В условиях ограниченного наличия собственных энергоресурсов (ТЭР) и периодического повышения их стоимости одним из приоритетных направлений государственной политики Республики Беларусь является энергосбережение во всех отраслях экономики.
За последнее десятилетие в структуре потребления топливно-энергетических ресурсов отраслями экономики Беларуси доля коммунально-бытового сектора возросла с 25,8% в 1990 г. до 39,6% в 2000 г., а в новом жилищном строительстве снизилась с 2,5 до 1,8%. Ежегодные затраты топлива на содержание жилого фонда страны составляют 12 млн т у.т., основная часть которых направляется на отопление и горячее водоснабжение. Таким образом, очевидно, что основные резервы энергоэффективности в жилищно-коммунальном хозяйстве лежат в сфере снижения энергопотребления ранее построенными жилыми зданиями.
В то же время проведенные натурные обследования жилых зданий серий 1-335, 1-464, 1-434 и других показали, что доля трансмиссионных потерь тепловой энергии через наружные стены составляет от 38 до 52%. Следовательно, одной из основных задач, решаемых при реконструкции и тепловой модернизации старого жилого фонда, является повышение сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.
Согласно постановлению Совета Министров РБ №45 от 17.01.2003 г. “О мерах по повышению эффективности эксплуатации жилищного фонда, объектов коммунального и социально-культурного назначения и защите прав потребителей коммунальных услуг”, в период с 2004 по 2006 г. предусмотрено выполнить тепловую модернизацию 189 домов общей площадью 719,5 тыс. м2, а с 2007 по 2015 г. — 1675 домов общей площадью 6 млн 365 тыс. м2. В целом необходимо утеплить около 378 тыс. м2 фасадов до 2007 г. и 3 млн 350 тыс. м2 фасадов до 2016 г.
В последнее время в Беларуси все более широкое распространение получают системы утепления наружных стен зданий. Их применение позволяет привести сопротивление теплопередаче стен существующих зданий в соответствие с современными требованиями, снизить теплопотери и затраты на отопление, улучшить комфортность помещений и декоративные свойства фасадов. Системы утепления все чаще применяются и при новом строительстве, что объясняется их высокой технологичностью. Хотя до 1996 г. в Республике Беларусь они практически не использовались. Соответственно и технологии их устройства, появившиеся за рубежом, были изучены недостаточно. Тепловая изоляция фасадов зданий первых массовых серий была возможна только с применением дорогостоящих жестких минераловатных утеплителей, закрепляемых на фасаде при помощи клея, анкерных устройств и специальных поддерживающих конструкций — цокольных планок. Причем, как правило, рекомендовалось использовать дорогостоящие анкерные устройства с винтовыми сердечниками.
Несмотря на то что на Западе для устройства теплоизоляционного слоя в системах утепления применялись пенополистирольные утеплители, данная технология не могла быть допущена из-за низкой, особенно на границах оконных проемов, огнестойкости. Не годилась она и для тепловой изоляции участков фасадов, эксплуатирующихся в условиях повышенной влажности, так как предполагала наличие горючих утеплителей из экструдированного пенополистирола.
Кроме того, устройство систем утепления по зарубежным технологиям требовало установки строительных лесов в качестве средств подмащивания на значительной площади фасадов, причем перекрытых на каждом ярусе. А это отвлекало значительные материальные и трудовые ресурсы строительных организаций.
Но наиболее существенным недостатком, сужающим возможности применения известных зарубежных технологий в климатических условиях Беларуси, являлись жесткие температурные ограничения при производстве работ. Их выполнение не допускалось при температуре наружного воздуха ниже 5°С.
До последнего времени как в нашей стране, так и за ее пределами тепловая изоляция рассматривалась не как конструктивный элемент здания, а как строительный материал, укрепленный на стене. Соответственно не существовало каких-либо сведений по расчету прочности и деформаций несущих элементов тепловой изоляции, не имелось достаточно данных о прочностных и деформационных свойствах материалов. Отсутствовали и однозначные подходы к выполнению теплотехнических расчетов. В частности, не было ясности в вопросах определения паропроницаемости и влагосодержания элементов систем утепления, следовательно, недостаточно точно определялись эксплуатационная влажность утеплителей и термическое сопротивление теплоизоляционных материалов. Не учитывалось влияние анкерных устройств и других теплопроводных включений на приведенное сопротивление теплопередаче утепленных стен. То обстоятельство, что система утепления, закрепленная на наружной стене здания, изменяет не только распределение температур по толщине стены, но и влажность материалов, из которых она состоит, также не принималось во внимание.
Исследования, однако, подтвердили, что при тепловой изоляции наружных стен зона возможной конденсации влаги перемещается в утеплитель системы утепления, а сами стены высыхают. Действующие нормы не учитывали разную степень увлажнения отдельных слоев ограждающих конструкций, а только условия эксплуатации здания.
Научные исследования и опыт производственного внедрения позволили разработать высокотехнологичную энергоэффективную легкую штукатурную систему утепления стен зданий, соответствующую их особенностям и климатическим условиям нашей страны.
Она отличается возможностью устройства конструкции повышенной огнестойкости, влагостойкости и прочности, исключающей операции по установке анкерных устройств и поддерживающих элементов. Монтаж может производиться в зимнее время с использованием локальных средств подмащивания. Благодаря этому строительные организации получают возможность ритмично работать в течение всего года, причем без отселения жильцов, и в итоге обеспечить выполнение директивных показателей снижения энергопотребления при эксплуатации жилищного фонда страны.
Для развития методов проектирования и производства работ большое значение имеют полученные экспериментальные данные о прочности минераловатных и пенополистирольных плит, блоков из пеностекла, модулях упругости и коэффициентах поперечных деформаций, необходимых для оценки напряженно-деформированного состояния элементов системы утепления под воздействием внешних силовых факторов. Очень важны и результаты исследования процессов изменения прочности полимерминеральных клеев при твердении, в том числе при различных температурах. На их основании могут быть уточнены температурные пределы применяемости разработанных технологий. Получены также экспериментальные зависимости изменения коэффициентов теплопроводности, температуропроводности и пароемкости теплоизоляционных материалов при наборе ими влажности. Это дает возможность определить технологические пределы их применяемости при тепловой изоляции различных типов стен жилых зданий в климатических условиях Республики Беларусь.
На основании проведенных исследований разработаны методы, позволяющие выполнить прочностной расчет и уточнить теплотехнический расчет систем утепления.
В последние годы обеспечена технологическая возможность устройства теплоизоляционного слоя из материалов, имеющих достаточно высокую прочность на растяжение в направлении, перпендикулярном поверхности фасадов. Это ламинированные минераловатные утеплители, пенополистирольные плиты, а также блоки из пеностекла. Их применение позволило исключить из технологии процессы дополнительного крепления утеплителей анкерными устройствами.
В целях повышения производительности труда и обеспечения необходимого технологического фронта работ при устройстве теплоизоляционного слоя предложены механизированные методы нанесения клея на теплоизоляционные плиты (рис. 1). Из технологии практически исключен метод сплошного приклеивания, в том числе при использовании плит из ламинированного волокна. Предложено также наносить клей непосредственно на поверхность утепляемых стен (рис. 2).
В связи с отсутствием отечественных экструдированных пенополистирольных утеплителей для тепловой изоляции участков ограждающих конструкций, подверженных увлажнению (цоколи зданий, участки фасадов над балконными плитами, примыкающими к утепляемым стенам кровлями), разработана технология, предусматривающая использование теплоизоляционных блоков из пеностекла.
Вместе с тем внедрение в практику новых минераловатных плит белорусского производства с обычным направлением волокон (не ламинированных) и обеспечение технологической возможности выполнения работ на слабых подосновах оставляют актуальной необходимость использования дополнительного крепления плит анкерами к стене. Исследования показали, что сердечники анкерных устройств не подвержены воздействию усилий, способных выдернуть их из втулки. В связи с этим в технологии предусмотрено применение распорных анкеров (не винтовых) с пластмассовыми или стеклопластиковыми сердечниками. Они более технологичны и не оказывают значительного влияния на приведенное сопротивление теплопередаче утепленных стен.
Разработанный технологический прием устройства армированного слоя обеспечивает необходимую огнестойкость конструкции тепловой изоляции и возможность эвакуации людей при пожаре через оконные и дверные проемы утепленных стен. Решение этой задачи позволило применять в системах утепления горючие пенополистирольные утеплители белорусского производства.
Итак, предложено до устройства теплоизоляционного слоя на границах системы утепления приклеивать негорючий армирующий материал непосредственно к поверхности утепляемых стен. После устройства теплоизоляционного слоя приклеенный заранее армирующий материал заделывается в армированный слой, обеспечивая его целостность и неразрывность армирования (рис. 3).
Данное технологическое решение хорошо зарекомендовало себя при проведении пожарных испытаний. Выполненный таким образом армированный слой не разрушался даже при длительном воздействии пожарной нагрузки, сохраняя целостность всей конструкции системы утепления. В результате предлагаемые решения были разрешены к применению с использованием горючих утеплителей из пенополистирольных плит на жилых зданиях до 12 этажей в г. Минске и областных центрах и до 9 этажей в остальных городах республики.
Замена импортных минераловатных плит недорогими пенополистирольными утеплителями позволила снизить стоимость систем утепления не менее чем на 20% и содействовала процессу импортозамещения материалов. Использование этой технологии оказалось возможным и рациональным не только на пожароопасных участках фасадов, которыми являются оконные и дверные проемы, но и в других элементах конструкции (рис. 4, 5). Данный технологический прием помимо всего позволил исключить из конструкции дорогостоящие цокольные и вертикальные металлические планки, расширяющиеся уплотнительные ленты и соответственно операции по их установке.
Более прочные утеплители и обеспечение неразрывности армированного слоя дали возможность в ряде случаев на несколько миллиметров уменьшить толщину этого слоя, а при применении блоков из пеностекла даже полностью исключить его из технологии. Выполнение армированного слоя с использованием малопроницаемых для водяного пара полимерминеральных клеев способствовало снижению влагосодержания утеплителей и соответственно повышению сопротивления теплопередаче утепленных стен, а также снижению расхода клея, утеплителя и затрат труда.
Исследованиями установлено, что в определенных условиях при устройстве систем утепления возможно применение специально приготовленных полимерминеральных клеев. Разработанная на их основе технология производства работ предусматривает возможность устройства теплоизоляционного и армированного слоев системы утепления при отрицательных температурах наружного воздуха при условии, что клей приготовлен в теплом помещении, а температуры поверхностей стены и теплоизоляционных плит, на которые он наносится, оговорены для каждого типа клеев. При этом устройство декоративно-защитного слоя в зимних условиях с использованием штукатурных составов не предусмотрено.
Данная технология позволяет обеспечить равномерную практически в течение всего года загрузку строительных организаций и резкое увеличение объемов работ по тепловой модернизации зданий.
Благодаря этим технологическим решениям появилась возможность последовательного выполнения работ по тепловой изоляции на небольших участках фасадов с привлечением небольшого количества рабочих. Это значительно расширило количество строительных организаций, способных их производить, включая небольшие строительные фирмы, не обладающие крупными производственными фондами и финансовыми возможностями.
Новые технологии устройства легкой штукатурной системы утепления с применением горючих пенополистирольных утеплителей практически вытеснили тяжелые штукатурные системы. Правда, их применение сегодня все более смещается в область тепловой изоляции первых этажей зданий и других участков фасадов, наиболее подверженных в процессе эксплуатации механическим воздействиям. Появились также так называемые “утяжеленные” системы утепления, совмещающие свойства легких и тяжелых систем утепления.
Массовое их внедрение, опыт ведения работ позволили отечественным производителям достичь высокого качества тепловой изоляции, не уступающей, а по технологическим параметрам зачастую превосходящей зарубежные аналоги. Несмотря на внешнюю схожесть легких штукатурных систем утепления и применение уже ставших типовыми технических решений, системы имеют ряд конструктивных и технологических особенностей, обусловленных достигнутым уровнем производства. Наиболее развитыми на сегодняшний день, по мнению автора, являются легкие штукатурные системы “Радекс”, “Илмакс” и белорусский вариант немецкой системы “Капатект”. Они прошли весь путь технического развития: от разработки, экспериментальной апробации до мониторинга, имеют белорусские нормативные документы и могут применяться в массовом строительстве и ремонте на всей территории страны.
Особенно следует отметить новую динамично развивающуюся легкую штукатурную систему утепления “Фасад-Мастер”, конструкция и технология которой основана на лучших технических решениях, апробированных в Беларуси. Только в 2005 г. с ее использованием утеплено более 50 тыс. м2 фасадов. А мониторинг тепловой изоляции показал высокое качество как самой конструкции, так и применяемых при ее устройстве технологий.
Новые подходы к технологии и проектированию систем утепления нашли отражение в проекте нормативного документа ТКП “Проектирование и устройство тепловой изоляции наружных ограждающих конструкций зданий”. Он разработан взамен Пособия П3-2000, которое в свое время хоть и вызвало неоднозначное отношение и широкое обсуждение, но в полной мере выполнило возложенные на него задачи. В частности, упорядочены методы проектирования систем утепления, введена необходимая терминология, определены основные конструкции систем утепления и основные положения технологии выполнения работ, требования к качеству и технике безопасности.
В предлагаемый взамен Пособия П3-2000 документ вошли наиболее прогрессивные технологии тепловой изоляции, положительно зарекомендовавшие себя в производстве. Разделы, посвященные проектированию систем утепления, дополнены необходимыми методами расчета. Введение в действие данного документа позволит обеспечить развитие современных технологий систем утепления стен, а также технологий тепловой изоляции других наружных ограждающих конструкций зданий.