Технологические решения новой эффективной энергосберегающей технологии тепловой изоляции наружных стен зданий

Технологические решения новой эффективной энергосберегающей технологии тепловой изоляции наружных стен зданий

В условиях ограниченного наличия соб­ственных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и периодического повышения их стоимости одним из приоритетных направлений государственной политики Республики Беларусь является энергосбережение во всех отраслях экономики. Строительный комплекс Республики Беларусь прямо и опосредованно потребляет свыше 50% ввозимых и добываемых в республике энергоресурсов.

За последнее десятилетие в структуре потребления ТЭР в отраслях экономи­ки Республики Беларусь доля коммунально-бытового сектора возросла с 25,8% в 1990г. до 39,6% в 2000г., и одновременно снизилась с 2,5% до 1,8% в новом жилищном строительстве. Та­ким образом, очевидно, что основные резервы энергосбережения коммунального сектора лежат в сфере снижения энергопотребления ранее построенных жилых зданий.

При этом из общего расхода топлива на коммунальный сектор потребление энергии в жилом фонде Республики Беларусь ежегодно составляет около 12млн. т.у. т., что свыше 30% общего расхода на нужды народного хозяйства Рес­публики Беларусь. Основная доля расхода топлива в жилом фонде приходится на отопление и горячее водоснабжение существующих зданий.

Проведенные натурные обследования зданий серий 1-335, 1-464, 1-434 и др. показали, что доля трансмиссионных потерь тепловой энергии через наружные стены составляет от 38 до 52%. Следовательно, повышение сопротивления тепло­передаче наружных стен зданий должно явиться одной из основных задач, решае­мых при реконструкции и тепловой модернизации жилых зданий.

Постановлением Совета Министров РБ №45 от 01.01.2001г. "О мерах по по­вышению эффективности эксплуатации жилищного фонда, объектов коммунально­го и социально-культурного назначения и защите прав потребителей коммуналь­ных услуг" на период с 2004 по 2006 год предусмотрено выполнить тепловую мо­дернизацию 189 домов общей площадью 719,5 т. м2, а на период с 2007 по 2015 го­ды предусмотрено. выполнить соответственно 1675 домов общей площадью 6 млн. 365 т. м2. Для реализации намеченных планов необходимо утеплить около 378 т. м2 фасадов до 2007 года и 3 млн. 350 т. м2 фасадов до 2016 года.

В последнее время всё более широкое распространение в РБ получают системы утепления наружных стен зданий.

Применение систем утепления стен позволяет привести сопротивление теплопередаче стен существующих зданий в соответствие с современными требованиями, снизить теплопотери и затраты на отопление, улучшить комфортность помещений и декоративные свойства фасадов зданий. Всё более широкое распространение получает применение систем утепления при новом строительстве, что объясняется их высокой технологичностью.

До 1996 года системы утепления в Республике Беларусь были неизвестны и практически не применялись. Соответственно технологии устройства систем утепления, приме­няемых за рубежом, были изучены недостаточно. Тепловая изоляция фасадов зданий первых массовых серий была возможна только с применением дорогостоящих жёстких минераловатных утеплителей, закрепляемых на фасаде при помощи клея, анкерных устройств и специальных поддерживающих конструкций – цокольных планок. Причём, как правило, рекомендовалось использовать дорогостоящие анкерные устройства с винтовыми сердечниками.

Несмотря на возможность применения в теплоизоляционном слое зарубежных систем утепления пенополистирольных утеплителей, данная технология не могла быть использована из-за низкой огнестойкости зарубежных систем, особенно на границах оконных проёмов. Также зарубежная технология не могла быть использована для тепловой изоляции участков фасадов, эксплуатирующихся в условиях повышенной влажности, где также предполагалось использование горючих утеплителей из экструдированного пенополистирола.

Применение зарубежных технологий предусматривало использование в качестве средств подмащивания строительных лесов, причём установленных на значительной площади фасадов, перекрытых на каждом ярусе, что требовало наличия в строительных организациях значительных материальных и трудовых ресурсов.

Наиболее существенным недостатком, значительно сужающим возможности применения известных зарубежных технологий в климатических условиях Республики Беларусь, были жёсткие температурные ограничения производства работ, не допускающие выполнение работ при температуре наружного воздуха менее 5°С.

До последнего времени как за рубежом, так и в Республике Беларусь тепловая изоляция, рассматривалась не как конструктивный элемент здания, а как строительный материал, укреплённый на стене. Соответственно, отсутствовали какие либо сведений по расчёту прочности и деформаций несущих элементов тепловой изоляции и, соответственно, не имелось достаточно данных о прочностных и деформационных свойствах материалов. Также от­сутствовали однозначные подходы к выполнению теплотехнических расчётов. В частности не было определённости в вопросах определения паропроницаемости и влагосодержания элементов систем утепления, соответственно недостаточно точно определялась эксплуатационная влажность утеплителей и термическое сопротив­ление теплоизоляционных материалов, не учитывалось влияние анкерных уст­ройств и других теплопроводных включений на приведенное сопротивление теп­лопередаче утеплённых стен. Также не учитывалось то обстоятельство, что сис­тема утепления, закреплённая на наружной стене здания, изменяет не только распределе­ние температур по толщине стены, но и влажность материалов стены. Исследованиями было подтверждено, что при тепловой изоляции наружных стен зона возможной конденсации влаги переме­щается в утеплитель системы утепления, а сами стены высыхают. Установлено, что действующие нормы не позволяли учитывать разную степень увлажнения от­дельных слоев ограждающих конструкций, и учитывалось лишь условия эксплуа­тации здания

Научные исследования и опыт производственного внедрения позволили разработать высокотехнологичную энергоэффективную лёгкую штукатурную систему утепления стен зданий, соответствующую климатическим условиям Республики Беларусь и особенностям утепляемых зданий.

Среди наиболее существенных особенностей лёгких штукатурных систем утепления, разработанных и применяемых в Республике Беларусь, можно отметить технологии, отличающиеся возможностью устройства конструкции повышенной огнестойкости, влагостойкости и прочности, исключающие операции по установке анкерных устройств и поддерживающих элементов, а также возможностью производства работ в зимнее время с использованием локальных средств подмащивания, что позволяет обеспечить ритмич­ную работу строительных организаций в течении всего года, производить работы без отселения жильцов и обеспечить выполнение директивных показателей снижения энергопотреб­ления при эксплуатации жилищного фонда Республики Беларусь.

Также следует отметить значение для развития методов проектирования и производства работ полученных экспериментальных данных о прочности минераловатных и пенополистирольных плит, блоков из пеностекла, модулях упругости и коэффициентах поперечных деформаций необходимые для оценки напряжённо-деформированного состояния элементов системы утепления под воздействием внешних силовых факторов. Получены сведения о процессах изменения прочности полимерминеральных клеёв при твердении, включая твердение при различных температурах, на основании чего могут быть определены температурные пределы применяемости разработанных технологий. Также получены экспериментальные зависимости изменения коэффициентов теплопроводности, температуропроводности и пароёмкости теплоизоляционных материалов при изменении их влажности, что позволяет определить технологические пределы их применяемости при тепловой изоляции различных типов стен жилых зданий в климатических условиях Республики Беларусь.

На основании проведенных исследований разработаны методы, позволяющие выполнить прочностной расчёт и уточнить теплотехнический расчёт систем утепления.

В последние годы была обеспечена технологическая возможность устройства теплоизоляционного слоя из материалов, имеющих достаточно высокую прочность на растяжение в направлении перпендикулярном поверхности фасадов, таких как ламинированные минераловатные утеплители, пенополистирольные плиты, а также блоки из пеностекла. Применение указанных утеплителей позволило исключить из технологии процессы дополнительного крепления утеплителей анкерными устройствами.

В целях повышения производительности труда и обеспечения необходимого технологический фронта работ при устройстве теплоизоляционного слоя предложены механизированные методы нанесения клея на теплоизоляционные плиты (рис.1). Из технологии практически исключен метод сплошного приклеивания, в т. ч. при применении плит из ламинированного волокна. Также предложено наносить клей непосредственно на поверхность утепляемых стен (рис.2).

Рис.1. Механизированный способ нанесения клея на плиты	Рис.2. Нанесение клея непосредственно на поверхность утепляемых стен

В связи с отсутствием отечественных экструдированных пенополистирольных утеплителей, для решения задачи тепловой изоляции в местах подверженных увлажнению (цоколи зданий, участки фасадов над балконными плитами, над примыкающими к утепляемым стенам кровлями) была предложена технология, предусматривающая использование теплоизоляционных блоков из пеностекла на указанных участках фасадов.

Вместе с тем с целью обеспечения внедрения в производство новых минераловатных плит белорусского производства с обычным направлением волокон (не ламинированных), а также для обеспечения технологической возможности выполнения работ на слабых подосновах остаётся необходимость использования дополнительного крепления плит анкерами к стене. Исследования показали, что сердечники анкерных устройств не подвержены воздействию усилий, способных выдернуть их из втулки. В связи с этим в технологии предусмотрено применение распорных анкеров (не винтовых) с пластмассовыми или стеклопластиковыми сердечниками которые более технологичны и не оказывают значительного влияния на приведенное сопротивление теплопередаче утеплённых стен.

При разработке технологии устройства армированного слоя, была решена задача обеспечения необходимой огнестойкости конструкции тепловой изоляции и возможности эвакуации людей при пожаре через оконные и дверные проёмы утеплённых стен. Решение этой задачи позволило применить для тепловой изоляции горючие пенополистирольные утеплители белорусского производства.

В целях разработки необходимой технологии было предложено на границах системы утепления до устройства теплоизоляционного слоя приклеивать негорючий армирующий материал непосредственно к поверхности утепляемых стен. После устройства теплоизоляционного слоя, приклеенный заранее армирующий материал заделывается в армированный слой, обеспечивая его целостность и неразрывность армирования (рис.3).

Рис.3. Метод повышения огнестойкости конструкции над проёмами

Данное технологическое решение хорошо зарекомендовало себя при проведении пожарных испытаний. Выполненный по предложенной технологии армированный слой не разрушался даже при длительном воздействии пожарной нагрузки, обеспечивая целостность всей конструкции системы утепления при пожаре.. По результатам пожарных испытаний передоложенные решения были допущены к применению с использованием горючих утеплителей из пенополистирольных плит на жилых зданиях до 12 этажей в г. Минске и областных центрах и до 9 этажей в остальных городах республики. Возможность применения недорогих пенополистирольных утеплителей вместо импортных минераловатных плит позволило снизить стоимость систем утепления не менее чем на 20% и содействовало процессу импортозамещения материалов. Использование предложенной технологии оказалось возможным и рациональным не только на пожароопасных участках фасадов, которыми являются оконные и дверные проёмы, но и в других элементах конструкции (рис.4,5). Применение данного технологического приёма позволило исключить из конструкции дорогостоящие цокольные и вертикальные металлические планки, расширяющиеся уплотнительные ленты и, соответственно, операции по их установки.

Рис.4. Устройства низа тепловой изоляции	Рис.5. Устройство примыканий

Использование более прочных утеплителей и обеспечение неразрывности армированного слоя позволили в ряде случаев на несколько миллиметров уменьшить толщину этого слоя, а при применении блоков из пеностекла даже полностью исключить его из технологии. Поскольку армированный слой выполняется с использованием малопроницаемых для водяного пара полимерминеральных клеёв, данное решение способствовало снижению влагосодержания утеплителей и соответственно повышению сопротивления теплопередаче утеплённых стен, способствовало снижению расхода клея, утеплителя и затрат труда.

Проведенные исследования показали, что при определённых условиях, при устройстве систем утепления возможно применение специально приготовленных полимерминеральных клеёв и производство работ при отрицательных температурах наружного воздуха. Разработанная на основе данных клеёв технология производства работ в зимних условиях, предусматривает возможность устройства теплоизоляционного и армированного слоёв системы утепления при отрицательных температурах наружного воздуха. При этом клей должен быть приготовлен в тёплом помещении, а температура поверхности стены и поверхности теплоизоляционных плит, на которые наносится клей при устройстве армированного слоя, также должны быть оговорены для каждого типа клеёв. Предложенная технология не предусматривает устройство декоративно-защитного слоя в зимних условиях при использовании штукатурных составов.

Разработанная технология производства работ в зимнее время позволила обеспечить равномерную практически в течение всего года загрузку строительных организаций и резкое увеличение объёмов работ по тепловой модернизации зданий.

Используемые в республики технологические решения позволили организовать выполнение работ по тепловой изоляции на небольших участках фасадов, последовательно с привлечением небольшого количества рабочих. Возможность использования таких методов организации работ значительно расширили количество строительных организаций, способных выполнять данные работы, включая небольшие строительные фирмы, не обладающие значительными производственными фондами и финансовыми возможностями.

Разработанные новые технологии лёгкой штукатурной системы утепления с применением горючих пенополистирольных утеплителей практически вытеснили тяжёлые штукатурные системы утепления. Однако сегодня всё более чётко определяется область применения тяжёлых систем утепления для тепловой изоляции первых этажей зданий и других участков фасадов, где в процессе эксплуатации возможны механические воздействия на тепловую изоляцию. Появились, также так называемые "утяжеленные" системы утепления, совмещающие свойства лёгких и тяжёлых систем утепления.

Опыт тепловой изоляции и массового внедрения системы утепления позволили отечественным производителям и держателям систем утепления достичь высокого качества тепловой изоляции не уступающей, а по технологическим параметрам, зачастую превосходящим зарубежные аналоги. Несмотря на внешнюю схожесть лёгких штукатурных систем утепления и применение уже ставших типовыми технических решений, системы имеют ряд конструктивных и технологических особенностей, обусловленных достигнутым уровнем производства. Наиболее развитыми на сегодня, по мнению автора, являются лёгкие штукатурные системы "Радекс", "Илмакс" и белорусский вариант немецкой системы "Капатект". Данные системы утепления прошли весь путь технического развития, предусматривавший стадии разработки, экспериментальной апробации, мониторинга. Каждая из перечисленных систем имеет белорусские нормативные документы и может применяться в массовом строительстве и ремонте на всей территории Республики Беларусь.

Особенно хочется отметить новую динамично развивающуюся лёгкую штукатурную систему утепления "Фасад-мастер", конструкция и технология, которой основана на лучших технических решениях, апробированных в Республике. С применением данной системы только в 2005 году было утеплено болеем2 фасадов. Мониторинг тепловой изоляции, выполненной по системе "Фасад-Мастер" показал высокое качество, как самой конструкции, так и применяемых при её устройстве технологий.

Новые подходы к технологии и проектированию систем утепления нашли отражение в проекте нормативного документа ТКП "Проектирование и устройство тепловой изоляции наружных ограждающих конструкций зданий", разработанного взамен Пособия П3-2000. Пособие П3-2000, появление которого в своё время вызвало неоднозначное отношение и широкое обсуждение в прессе, в полной мере выполнило, возложенные на него задачи, а в частности были упорядочены методы проектирования систем утепления, введена необходимая терминология, определены основные конструкции систем утепления, определены основные положения технологии выполнения работ, требования к качеству и технике безопасности.

В предлагаемый взамен П3-2000 документ вошли наиболее прогрессивные технологии тепловой изоляции, положительно зарекомендовавшие себя в производстве, разделы, посвящённые проектированию систем утепления, дополнены необходимыми методами расчёта. Введение в действие данного документа позволит обеспечить развитие современных технологий систем утепления стен, а также технологий тепловой изоляции других наружных ограждающих конструкций зданий.

В.