ТехЛиб СПБ УВТ

Дедюхова Екатерина

На решение вопроса теплозащиты зданий и были направлены постановления, принятые в последние годы. Постановлением N 18-81 от 11.08.95 Минстроя РФ введены изменения к СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника», где в значительной степени увеличивались требуемые сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций зданий. Учитывая сложность поставленной задачи в экономическом и техническом плане, было намечено двухэтапное введение повышенных требований к теплопередаче при проектировании и строительстве объектов. Постановление Госстроя РФ N 18-11 от 02.02.98 «О теплозащите строящихся зданий и сооружений» устанавливает конкретные сроки выполнения решений по вопросам энергосбережения. Практически во всех объектах, начатых строительством, будут применяться меры по повышению теплозащиты. С 1 января 2000 г. строительство объектов должно осуществляться с выполнением требований по сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций в полном объеме, при проектировании с начала 1998 г. следует применять показатели изменения N 3 и №4 к СНиП II-3-79, соответствующие второму этапу.

Первый опыт реализации решений по теплозащите зданий поставил ряд вопросов перед конструкторами, производителями и поставщиками строительных материалов и изделий. В настоящее время нет устоявшихся, проверенных временем конструктивных решений утепления стен. Понятно, что решение проблем теплозащиты простым увеличением толщины стен не целесообразно ни с экономической, ни с эстетической точек зрения. Так, толщина кирпичной стены при выполнении всех требований может достигать 180 см.

Поэтому следует искать решение в применении композиционных конструкций стен с использованием эффективных теплоизоляционных материалов. Для незавершенных строительством и реконструируемых зданий в конструктивном плане решение принципиально можно представить в двух вариантах — утеплитель располагают с внешней стороны несущей стены или с внутренней. При расположении утеплителя внутри помещения сокращается объем помещения, а пароизоляция утеплителя, особенно при использовании современных конструкций окон с низкой воздухопроницаемостью, приводит к увеличению влажности внутри помещения, возникают мостики холода в местах сопряжения внутренних и внешних стен.

На практике признаками непродуманности в решении этих вопросов являются запотевшие окна, отсыревшие стены с нередким появлением плесени, высокая влажность в помещениях. Помещение превращается в своего рода термос. Возникает необходимость в устройстве принудительной вентиляции. Так, мониторинг жилого дома по проспекту Пушкина, 54 в Минске после его тепловой санации, позволил установить, что относительная влажность в жилых помещениях повысилась до 80% и более, то есть в 1,5-1,7 раза превысила санитарные нормы. По этой причине жильцы вынуждены открывать окна и проветривать жилые комнаты. Таким образом, установка герметичных окон при наличии приточно-вытяжной системы вентиляции значительно ухудшила качество воздушной среды в помещениях. Кроме того, много проблем уже возникает при эксплуатации таких заданий.

Если при наружной теплоизоляции теплопотери через теплопроводные включения снижаются при утолщении слоя утеплителя и в ряде случаев ими можно пренебречь, то при внутренней теплоизоляции негативное влияние этих включений возрастает с увеличением слоя толщины утеплителя. По данным французского исследовательского центра CSTB в случае устройства теплоизоляции снаружи толщина слоя утеплителя может быть на 25-30% меньше, чем для случая внутренней теплоизоляции. Внешнее расположение утеплителя на сегодня более предпочтительно, но пока нет материалов и конструктивных решений, которые в полной мере обеспечивали бы пожарную безопасность здания.

Чтобы сделать теплый дом из традиционных материалов — кирпича, бетона или дерева, — надо увеличивать толщину стен более чем в два раза. Это сделает конструкцию не только дорогой, но и очень тяжелой. Реальный выход — применение эффективных теплоизоляционных материалов.

В качестве основного способа повышения теплоэффективности ограждающих конструкций для кирпичных стен сегодня предлагается утепление в виде устройства наружной теплоизоляции, не уменьшающей площадь внутренних помещений. В некоторых аспектах она является эффективней внутренней из-за существенного превышения суммарной длины теплопроводных включений в местах примыканий внутренних перегородок и перекрытий к наружным стенам по фасаду здания над длиной теплопроводных включений в его углах. Недостаток наружного способа теплоизоляции состоит в трудоемкости и дороговизне технологии, необходимости устройства лесов снаружи здания. Не исключается и последующего оседание утеплителя.

Внутренняя теплоизоляция более выгодна при необходимости уменьшении теплопотерь в углах здания, но предусматривает множество дополнительных дорогостоящих работ, например, устройство специальной пароизоляции на оконных откосах

 Теплоаккумулирующая способность массивной части стены при наружной теплоизоляции с течением времени возрастает. По данным фирмы «Karl Epple Gmbh» при наружной теплоизоляции кирпичные стены остывают при отключении источника тепла в 6 раз медленнее стен с внутренней теплоизоляцией при одной и той же толщине утеплителя. Эту особенность наружной теплоизоляции можно использовать для экономии энергии в системах с регулируемой подачей тепла, в том числе за счет ее периодического отключения.. Теплоаккумулирующая способность утепленных снаружи массивных стен может дать экономию тепла до 18% при южной ориентации светопрозрачных ограждений.. Поэтому при реконструкции, особенно в случае ее проведения без выселения жильцов, наиболее приемлемым вариантом будет дополнительная наружная теплоизоляция здания, в функции которой входят:

• защита ограждающих конструкций от атмосферных воздействий;
  
• выравнивание температурных колебаний основного массива стены, т.е. от неравномерных температурных деформаций;
  
• создание благоприятного режима работы стены по условиям ее паропроницаемости;
  
• формирование более благоприятный микроклимата помещения;
• архитектурное оформление фасадов реконструируемых зданий.
  

При исключении негативного влияния атмосферных воздействий и конденсируемой влаги на конструкции ограждения увеличивается общая долговечность несущей части наружной стены.

До устройства наружного утепления зданий предварительно необходимо провести обследование состояния фасадных поверхностей с оценкой их прочности, наличия трещин и т.п., поскольку от этого зависит порядок и объем подготовительных работ, определение расчетных параметров, например, глубина заделки дюбелей в толще стены.

Тепловая санация фасада предусматривает утепление стен эффективными утеплителями с коэффициентом теплопроводности, равном 0,04; 0,05; 0,08 Вт/м´°С. При этом фасадная отделка выполняется в нескольких вариантах:

— кирпичная кладка из лицевого кирпича;

— штукатурка по сетке;

— экран из тонких панелей, устанавливаемый с зазором по отношению к утеплителю (система вентилируемого фасада)

На затраты по утеплению стен влияют конструктивное решение стены, толщина и стоимость утеплителя. Наиболее экономичным является решение со штукатуркой по сетке. По сравнению с облицовкой кирпичом стоимость 1м² такой стены ниже на 30-35%. Значительное удорожание варианта с лицевым кирпичом обусловлено как более высокой стоимостью наружной отделки, так и необходимостью устройства дорогих металлических опор и креплений (15-20 кг стали на 1м² стены).

Наибольшую стоимость имеют конструкции, с вентилируемым фасадом. Удорожание по сравнению с вариантом облицовки кирпичом составляет порядка 60%. Это обусловлено, в основном, высокой стоимостью фасадных конструкций, с помощью которых осуществляется установка экрана, стоимостью самого экрана и аксессуаров крепления. Снижение стоимости таких конструкций возможно путем совершенствования системы и применения более дешевых отечественных материалов.

Тем не менее, эффективной считается изоляция, выполненная плитами URSA в полости наружной стены. При этом ограждающая конструкция состоит из двух кирпичных стен и укрепленных между ними теплоизоляционных плит URSA. Плиты URSA фиксируются с помощью анкеров, заложенных в швы кирпичной кладки. Между теплоизоляционными плитами и стеной устраивается паробарьер для предотвращения конденсации водяного пара.

 

Утепление ограждающих конструкций снаружи при реконструкции может производиться с помощью теплоизоляционной связующей системы «Фасолит-Т», состоящей из плит URSA, стеклянной сетки, строительного клея и фасадной штукатурки. При этом плиты URSA являются как теплоизоляционным, так и несущим элементом. С помощью строительного клея плиты приклеиваются к наружной поверхности стены и крепятся к ней механическими фиксаторами. Затем на плиты наносится армирующий слой строительного клея, по которому укладывается стеклянная сетка. На нее вновь накладывается слой строительного клея, по которому пойдет заключительный слой фасадной штукатурки.

Теплоизоляция стен снаружи может быть произведена с помощью особо жестких плит URSA, закрепляемых на деревянном или металлическом каркасе наружной стены механическими фиксаторами. Затем, с определенным расчетами зазором выполняется облицовка, например, кирпичная стена. Эта конструкция позволяет создавать вентилируемое пространство между облицовкой и теплоизоляционными плитами.

Теплоизоляция внутренних стен в полости с воздушным зазором может быть произведена путем устройства «трехслойной стены». При этом вначале возводится стена из обычного красного кирпича. Теплоизоляционные плиты URSA с гидрофобизированной обработкой насаживаются на проволочные анкеры, предварительно заложенные в кладку несущей стены, и прижимаются шайбами.

С определенным теплотехническим расчетом зазором далее сооружается стена, выходящая, к примеру, в подъезд, лоджию или террасу. Ее рекомендуется выполнять из облицовочного кирпича с расшивкой, чтобы не затрачивать дополнительные средства и усилия на обработку наружных поверхностей. При обработке желательно обращать внимание на хорошую стыковку плит, тогда можно избежать мостиков холода. При толщине изоляции URSA 80 мм рекомендуется двухслойная укладка в перевязку со смещением. Изоляционные плиты должны быть продавлены без повреждений через проволочные анкеры, выступающие горизонтально из несущей верхней стены.

Крепления к минераловатному утеплителю URSA немецкого концерна «PFLEIDERER»

Для примера рассмотрим наиболее приемлимый по стоимости вариант с оштукатуриванием фасадного слоя утеплителя. Этот способ прошел полную сертификацию на территории Российской федерации, в частности – система «Изотех» ТУ 5762-001-36736917-98. Это система с гибкими крепежными элементами и минераловатными плитами типа Rockwooll (Роквул), производимыми в Нижнем Новгороде.

Следует отметить, что минеральная вата Rockwool, являясь волокнистым материалом, способна уменьшить влияние одного из наиболее раздражающих факторов в нашем ежедневном окружении — шума.Как известно, намокший изоляционный материал в значительной степени теряет свои тепло- и звукоизоляционные свойства.

Импрегнированная минеральная вата Rockwool — водоотталкивающий материал, хотя и имеет пористую структуру. Только в сильный дождь могут намокнуть несколько миллиметров верхнего слоя материала, влага из воздуха практически не проникает во внутрь.

В отличие от изоляции Rockwool, плиты URSA ПЛ, ПС, ПТ (по рекламным проспектам также обладающие эффективными водоотталкивающими свойствами) не рекомендуется оставлять незащищенными на время длительных  перерывов в работе, следует закрывать незаконченную кирпичную кладку от дождя, поскольку влага, попадающая между передней и задней оболочками кладки, высыхает очень медленно и наносит непоправимый ущерб структуре плит.

Констуктивная схема системы ИЗОТЕХ:

1.Грунтовочная эмульсия ИЗОТЕХ ГЭ.
2 Клеевой раствор ИЗОТЕХ КР.
3. Дюбель полимерный.
4 Теплоизоляционные панели.
5Армирующая сетка из стекло-волокна.
6.Грунтовочный слой под штукатурку ИЗОТЕХ ГР.
7. Декоративный штукатурный слой ИЗОТЕХ ДС.

 

 

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

Исходные данные для теплотехнического расчета примем по приложению 1 СНиП 2.01.01-82 «Схематическая карта климатического районирования территории СССР для строительства». Строительно-климатическая зона Ижевска – Iв, зона влажности – 3 (сухая). Учитывая влажностный режим помещений и зону влажности территории, определяем условия эксплуатации ограждающих конструкций – группа А.

Необходимые для расчетов климатические характеристики для г.Ижевска из СНиП 2.01.01-82 представлены ниже в табличной форме.

Температура и упругость водяного пара наружного воздуха

 

 

При технических расчетах утепления не рекомендуется определять общее приведенное сопротивление теплопередаче наружного ограждения как сумму приведенных сопротивлений теплопередаче существующей стены и дополнительно устраиваемого утепления. Это обусловлено тем, что влияние существующих теплопроводных включений существенно изменяется в сравнении с вычисленным первоначально.

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций R₍₀₎ следует принимать в соответствии с заданием на проектирование, но не менее требуемых значений, определяемых исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий, принятых на втором этапе энергосбережения. Определим показатель ГСОП (градусо-сутки отопительного периода):
    ГСОП = (t_в – t_от.пер.)´z_от.пер. ,

где     t_в
– расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая по СНиП 2.08.01-89;

t_от.пер, z_от.пер. – средняя температура, °С и — продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8°С суток.

Отсюда ГСОП = (20-(-6)) ´ 223 = 5798.

 

Фрагмент таблицы 1б*(К) СНиП II-3-79*

 

 

Методом интерполяции определяем минимальное значение R_(o)тр,: для стен- 3,44 м²´°С /Вт; для чердачных перекрытий- 4,53 м²´°С /Вт; для окон и балконных дверей- 0,58 м²´°С
/Вт.

Расчет утеплителя и теплотехнических характеристик кирпичной стены производится на основании предварительного расчета и обоснования принятой толщины утеплителя.

Теплотехнические характеристики материалов стены

 

    Где х – неизвестная толщина слоя утеплителя.

Определим требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций: R_o^тр ,   установив:     

   n — коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной

     поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху;

    t_в — расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая согласно      ГОСТ 12.1.005-88 и нормам проектирования жилых зданий;

    t_н— расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92;

    Dt^н — нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха

     и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции;

    a_в — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций;

     Отсюда R_o^тр = = 1,552

Так как условием выбора R_o^тр является максимальное значение из полученного по расчету или табличного значения, окончательно принимаем табличное значение R_o^тр = 3,44 .

Термическое сопротивление ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев. Для определения толщины утепляющего слоя воспользуемся формулой:

 

    R_o^тр ≤ + S + ,        

где     a_в — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций;

    d_i — толщина слоя, м;

    l_i — расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м·°С);

    a_н — коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²´°С).

Безусловно, значение х должно быть минимальным для экономии средств, поэтому необходимое
значение величины утепляющего слоя можно выразить из предыдущих условий, получая в результате х ³ 0,102 м.

Принимаем толщину минераловатной плиты равной 100мм, что кратно толщине выпускаемых изделий марки П175 (50, 100 мм).

Определяем фактическое значение R_o^ф = 3,38 , это на 1,7% меньше R_o^тр = 3,44 , т.е. укладывается в допустимое отрицательное отклонение 5% .

Приведенный выше расчет является стандартным и подробно описан в СНиП II-3-79*. Подобную методику использовали и авторы ижевской программы по реконструкции зданий серии 1-335. При утеплении панельного здания, имеющего меньшее начальное R_o, ими был принят утеплитель из пеностекла производства АО «Гомельстекло» по ТУ 21 БССР 290-87 с толщиной d = 200 мм и коэффициентом теплопроводности l = 0,085. Полученное при этом т дополнительное сопротивление теплопередаче выражается следующим образом:

R_доп = = = 2,35 , что соответствует сопротивлению теплопередачи утепляющего слоя толщиной 100мм из минераловатного утеплителя R=2,33 с точностью до (-0,86%). С учетом более высоких начальных характеристик кирпичной кладки толщиной 640 мм в сравнении с стеновой панелью здания серии 1-335 можно сделать вывод, что полученное нами общее сопротивление теплопередачи выше и соответствует требованиям СниП.

В многочисленных рекомендациях ЦНИИП ЖИЛИЩЕ приводится более сложный вариант расчета с разбивкой стены на участки с разными термическими сопротивлениями, например, в местах опирания плит перекрытия, надоконных перемычек. Для здания серии 1-447 вводится до 17 участков на расчетной площади стены, ограниченной высотой этажа и расстоянием повторяемости элементов фасада, влияющих на условия теплопередачи (6м). В СНиП II-3-79* и других рекомендациях подобные данные не приводятся

В расчеты для каждого участка при этом вводится коэффициент тепловой неоднородности, который учитывает непараллельные вектору теплового потока потери стен в местах устройства оконных и дверных проемов, а также влияние на потери соседних участков с меньшим термическим сопротивлением. По этим расчетам для нашей зоны пришлось бы использовать аналогичный минераловатный утеплитель толщиной не менее 120мм. Это означает, что с учетом кратности выпускаемым размерам минераловатных плит с необходимой средней плотностью r > 145 кг/м³ (100, 50мм), согласно ТУ 5762-001-36736917-98, потребуется введение утепляющего слоя, состоящего из 2-х плит толщиной 100 и 50 мм. Это не только удвоит стоимость тепловой санации, но и усложнит технологию.

Компенсировать возможное минимальное несоответствие толщины теплоизоляции при сложной схеме расчета можно незначительными внутренними мерами сокращения тепловых потерь. К ним относят: рациональный выбор элементов оконного заполнения, качественное уплотнение оконных и дверных проемов, устройство отражающих экранов с нанесенным теплоотражающим слоем за радиатором отопления и т.п. Возведение отапливаемых площадей в мансардном этаже также не влечет за собой увеличения общего (существовавшего до реконструкции) энергопотребления, поскольку, по сведениям производителей и организаций, выполняющих утепление фасадов, затраты на отопление даже снижаются от 1,8 до 2,5 раз.

Расчет тепловой инерции наружной стены начинают с определения тепловой инерции D ограждающей конструкции:

   D = R₁´S₁ + R₂´S₂ + … +R_n´S_n ,    

где     R – сопротивление теплопередаче i-го слоя стены

    S — теплоусвоение Вт / (м ´°С),

отсюда D
= 0,026´9,60 + 0,842´9,77 + 2,32´1,02 + 0,007´9,60 = 10,91.

Расчет теплоаккумулирующей способности стены Q проводят с целью исключения слишком быстрого и чрезмерного нагревания охлаждения внутренних помещений.

Различают внутреннюю теплоаккумулирующую способность Q_в (при перепаде температур изнутри наружу — зимой) и наружную Q_н (при перепаде температур снаружи внутрь — летом). Внутренняя теплоаккумулирующая способность характеризует поведение стены при колебаниях температуры на её внутренней стороне (отключение отопления), наружная — на наружной (солнечная радиация). Микроклимат помещений тем лучше, чем больше теплоаккумулирующая способность ограждений. Большая внутренняя теплоаккумулирующая способность означает следующее: при выключении отопления (например, ночью или при аварии) температура внутренней поверхности конструкции снижается медленно и долгое время она отдает теплоту охлажденному воздуху помещения. В этом состоит преимущество конструкции с большим Q_в. Недостатком является то, что при включении отопления такая конструкция долго прогревается. Внутренняя теплоаккумулирующая способность возрастает с увеличением плотности материала ограждения. Легкие теплоизоляционные слои конструкции следует размещать ближе к наружной поверхности. Размещение теплоизоляции изнутри приводит к снижению Q_в. Ограждения с малым Q_в быстро прогреваются и быстро остывают, поэтому такие конструкции целесообразно применять в помещениях с кратковременным пребыванием людей. Общая теплоаккумулирующую способность Q = Q_в + Q_н. При оценке альтернативных вариантов ограждений предпочтение следует отдавать конструкциям с большей Q_в.

Вычисляет плотность теплового потока вычисляем 

   q = = 15,98 .                        

     Температура внутренней поверхности:

    t_в = t_в – ,    t_в = 20 – = 18,16 °С.                               

 Температура наружной поверхности:

    t_н = t_н + ,    t_н = -34 + = -33,31°С.                        

Температура между слоем i и слоем i+1 (слои – изнутри наружу):

   t_i+1 = t_i — q´R_i ,

где R_i – сопротивление теплопередаче i – го слоя, R_i = .

Внутренняя теплоаккумулирующая способность выразится:

    Q_в = S с_i´r_i´d_i´(t_iср — t_н),                             

где     с_i – теплоемкость i-го слоя,     кДж/(кг´°С)

    r_i – плотность слоя по таблице 1,    кг/м³

    d_i – толщина слоя, м

    t_{i ср} — средняя температура слоя,°С

    t_н – расчетная температура наружного воздуха, °С

    Q_в = 0,84´1800´0,02´(17,95-(-34)) + 0,88´1800´0,64´(11,01-(-34))

         + 0,84´175´0,1´(-14,30-(-34)) + 0,84´1500´0,005´(-32,67-(-34)) = 1571+45629,3+289,6+8,4 = 47498,3 кДж/м²

Результаты расчетов

 

По результатам расчета в координатах t-d строится температурное поле стены в интервале температур t_н-t_в.

 

 

 

 

 

 

Вертикальный масштаб 1мм = 1°С

Горизонтальный иасштаб, мм 1/10

Расчет тепловой устойчивости стены согласно СНиП II-3-79* выполняется для районов со среднемесячной температурой июля 21°С и выше. Для Ижевска этот расчет будет излишним, поскольку средняя температура июля составляет 18,7°С .

Проверку поверхности наружной стены на конденсацию влаги выполняют при условии t_в < t_р , т.е. в случае, когда температура поверхности ниже температуры точки росы, или когда упругость водяного пара, вычисленная по температуре поверхности стены, больше максимальной упругости водяного пара, определенной по температуре внутреннего воздуха
(е_в>Е_t). В этих случаях на поверхности стены возможно выпадение влаги из воздуха.

 

Проверка возможности выпадения конденсата в наружных углах комнат затрудняется тем, что для нее необходимо знать температуру внутренней поверхности в углах. При использовании многослойных конструкций ограждения точное решение этой задачи весьма сложное. Но при достаточно высокой температуре поверхности основной стены, маловероятно ее снижение в углах ниже точки росы, то есть с 18,16 до 9,5°С.

Вследствие разности парциальных давлений (упругости водяного пара) в воздушных средах, разделяемых ограждением, возникает диффузионный поток водяных паров интенсивностью — g из среды с большим парциальным давлением в среду с меньшим давлением (для зимних условий: изнутри — наружу). В сечении, где теплый воздух внезапно охлаждается на контакте с холодной поверхностью до температуры ≤t_р происходит конденсация влаги. Определение зоны возможной конденсации влаги в толще ограждения выполняется в случае, если не выполняются варианты, указанные в п. 6.4 СНиП II-3-79*:

а) Однородных (однослойных) наружных стен помещений с сухим или нормальным режимом;

б) Двухслойных наружных стен помещений с сухим и нормальным режимом, если внутренний слой стены имеет сопротивление паропроницанию более 1,6 Па´м²´ч /мг

Сопротивление паропроницанию определяется по формуле:

    R_п = R_пв + SR_пi                                 

где    R_пв – сопротивление паропроницанию пограничного слоя;

    R_пi – сопротивление слоев, определяемое согласно п. 6.3 СНиП II-3-79*: R_пi = ,

Где d_i, m_i — соответственно толщина и нормативное сопротивление паропроницанию i-го слоя.

Отсюда

R_п = 0,0233 + + = 6,06 .

Полученное значение в 3,8 раза превышает необходимый минимум, что уже гарантирует от конденсации влаги в толще стены.

Для жилых домов массовых серий  в бывшей ГДР разработаны типовые детали и узлы как для скатных кровель, так и для зданий с бесчерачным покрытием, с цокольной частью различной высоты. После замены оконных заполнений и штукатурке фасада, здания выглядят значительно лучше.