ВИДЫ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ

Аннотация. В данной статье представлены виды многослойных конструкций, актуальность их использования, а также раскрыто понятие энергоэффективной конструкции. В работе изложены основные технологии снижения теплообмена здания с окружающей средой, и их различия. Рассказано об устройстве вентилируемого фасада, технология которого чаще всего применяется в реконструкции и отделке офисных и жилых зданий, а также раскрыто понятие фасада Краспан. Представлена информация о патенте 2010 года о новой модели ограждающей конструкции, применяемой в строительстве сельских зданий малой этажности. После чего в статье рассмотрена сфера возделывания зданий из крупных панелей, способы его защиты от тепловых потерь. Особое внимание было предоставлено наружной теплоизоляции стен панелями. Рассмотрена основная проблематика энергоэффективных ограждающих конструкций. Подведены итоги.

Ключевые слова: виды энергоэффективных многослойных конструкций, строительство жилых зданий.

Введение: Процесс строительства зданий включает в себя решение огромного количества задач, начиная с изучения грунтов и заложения фундаментов, до возведения каркаса, несущих элементов и, наконец, крыши. От того, как решены все эти вопросы зависит насколько здание будет долговечно, какая конструктивная схема будет применяться, какие инженерные сети и коммуникации проложены внутри, а самое главное, как эти все составляющие будут между собой взаимодействовать, насколько здание энергоэффективно и материально затратно. Качеством энергоэффективного здания обладает конструкция, сделанная из таких материалов, которые позволяют уменьшить тепловые потери в окружающую среду, данное качество ограждающих конструкций дает возможность сократить затраты системы отопления и электроэнергии, что ведет к рационализации использования человеком ресурсов и экономии в целом.

Актуальность: Постоянный рост численности населения и высокие запросы каждого отдельного человека в современном, экологичном и соответствующем строительным нормам и стандартам доме, обязывает использовать и изобретать все новые технологии по повышению энергоэффективности, что позволяет обеспечить рациональную работу всех энергетических систем: сетям водоснабжения и водоотведения, вентиляции, освещения и отопления. Данные технологии являются актуальными, так как в современном мире не перестают возрастать цены на топливно-энергетические ресурсы, а их добыча оставляет большой разрушающий антропогенный отпечаток на планете. Если не работать над созданием энергоэффективных конструкций, большая часть выработанной энергии не будет совершать полезную работу, а напротив превратится в потери и уйдет через внешние стены в окружающую среду, тогда для обеспечения комфортной для человека температуры нужно будет производить в разы больше энергии. Особенно остро данная проблема стоит в России и других стран холодного климата в зимнее время.

Основная часть. Рассмотрим три способа применения энергоэффективных материалов в конструктивном решении.  В первом варианте изготавливают конструкцию, из нескольких слоев: либо теплоизоляция размещается посредине двух несущих стен, то есть по принципу колодезной кладки, либо слой теплоизоляции размещается снаружи и скрывается за вентилируемым фасадом, слоем облицовочного материала. Однако использование данного варианта утолщает конструкцию стены здания, увеличивается воздействие на фундамент и площади комнат из-за таких широких стен становятся меньше. Во втором, как и в третьем способе такого уже не наблюдается, поэтому чаще всего применяют такую технологию: размещение теплоизоляции из энергоэффективных материалов меж двух слоев облицовочного материала, находящегося на несущем каркасе, и, третий метод – ради уменьшения или сокращения использования теплоизоляции, применять энергоэффективные конструкционные и облицовочные материалы [1, с. 77].

Рисунок 1. Фрагмент колодцевой кладки

1-утеплитель, 2-диафрагма из тычковых кирпичей

К элементам энергоэффективного здания можно отнести устройство вентилируемого фасада. Чаще всего данная технология применяется отделке и реконструкции офисных, жилых зданий. Основное отличие такого фасада – наличие воздушного зазора между утеплителем и облицовочным материалом, из-за чего конструкция сохраняет постоянную температуру внутри здания не зависимо от перепада температуры снаружи. Зазор – это некий буфер удаления влаги, конденсат начинает выступать в изоляционном слое, где проходит грань с вентилируемой воздушной прослойкой. При проектировании такой многослойной системы важно правильно рассчитать величину зазора. Большую популярность получил вентилируемый фасад Краспан, его отличают: качественный монтаж; фасадные панели, произведенные из натурального гранита, хорошо защищающего от осадков и воздействия ветровой нагрузке; использование высокотехнологичных материалов; возможность замены целой фасадной кассеты в случае повреждения поверхности фасада [2, с. 254-255].

Рисунок 2. Минимальный состав навесного вентилируемого фасада

1-внутренний несущий слой, 2-утеплитель, 3-облицовка, 4-паропроницаемый барьер, 5-зазор, 6-вентилируемая полость, 7-крепёжный элемент, 8-подконструкция, 9-терморазрыв, 10-анкер

В 2010 году в Саратовском государственном техническом университете был подан патент на многослойную строительную конструкцию, применимую в строительстве сельских зданий малой этажности. Представленный в данной работе элемент имеет два несущих наружных слоя, внутренний слой утеплителя и связи, которые содержат в себе сразу два контактных слоя, с местом расположения между несущими наружными слоями и внутренним слоем утеплителя, вдобавок ко всему перечисленному, конструкция армируется стальными сетками. Несущие наружные слои изготовлены из армированного торкрет-бетона, при этом внутри утеплитель состоит из прессованных соломенных блоков, слой связи – соломобетон (смесь частиц несущего слоя с утеплителем). Модель является эффективной и долговечной, так как торкрет-бетон не требует процедур уплотнения, справляется с функцией защиты внутреннего слоя утеплителя от проникновения внешнего воздействия, так же конструкция отличается дешевизной, за счет использования экологически чистого местного материала [3].

Рисунок 3. Многослойный строительный элемент

1-органический утеплитель, 2-внешние несущие наружные слои, 3-стальная сетка, 4-соломобетон.

Сейчас одно из широко развивающихся видов строительства это сфера возведения зданий из крупных панелей. Для того, чтобы обеспечить необходимой теплозащитой здания, пришлось заменить керамзитобетонные панели на трехслойные железобетонные панели с эффективным утеплителем, такое конструктивное решение в крупнопанельном строительстве не будет требовать замены стальных форм изготовления. Связь между слоями трехслойной панели осуществляется железобетонными шпонками, которые имея малый размер сечения, армируются стержнями из стали. Готовые панели обладают фактурностью, большим весом и производятся на заводах, с расположением фасада как в нижнем, так и верхнем направлении, также поверхности фасада могут быть полной готовности уже при доставке на участок строительства либо окрашиваться при строительстве. Еще один из перспективных направлений повышения теплозащитных свойств – наружная теплоизоляция стен с оштукатуриванием плитного утеплителя. Такая технология используется из-за простоты устройства, привычного вида фасада, из-за небольших материальных затрат. Данный вариант представляет собой процесс механического крепления теплоизоляционных плит к стенам, однако, возможно закрепление плит клеем, но только на стены с ровным покрытием без обработки штукатуркой, иначе не будет достигнуто нужное сцепление с поверхностью. Состав клея наносят на плиты пятнами, а также по контуру, а для полного закрепления дополнительно вводят дюбеля из нержавеющей стали, такая система крепления при правильном выполнении способна выдержать нагрузку от системы теплоизоляции. Плиты, в свою очередь, выполнены из минеральной ваты и пенополистирола. Наружное полимерцементное покрытие, обеспечивающие энергоэффективность здания, применяется чаще цементных штукатурок, так как обладает более выраженной трещиностойкостью. Также данные покрытия паропроницаемы, но водонепроницаемы, благодаря чему влажностные состояния стены остаются в норме [4, с. 155-156].

Рисунок 4. Трехслойная железобетонная панель наружной стены

1-внутренний несущий слой, 2-теплоизоляционный слой, 3-наружный слой, 4-гибкая связь распорка, 5-гибкая связь подвеска

Несмотря на актуальность в минимизации тепловых потерь зданий, никогда не получится добиться полного их исчезновения. Конструкции не идеальны, и находятся в совершенно разных условиях окружающей среды. Рассмотрим проблематику возведения ограждающих конструкций. Есть конструкции стен, опирание в которых происходит на перекрытие, в следствии чего, при проведении исследования на тепловизоре можно обнаружить участки больших потерь тепла – через торцы монолитных железобетонных плит, выступающим на фасаде. В другом случае устройства стены облицовочный кирпич перекрывает поверхность всего фасада. Такая технология ведет к ряду проблем, вызванными зачастую на этапе проектирования объекта. В последние годы наблюдается обвал некоторых частей данного облицовочного сплошного кирпича. Из-за использования пустотного кирпича из керамики здание теряет целостный вид своего фасада в следствии попеременного замерзания воды в пустотах, кирпич не выдерживает и начинает разрушаться. Процесс протекает не быстро, постепенно происходят также ухудшение работы наружных стен, снижение их эксплуатационных качеств. Основные ошибки еще на уровне проекта возникают при неправильном расчете нагрузок, которые будет воспринимать здание в процессе эксплуатации, также при некачественном выполнении деформационных швов, или вовсе их отсутствия, отсутствия крепления на уровне межэтажных высот и т.д. Важно уделять особое внимание местам контакта кладки с плитами перекрытия, так как в этих местах возникают касательные напряжения, что может привести к возникновению трещин в данных и местах, а после чего к разрушению. Ремонт таких фасадов также трудоемок [5, с. 107,109].

Вывод. Энергоэффективная многослойная конструкция – изобретение, благодаря которому происходит экономия теплового оттока энергии из здания. Важно учитывать все необходимые нагрузки, которые будет воспринимать данная конструкция, во избежание преждевременного разрушения. В данной статье рассмотрена лишь часть технологий, разработанных для уменьшения теплообмена внешней конструкции с окружающим миром, но на их основе можно сделать вывод об актуальности в новых разработках, касаемо данной темы. Для территории России, большая часть которой находится в зоне холодного климата, решение проблем теплопотерь ведет к экономии топлива, расходующегося на обогрев здания, а значит ведет в целом к экономии материальных затрат на него. В условиях постоянно растущей численности населения индустрия строительства должна без остановки совершенствовать технологии возведения ограждающих конструкций.