

При этом каждое наименование имеет строго адресное назначение - для утепления кровли, внутри стен, фасадное утепление и пр. Например, для фасадного утепления стен по рассматриваемым конструктивным принципам фирма ROCKWOOL выпускает плиты «FASROCK», а фирма PAROC -плиты L-4.

Характерной особенностью этих материалов является их высокая формоустойчивость, что особенно важно при утеплении с вентилируемой воздушной прослойкой, низкая теплопроводность и гарантированное качество изделий. По теплопроводности эти минера-ловатные плиты за счет своей структуры не хуже пенополистирола (0,039-0,042 ВтДмК).

Адресное изготовление плит обуславливает эксплуатационную надежность утепления наружных стен. Совершенно не приемлемо применение для рассматриваемых конструктивных вариантов матов или мягких минераловатных плит.

К сожалению, в отечественной практике встречаются решения утепления стен с вентилируемой воздушной прослойкой, когда в качестве утеплителя используют минераловатные маты.

Тепловая надежность подобных изделий вызывает серьезные опасения, и факт достаточно широкого их применения может объясняться только отсутствием в Украине системы ввода в эксплуатацию новых конструктивных решений.

Важным элементом в конструкции стен с фасадным утеплением является наружный защитно-декоративный слой. Он не только определяет архитектурное восприятие здания, но и обуславливает влажностное состояние утеплителя, являясь одновременно защитой от атмосферных воздействий и для сплошного утепления элементом удаления парообразной влаги, попадающей в утеплитель под воздействием сил тепло- массообмена. Поэтому особое значение приобретает оптимальный подбор: утеплитель - защитно-отделочный слой.

Выбор защитно-отделочных слоев определяется прежде всего экономическими возможностями. Фасадное утепление с вентилируемой воздушной прослойкой в 2-3 раза дороже, чем сплошное утепление, что определяется уже не энергоэффективностью, так как слой утеплителя в обоих вариантах один и тот же, а стоимостью защитно-отделочного слоя.

При этом в общей стоимости системы утепления цена непосредственно утеплителя может составлять (особенно для вышеуказанных некорректных вариантов применения дешевых неплитных материалов) всего 5-10%. Рассматривая фасадное утепление, нельзя не остановиться на утеплении помещений изнутри.

Таково уж свойство нашего народа, что во всех практических начинаниях, не взирая на объективные законы, он ищет неординарных путей, будь-то социальные революции или строительство-реконструкция зданий.

Внутреннее утепление привлекает всех своей дешевизной - затраты только на утеплитель, а его выбор достаточно широкий, так как нет необходимости в строгом соответствии критериям надежности, следовательно, стоимость утеплителя уже будет не высока при тех же теплоизоляционных показателях, отделка минимальна - любой листовой материал и обои, трудозатраты минимальны.

Снижается полезный объем помещений - это мелочи по сравнению с постоянным тепловым дискомфортом. Эти доводы были бы хороши, если бы подобное решение не противоречило закономерностям формирования нормального тепловлажностного режима конструкций.

А нормальным этот режим можно назвать только при условии ненакопления в нем влаги в холодный период года (длительность которого для Киева составляет 181 сутки -ровно половина года).

При невыполнении этого условия, то есть при конденсации парообразной влаги, которая попадает в наружную конструкцию под действием сил тепло- массообмена, в толще конструкции происходит намокание материалов конструкции и, прежде всего, теплоизоляционного слоя, теплопроводность которого при этом увеличивается, что вызывает еще большую интенсивность дальнейшей конденсации парообразной влаги. Результат - потеря теплоизоляционных свойств, образование плесени, грибков и прочие неприятности.

На графиках 1, 2 представлены характеристики тепловлажностного режима стен при их внутреннем утеплении. В качестве основной стены рассмотрена керамзитобетонная стена, в качестве теплоизолирующих слоев - наиболее часто применяемые пенобетон и ПСБ-С.

Для обоих вариантов наблюдается пересечение линий парциального давления водяного пара е и насыщенного водяного пара Е, что сигнализирует о возможности конденсации паров уже в зоне пересечения, которая находится на границе утеплитель - стена.

К чему приводит такое решение на уже эксплуатируемых зданиях, где стены находились в неудовлетворительном тепловлажностном режиме и где попытались подобным решением этот режим улучшить, видно на. Совершенно иная картина наблюдается при перемене мест слагаемых, то есть размещении слоя утеплителя на фасадной стороне стены
Необходимо отметить, что ПСБ-С является материалом с закрытопористой структурой и с низким коэффициентом паропроницаемости. Однако и для такого вида материалов, как и при использовании минераловатных плит (график 4), создаваемый при утеплении механизм термовла-гопереноса обеспечивает нормальное влажностное состояние утепляемой стены. Таким образом, если и приходится выбирать внутреннее утепление, а это может быть для зданий с архитектурной ценностью фасада, необходимо тщательно оптимизировать состав теплоизоляции, чтобы избежать или хотя бы минимизировать последствия режима.

Стены зданий колодцевой кирпичной кладки

Теплоизолирующие свойства стен определяются слоем утеплителя, требования к которому в основном обуславливаются его теплоизоляционными характеристиками. Прочностные свойства утеплителя, его устойчивость к атмосферным воздействиям для такого типа конструкций не играют определяющую роль.

Поэтому в качестве утеплителя могут использоваться плиты ПСБ-С плотностью 15-30 кг/м3, минераловатные мягкие плиты и маты. При проектировании стен такой конструкции необходимо обязательно рассчитывать приведенное сопротивление теплопередаче, учитывающее влияние сплошных кирпичных перемычек на интегральный тепловой поток через стены.

Стены зданий каркасно-монолитной схемы.

Характерной особенностью этих стен является возможность обеспечения относительно равномерного температурного поля на достаточно большой площади внутренней поверхности наружных стен.

В то же время несущие колонны каркаса являются массивными теплопроводными включениями, что обуславливает необходимость обязательной проверки соответствия температурных полей нормативным требованиям.

Наиболее распространено в качестве наружного слоя стен данной схемы использование кирпичной кладки в четверть кирпича, 0,5 кирпича или в один кирпич. При этом используется качественный импортный или отечественный кирпич, что придает зданиям привлекательный архитектурный облик.

С точки зрения формирования нормального влаж-ностного режима наиболее оптимальным является применение наружного слоя в четверть кирпича, однако это требует высокого качества как самого кирпича, так и работы по устройству кладки.

К сожалению, в отечественной практике для многоэтажных зданий не всегда может обеспечиваться надежная кладка даже в 0,5 кирпича, и потому в основном используется наружный слой в один кирпич.

Такое решение уже требует тщательного анализа тепловлажностного режима конструкций, только после которого можно принимать вывод о жизнеспособности конкретной стены. В качестве утеплителя в Украине широко используется пенобетон.

Наличие вентилируемой воздушной прослойки позволяет удалять влагу из слоя утеплителя, что гарантирует нормальный тепловлажностный режим конструкции стены.

К недостаткам этого решения следует отнести то, что в теплоизоляционном отношении совершенно не работает внешний слой в один кирпич, наружный холодный воздух напрямую обмывает утеплитель из пенобетона, что обуславливает необходимость предъявления высоких требований к его морозостойкости.

Учитывая то, что для теплоизоляции следует использовать пенобетон плотностью 400 кг/м3, а в практике отечественного производства часто наблюдается нарушение технологии, и пенобетон, используемый в таких конструктивных решениях, имеет фактическую плотность выше указанной (до 600 кг/м3), данное конструктивное решение требует тщательного контроля при монтаже стен и при приемке здания. В настоящее время разработаны и находятся в

стадии предзавод-ской готовности (строится производственная линия) перспективные тепло- звукоизоляционные и, одновременно, отделочные материалы, которые могут применяться в конструкциях стен зданий каркасно-монолитной схемы.

К таким материалам относятся плиты и блоки на основе керамического минерального материала «Сиолит». Очень интересным решением конструкций наружных стен является светопрозрачная изоляция.

При этом формируется такой тепловлажностный режим, при котором отсутствует конденсация паров в толще утеплителя, а светопрозрачная изоляция является не только тепловой изоляцией, но и источником теплоты в холодный период года.