Моб.: +38 067 537 17 20
Тел.: 8(044)23-23-920
E-mail: alpha-prime@ukr.net

Главная» Пенобетон» Статьи о пенобетоне» Теплозащитная функция пенобетона

 
 

Теплозащитная функция пенобетона

В настоящее время энергосбережение в развитых странах стало гораздо более важной задачей, чем увеличение объемов производства энергии.

Большинство развитых стран повысили требования к термическому сопротивлению ограждающих конструкций еще в период первых энергетических кризисов 50-60 годов. Последние 10-15 лет в западноевропейских странах проводились реконструкции старых зданий, в которых термосопротивление не удовлетворяло новым нормативным требованиям. Страны Прибалтики изменили нормы по теплосопротивлению в начале 90-х годов. Требования при строительстве новых зданий к термическому сопротивлению наружных стен в Литве были увеличены в 1992 году в 4 раза по сравнению с действовавшими нормами.

Проблема энергобезопасности жилых и общественных зданий остро стоит и в странах СНГ и Украине. В частности в Украине за последние 35-40 лет были построены жилые дома (около 70% жилого фонда), сопротивление теплопередаче наружных стен которых составляет примерно 1 м2С/Вт, что в 2-3 раза ниже новых отечественных норм по термическому сопротивлению ограждающих конструкций зданий, и в 4-6 раз ниже требований, действующих в странах Скандинавии. Анализ эксплуатационных характеристик наружных стен наиболее массовых серий жилых домов, составляющих основной жилой фонд страны, показал, сто термическое сопротивление теплопередаче стен находится на уровне 0,6-1,2 (м2 К)/Вт. В тоже время в западных странах этот теплотехнический показатель ограждающих стен значительно выше: Канада – 2,5-3,7, Норвегия и Швеция – 4 (м2 К)/Вт

В результате низких теплотехнических свойств ограждающих конструкций жилых и общественных зданий в Украине ежегодно примерно 75 млн. тонн условного топлива идет на отопление жилищно-коммунального хозяйства (общий энергетический баланс государства – около 300 млн. тонн условного топлива в год). Значительная часть образующейся энергии расходуется не эффективно. В сравнении с европейскими странами показатели удельного расхода тепла на отпление отечественного жилья в 2-3 раза выше, что свидетельствует о значительных теплопотерях, а не о комфортности жилья.

С целью гармонизации отечественных строительных норм с мировой практикой Министерством строительства и архитектуры Украины в 1993 году приняло решение об увеличении термического сопротивления ограждающих конструкций в 2 – 2,5 раза и ввело соответствующее положение в действие с 1994 года.

Введение новых требований к ограждающим конструкциям зданий поставило проектировщиков и строителей в сложные условия. Использование традиционных стеновых материалов – кирпича, керамзитобетона и др., стало не эффективно с точки зрения стоимости этих материалов в количестве, необходимом для создания эффективной теплоизоляции, и стоимости строительно-монтажных работ. Так например, толщина наружной стены из кирпича для второй температурной зоны, в которой находится, например, Днепропетровская область, приближается к 1 метру, а стены из керамзитобетона с плотностью 900-1100 кг/м3 должны быть около 0,6-0,7 метра, что технически не согласуется с конструкцией стен домов крупнопанельного домостроения.

   Решение проблемы строительства стен с достаточными теплозащитными свойствами

Обозначим возможные пути технически осуществимых и экономически целесообразных решений этой проблемы:

  • изготовление трехслойных ограждающих конструкций с эффективным утеплителем;
  • изготовление однослойных стеновых панелей из теплоэффективного конструкционного материала
  • трехслойные ограждающие конструкции

    На основании исследования строения отечественных многослойных стеновых конструкций домов, а также базируясь на теоретических исследованиях следует отметить, что во многих случаях конструкции стен являются нерациональными (Якименко Я.Б., Назарова А.В. НУ Львовская политехника, ГНИИ СК). Проведенные натуральные обследования физического состояния теплоизоляционного слоя многослойных ограждающих конструкций показали, что в 3-х слойных стеновых конструкциях после 25-35 лет эксплуатиации происходит в целом снижение теплозащитных свойств панелей. В частности, на долговечность теплоизоляционного слоя из минеральной ваты, в массивных ограждающих конструкциях из железобетона или керамзитобетона, существенное влияние оказывают знакопеременные температурно-влажностные колебания, что и вызывает ее уплотнение и усадку. Величина усадки может достигать 50-70% от объема, что приводит к повышению теплопроводности за счет конвективного теплообмена и дополнительной воздухо- и паропроницаемости. В соответствии с этим повышается и влажность уплотнителя волокнистой структуры (повышение влажности на 1% (по объему) ведет к увеличению теплопроводимости на 8-10%. Так, тепловпроводимость минеральной ваты увеличилась в 1,6-2 раза за 50 лет эксплуатации в многослойных конструкциях.

    Проектантами часто не учитывалось значение паропроницаемости теплоизоляционного слоя, ни в целом многослойной стеновой конструкции. Конденсация пара связана с его диффузией в ограждающую конструкцию. Кроме того, стены домов подвергаются действию паров, содержащихся в воздухе, а также самого воздуха, плотность которых различна при различных температурах. Например, при использовании двухслойных конструкций стены с использованием пенопласта в наружном теплоизоляционном слое достигается необходимое термическое сопротивление с температурой на границе утеплитель - кирпичная стена 9,4 – 11,8?С. Но в тоже время за счет низкой паропроницаемости пенопласта в кирпичной стене происходит накопление влаги, при этом влажность стены может превышать относительную влажность воздуха в помещении. Это негативно влияет на кирпичную конструкцию, способствует появлению плесневых бактерий и ухудшает комфортность проживания.

    Также при использовании пенопластов в качестве теплоизоляционного слоя в стеновых панелях с продолжительным сроком эксплуатации, наблюдается значительное снижение прочности самого материала. В результате увеличения водопоглощения и накопления влаги в пенополистироле до 5-6% теплопроводность увеличивается на 20-25%, что значительно снижает теплотехнические показатели стен. При обследованиях некоторых видов стеновых и кровельных плит с применением пенопластов, были обнаружены некоторые технологические и эксплуатационные недостатки: повышение влажности теплоизоляционного слоя, образовавшиеся мелкие мостики между плитами утеплителя в результате пролива бетона и т.д. В некоторых плитах были обнаружены легко разрушаемые на отдельные гранулы участки из-за хрупкого состояния пенополистирольных блоков.

    Газосиликат плотностью D300 кг/м3 также обеспечивает необходимое термическое сопротивление при необходимой толщине. Однако поскольку газосиликат такой плотности имеет высокую гигроскопичность, необходимо дополнительно устанавливать внешнюю пароизоляционную мембрану при его внешнем применении. При такой конструкции происходит накопление влаги стеной аналогично примеру, приведенному ранее. Кроме того, высокое сопротивление воздухопроницаемости нарушает природную вентиляцию стеновой конструкции, создает эффект термоса.

    Анализ двухслойной конструкции стены, когда наружная кирпичная кладка в один кирпич утеплена слоем газосиликата с плотностью D400 кг/м3 толщиной 300 мм с внутренней стороны, показал, что в толще стены наблюдается интенсивное накопление влаги. Это приводит к повышенному влагосодержания в газобетоне до 4-5% за один зимний период, что близко к предельно допустимому увлажнению. Для устранения накопления влаги при внутреннем утеплении ячеистым бетоном необходимо устраивать воздушные прослойки толщиной не менее 25 мм. Вентиляция такой прослойки осуществляется за счет отверстий в кирпичной кладке, которые остаются при специальном незаполнении швов раствором в верхней и нижней частях стены по определенной схеме. Данное конструкционное решение имеет много недостатков, поскольку не всегда можно выполнить все технические требования такой конструкции

    Пенобетон - лучшая теплоизоляция для 3-х слойных конструкций

    Таким образом, значительный интерес представляет использование монолитной ячеистой теплоизоляции в 3-х слойных кирпичных стенах с использованием теплоизоляционного пенобетона плотностью 250-350 кг/м3.

    Энергосбережение в сфере применения пенобетона достигается за счет физико-технических показателей материала – пористости, плотности, теплопроводности, паро- и воздухопроницаемости. Пористость и средняя плотность пенобетона - это соотношение объема воздушной и твердой фаз. За счет повышения пористости материала, т.е. увеличения объема воздушных пор, происходит закономерное снижение плотности бетона и повышение его теплоизоляционных свойств. При изменении пористости от 50 до 90%, плотность уменьшается с 1000 до 250 кг/м3, а тепловпроводность уменьшается с 0,24 до 0,06Вт/(м•К).

    Изготавливать и укладывать пенобетон можно в построечных условиях с помощью мобильной пенобетонной установки. Этот вариант наружной стены по себестоимости является наиболее экономичным и в 1,5-2 раза удельная стоимость 1 м2 стены меньше, чем при использовании волокнистого штучного или полимерного ячеистого утеплителя. Ряд технологических приемов поризации и специальное оборудование позволяют получить пенобетон с коэффициентом теплопроводимости 0,06-0,085 Вт/м•К. При толщине такого монолитного утеплителя 0,12-0,16 м в кирпичных стенах соблюдается нормируемое термическое сопротивление.

    Однослойные ограждающие конструкции

    Изучение возможных материалов для применения в однослойных стеновых панелях показывает, что одним из наиболее эффективных является пенобетон. Этот стеновой материал по предварительным расчетам специалистов «КиевЗНИИЭП», удовлетворяет требованиям термического сопротивления во всех температурных зонах Украины при вариации плотности бетона с 500 до 700 кг/м3 и толщине стены от 0,4 до 0,6 м. При этом масса 1 м2 наружной стены из пенобетона в 2-6 раз меньше, чем керамзитобетона или кирпича, что соответственно уменьшает нагрузку на фундамент и сокращает транспортные расходы при строительстве.

    Однослойные стеновые конструкции из пенобетона наиболее эффективно можно использовать при малоэтажном, индивидуальном и каркасном высотном строительстве. Такие стены экономически выгодно отличаются от других видов используемых стеновых материалов, как по себестоимости, так и по энергозатратам производства, строительства и эксплуатации. Комфортность жилья со стенами из пенобетона уступает только помещениям со стенами из дерева.

    Перспективные направления в строительстве однослойных стен - это использование пенобетона для производства мелкоштучных стеновых блоков плотностью 500-700 кг/м3, пазогребневых блоков плотностью 700-1200 кг/м3 для межкомнатных перегородок.

    Дополнительный теплозащитный эффект от применения таких блоков связан со снижением в 5-8 раз расхода строительного раствора на кладку блоков, по сравнению с кирпичной кладкой. Учитывая, что теплопроводность цементно-песчаного раствора в 3-4 раза выше, а сорбционная влажность в 5-6 раз больше, чем у самого стенового материала, снижение площади растворных швов в кладке повышает теплозащитные показатели наружных стен. Результаты исследований теплофизических свойств ограждающих конструкций из ячеистых бетонов показали, что устройство швов толщиной 2 мм снижает термическое сопротивление теплопередаче стены на 4-5%, устройство швов толщиной 10 мм – на 20% , а устройство швов толщиной 20 мм – на 30-32%. (Семченков А.С., НИИЖБ) Таким образом, технико-экономические преимущества возведения стен из пенобетона наиболее полно проявляются при применении высокоточных изделий и высокой культуре выполнения строительных работ, в частности ведения кладочных работ на клеевых составах при толщине швов 1,5 – 2 мм.

    Также в настоящее время в Украине, России и Казахстане интенсивно развивается монолитное строительство. Значительный опыт этого направления накоплен в Германии и Англии. Эта технология также является перспективной для строительства однослойных стен из такого теплоэффективного конструкционного материала, как пенобетон.

    Пенобетон – лучший конструкционный материал с высокими теплоизолирующими свойствами

    В целом, эксплуатационные теплотехнические показатели домов, стены которых выполнены из пенобетонных блоков, значительно лучше, чем из кирпича и других распространенных строительных материалов.

    Многолетний опыт эксплуатации зданий со стенами из пенобетона, выполненные многочисленными специальные обследования этих конструкций позволяют гарантировать более длительную долговечность, чем эксплуатационная долговечность многослойных стен.

    Справка. Тепловая защита зданий

    Энергетическая эффективность здания – это свойство здания и его инженерных систем обеспечивать заданный уровень расхода тепловой энергии для поддержания отопительных параметров микроклимата помещений. Под тепловой защитой подразумеваются теплозащитные свойства совокупности его наружных и внутренних ограждающих конструкций, обеспечивающих заданный уровень тепловой энергии здания с учетом воздухообмена помещений не выше допустимых пределов.

    Ограждающие конструкции зданий должны обеспечивать нормируемое сопротивление теплопотере с минимумом тепловодных включений и герметичностью стыковых соединений в сочетании с надежной пароизоляцией, максимально сокращающих проникновение водяных паров внутрь ограждающих конструкций и исключают возможность накопления влаги в процессе эксплуатации.

    В отличие от стран Западной Европы, где среднемесячная температура воздуха наиболее холодного месяца января не опускается ниже -5?С, на большей территории Украины она вдвое ниже, а расчетная температура наиболее холодной пятидневки составляет -21 - -25?С. Учитывая такие погодные условия, необходимо так конструировать стеновые конструкции домов, чтобы они обеспечивали нормативные теплотехнические характеристики стен жилых домов. В соответствии с действующими нормами, теплотехнические характеристики ограждающих конструкций должны оцениваться по следующим показателям: сопротивление теплопотере, способность пропускать определенное количество воздуха (воздухопроницаемость), а также способность способствовать тому, чтобы конструкция не накапливала влагу в своей толще за счет конденсации пара (проницаемость).

    Справка. Механизм передачи тепла пористыми строительными материалами

    Как известно в твердых телах передача теплоты теплопроводностью осуществляется за счет движения свободных элементарных частиц. Строительные теплоизоляционные материалы являются капиллярно-пористыми телами и перенос теплоты в них осуществляется как за счет теплопроводимости, так и за счет конвекции межпорового газа и излучения между стенками капилляров и пор. Поэтому под теплопроводностью пористых материалов следует понимать совместную передачу теплоты теплопроводностью, конвекцией и излучением.