Энергоэффективные материалы в строительстве зданий

В сегодняшних условиях роста цен на энергоносители необходимым является использование энергосберегающих технологий и материалов при возведении зданий. В Российской Федерации вопросы энергосбережения при строительстве стали учитываться после принятия закона № 28-ФЗ от 03.04.96 г. «Об энергосбережении», а затем нового СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий”. В данных документах предусмотрена градация зданий по энергоэффективности и введение более строгих требований к сопротивлению теплопередаче используемых при строительстве материалов и конструкций. В этой связи актуальным представляется использование энергоэффективных материалов при возведении зданий. Целью статьи является систематизация данных по применению теплозащитных материалов в ограждающих конструкциях зданий, в первую очередь при возведении стен.

Известно, что теплопотери зависят от года строительства здания, срока эксплуатации, этажности, материалов ограждающих конструкций. Так, теплопотери через стены составляют до 35% для малоэтажных зданий, и уже до 50% в 9-ти этажных; окна – 25-35%; перекрытия подвалов и чердаков до 20%. Наличие существенных стеновых теплопотерь и жесткие требования СНИП по снижению теплопередачи стен обусловило разработку и производство новых энергоэффективных строительных материалов [1].

Наружные стены зданий могут быть выполнены в однослойном и многослойном вариантах. Современные материалы однослойных стен должны отвечать требованиям теплопроводности, коррелирующей с показателем плотности, которая не должна быть выше 600 кг/м3. Таким требованиям отвечают современные бетоны, например, полистиролбетоны и ячеистые бетоны. Однако каждый материал наряду с достоинствами обладает некоторыми недостатками. Так, при плотности полистиролбетона до 350 кг/м3 и отвечающих СНиП коэффициентах теплопроводности, такой бетон имеет недостаточную прочность – до 1,2 МПа (подходит для ненесущих стен) и низкую морозостойкость, что ограничивает его применение в регионах с суровым климатом и требует кирпичной облицовки фасадов. Кроме того, необходимо учитывать высокую стоимость полистиролбетонных гранул и высокое энергопотребление вспенивателя полистирола.

Ячеистый бетон отличается лучшей прочностью, плотностью, морозостойкостью, теплопроводностью, усадкой и водопоглощением. Однако его свойства сильно дифференцированы от технологических параметров производства, где нарушения стабильности технологии (превышение плотности выше 400 кг/м3) могут, с одной стороны, привести к меньшей теплопроводности, а с другой, к значительному снижению прочности и морозостойкости. Как показывает практика проектирования, такой бетон эффективно применять для несущих стен зданий высотой до 5 этажей и в ненесущих наружных стенах многоэтажных зданий, в сочетании с облицовкой кирпичом и утеплителем [2].

Представленные на рисунке 1 сравнительные характеристики толщин строительных материалов, обеспечивающих равные показатели теплозащиты, свидетельствуют об эффективности многослойных конструкций из разнородных материалов по сравнению с однородными.

теплоэффективный       р tl 4 3 м блок брус

пенобетон керамэитобетон кирпич бетон

Рисунок 1 - Толщина различных материалов, обеспечивающая равную теплозащиту стен [3]

Такие различия в теплозащите определили использование многослойных (сэндвич) блоков для повышения энергоэффективности зданий. Такие блоки состоят из внутреннего несущего слоя, утеплителя, и внешнего слоя, запирающего утеплитель (сохраняющего прохладу летом и тепло зимой), выполняющего также несущую функцию и служащего основой для наружного отделочного покрытия. Пример теплоэффективного блока показан на рисунке 2.

Рисунок 2 – Пример теплоэффективного блока [4]

Использование многослойных теплоэффективных блоков снижает затраты на поддержание комфортных влажно-климатических режимов в здании; стены такого здания в 2,5 раза легче, а расход связующего раствора в 20 раз ниже, чем у кирпичного здания; наружная декоративная часть выполнена из долговечного, водоотталкивающего и прочного материала; затраты на возведение фундамента сокращаются на 60%, повышается скорость строительных работ; не требуется утепление наружной облицовки, которая может иметь различные дизайнерские и цветовые решения [3].

Необходимо отметить, что в качестве утеплителей наряду с пенополистиролом, компанией ТехноНИКОЛЬ (Россия) разрабатывается и выпускается ассортимент минеральных и полимерных утеплителей, отвечающих теплозащитным свойствам лучших западных образцов. Например, минеральная тепло- и звукоизоляция GreenGuard с бесфенольным органическим связующим соответствует требованиям энергоэффективного домостроения [5].

Также существует возможность применения различных типов штукатурок для отделки керамических и бетонных стеновых блоков, решающих одновременно проблемы теплосбережения. Например, штукатурка Вермикулит является теплоизоляционной, наносится без крепежных материалов и сетки, образуя бесшовный энергоэффективный слой с коэффициентом теплопроводности до 0,13 Вт/(м*К).

В энергоэффективном домостроении популярность набирает возведение вентилируемых фасадов (рисунок 3), например, типа Краспан. Наружные гранитные панели таких конструкций защищают от осадков и ветра; при повреждении устраняются заменой отдельных панелей; отличаются устойчивостью красителя и простотой монтажа. В качестве теплоизоляционных слов применяются - минеральная вата, пенополиэтилен, базальтовые и стекловолоконные плиты и т.д.

• 1.    Анкерное крепление

• 2.    Основание для анкерного крепления

• ⁵    3. Облицовка наружной стены

• 4.    Крепежный материал

• 5.    Подконструкция

• G.    Вентиляционный забор

• 7 7. Теплоизоляция

Рисунок 3 - Пример конструкции вентилируемых фасадов [6]

Таким образом, наибольший вклад в формирование энергоэффективности зданий вносят ограждающие конструкции. При этом, значительные теплопотери происходят через стены зданий, с увеличением потерь по мере повышения общей этажности здания. Приведенный анализ современных материалов и конструкций стен зданий позволяет не только повысить их энергоэффективность, но и снизить затраты на возведение, повысить экологичность и комфортность влажно-теплового режима в помещениях. Следует учитывать, что инновационные энергоэффективные здания должны включать повышение теплозащиты как стеновых, так и оконных, цокольных и чердачных конструкций. Соответственно, комплексные решения по повышению энергоэффективности зданий являются перспективными для дальнейших исследований.