лекции по энергоэфективным зданиям

Опір паропроникненню багатошарової конструкції приблизно знаходиться як сума опорів окремих шарів

де, - товщина шару, м;

- коефіцієнт паропроникнення, мг/(м ч Па), який приймається за Додатком 3 [1].

Зточки зору паропроникнення конструкція вважається досконалою, якщо опір

паропроникненню RП, м2 ч Па/мг огороджувальної конструкції (в межах від внутрішньої поверхні до площини можливої конденсації (ПМК) більше (або дорівнює) від найбільшого з наступних потрібних опорів паропроникнення:

Rтр

а) потрібного опору паропроникненню П1 за умов недопущення накопичення вологи в огороджувальній конструкції при експлуатації конструкції протягом всього року;

Rтр

б) потрібного опору паропроникненню П2 за умов обмеження вологи в огороджувальнiй конструкції за період з від'ємними температурами.

ПРИКЛАД 6.

Треба підібрати тип пароізоляції сумісного покриття для міста Хмельницький (tв =200C; = 55%; ев = 1403 Па; в = 8,7 Вт/(м2 0С); R0 = 2,07 м2 0С/Вт). Теплотехнічні характеристики конструкції (див. рис 10) зведені в табл. 5.

Таблиця 5 - Вихідні дані до прикладу 6

Опір паропроникненню для рубероїдного килима знаходиться згідно з Додатком 11 [1]. Приймаємо 3 шари рубероїду (RП = 1,1 м2 ч Па/мг) та 3 шари пофарбування гарячим бітумом за один раз (RП = 0,3 м2 ч Па/мг). Тоді підсумовуємо значення опору

ПМК

паропроникненню рубероїдного килима.

Рис. 5 Конструкція сумісного перекриття

RрубП = 3 1,1 + 3 0,3 = 4,2 м2 ч Па/мг.

РОЗРАХУНОК

Вважаємо, що площина можливої конденсації співпадає з зовнішньою поверхнею утеплювача. Тоді конструкція умовно поділяється на дві частини - внутрішню і зовнішню.

Опір паропроникненню для внутрішньої частини становить

RПВ = 1/ 1 + 2/ 2 = 3,33 + 0,3 = 3,63 м2 ч Па/мг.

де Е – пружність водяної пари, Па, в площині можливої конденсації, що знаходиться за формулою

У формулі (19):

Е1, Е2, Е3 - пружність водяної пари, Па, які приймаються за температурою в площині можливої конденсації, що знаходяться за середньою температурою зовнішнього повітря відповідно, зимового, весняно-осіннього та літнього періодів;

z1,z2,z3 - тривалість, міс., зимового, весняно-осіннього та літнього періодів, що знаходяться згідно [3] за наступними умовами: а) до зимового періоду належать місяці, які мають середньомісячну температуру зовнішнього повітря нижче –5 0С; б) до весняно-осіннього періоду відповідно від –5 0С до 5 0С, в) до літнього періоду – місяці температурою вищою за 5 0С.

Щоб знайти величини Е та ен наведемо в табличній формі кліматичні та розрахункові дані.

У другій та п'ятій графі таблиці 7 дається інформація з [3]. У третій графі таблиці

наведені періоди року. За номером 1 позначена зима, 2 - весна-осiнь, 3 - літо. Тривалість

цих періодів в місяцях дається в наступній четвертій графі. У шостій графі наведено

середні для визначених періодів температури зовнішнього повітря.

Так для літа

У сьомій графі наведено результати підрахунків температури в площині можливої конденсації для окремих періодів за формулою (6).

Для зими

20 25,6 0,96 4,580С.

Таблиця 6 - Кліматичні та розрахункові дані

Для літа

фПМК3 20 20 13,4 0,96 13,660 С.

За знайденими значеннями пмк (аналогічно прикладу 5) за формулою (14)

знаходимо максимальні пружності в площині можливої конденсації (Епмк) i записуємо їх значення в останню восьму графу таблиці 6.

Далі підраховуємо пружність водяного пару в площині можливої конденсації за річний період експлуатації за формулою (19)

1

Е = 12 (435 1+593 4+1560 7)=1144 Па.

Середня пружність водяної пари зовнішнього повітря за рік (за даними п'ятої

графи табл. 6) складає ен = 863 Па.

Підставляємо знайдені значення i одержуємо:

Знаходимо потрібний опір паропроникненню за період від'ємних температур за формулою

аналогічнофПМК0 ;

z0 = 90 діб - тривалість періоду з від'ємними температурами [3];

w = 100 кг/м3 , w = 0,17 м - щільність та товщина (з таблиці 5) матеріалу, що зволожніється (утеплювач);

Wср = 3% - край можливого наростання розрахункової масової вологи в матеріалі, що зволожніється (взято з табл. 14 [1]);

- знаходимо за формулою

температурами. Величини фПМК0 = - 3,4 0С та Е0 = 459 Па підраховано відповідно за формулами (6) і (14).

Тоді

Це означає, що в утеплювачі може накопичуватися конденсаційна волога за річний період експлуатації і перевершувати величини, які дозволяються за період з від'ємними температурами зовнішнього повітря. У зв'язку з цим перед утеплювачем необхідно передбачити шар пароізоляції.

Rтр 2

На величину різниці Rп = П2 – RПВ = 3,89-3,63 = 0,25 м ч Па/мг, за Додатком 11[1] призначаємо один шар руберойду з опором Rп = 1,1 м2 ч Па/мг. Можна було теоретично прийняти пофарбування гарячим бітумом за один раз (Rп = 0,3 м2 ч Па/мг), але на практиці віддають перевагу руберойду.

6. КОНСТРУКТИВНІ РІШЕННЯ ПІДВИЩЕННЯ ОПОРУ ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ ЗОВНІШНІХ ОГОРОДЖЕНЬ

У цьому розділі надаються деякі сучасні приклади конструювання зовнішніх огороджень за умов нових нормативів України і світового досвіду. Вони можуть використовуватися як для нового будівництва, так і для реконструювання існуючих будівель.

6.1. ЗОВНІШНЯ ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЯ СТІН ОГОРОДЖЕНЬ [10].

Досвід зарубіжних країн щодо теплоізоляції огороджувальних конструкцій будівель та споруд свідчить, що найбільший ефект має утеплення фасадів будинків із зовнішнього боку.

Але широке впровадження ефективних теплоізоляційних матеріалів на основі пінополістиролу та волокнистих плитних утеплювачів в огороджувальних конструкціях багатоповерхових будинків гальмується нормативними вимогами щодо забезпечення пожежної безпеки, яка нормується системою стандартів безпеки праці колишнього СРСР:

СНиП 2.01.02-85*; ГОСТ 12.1.003-81 *; СТ СЭВ 383-87; СТ СЭВ 1000-88; ГОСТ 12.1.04489 (СТ СЭВ 4831 -84); СТ СЭВ 2437-80; СТ СЭВ 382-76. Технічні вимоги встановлюють ступінь вогнестійкості конструкцій, групу горючості матеріалів та максимальні межі розповсюдження вогню по будівельних конструкціях. У США, наприклад, займистість та розповсюдження вогню для зовнішніх поверхонь стін встановлюється як при безпосередньому впливі вогню, так і при дії його теплового випромінювання. Розвинена нормативна база поряд з раціональними конструктивними рішеннями дозволяє використання зовнішніх теплоізоляційно-оздоблювальних систем на основі акрилових в'яжучих з мінімальними обмеженнями.

Підвищений інтерес до пінополістиролу, як до утеплювача, пояснюється його низькою теплопровідністю, яка дорівнює 0,04 Вт/м 0С для матеріалу зі щільністю 20-40 кг/м3 (ОСТ 301-05-202-92Е. Полистирол ПСВ-СВ. Технические условия), що є головною перевагою перед іншими відомими теплоізоляційними матеріалами.

Застосування важкоспалимих та спалимих матеріалів в будинках І-ІІІ ступеня вогнестійкості (3 поверхи і вище) заборонено на підставі табл. 1 і п. 1.8 СНиП 2.01.02-85* "Противопожарные нормы". З розвитком зовнішніх теплоізоляційно-оздоблювальних систем (ЗТОС) та матеріальної бази пожежної охорони технічні вимоги щодо ЗТОС можуть бути переглянуті, внаслідок чого повинна бути значно доповнена нормативно-тех- нічна база застосування ЗТОС. Покращення теплозахисних властивостей огороджувальних конструкцій, розробка нових ефективних архітектурно-будівельних систем на основі пінополістиролів та волокнистих плитних утеплювачів вимагають коригування нормативної бази щодо протипожежних заходів захисту конструкцій.

Застосування пінополістиролів та деяких видів жорстких волокнистих плит для будинків заввишки 3 і більше поверхів вимагає проведення подальших випробувань пожежної безпеки конструкцій на фрагментах будинків з врахуванням типологічних характеристик житла і необхідного вогнезахисту. У зв'язку з застосуванням нових конструктивних рішень таких будинків для кожного принципово нового рішення необхідно проводити вогневі випробування окремих елементів, конструкцій та їх фрагментів.

Промисловість ефективних теплоізоляційних матеріалів в Україні достатньо розвинена. Сировина для виробництва пінополістирольних плит (пінополістирол) виробляється підприємствами корпорації "Укрбудматеріали" в Донецьку, Львові,

Запоріжжі, Біличах Київської області; корпорацій "Укрмонтажспецбуд" в Донецьку; "Укрбуд" в Алчевську; "Украгропромбуд" в Миргороді та Новокаховську; Київської держадміністрації в Ірпені; Міністерства промисловості України в Горлівці. Обладнання для виробництва пінополістирольних плит виробляє бахмацький завод "Полімермаш". Жорсткі мінераловатні плити випускаються Алчевським заводом корпорації "Укрбуд". Корпорація "Укрбудматеріали" впроваджує випуск жорстких мінераловатних плит з гідромаси на Донецькому заводі ізоляційних матеріалів. Виробництво та застосування мінераловатних плит, в тому числі для теплоізоляційного шару огороджувальних стінових конструкцій житловнх будинків регламентується діючим в Україні ГОСТ 9573-82 "Плиты теплоизоляционные из минеральной ваты на синтетическом связующем. Технические условия", ТУ-У-21-00294329-046-96 "Плиты теплоизоляционные минераловатные из гидромассы", що розроблено НДІБМВ, Переліком полімерних матеріалів та конструкцій, які дозволені до використання в будівництві Мінздравом СРСР (№3858-85) та листом Державного санітарно-технічного нагляду України від 20.09.95 р. №22/1201.

Пропонується при виробництві теплоізоляційно-оздоблювальних матеріалів враховувати зарубіжний досвід, зокрема США. Так, наприклад, тонкошарові штукатурки (3-5 мм) на основі акрилових в'яжучих являють основу зовнішньої теплоізоляційнооздоблювальної системи "Dryvit" (Dryvit Systems, inс, West Warwick, USА), конструктивні рішення якої зображені на рис 6.

Рис. 6. Найбільш розповсюджені варіанти конструктивних рішень зовнішніх теплоізоляційно-оздоблювальних систем:

а, б – для зовнішніх стін будинків заввишки до 5 поверхів та більше 5 поверхів відповідно; 1

– підоснова; 2 – шар клею; 3 – пінополістирольна або мінераловатна плита; 4 – грунтовка; 5 – армувальна склосітка або металева сітка; 6 – тонкошарова захисна штукатурка на основі акрилових або кремнійорганічних складів.

Системи " Dryvit " широко використовується в Польщі і має хороші перспективи для використання в Україні.

З урахуванням досвіду використання ЗТОС "Dryvit" в США і Польщі, а також вітчизняного досвіду застосування ефективних конструктивних систем на основі пінополістиролу ("Р1аst-bау"), як теплоізоляційного матеріалу разом з захисним шаром, що захищає утеплювач від кліматичних впливів та проникнення вологи і пилу, КиївЗНДІЕПом разом з Українською академією архітектури, УкрНДІПБ, УкрНДІБВ розроблено конструкції зовнішніх теплоізоляційно-оздоблювальних систем (рис.12), що включають склад захисних шарів, конструкцію кріплення до стін і технічні рішення, які забезпечують екологічну та пожежну безпеку при застосуванні в зовнішніх стінах

пінополістирольних утеплювачів для будинків І-ІІІ класів по вогнестійкості. Переваги системи:

1.1. Застосування легких утеплювачів з мінеральних волокон або пінополістиролу забезпечує підвищення термічного опору стін будинків відповідно до зміни № 1 до СНиП II-3-79**[2];

2.2. Захисно-оздоблювальні штукатурки з утеплювачем на мінеральній або органічній основі можуть, при належному обгрунтуванні, використовуватися при будівництві будинків І-ІІІ ступеня вогнестійкості. При цьому в проектах необхідно передбачити виконання протипожежних заходів, дотримуючись суворого вхідного контролю матеріалів ЗТОС та операційного при її встановленні;

3.3. Дієвість протипожежних заходів від розповсюдження вогню по поверхні ЗТОС та їх конструктивні показники підлягають натурній перевірці на фраг-

Рис. 7. Технічні рішення зовнішніх теплоізоляційно-оздоблювальних систем, що розроблені в КиївЗНДІЕП:

а - зовнішня теплоізоляційно-оздоблювальна система на основі пінополістиролу з штукатурками на мінеральній або органічній основі для встановлення на панельні стіни (при реконструкції або новому будівництві) б - те ж саме, для встановлення на цегляні стіни або стіни з дрібноштучних каменів, в - з облицюванням лицьовою цеглою з розшивкою швів, г - з облицюванням лицьовими дрібноштучними каменями заводу "Строммашина" з ефектом розшивки швів; 1 - залізобетонна панель; 2 - клеї органічні + портландцемент або цементні розчини; 3 - пінополістирол та мінераловатні жорсткі плити; 4 - армувальна склосітка; 5 - ґрунтовка з клеїв органічних або на мінеральній основі; 6 - тонкошарові пігментовані штукатурки на органічній або мінеральній основі; 7 - цегляна стіна або стіна з дрібноштучних каменів; 8 - пароізоляція - шар толю; 9 - цегла облицювальна; 10 -фасонні лицьові камені.

6.2. БУДІВЕЛЬНА СИСТЕМА "ДІМ-ТЕРМОС" [11].

Розрахована на використання в індустріальному домобудуванні ніздрюватозалізобетонних конструкцій для стінових огороджувальних конструкцій та як плитний утеплювач для перекриттів.

Зовнішні стіни в системі виконані із ніздрюватозалізобетонних конструкцій, що мають вигляд двошарових крупних блоків з трирядною розрізкою стіни і обличкуванням її цеглою в 1/2 цеглини (рис 8а). Внутрішній несучий шар блоків формується із важкого або поризованого бетону класу В15 завтовшки 5-10 см в залежності від поверховості будинку. Теплоізоляційний шар ніздрюватозалізобетонної конструкції виконаний із неавтоклавного пінобетону щільністю 450-500 кг/м3 і міцністю на стиск 1-1,5 МПа. Несучий і теплоізоляційний шари сполучені між собою монолітно дифузійними і хімічними зв'язками, а також арматурними каркасами.

Зовнішнє обличкування виконують під розшивку із цегли в 1/2 цеглини. Перев'язка кладки виконується в межах горизонтальних стиків блоків з використанням відповідного паза в теплоізоляційному шарі блоків. Обличкування може проводитися одночасно з монтажем блоків або після монтажу.

Між теплоізоляційним шаром і обличкуванням створена повітряна порожнина 10-15 мм. В системі може використовуватись захисно-декоративне фасадне покриття пінобетону по різних сітках (рис. 8б).

Рис.8 Технічне рішення стіни за будівельною системою "Дім-термос":

а - обличкування цеглою; б - штукатурка декоративним розчином; 1,2- несучий залізобетонний та теплоізоляційний шари відповідно; 3 - повітряна порожнина; 4 - обличкування цегли; 5 - плита перекриття; 6 - декоративна штукатурка.

Переваги системи:

1.1. Використовується діюча виробнича база індустріального домобудування для комплексного використання неавтоклавного пінобетону;

2.2. Забезпечується нормативний термічний опір огороджувальних конструкцій;

3.3. Зовнішня стіна відповідає найвищим вимогам теплозахисту і комфортності приміщень;

4.4. Зникає "панельний" вигляд індустріальних будинків при довговічному та естетичному обличкуванні;

5.5. Зникають містки холоду та проблеми "стику";

6.6. Реалізується безвібраційна технологія виготовлення виробів литтям.

6.3. БУДІВЕЛЬНА СИСТЕМА "ПІНОБЕТОН-УТЕПЛЮВАЧ"[11].

Будівельна система передбачає використання пінобетонних плит для утеплення стін існуючих житлових будинків, а також при зведенні цегляних будинків у двох варіантах утеплення; з внутрішнього і зовнішнього боків. З внутрішнього боку будинку зовнішні стіни в системі утеплюються плитами завтовшки 120-160 мм, які встановлюють на існуюче перекриття на розчині з повітряним прошарком 15-20 мм відносно цегляної стіни (рис. 9а). Для виключення створення конденсата повітряний прошарок вентилюється припливними на рівні плінтусів і витяжними під стелею отворами.

Теплоізоляційні плити мають щільність 400-450 кг/м3, міцність на стиск 0,75-1 МПа. Утеплення нової цегляної кладки ведеться ярусами за традиційною технологією.

З зовнішньої сторони будинку стіни утеплюються плитами завтовшки 120-250 мм, які встановлюються по ходу кладки з перев'язкою в 1/2 цеглини. Зовнішнє оздоблення стіни може бути виконано в 1/2 цеглини (рис. 9б) або декоративною штукатуркою по неметалевих сітках (рис. 9в).

Пінобетонними плитами також утеплюються перекриття першого поверху і горищ всіх типів будинків.

Рис. 9 Утеплення зовнішніх стін за будівельною системою "Пінобетон-утеплювач": а - утеплення з внутрішнього боку; б - утеплення з зовнішнього боку і обличкування цеглою; в - утеплення з зовнішньої сторони декоративною штукатуркою; 1 - несуча частина стіни; 2 - плити утеплювача; 3 - обличкувальна цегла; 4 - декоративна

штукатурка; 5 -повітряний прошарок; б, 7 - отвори притоку та витяжки відповідно.

Переваги системи:

1.1. Використовується екологічно чистий конструктивний матеріал місцевого виробництва;

2.2. Забезпечується доступність, простота і універсальність способу утеплення як існуючих будинків, так і нових;

3.3. Не змінюється технологія зведення стін із цегли;

4.4. Досягається велика вогнестійкість утеплювача;

5.5. Забезпечується гвоздимість стіни;

6.6. Ліквідується сезонність будівельних робіт.

6.4. БУДІВЕЛЬНА СИСТЕМА "ПІНОБЕТОН-МОНОЛІТ"[11].

Будівельна система передбачає використання пінобетону в монолітному домобудуванні, а також у змішаних будівельних системах цегляної кладки як опалубки, що не знімається. Ідея полягає у використанні несучого (внутрішнього) і обличкувального цегляного (зовнішнього) шару як опалубки, що не знімається, і перев'язки її з шаром

пінобетону без містків холоду (рис. 15).

Рис. 10. Виконання зовнішніх стін за будівельною системою "Пінобетон-моноліт": 1, 2- внутрішній та зовнішній шари цегляної кладки; 3 - монолітний пінобетон, 4 -

арматурна сітка, 5 - плита перекриття

За системою зовнішня стіна виконується таким чином. Викладається зовнішній обличкувальний шар цегляної кладки під розшивку на висоту ярусу 6-7 рядів цегли, потім на таку ж висоту викладається внутрішній несучий шар кладки. При цьому як із внутрішнього, так і із зовнішнього боків роблять випуски в 1/2 цеглини із зсувом на 3-4