2. Общие принципы повышения теплозащиты стен.

Повышение теплозащитных качеств стеновых ограждающих конструкций заключается в увеличении их сопротивления теплопередачи до нормативных значений, действующих в настоящее время. Это достигается утеплением стен теплоизоляционными материалами, которые должны защищаться от наружных воздействий защитно-декоративным слоем, способным при необходимости сохранить или улучшить архитектурно-художественный облик здания или помещения.

В практике устройства дополнительной теплозащиты стен существует два основных способа ее расположения: с наружной или внутренней стороны стены. Иногда встречается конструктивно-технологическое решение устройства теплозащиты зданий с расположением утеплителя с наружной и внутренней стороны стены одновременно. Данный способ можно назвать комбинированным.

Конкретный вариант расположения теплозащиты устанавливается на основе анализа всех возможных способов ее устройства с учетом их достоинств и недостатков.

Вариант с расположением теплоизоляционного материала на внутренней поверхности стены обладает следующими достоинствами:

- теплоизоляционный материал, как правило, не имеющий достаточной способности к сопротивлению воздействиям внешней среды, находится в благоприятных условиях и, следовательно, не требуется его дополнительная защита;

- производство работ по устройству теплозащиты может идти в любое время года независимо от способа крепления. При этом не требуется применение дорогостоящих средств подмащивания.

К недостаткам расположения со стороны помещения относятся:

- уменьшение площади помещения за счет увеличения толщены стены;

- необходимость устройства, с целью исключения выпадения конденсата, дополнительной теплозащиты в местах опираний на стены плит перекрытий и в местах примыкания к наружным стенам внутренних стен и перегородок;

- необходимость защиты теплоизоляционного материала и стены от увлажнения путем устройства пароизоляционного слоя перед теплоизоляционным материалом;

- расположение хорошо аккумулирующего тепло материала стены (например, кирпичной кладки) в зоне низких температур, что в значительной мере снижает тепловую инерцию ограждения;

- невозможность защитить стыки крупнопанельных зданий от протечек;

- невозможность менять архитектурно-художественный облик фасада здания;

- необходимость отселения жильцов;

- сложность устройства теплоизоляции в местах расположения приборов отопления, а также в пределах толщины пола.

Следует отметить, что в большинстве случаев устройство дополнительной теплоизоляции с внутренней стороны стены производится на стадии реконструкции с полной заменой санитарно-технического оборудования и конструкций пола. Поэтому, последний недостаток данного способа является менее существенным по сравнению с остальными.

Вариант расположения теплозащиты с наружной стороны стены обладает существенными достоинствами.

К ним, в частности, относятся:

- создание защитной термооболочки, исключающей образование “мостиков холода”;

- исключение необходимости устройства пароизоляционного слоя;

- возможность защитить стыки крупнопанельных зданий от протечек;

- создание нового архитектурно-художественного облика здания;

- возможность одновременно с устройством теплоизоляции исправлять дефекты стены;

- расположение хорошо аккумулирующего тепло материала стены в зоне положительных температур. Это повышает тепловую инерцию ограждения и способствует улучшению ее теплозащитных качеств при нестационарной теплопередаче, а также сохранению следующих преимуществ высоких теплоаккумулирующих качеств стены: колебания уровня теплоотдачи систем отопления, работающих в определенном режиме (т.е. практически всех систем центрального отопления), почти не отражаются на температуре воздуха внутри помещения; кратковременные притоки холодного воздуха (при каждом открывании окон и дверей) не приводят сразу же к охлаждению помещения; температурные колебания наружного воздуха сказываются на внутреннем климате помещения не столь ощутимо (особенно, в летний период);

- при устройстве теплоизоляции с наружной стороны стены не уменьшается площадь помещений;

- отсутствуют неудобства, связанные с устройством теплоизоляции в местах расположения приборов отопления и в пределах толщины пола.

Существенными недостатками этого варианта является необходимость устройства по теплоизоляции надежного защитного слоя, а также использование при выполнении работ дорогостоящих средств подмащивания.

Устройство теплозащиты с наружной и внутренней стороны стены одновременно в настоящее время не используется, так как данный способ обладает большой трудоемкостью работ. Он применялся в тех случаях, когда была необходимость восстановить локальные теплозащитные качества стены. Для этого требовалось только оштукатурить наружную и внутреннюю поверхности стен “теплыми” растворами.

Конструкция дополнительной теплозащиты в период эксплуатации подвергается внешним и внутренним воздействиям. К внешним относятся: солнечная радиация; атмосферные осадки (дождь, град, снег); переменные температуры; влажность воздуха; внешний шум; воздушный поток; газы; химические вещества; биологические вредители. К внутренним воздействиям можно отнести нагрузки (постоянные, временные и кратковременные), колебания температуры, влажность, морозное пучение и сейсмоволны. Добиться правильной и долговременной работы теплозащиты можно только в том случае, если она будет способна противостоять данным воздействиям, а так же отвечать конструктивным, технологическим и эстетическим требованиям.

В первую очередь конструкция теплозащиты должна быть долговечной и надежной. Долговечность определяется сроком службы. Для ее достижения необходимо, чтобы защищающая конструкция была устойчивой к длительному воздействию температур (материал не должен менять свои технические характеристики и форму), химически стойкой (противостоять химическим воздействиям окружающей среды) и биологически стойкой (не должна подвергаться биологическим воздействиям) При расположении теплозащиты с наружной стороны стены она должна быть так же морозостойкой (необходимо чтобы защитно-декоративный слой выдерживал не менее 25 циклов замораживания и оттаивания в водонасыщенном состоянии). При проектировании дополнительной теплозащиты надо стремиться к использованию различных конструктивных элементов, долговечность которых была бы одинаковой. В конструкциях, где возможна замена утеплителя, допускается применять защитно-декоративный слой с большей долговечностью. Для достижения надежности защищающих конструкций необходимо, чтобы они были огнестойкими, ограничивали или не допускали попадания влаги внутрь конструкции (количество влаги попавшей на утеплитель, не должно ухудшать его работу) и были устойчивы к актам вандализма.

Теплозащита стен здания будет удовлетворять эстетическим окружающим требованиям, если она вписывается в окружающую застройку, интерьер и имеет архитектурно-художественную выразительность.

Для достижения технологических требований конструкция дополнительной теплозащиты должна быть: индустриальной (иметь высокий уровень заводской готовности); транспортабельной (возможность перевозить конструкции любым транспортом без его переоборудования, удобной для погрузочно-разгрузочных работ, компактной при складировании); простой в монтаже (работы могут вестись рабочими без специальной подготовки, возможно всесезонное проведение работ); ремонтопригодной (возможность замены элементов теплоизоляции без больших затрат времени и рабочей силы).

В строительной практике применяются разнообразные теплоизоляционные материалы к основным из них относятся: легкие бетоны (керамзитобетон, перлитобетон, шлакобетон, газо- и пенобетон и др.); “теплые” растворы (цементо-перлитовый, гипсо-перлитовый, поризованный и др.); изделия из дерева и других органических материалов (плиты древесностружечные, фибролитовые, камышитовые и др.); минераловатные и стекловолокнистые материалы (минераловатные маты, минераловатные плиты мягкие, полужесткие, жесткие и повышенной жесткости на различных связующих, плиты из стекловолокна и др.); полимерные материалы (пенополистерол, пенопласт, пенополиуретан, перлитопластобетон и др.); пеностекло или газостекло, а также другие композиционные материалы и изделия из них.

Использование конкретного материала для теплозащиты стен зависит от целого ряда факторов, определяющими из которых являются: долговечность; требуемая толщина слоя теплоизоляции; возможное место расположения материала на стене; масса теплоизоляционной конструкции; стоимость материала; трудоемкость устройства; возможность поставки материала на строительную площадку.

В настоящее время наиболее эффективными при устройстве дополнительной теплоизоляции являются полимерные материалы (пенополистирол, пенополиуретан) и изделия из минеральной ваты и стекловолокна. При устройстве теплоизоляции из этих материалов, масса всей конструкции теплозащиты будет наименьшей. Этот факт, а также наличие в стране предприятий по производству изделий из минеральной ваты, стекловолокна, пенопласта и пенополистирола позволяет предположить, что при устройстве дополнительной теплозащиты, в качестве утепления наибольшее распространение получат именно минераловатные плиты различной степени жесткости, минераловатные маты и плиты из пенопласта и пенополистирола.

В последнее время на строительном рынке появились зарубежные высококачественные теплоизоляционные материалы. Например, немецкая фирма “KNAUF” предлагает широкий выбор пенопластов, пенополистиролов и других эффективных теплоизоляционных материалов, концерны “ISOVER” и “AHLSTROM” предлагают широкий выбор минераловатных плит, датская фирма “ROCKWOOL” – теплоизоляционную вату на каменной основе и т.д. Поэтому, в ближайшем будущем, можно ожидать широкого применения этих материалов в качестве утеплителя при устройстве дополнительной теплозащиты стен жилых зданий.

Выбор конкретного теплоизоляционного материала производится с учетом многих факторов, основными из которых являются отпускная стоимость, эксплуатационная стойкость и трудоемкость монтажа.

В связи с большим количеством теплоизоляционных материалов, имеющих различную стоимость и коэффициент теплопроводности, возникает задача выбора наиболее экономически целесообразного материала. Для этого необходимо найти стоимость одного квадратного метра утеплителя применительно к зданию по следующей формуле:

,

где - стоимость одного квадратного метра утепляемой стены, применительно к конкретному зданию, построенному в определенном климатическом районе; - стоимость одного кубического метра утеплителя; - необходимая толщина утеплителя в метрах; - дополнительное сопротивление теплопередаче, на величину которого необходимо увеличить сопротивление теплопередачи стены для достижения современных требований; - сопротивление теплопередаче стены, подлежащей утеплению; - сопротивление теплопередаче стены по новым нормам; - коэффициент теплопроводности утеплителя.

Для примера рассмотрим стоимость теплоизоляционных материалов, необходимых для утепления здания, расположенного в Москве и имеющего сопротивление теплопередаче стеновых ограждающих конструкций , соответствующее старым нормам. Тогда для достижения новых норм необходимо увеличить сопротивление теплопередаче на величину . Сравнительные технико-экономические показатели эффективных теплоизоляционных материалов приведены в табл. 2.1.

Установлено, что для теплоизоляционных материалов наблюдается тенденция увеличения стоимости квадратного метра утепляемой стены с увеличением плотности и прочности теплоизоляционного материала. В то же время известно, что использование теплоизоляционных материалов имеющих, по возможности, наибольшие прочностные характеристики приводят к увеличению срока службы теплозащиты. Это связано с тем, что прочностные характеристики плит являются наиболее полными показателями, характеризующими их долговечность.

Оценку эксплуатационной стойкости строительных материалов производят в лабораторных условиях испытанием их морозостойкости, натурным наблюдением за состоянием конструкций и материалов в период их эксплуатации и сравнительным сопоставлением запроектированных конструкций с аналогичными из тех же материалов, длительное время находившихся в условиях воздействия окружающей среды.

Вопросы долговечности теплоизоляционного материала в конструкциях дополнительной теплозащиты в настоящее время являются малоизученными, как у нас в стране, так и за рубежом. Это связанно с тем, что возникают трудности при оценке результатов испытаний теплоизоляционных материалов с точки зрения их сопоставимости в связи с большой их разновидностью и постоянными изменениями отдельных параметров (состава сырья, технологий приготовления и крепления, климатических районов строительства и др.). Поэтому приходится пользоваться приблизительными данными о долговечности теплоизоляционных материалов, которая для минераловатных и стекловолокнистых плит составляет 15...25 лет, пенополиуретана 20 лет.

Одним из важных показателей при выборе теплоизоляционного материала являются его противопожарные свойства. Известно, что новое поколение пенополистиролов и пенополиуретанов относится к самозатухающим материалам, но их применение ограничивается тем, что максимальная температура, которой они могут подвергаться в течение нескольких минут, равна 95 С, после чего они теряют свои эксплуатационные качества. В связи с этим при утеплении стен листами из пенополистирола, расположенными с наружной стороны стены, вокруг окон необходимо монтировать ряд листов из минераловатных плит, так как они относятся к трудносгораемым материалам. Это делается для защиты пенополистирола от открытого пламени, которое может вырываться во время пожара из окон.

В настоящее время в стране стали выпускаться полистиролцементные плиты, которые относятся к трудносгораемым материалам, но их применение невыгодно из-за большой толщины и высокой стоимости (табл.2.1).

В качестве теплоизоляционного материала иногда используют пенополиуретан. Поэтому необходимо отметить, что данный материал имеет закрыто-ячеистую структуру и эффективное его использование возможно только с внутренней стороны стены (в данном случае пароизоляция не нужна). При размещении пенополиуретана с наружной стороны во время эксплуатации в утепляемой стене будет накапливаться влага, которая не сможет удаляться, это повлечет за собой ухудшение эксплуатационных качеств стены и быстрое ее разрушение.

Из выше указанного следует, что для утепления стен опорного жилищного фонда наиболее целесообразно применять теплоизоляционные плиты из пенополистирола, минеральной ваты и стекловолокна. Толщина утеплителя определяется расчетом, но в среднем по стране она колеблется от 50 до 150 мм.

Защитно-декоративный слой может выполняться в виде послойного нанесения цементных, полимерных и др. составов, механического или клеевого крепления облицовочных панелей из природного камня, бетона, металла, дерева, полимеров и др. материалов. Причем в зарубежной практике, дополнительную теплозащиту стен разрабатывают в основном те предприятия, на которых ведется изготовление ее защитно-декоративных элементов.

Широкое разнообразие теплоизоляционных и защитно-декоративных материалов позволяет применять для теплозащиты стен множество различных конструктивно-технологических решений. Например, для кирпичных и каменных стен, только во Франции, существует более 200 технологий устройства дополнительной теплозащиты с наружной стороны здания.

Для обобщения имеющихся данных и облегчения выбора конкретного варианта дополнительной теплоизоляции, составлена общая классификация технических решений теплозащиты стен.

Технические решения теплозащиты в целом могут быть классифицированы по трем основным признакам: по месту размещения (с внутренней, наружной или одновременно с внутренней и наружной стены); по виду материала утеплителя; по виду материала защитного слоя.

Таблица 2.1

Сравнительные технико-экономические показатели эффективных теплоизоляционных материалов.

Название изготовителя и страна-изготовитель	Плотность,	Плотность при сжатии, МПа	Коэффициент теплопроводности	Толщина, мм	Стоимость (по данным 1996 года)
					, у.е./м	, у.е./м
ISOVER-AHHLSTREM Плиты из стекловаты OL – L: 100 mm OL – L: 150 mm OL – A: 70 mm OL – A: 100 mm OL – K: 70 mm OL – K: 100 mm	50 50 65 65 130 130	0,008 0,008 0,012 0,012 0,025 0,025	0,033 0,033 0,033 0,033 0,035 0,035	66 66 66 66 70 70	136,90 135,20 169,00 169,00 169,00 169,70	9,01 8,90 11,1 11,2 11,7 11,8
PAROC (Финляндия) Плита A - IL	30	-	0,041	82	90,09	7,37
Отечественные минераловатные плиты:
П 200, Тамбов (ГОСТ 22950-78)	200	0,120	0,041	82	101,05	8,27
П 125, Тамбов (ГОСТ 9573-86)	125	0,065	0,041	82	56,84	4,65
ПМ – 50H, Москва	60	-	0,079	158	65,97	10,4
ПМ – 80P, Москва	90	-	0,074	149	77,02	11,4
ПП – 125Т, Москва (ТУ 21-24-52-95, ТР-1-ОП-92)	135	-	0,074	149	87,19	12,9
ППЖ – 200Т, Москва (ТР-1-ОП-91)	200	-	0,052	104	104,04	10,8
Плиты из пенополистирола (ТИГИ KNAUF):
М 15, ГОСТ 15588-86	15	0,05	0,042	84	58,14	4,87
М 25, ГОСТ 15588-86	25	0,10	0,039	78	66,48	5,17
М 35, ГОСТ 15588-86	35	0,16	0,037	74	98,93	7,30
Полистиролцементная Плита (ТУ-5714-005-3128011844-86)	250	0,8	0,07	140	151,79	21,2

В свою очередь, устройство утеплителя с внутренней, наружной или одновременно с внутренней и наружной стороны стены может осуществляться с воздушной прослойкой (вентилируемой или невентилируемой) или без нее.

Материалы теплоизоляционного и защитно-декоративного слоев классифицируются по трем основным признакам: по происхождению входящих в состав компонентов (органические и неорганические); по условиям изготовления (построечное, заводское и комбинированное); по способам крепления (механическое, клеевое, комбинированное и послойное нанесение).

Органические теплоизоляционные материалы делятся на полимерные (пенополистирол, пенопласт и др.) и материалы с использованием природных растительных заполнителей (плиты фибролитовые, камышитовые и др.).

Неорганические материалы утеплителя делятся на следующие группы: бетоны и растворы (перлитобетон, пенобетон, цементно-перлитовый раствор и др.); изделия из минеральной ваты и стекловолокна (плиты минераловатные, минераловатные маты, плиты из стекловолокна и др.).

Органические материалы защитно-декоративного слоя можно разделить на два вида: изделия на основе древесины и полимерные материалы. Неорганические материалы делятся на три вида: бетоны и растворы; металлические материалы; керамические материалы.