Теплоэффективные стены жилых и общественных зданий

Ю. Г. Граник, доктор техн. наук, директор по научной деятельности ОАО ЦНИИЭП жилища

На основе этих разработок институт выпустил альбомы разных конструкций наружных стен, отвечающих требованиям СНиП II-3-79*, для нового строительства, технические решения и проекты утепления наружных ограждений реконструируемых зданий и «Рекомендации по проектированию навесных фасадных систем с вентилируемым воздушным зазором для нового строительства и реконструкции зданий».

В разработанных ЦНИИЭП жилища альбомах технических решений представлены конструкции, выполняемые из крупных панелей и блоков, кирпича, ячеистого бетона, применительно к зданиям разной этажности и конструктивных систем. В каждом альбоме имеется пояснительная записка, содержащая конструктивный, теплотехнический и экономический разделы, расчетные таблицы теплотехнических показателей для различных условий, чертежи панелей и конструкций наружных стен, узлов и деталей применительно к условиям разных регионов России.

Проведенные разработки показали, что новым теплотехническим нормативам удовлетворяют только слоистые конструкции наружных стен, в которых применен эффективный утеплитель, расчетный коэффициент теплопроводности которого не превышает 0,09 Вт/(м•К). Исключение составляют однослойные стены из ячеистого бетона, плотность которого не превосходит 600 кг/м³, а также стены из полистиролбетона.

Институтом разработаны технические решения и методы расчета получивших в последнее время достаточно широкое распространение фасадных систем, включающих:

- системы с оштукатуриванием фасадов;

- системы с защитно-декоративным экраном, в том числе с вентилируемым воздушным зазором;

- системы с облицовкой кирпичом или другими мелкоштучными материалами.

Эти системы применяются как в новом строительстве, так и при реконструкции зданий.

Подробно об этих системах сказано в статье «Теплоэффективные стены зданий» (Энергосбережение. 2001. № 2. С. 22–24).

Системы с защитно-декоративным экраном и вентилируемым воздушным зазором отличаются большим разнообразием, высокими архитектурно-художественными качествами и, в отличие от систем с оштукатуриванием фасадов, возможностью осуществлять их монтаж в любое время года. Сдерживающими факторами, препятствующими их широкому распространению, являются повышенная трудоемкость и стоимость. Стоимость фасадных систем с вентилируемым воздушным зазором зависит от многих факторов, в том числе от размеров здания, структурного решения фасадов, оборудования и оснастки, применяемых для монтажа стены, а также структуры подрядной организации и ее коммерческой политики. В связи с этим конечная стоимость системы может колебаться в значительных пределах.

В целях экономической оценки таких систем в табл. 1 приведены прямые затраты, приходящиеся на 1 м² стены на рядовом участке фасада.

Затраты приведены поэлементно (стоимость элементов несущего каркаса, включая крепеж, стоимость утеплителя, стоимость облицовочного материала и стоимость монтажа) для всех рассматриваемых систем. Данные для таблицы, включая стоимость материалов, предоставлены фирмами-разработчиками систем.

Наибольшее распространение в московском многоэтажном строительстве получили ненесущие слоистые наружные стены с облицовкой кирпичом, средним слоем из эффективного утеплителя (как правило, плит пенополистирола) и внутренним слоем из кирпича или мелкоштучных (ячеистобетонных) блоков. Значительными преимуществами этих стен являются возможность их устройства изнутри здания без возведения наружных лесов или подвесных подмостей, а также долговечность фасадного слоя из облицовочного кирпича.

Недостатки таких стен связаны с их цветовым и фактурным однообразием и, как следствие этого, невысокими архитектурно-художественными качествами.

В связи с этим институт по заданию Москомархитектуры разработал технические решения разнообразных индустриальных стеновых систем с защитно-декоративными экранами из железобетона, фибробетона, гнутых оцинкованных стальных профилей и традиционных отделочных материалов, не требующих сооружения монтажных лесов и подвесных подмостей. Эти системы могут применяться в панельных, монолитных и каркасных зданиях различной этажности.

	Рисунок 1. (увеличить) Составная панель с фасадной скорлупой
	Рисунок 2. (увеличить) Варианты составных панелей наружных стен с архитектурными накладными деталями
	Рисунок 3. (увеличить) Стеновая система с плоским железобетонным защитно-декоративным экраном

Кроме того, для повышения индустриальности монтажа наружных стен разработаны конструкции так называемых составных панелей наружных стен, которые собирают из наружной (фасадной) и внутренней железобетонных скорлуп посредством гибких разъемных связей с устройством между ними утепляющего слоя (рис. 1). В качестве эффективных утеплителей может использоваться гамма плитных, заливочных и рулонных материалов, в том числе тех, которые при изготовлении традиционных трехслойных панелей не могут быть применены из-за воздействия на них технологических нагрузок и тепловлажностной обработки. Разработаны конструкции составных панелей наружных стен с устройством в утепляющем слое теплоотражающих экранов в сочетании с воздушным зазором, что позволяет существенно уменьшить расход утеплителя и толщину среднего слоя.

Фасадную скорлупу, помимо железобетона, можно выполнять из фибробетона и даже небетонных материалов с отделкой различными декоративными листовыми материалами. Внешнего разнообразия составных наружных стен можно достигнуть также за счет применения архитектурных накладных деталей, которые надежно присоединяют к фасадной скорлупе с помощью металлических выпусков, пропускаемых через соответствующие отверстия и закрепляемых с внутренней стороны этой скорлупы. Архитектурные накладные детали могут изготовляться как из бетонных, так и небетонных материалов (пенополистирола, полиуретана и др.). На рис. 2 представлены составные панели наружных стен с архитектурными накладными деталями.

Разработаны варианты несущих и навесных составных панелей.

Еще одним значительным преимуществом этих панелей является то, что их теплозащитные характеристики можно варьировать в широких пределах без изменения форм и бортоснастки за счет изменения длины разъемных связей и толщины утепляющего слоя.

Проведенные исследования на натурных образцах панелей позволили отработать надежную конструкцию разъемных связей и деталей их заанкеривания в железобетонных скорлупах.

Расчеты показали, что составные панели могут эффективно применяться во всех регионах страны. При этом можно обеспечить переход на требуемые теплотехнические нормативы без замены существующего парка форм и бортовой оснастки.

Изготовление составных панелей наружных стен может быть организовано на действующих технологических линиях и на предложенных ЦНИИЭП жилища полуконвейерных формовочных линиях.

Составные панели наружных стен вошли в «Рекомендации по перепрофилированию мощностей полносборного домостроения на выпуск экономичных конструкций, материалов и изделий для жилищного строительства» Госстроя России.

Стеновая система с защитно-декоративными экранами представляет собой слоистую конструкцию (рис. 3) и включает экран в виде плоской или ребристой железобетонной, либо фибробетонной панели, а также панели на основе металлического каркаса. Эти панели высотой на этаж могут иметь длину на конструктивную ячейку либо на ее часть, например, на простенок. Это позволяет выполнять фасад плоским, криволинейным, с эркерами и т. п. При экране в виде плоской панели за ним устраивают воздушный 60 мм зазор, затем слой утеплителя из минераловатных плит расчетной толщиной и, наконец, внутренний слой из ячеистобетонных блоков толщиной 100–200 мм, либо кирпича толщиной 120 мм, либо закрепляемых на каркасе гипсокартонных или гипсоволокнистых плит в 2 слоя.

Возведение наружных стен начинают с монтажа фасадной панели, предварительно изготовленной на предприятии. Панель у верхней и нижней граней имеет прямоугольные гнезда, в которые входят консольные выступы нижней и верхней плит перекрытий. Величина консольных выступов такова, что между внутренней поверхностью панели и наружной гранью плит перекрытий образуется воздушный зазор требуемой величины (60 мм). Над / под каждым прямоугольным гнездом имеется резьбовой выпуск, а в консоле перекрытия – отверстие, в котором устанавливают двустороннюю шпильку. Резьбовые концы шпилек и выпусков соединяют уголковой накладкой с отверстиями. Окончательная фиксация фасадной панели в рабочем положении производится после установки уголковых накладок и креплении их наворачиванием на шпильки гаек с шайбами. Резьбовые выпуски панели, шпильки и уголковые накладки выполняют из коррозионностойкой стали.

После окончания монтажа фасадной панели приступают к установке утепляющего слоя из минераловатных плит. Утепляющий слой монтируют из изготовленных заранее блоков утеплителя. Блок утеплителя изготавливают из соответствующего размера плит утеплителя, которые размещают между двух арматурных сеток из проволоки диаметром 3 мм с ячейкой 200–250 мм. Сетки блока связывают между собой арматурными стержнями, расположенными поперек слоя утеплителя, протыкая минераловатные плиты. Длина отдельных поперечных стержней увеличена на размер воздушного зазора. Конец такого стержня загнут под углом 900. Это обеспечивает гарантированный воздушный зазор между фасадной панелью и слоем утеплителя. При этом слой утеплителя не прерывается внутренними поперечными стенами, которые доводятся только до его внутренней поверхности, а в перекрытии, для снижения через него теплопередачи, устроены проемы, в которые уложен минераловатный утеплитель. Такое решение теплозащиты помещений применяется и в остальных вариантах слоистых наружных стен.

После монтажа утепляющего слоя приступают к кладке внутреннего слоя из ячеистобетонных блоков или кирпича с последующей их штукатуркой.

При устройстве внутреннего слоя из гипсокартонного листа блоки утеплителя должны выполняться заключенными не в арматурную сетку, а в металлический каркас из гнутых профилей соответствующего размера. Это позволяет крепить листы гипсокартона саморезами к полкам гнутых профилей.

Заключительным этапом монтажа наружной стены каждой конструктивной ячейки является установка в проектное положение оконных и балконных блоков и устройство откосов, сливов и т. п.

Такие конструкции и последовательность работ позволяют все операции по монтажу наружных стен выполнять из внутренних помещений строящегося здания.

Ребристую панель с облицовочным слоем из плитных или листовых декоративных материалов изготавливают заранее на предприятии железобетонных изделий. С внешней стороны панели расположены преимущественно вертикальные ребра, снабженные замоноличенными в них дюбелями для крепления облицовочного слоя. Воздушный зазор толщиной более 70 мм (за счет высоты ребер) образован между диафрагмой панели и облицовочным слоем.

С внутренней стороны панели у ее верхней и нижней граней расположено по одному горизонтальному ребру. Нижним ребром панель опирается на нижележащее перекрытие по всей его длине. В верхнем и нижнем ребрах предусмотрены резьбовые выпуски для связи панели с перекрытием.

В этом варианте, а также в варианте с фасадной панелью на основе металлического каркаса в перекрытиях отсутствуют консольные выступы. Слой утеплителя примыкает непосредственно к фасадной панели, благодаря этому утеплитель железобетонной плитой отделен от воздушного зазора, что позволяет в качестве утеплителя применять плиты пенополистирола, которые значительно дешевле минераловатного утеплителя. В этом варианте утеплитель можно монтировать одновременно, но с некоторым опережением кладки внутреннего слоя из ячеистобетонных блоков или кирпича.

Вместо ребристой железобетонной панели можно применять экран на основе металлического каркаса с облицовкой декоративными плитными или листовыми материалами. Воздушный зазор в этом случае образуется между слоем облицовки и утеплителем. Изготовление таких экранов предусматривается на предприятии либо в мастерских при стройплощадке. Соединение деталей каркаса и крепление облицовки осуществляют саморезами, отрывными заклепками и т. п.

Приведенные варианты конструкций наружных стен выполнены с применением различных стеновых и утепляющих материалов: сборных железобетонных плоских и ребристых панелей, кирпича, мелких ячеистобетонных блоков, гипсокартонных листов, гнутых профилей из листовой оцинкованной стали, минераловатных и пенополистирольных плит утеплителя и некоторых других. При этом составные панели изготавливают на заводах железобетонных изделий, а в вариантах слоистых наружных стен в условиях стационарного производства – только внешние слои этих конструкций.

Учитывая, что конечная стоимость строительной продукции зависит от многих организационных и коммерческих факторов и может колебаться в значительных пределах, экономическая оценка вариантов конструкций произведена по прямым затратам, включающим стоимость применяемых в каждом варианте стеновых материалов (без стоимости заполнения оконных и балконных проемов). В табл. 2 приведены прямые затраты на устройства различных вариантов наружных стен. При этом при определении затрат по отдельным слоям учитывалась как стоимость самих материалов, так и затраты по устройству слоя на строительной площадке. Для сравнения приведена отпускная цена трехслойной панели наружной стены с дискретными связями.

Для определения стоимости показателей по вариантам конструкций наружных использовались следующие данные:

- стоимость трехслойной железобетонной наружной стеновой панели принята по данным УПП Главмосстроя на март 2002 года;

- стоимость материалов и строительных работ принята по данным сборника коэффициентов пересчета сметной стоимости строительно-монтажных работ для Москвы. 4.1. Вып. 03/2002-84;

- стоимость отдельных материалов принята по данным коммерческого сборника «Строительные материалы», № 23.