Теплоэффективные стены зданий

Ю. Г. Граник, канд. техн. наук, ЦНИИЭП жилища

Расчеты и проектные проработки показали следующее.

Не удовлетворяют теплотехническим и экономическим критериям наружные стены сплошной (однородной) конструкции, в том числе легкобетонные, кирпичные, деревянные и ячеистобетонные. Последние, как показывает мировой опыт, могут оказаться экономически целесообразными, если будут внесены поправки в приложения 3 упомянутого СНиПа в части проведения расчетной теплопроводности в соответствии с фактически наблюдаемой в эксплуатируемых на протяжении многих лет конструкциях. По данным ЦНИИЭП жилища, НИИЖБа и ряда других организаций фактическая эксплуатационная влажность ячеистых бетонов значительно ниже установленных СНиПом 8 и 12 % для условий А и Б.

Это значит, что расчетную теплопроводность ячеистых бетонов следует назначать на существенно более низком уровне. В этом случае толщина наружных ячеистобетонных стен может составлять для центральных регионов России приемлемую толщину 55-60 см при плотности бетона 600 кг/м³.

Рисунок 1. Навесная трехслойная кирпичная стена

Следует сказать, что приложение 3 СНиПа 11-3-79* требует корректировки приведенных в нем теплотехнических характеристик ряда материалов, а также включения новых утеплителей, появившихся в последнее время в строительной практике. Такая работа Госстроем России в настоящее время ведется. Хочется пожелать, чтобы она была завершена в кратчайшие сроки.

Независимо от основного материала стен их конструкция должна быть слоистой с использованием эффективного утеплителя для теплозащиты. Расчеты и практика проектирования показали, что эффективным может считаться утеплитель, теплопроводность которого не превышает 0,09 Вт/(м·К). Необходимо отметить, что выбор эффективных утеплителей для ограждающих конструкций существенно зависит от вида строительства. Для вновь строящихся зданий можно применять эффективные утеплители как на минеральной, так и синтетической основе.

Говоря о панельных конструкциях, следует отметить, что новым теплотехническим требованиям в полной мере соответствуют только трехслойные панели с гибкими связями или в отдельных случаях с железобетонными шпонками. На первом этапе в некоторых регионах (с ГСОП<4600) могут при соответствующем обосновании применяться трехслойные панели с легкобетонными ребрами. При этом, как правило, толщина панели должна соответствовать 400-450 мм. Трехслойные панели с гибкими связями толщиной 450 мм имеют приведенное сопротивление теплопередаче в случае использования тяжелого бетона до 4,0 (м²·К)/Вт.

Существенно меняется конструкция наружных стен из кирпича. По нашим данным, колодцевая кладка кирпичных стен толщиной 770 мм при использовании утеплителя с l=0,04 Вт/(м·К) обеспечивает приведенное термическое сопротивление теплопередаче не более 2,85 (м²·К)/Вт, т. е. удовлетворяет для большинства регионов только требованиям 1 этапа.

При этом толщина внутреннего несущего слоя составляет 380 мм. Для II этапа внедрения такая стена пригодна для использования только при ГСОП<4 500, что относится только к южным регионам страны. Аналогичная слоистая кирпичная стена с гибкими связями обеспечивает теплозащиту, равную 5,05 (м²·К)/Вт, что достаточно практически для всех регионов России. Однако, несущие слоистые кирпичные стены могут применяться только в домах, высотой не более 4-5 этажей. Поэтому в многоэтажных домах необходимо применять трехслойные кирпичные стены с поэтажно навесным фасадным слоем либо целиком навесные наружные стены.

Проблему утепления стен существующих зданий технически можно решать путем их утепления либо с наружной, либо с внутренней стороны. Выполненные расчетно-аналитические и проектные разработки показали, что устройство дополнительной теплоизоляции снаружи здания защищает стену от переменного замерзания и оттаивания и других атмосферных воздействий; выравнивает температурные колебания основного массива стены, благодаря чему исключается появление в нем трещин вследствие неравномерных температурных деформаций, что особенно актуально для наружных стен из крупных панелей; благоприятствует увеличению долговечности несущей части наружной стены; сдвигает точку росы во внешний теплоизоляционный слой, благодаря чему исключается отсыревание внутренней части стены; создает благоприятный режим работы стены по условиям ее паропроницаемости, исключающей необходимость устройства специальной пароизоляции, в том числе на оконных откосах, что требуется в случае внутренней теплоизоляции; формирует более благоприятный микроклимат помещения; позволяет в ряде случаев улучшить оформление фасадов реконструируемых или ремонтируемых зданий; не уменьшает площадь помещений; обеспечивает возможность утепления зданий без создания дискомфортных условий проживания или выселения жильцов.

Недостаток этого способа состоит в необходимости устройства лесов снаружи здания.

Этого недостатка лишен способ утепления наружных стен изнутри дания. Кроме того, внутренняя теплоизоляция более выгодна для уменьшения теплопотерь в углах здания. Однако, в общем балансе теплопотерь значительно более эффективной оказывается наружная теплоизоляция и в первую очередь из-за существенного превышения суммарной длины теплопроводных включений примыканий внутренних стен и перекрытий по фасадам здания над длиной теплопроводных включений в его углах.

Рисунок 2. Утепление кирпичной стены соштукатуриванием фасадов

Если при наружной теплоизоляции потери через теплопроводные включения снижаются при утолщении слоя утеплителя и в ряде случаев его значениями можно пренебречь, то при внутренней теплоизоляции негативное влияние этих включений возрастает с увеличением толщины слоя утеплителя. В случае устройства теплоизоляции снаружи толщина слоя утеплителя может быть на 25-35 % меньше, чем для случая внутренней теплоизоляции.

Еще одним преимуществом наружной теплоизоляции является возрастание теплоаккумулирующей способности массивной части стены. Например, при наружной теплоизоляции кирпичных стен они при отключении источника тепла остывают в 6 раз медленнее стен с внутренней теплоизоляцией при одной и той же толщине слоя утеплителя. Из вышесказанного вытекает, что в первую очередь следует принимать наружную теплоизоляцию стен зданий.

Внутреннюю теплоизоляцию допустимо применять только при невозможности использования наружной при обязательном расчете и проверке годового баланса влагонакопления в конструкции.

Указанные соображения легли в основу технических решений утепления стен существующих зданий, выполненных ЦНИИЭП жилища, в частности, разработаны системы утепления с оштукатуриванием фасадов; системы утепления с защитно-декоративным экраном; системы утепления с облицовкой кирпичом или другими мелкоштучными материалами.

Системы утепления с оштукатуриванием фасадов предусматривают клеевое или механическое закрепление утеплителя с помощью анкеров, дюбелей и каркасов к существующей стене с последующим покрытием его защитными слоями.

Помимо общего требования к надежному закреплению слоев к существующей стене, в данной системе утепления обязательным по условиям годового баланса влагонакопления является требование к паропроницаемости накрывочных штукатурных слоев. В зависимости от толщины фасадных штукатурных слоев применяют две разновидности устройства системы: с жесткими и гибкими (подвижными или шарнирными) крепежными элементами (кронштейнами, анкерами), с помощью которых закрепляют плиты утеплителя к существующей стене. Первую используют при малых толщинах штукатурных слоев (8-12 мм). В этом случае температурно-влажностные деформации тонких слоев штукатурки не вызывают ее растрескивания, а нагрузка от веса может восприниматься жесткими крепежными элементами, работающими на поперечный изгиб и растяжение от ветрового отсоса.

При значительных толщинах штукатурных слоев в 20-30 мм применяют гибкие крепежные элементы, которые не препятствуют температурно-влажностным деформациям штукатурных слоев и воспринимают только растягивающие напряжения, обеспечивая передачу нагрузок от веса штукатурных слоев через плиты утеплителя на существующую стену здания.

Система утепления с жесткими крепежными элементами предусматривает устройство адгезионного (клеящего) слоя толщиной 2-5 мм, а при неровном основании 5-10 мм, с помощью которого производят выравнивание основания и наклеивание (в частности, монтажное) плит утеплителя. После их механического закрепления крепежными элементами на них наносят базовый слой штукатурки толщиной 3-5 мм, аналогичной адгезионному, и в него втапливают армирующую полимерную сетку или стеклосетку из щелочестойкого стекла. На базовый слой для его лучшего сцепления с накрывочным (отделочным) слоем, согласования цвета слоев и повышения водонепроницаемости штукатурки наносят промежуточный грунтовочный слой специального состава толщиной 2-4 мм. Отделочный слой представляет собой объемно окрашенные штукатурные массы с зернами различной крупности. В зависимости от этого толщина отделочного слоя может составлять 3-5 мм. Общая толщина штукатурных слоев, как правило, не превышает 12 мм. В этой системе необходимо по соображениям пожаробезопасности применять утеплители из негорючих материалов, например, минераловатных плит.

Возможность использования утеплителей из полимерных и других горючих материалов должна подтверждаться соответственными стандартными огневыми испытаниями с выполнением дополнительных противопожарных мероприятий.

Система утепления с гибкими крепежными элементами включает теплоизоляционный слой из плит утеплителя необходимой толщины, закрепляемых насухо к утепляемой стене путем накалывания их на гибкие кронштейны, а также фиксации с помощью армирующей металлической сетки и шпилек с последующим покрытием двумя или тремя слоями штукатурки.

В качестве утеплителя могут использоваться такие материалы, как пенополистирол, пеноизол и т. п., поскольку толщина защитно-декоративных слоев штукатурки, равная 25-30 мм, как правило, достаточна для обеспечения необходимой пожаробезопасности. Наиболее распространено применение в этой системе в качестве утеплителя полужестких минераловатных плит на синтетическом связующем. Плиты утеплителя устанавливают с соблюдением правил перевязки швов: смещение швов по горизонтали, зубчатая перевязка в углах здания, обрамление оконных проемов плитами с вырезами "по месту" и т. п.

Крепежные элементы (винты, кронштейны, шпильки) выполняют из коррозионно-стойкой стали, а армирующую сетку с размером ячеек 20х20 мм - из стали с гальваническим оцинкованием поверхности. На поверхности плит утеплителя для сцепления с ним и закрытия армирующей сетки, шпилек и гибких кронштейнов наносят слой "обрызга" толщиной 7-8 мм из растворной смеси на цементно-известковом вяжущем. После затвердевания (схватывания) слоя "обрызга" на него наносят грунтовочный слой толщиной 10 мм, обеспечивающий защиту плит от атмосферных воздействий и металлических деталей от коррозии, а затем накрывочный защитно-декоративный слой.

Системы утепления с защитно-декоративным экраном вследствие, как правило, его недостаточной паропроницаемости, выполняют с воздушным вентилируемым зазором между утеплителем и экраном. По этой причине такая система утепления называется "вентилируемый фасад". В этих системах за счет вентиляции обеспечивается снижение влажности утеплителя и существующей стены, что способствует повышению общего термического сопротивления стены и улучшению температурно-влажностного режима помещения, а также повышению воздухообмена через наружную стену. Защитный экран не только предохраняет утеплитель от механических повреждений, атмосферных осадков, а также ветровой и радиационной эррозии, но и позволяет придать фасадам разнообразную выразительность за счет использования различных типов конструкций, форм, фактур и цветов отделки облицовочных элементов. При этом появляется возможность легко ремонтировать и обновлять "одежду" фасадов.

Для изготовления экранов применяют металл (сталь или алюминий), асбестоцемент, стеклофибробетон, пластмассы и другие материалы. В качестве экранов используют также крупноразмерные панели, состоящие, например, из внешней декоративной алюминиевой оболочки, заполненной пенополиуретаном. Толщина панелей 25 и 50 мм при ширине 500 мм и высоте до 18 м. Использование экранов из различного рода листов плитных и линейных элементов позволяет круглогодично выполнять работы по утеплению фасадов и индустриализировать их проведение, что представляется весьма важным, учитывая огромное количество зданий, подлежащих утеплению. При этом обеспечивается повышение качества и долговечности наружной отделки зданий.

Системы утепления с облицовкой кирпичом или другими мелкоштучными материалами обладают достаточной паропроницаемостью и не требуют обязательного устройства вентилируемого воздушного зазора. В то же время из-за различных механических и температурно-влажностных деформаций основной стены и облицовочного кирпичного слоя высота последнего ограничивается 2-3 этажами. Поэтому при утеплении зданий большей этажности при облицовке кирпичом основная проблема заключается в организации поэтажно навешиваемого облицовочного слоя.

Утепление стен малоэтажных деревянных домов можно выполнять с использованием любой из вышеперечисленных систем. При этом практически нет пожарных ограничений к используемым материалам, что значительно расширяет их номенклатуру, позволяет использовать для отделки фасадов обшивочные доски, а в качестве утеплителей такие материалы, как пенополистиррл, пеноизол и т. п.

Переход на новые теплотехнические нормативы не сопряжен со значительным удорожанием стен строящихся зданий. На II этапе внедрения имеет место небольшое удорожание наружных стен на 0,5-1,5 %. Однако экономия тепла составляет 30-35 %.

Применение новых более теплоэффективных окон и балконных дверей вызывает более существенное удорожание, примерно на 16 у. е./м² общей площади.

Стоимость утепления наружных стен существующих зданий в значительной степени зависит от принятого конструктивного варианта. Наиболее дешевым является вариант утепления с оштукатуриванием фасадных поверхностей (19 у. е./м² общей площади), при облицовке же кирпичом стоимость работ по утеплению возрастает на 30 %, а при применении декоративных экранов ("вентилируемый фасад") стоимость возрастает в 1,8-2 раза (в зависимости от стоимости используемых экранов).

Расчеты показывают, что за счет экономии тепла увеличение единовременных затрат во вновь строящихся зданиях окупается в течение 7-8 лет, а в существующих домах - в течение 12-15 лет.

Тел. (095) 976-4817