Проблемы и перспективы создания энергоэффективных кирпичных ограждающих конструкций

Необходимость внедрения энергоэффективных материалов при возведении ограждающих конструкций возросла с принятием закона об энергосбережении и нормативных документов по обеспечению теплозащиты зданий. В этой связи актуальными являются исследования возможностей повышения энергоэффективности кирпичных стеновых материалов.

Теплопотери чрез стены достигают 35% для малоэтажных и до 50% для многоэтажных зданий и зависят от срока эксплуатации здания и применяемых материалов и технологий [1]. Согласно современным требованиям по теплозащите, традиционный монолитный кирпич не отвечает нужным показателям сопротивления теплопередаче (рисунок 1).

Рисунок 1 - Требования к толщине стены из различных материалов для обеспечения равной теплозащиты [3]

Наличие существенных стеновых теплопотерь и жесткие законодательно-нормативные требования по снижению теплопередачи стен обусловили разработку и производство новых энергоэффективных строительных материалов [2]. Однако необходимость архитектурной выразительности зданий, особенно в малоэтажном домостроении, приводит к сохранению потребности в кирпичных материалах.

Повышение энергоэффективности кирпичных стен возможно за счет применения пористой керамики (рисунок 2, а).

• а)           v'//-.                       б)

Рисунок 2 - Пример пористого керамического кирпича (а) и инновационных полимерных решений (б)

Энергоэффективный пористый керамический кирпич изготавливают из обожженной глины. Значительное число сквозных отверстий обеспечивает рост теплоизоляционных характеристик ограждающих конструкций. По сравнению с монолитным кирпичом использование данного изделия снижает потребность в утеплителе и позволяет экономить тепловые ресурсы. Облегченность керамического пористого кирпича снижает затраты на усиление фундамента; повышенная прочность позволяет использовать его для возведения несущих стен; укрупненный размер сокращает время строительства и расход связующих смесей. Так, отношение объема растворных швов к объему кладки снижается до 5-7% (у традиционного кирпича - 25%), а теплопроводность кладки уменьшается на 50-100%.

Проблемой является разрушающее действие замерзающего конденсата в порах керамических материалов, что приводит к растрескиванию и снижению срока службы ограждающих конструкций. Для улучшения качества керамического кирпича и повышения его морозостойкости предлагается введение в состав керамики минеральных добавок, снижающих кристаллообразование [4]. Кроме того, для регулирования распределения пор в керамическом кирпиче возможно использование бейделлитовой глины с введением отходов минеральной ваты, что способствует повышению физико-механических свойств и снижению себестоимости конечных изделий [5].

Дополнительную энергоэффективность ограждающих конструкций можно получить, используя современные технологии их возведения. Например, возможна кладка по «колодцевому» типу, когда кирпичные наружные слои используются в виде оставляемой опалубки внутри которых размещается слой теплоизоляционного материала, например из пенополистирола, пенополиуретана, фибротилита, минерального утеплителя, ячеистого бетона и др [1]. Также в качестве объемно-планировочных решений, снижающих теплопотери через стены, используют блокирование зданий (объединение стен ряда сооружений), приводящее к снижению затрат на отопление на 35-40 %. Кроме того, возможно заглубление этажей для использования тепла верхнего слоя грунта как альтернативного источника энергии. Так, перенос этажа в подземное пространство увеличивает энергоэффективность здания на 14% и снижает теплопотери наружных заглубленных стен в 2,7 раз [6].

Разнообразие природно-климатических зон России приводит к необходимости экономии энергоресурсов не только в зимний отопительный период, но и в летний, при использовании систем кондиционирования в регионах с жарким климатом. Перспективным инновационным типом кирпича для данных условий является керамическое изделие по технологии Cool Brick, с мелкой многопористой структурой, так, что возведенные стены имеют вид сетки (рисунок 2, б). Множество пор постоянно конденсируют влагу, а горячий воздух, проходящий сквозь «заполненные водой» стены, охлаждается. Инновационность решения связана с возможностью распечатывания данных изделий на 3Д-принтере [7].

Таким образом, показана недостаточная энергоэффективность традиционных кирпичных ограждающих конструкций. Выявлено, что пористый керамический кирпич обладает повышенным сопротивлением теплопередаче, способствует сокращению сроков и стоимости строительства и повышению энергоэффективности здания. Обобщены возможности модификации керамических материалов, объемно-планировочные решения по повышению энергоэффективности ограждающих конструкций. Представлены инновационные технологии изготовления кирпича.