Систематизация и сравнительный анализ конструктивных решений наружных стен жилых малоэтажных зданий

В сегодняшних условиях интенсивное возведение жилых малоэтажных зданий обусловлено необходимостью обеспечения граждан доступным, экологичным, комфортным жильем, в том числе в рамках государственных программ, так, чтобы к 2020 г. объемы малоэтажного домостроения возросли до 70% от общего числа возводимых зданий [1].

Одновременно, с принятием закона об энергосбережении и нормативных документов по обеспечению теплозащиты зданий, возросла необходимость внедрения энергоэффективных материалов и конструктивных решений при возведении ограждающих конструкций, в частности наружных стен малоэтажных зданий. Известно, что теплопотери через стены достигают 35% для объектов малоэтажного домостроения и зависят от срока эксплуатации здания и применяемых материалов и технологий [2].

В этой связи актуальными являются исследования, направленные на дальнейший поиск материалов и конструкций с повышенными показателями сопротивления теплопередаче. Целью исследования является систематизация и анализ материалов и конструкций наружных стен малоэтажных зданий, с учетом требований по теплозащите.

Сравнительное исследование традиционных материалов наружных стен показало, что сопротивление теплопередаче возрастает в ряду бетон-монолитный кирпич-керамзитобетон-пенобетон. При этом использование материалов с высокой теплопередачей требует существенного повышения толщины наружных стен (рисунок 1, слева).

Рисунок 1 - Толщина наружной стены по видам материалов при равных показателях теплозащиты (слева); пример теплоэффективной конструкции (справа) [3]

При этом необходимость архитектурной выразительности малоэтажных зданий обеспечивает сохранение потребности в кирпичных материалах, повышение сопротивления теплопередаче которых возможно за счет применения пористой керамики из обожженной глины. Наличие значительного числа сквозных отверстий в керамическом кирпиче способствует росту теплоизоляции наружных стен. В результате, по сравнению с монолитным кирпичом, снижается потребность в утеплителе; обеспечивается экономия энергоресурсов; сокращаются затраты на усиление фундамента, время строительства и расход связующих смесей; снижается теплопроводность кладки в 1,5-2 раза. Проблема растрескивания таких наружных стен, за счет замерзания конденсата в

порах керамического кирпича, решается введением в состав керамики минеральных добавок, снижающих кристаллообразование [4].

Недостаточные показатели теплозащиты стен из материалов одного вида привели к расширению потребности в многослойных конструкциях. Такие конструкции наружных стен состоят из несущего внутреннего слоя, утеплителя и запирающего его несущего наружного слоя, являющего одновременно основой для отделочного покрытия снаружи малоэтажного здания (рисунок 1, справа).

Повышенную энергоэффективность наружных стен можно получить, используя современные технологии их возведения. Например, возможна кладка по «колодцевому» типу, когда кирпичные наружные слои используются в виде оставляемой опалубки, внутри которой размещается слой теплоизоляционного материала, например из пенополистирола, пенополиуретана, фибролита, минерального утеплителя, ячеистого бетона и прочих материалов с повышенным сопротивлением теплопередаче [2].

Многослойные конструкции наружных стен (рисунок 1, справа) способствуют лучшему поддержанию тепло-влажностных характеристик в малоэтажном здании; способствуют снижению веса стены и расхода связующего раствора до 2,5 раз и до 20 раз соответственно; сокращению затрат на строительство фундамента на 60%, в сравнении с кирпичным зданием [5].

Следует учитывать, что современные требования по энергоэффективности зданий приводят к снижению паропроницаемости ограждающих конструкций и избыточной герметичности малоэтажного здания. С одной стороны, рост сопротивления теплопередаче наружных стен способствует энергосбережению, с другой, нарушается естественный влажностный режим помещений, происходит конденсация влаги внутри ограждений с образованием плесени [6].

Одновременно, конденсация влаги в материале наружной стены приводит к снижению теплозащитных свойств, поэтому при возведении многослойных конструкций, необходим выбор оптимальной последовательности слоев, препятствующей образованию конденсата. Для эффективного сопротивления конструкции наружной стены малоэтажного здания разрушительному воздействию конденсата, влага в конструкции должна не накапливаться, а отводиться от внутренней поверхности ограждения к наружной. Конструктивно это может быть достигнуто использованием фасадных систем с вентилируемыми и невентилируемыми воздушными прослойками до облицовочного слоя [7].

Повышение теплозащиты наружных стен с одновременным сохранением микроклимата в помещениях возможно с применением различных конструкций с вентилируемыми фасадами, аналогичных представленной на рисунке 2.

• 1.    Анкерное крепление

• 2.    Основание для анкерного крепления

• ⁵    3. Облицовка наружной стены

• 4.    Крепежный материал

• 5.    Подконструкция

• 6.    Вентиляционный забор

• 7    7. Теплоизоляция

Рисунок 2 - Конструкция наружной стены с использованием вентилируемого фасада [8]

В данном случае конструкция фасада, например из гранита или других панелей минеральной или органической природы, крепится к материалу стены анкерным соединением. Дополнительно используется материал теплоизоляции в виде пенополимеров, минеральной ваты, базальто- или стекловолоконных плит [5].

Вытчиковым Ю.С. и Сидоровой А.В. в результате сравнительного анализа различных типов наружных стен установлены следующие значения сопротивления теплопередаче (м2*оС/Вт) и сопротивления воздухопроницанию (м2хчхПа/кг):

• -    для трехслойной керамзитобетонной стены, с толщиной каждой панели 350 мм - 1,02 и 490 соответственно;

• -    кладки на цементно-песчаном растворе из керамического кирпича (толщиной 510 мм) и отштукатуренной известково-песчаным раствором (толщиной 20 мм) внутренней поверхностью - 1,07 и 160 соответственно;

• -    аналогичной кладки и оштукатуривания силикатного кирпича толщиной 640 мм - 1,03 и 160 соответственно;

• -    цементно-песчаной кладки из силикатного кирпича толщиной 510 мм, с наружным утеплением пенополистиролом и применением вентилируемых фасадов - 3,37 и 584,1 соответственно;

• -    цементно-песчаной кладки из керамического кирпича толщиной 380 мм, с наружным утеплением базальтовой ватой толщиной 100мм и применением вентилируемых фасадов - 3,14 и 145 соответственно [9].

Можно отметить, что использование вентилируемых систем значительно повышает сопротивление теплопередаче (до 3х раз), что, однако, может приводить к одновременному росту сопротивления воздухообмену. При этом за счет рационального подбора материалов и слоев многослойной конструкции, а также вида утеплителя, сопротивление воздухообмену может быть существенно снижено, с сохранением высоких показателей сопротивления теплопередаче.

Таким образом, приведена сравнительная характеристика традиционных и современных материалов наружных стен, обеспечивающих реализацию их теплозащитных свойств. Показано, что повышение энергоэффективности малоэтажных зданий возможно при использовании многослойных конструкции стен. Приведен пример конструкции теплоэффективного блока. Выявлено возможное противоречие между теплозащитой и воздухообменом в зданиях. Рассмотрены варианты энергоэффективных конструкций наружных стен с фасадными системами, позволяющие снизить сопротивление воздухообмену при сохранении высоких значений сопротивления теплопередаче.