Как показали результаты анализа теплопотерь через ограждающие конструкции здания, чаще всего утечка поставляемого в квартиры тепла наблюдается по четырем направлениям:

1. «мостики холода» — 29 %;
2. остекление — 29 %;
3. фасады — около 26 %;
4. кровля и перекрытия — около 19 %

В настоящее время при реконструкции жилищного фонда реализуется несколько конструктивных решений в отделке фасадов, организации теплых кровель и устройстве многослойного утепления. В качестве одного из наиболее эффективных примеров решения проблемы утепления фасадов можно рассматривать применение минераловатных плит типа ROCPWOOL, URSA и TISOL. Утеплитель крепится к несущей части стены с помощью клея и пластмассовых дюбелей, а штукатурный слой — посредством клея и стеклопластиковой сетки. Это эффективное направление фасадной отделки.

Другим возможным решением фасадной отделки является использование тонкостенных плит разного вида, которые навешиваются на облегченный металлический или деревянный каркас, крепящийся на несущей части стен. Облицовочные плиты устанавливаются на относе от утеплителя, который клеем и дюбелями крепится к несущей части стен. Относ облицовочных плит организует зазор для вентиляции утеплителя. Необходимые каркасные элементы можно изготовить непосредственно при монтаже (деревянный каркас из древесины, пропитанной антисептирующим и антипереновыми составами) либо в заводских условиях, т. е. на предприятиях, выпускающих облегченные профили (профили из оцинкованного металла или алюминия).

Существуют и другие виды утепления фасадов (табл. 1), но практически все они, как правило, являются импортными либо скопированы с зарубежных систем, что не только обусловливает их технологическую зависимость от иностранных компонентов, но и накладывает определенные ограничения на использования как самих изделии, так и сопутствующих им материалов.

Таблица 1. Классификация основных методов восстановления и улучшения эксплуатационных качеств ограждающих конструкций зданий

Конструкция	Функция конструкции	Конструктивно-технологическое решение
Стены	Теплозащита	Дополнительное утепление панелей отдельными местами, швов, углов, мест примыканий; сплошное утепление стен
	Воздухозащита	Герметизация межпанельных швов
	Влагозащита	Гидроизоляция межпанельных швов
		Гидрофобизация панелей
		Герметизация оконных и балконных блоков
		Гидроизоляция балконов
	Звукоизоляция	Дополнительная звукоизоляция стен
		Устройство дополнительного остекления
Перекрытия	Теплозащита	Дополнительное утепление полов 1-го этажа
	Влагозащита	Дополнительная гидроизоляция санузлов
	Звукоизоляция	Дополнительная звукоизоляция перекрытий
Покрытия	Теплозащита	Дополнительное утепление чердачных перекрытий и совмещенных покрытий
		Восстановление существующих теплоизоляционных слоев
	Влагозащита	Ремонт кровли отдельными местами
		Замена кровельного покрытия
		Устройство дополнительных кровель

1. Классификация решений по устройству дополнительной теплозащиты стен зданий

Среди методов, направленных на снижение тепловых потерь, можно выделить активные и пассивные. Активным методы предполагают использование различных устройств регулировки подачи тепла в помещение (ручное и автоматическое), а также установку счетчиков тепла. К пассивным относятся методы, связанные с улучшением теплоизоляции ограждающих конструкций и магистральных теплосетей, а также с увеличением теплоотдачи радиаторов и других теплообменников.

Зарубежный опыт, особенно скандинавских стран и Финляндии, позволяет утверждать, что только комплексное использовании всех методов совместно с обязательной индивидуальной экономической ответственностью потребителей тепла способно обеспечить значительное энергосбережение при реконструкционных работах. Имеются примеры, когда при отсутствии индивидуальных счетчиков в зданиях была осуществлена замена оконных блоков на современные и энергосберегающие, но на энергосбережении это никак не отразилось, поскольку жильцы проводили регулировку температуры в помещениях проветриванием.

Обращение к активным методам снижения теплопотерь является предметом особого обсуждения, так как имеется большое количество технических вариантов, а выбор конкретного варианта технического решения требует серьезного экономического обоснования, которое должно учитывать динамику изменения цен на энергоносители.

Пассивные методы сокращения теплопотерь касаются утепления ограждающих элементов здания, окон, дверей и крыш. Как правило, для этого чаще всего используются два вида изоляционных материалов — жесткие (плиты пенополистирола, напыляемый пенополиуретан и др.) и мягкие (плиты или маты из минеральной или стекловаты). Эти материалы закрепляются на стене с помощью так называемых плавающих элементов, которые позволяют в силу различных теплофизических свойств стены и теплоизоляционной системы совершать небольшие перемещения относительно друг друга. Наружная сторона либо обклеивается синтетической сеткой, либо устанавливается металлическая сетка, затем идет один-два слоя специальной штукатурки, после чего следует окраска. Существуют также теплоизоляционные плиты, имеющие полную заводскую готовность и не требующие после монтажа дополнительных отделочных работ.

С точки зрения начальных затрат наиболее целесообразно уменьшение теплопотерь через окна [10]. Эту проблему можно решить двумя способами: посредством замены старых окон на энергосберегающие либо посредством ремонта старых окон. В основном современные окна отличаются друг от друга материалом рам и створок (деревянные, дерево-алюминиевые, пластмассовые — ПВХ, из стеклопластика и т д.) и свойствами стекол и стеклопакетов. В связи с этим различны и их теплоизоляционные свойства и, соответственно, цена.

В зависимости от вида применяемого стекла и его характеристик, назначения и области применения различают следующие виды стеклопакетов: общего назначения, ударостойкий, морозостойкий, шумозащитный, солнцезащитный, энергосберегающий, защитный, безопасный, многофункциональный и др.

С другой стороны, перечисленные характеристики зависят также от количества камер (или стекла) в стеклопакете, наполнителя камеры (межстекольного пространства). Чем больше камер в стеклопакете, тем лучше обеспечивается знергоэффективность. Защита от ультрафиолетового и инфракрасного излучения зависит от качества стекла.

При устройстве наружных оконных блоков необходимо учитывать толщину самой ограждающей конструкции, если они выполнены из других материалов.

В целом толщина стеклопакета определяется с помощью «формулы стеклопакета», которая показывает также конструкцию стеклопакета.

Так получилось, что у каждого производителя стеклопакетов своя формула расчета, хотя, по сути, они определяют толщину самого пакета с учетом количества применяемых стекол (толщины, марки) и воздушной прослойки — камеры (толщины, применяемого наполнителя).

На рис. 1 приведена классификация современных оконных систем, применяемых как при возведении новых зданий, так и при реконструкции существующих.

На рис. 2 приведены конструктивные решения однокамерного (СПО) и двухкамерного (СПД) стеклопакетов.

Самыми распространенными стеклопакетами являются приведенные ниже стеклопакеты (рис. 3).

Для ограждения балконов и лоджий применяются оконные блоки с одинарным или двойным остеклением (рис. 4).

При реконструкции зданий и сооружений используют следующие виды оконных рам: алюминиевые, поливинилхлоридные и стеклокомпозитные.

Деревянные рамы, несмотря на ряд недостатков, все же являются самыми экологичными и технологичными. Недостатки (подверженность воздействию влаги и горючесть) дерева крупнейшими производителями пластиковых и алюминиевых рам, использовались в рекламных целях для продвижения своей продукции на лидирующие позиции на рынке продаж. Вместе с тем с учетом огромных преимуществ древесины как строительного материала (высокая прочность при небольшой объемной массе, низкая теплопроводность, звукопроводность, морозостойкость) деревянные стеклопакеты относятся к «элитным» готовым оконным деталям.

Рис. 1. Классификация оконных блоков, применяемых в гражданском строительстве (* — стеклопакет, светопрозрачная конструкция строительного назначения из двух и более стекол, скрепленных (склеенных) между собой по контуру с помощью дистанционных рамок и герметиков) 

Рис. 2. Конструкция стеклопакета: а — однокамерного; б — двухкамерного: 1 — стекло; 2 — воздушная камера; 3 — дистанционная рамка (спейсер); 4 — первичный герметик; 5 — вторичный герметик; 6 — влагопоглотитель; 7 — толщина стекла; 8 — толщина стеклопакета

Рис. 3. Внешний вид наиболее часто применяемых стеклопакетов: а — однокамерный стеклопакет (СПО 4-16-4); б — двухкамерный стеклопакет (СПД 4-10-4-10-4); в — двухкамерный шумоизоляционный стеклопакет (СПД 6-6-4-12-4); г — однокамерный энергосберегающий стеклопакет (СПО 4-16-4И); д — двухкамерный энергосберегающий стеклопакет (СПД 4-10-4-10-4И)

Рис. 4. Ограждающие светопрозрачные конструкции балконов и лоджий: а — одинарное остекление; б — однокамерный стеклопакет

Алюминий как альтернативный материал для изготовления оконных рам начали использовать в начале прошлого века. Обладающие хорошей прочностью, алюминиевые рамы вместе с тем не энергоэффективны из-за высокой теплопроводности. Поэтому их в основном применяли в промышленном строительстве.

Популярные в настоящее время поливинилхлоридные (пластиковые) оконные рамы обладают не только низкой теплопроводностью, но и высокой шумоизоляцией. Они при правильном эксплуатации и уходе относительно долговечны и обладают также высокими эстетическими качествами.

Поливинилхлорид как материал обладает существенными недостатками, а именно: относится к неразлагаемым ресурсам, содержит токсичные вещества, часто приводящие к онкологическим болезням, изготавливается из углеродного сырья, запасы которого ограничены. Кроме этого, при эксплуатации поливинилхлоридных рам часто на откосах и стенах образовываются грибковые поражения, стремительно падает ценовая политика, что невыгодно для производителей. В последнее время идут исследования по замене поливинилхлоридных рам на оконные рамы из инновационных материалов. Наиболее популярными из них являются стеклокомпозит, пористая искусственная древесина ПИД-IV (винизол), древесно-полимерные композиты (ДПК, жидкая древесина, арбоформа) и др.

Стеклокомпозит. Основой производства стеклокомпозита, как и стеклопластика, является стекловолокно (70 %), только в качестве связующих компонентов используются полиэфирные смолы (30 %).

Основными особенностями стеклокомпозита являются высокие показатели прочности, устойчивости к температурным и атмосферным воздействиям, низкий показатель теплопроводности, длительный срок эксплуатации, большие возможности дизайнерских решений при изготовлении оконных рам.

Сравнительные характеристики стеклокомпозита приведены в табл. 2.

На современном этапе жизненного цикла оконных рам из стеклокомпозита основным недостатком является высокая цена готовой продукции. Прочностные характеристики позволяют изготавливать большие по площади конструктивные детали. Кроме того, за счет небольшой толщины профилей оконных рам увеличивается светопропускная способность окон.

Таблице 2. Сравнительные характеристики стеклокомпозита

Характеристики	Сравниваемые материалы, детали и изделия	Показатели
Прочность	Сталь	Выше в 3 раза
	Рамы из поливинилхлорида	Прочность на разрыв выше в 8 раз
Плотность	Сталь	Ниже в 4 раза
	Рамы из алюминиевого профиля	Ниже в 2,5 раза
Теплопроводность	Рамы из алюминиевого профиля	Ниже в 500 раз
	Рамы из натуральной древесины	Одинаково
Устойчивость к атмосферным воздействиям	Традиционные оконные рамы из пластика, алюминия, натуральной древесины	За счет гладкой поверхности оконных рам не впитывает грязь впоследствии от снега, града, дождя. Не подвергается к коррозии, гниению, растрескиванию, набуханию
Устойчивость к температурным воздействиям	Традиционные оконные рамы из пластика, алюминия, натуральной древесины	При резких перепадах температуры оконные рамы сохраняют свою целостность. Этому способствует одинаковый коэффициент термического расширения стеклокомпозита и стекла
Экологичность	—	На уровне натуральной древесины. Не выделяются токсичные вещества
Срок эксплуатации	—	50—70 лет

Пористая искусственная древесина ПИД-IV (винизол) также относится к композитным материалам и по некоторым характеристикам мало отличается от натуральной древесины, но имеет ряд преимуществ по сравнению с натуральной древесины и композитными непористыми деревопластами — ДПК (WPC-Wood Plastics Composites).

Расчеты показывают, что замена старых деревянных окон на современные окна из ПВХ экономически себя оправдывает через 4—6 лет.

На практике возможно два варианта устройства дополнительной теплозащиты стен, связанных со способом ее размещения — с наружной или внутренней стороны стены. Реже используется комбинированный вариант, при котором для теплозащиты здания утеплитель располагается одновременно и с наружной, и с внутренней стороны стены.

Выбор конкретного варианта расположения теплозащиты основывается на результатах анализа всех возможных способов ее устройства с учетом их достоинств и недостатков.

Рассмотрим преимущества варианта расположения теплоизоляционного материала на внутренней поверхности стены:

• теплоизоляционный материал, который обычно не обладает достаточной способностью к сопротивлению воздействиям внешней среды, находится в благоприятных условиях и, следовательно, нет нужды в его дополнительной защите;
• производство работ по устройству теплозащиты может идти в любое время года независимо от способа крепления, при этом не требуется применение дорогостоящих средств подмащивания.

Недостатками расположения теплозащиты со стороны помещения можно правомерно считать:

• уменьшение площади помещения вследствие увеличения толщины стены;
• необходимость устройства дополнительной теплозащиты в местах опираний на стены плит перекрытий и в местах примыкания к наружным стенам внутренних стен и перегородок для предотвращения выпадения конденсата;
• 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 временного отселения жильцов;
• сложность устройства теплоизоляции в местах расположения приборов отопления, а также в пределах толщины пола.

Традиционно дополнительную теплоизоляцию с внутренней стороны стены принято устраивать на стадии реконструкции, сопровождающейся полной заменой санитарно-технического оборудования и конструкций пола. В связи с этим последний из перечисленных выше недостатков можно сичтать менее существенным, чем остальные.

Теперь остановимся на несомненных плюсах варианта, при котором теплозащита располагается с наружной стороны стены:

• обеспечение 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.

Что касается последнего пункта, то стоит отметить, что 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), практически 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 не оказывают существенное влияние на изменение внутреннего климата помещения (особенно в летний период).

Также к достоинствам указанного варианта можно отнести следующее:

• 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.

Тем не менее данный вариант обладает и рядом существенных недостатков. Это прежде всего необходимость устройства по теплоизоляции надежного защитного слоя, а также необходимость использования при выполнении работ дорогостоящих средств подмащивания.

В современной строительной практике устройство теплозащиты с наружной и внутренней стороны стены одновременно не используется, причина тому — значительная трудоемкость работ. Комбинированный способ целесообразен лишь тогда, когда требуется восстановить локальные теплозащитные качества стены, поскольку для этого нужно только оштукатурить наружную и внутреннюю поверхности стен «теплыми» растворами.

Важно учитывать тот факт, что конструкция дополнительной теплозащиты на протяжении всего эксплуатационного периода 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.

Внутренние воздействия представлены нагрузками (постоянными, временными и кратковременными), колебаниями температуры, влажностью, морозным пучением и сейсмическими волнами. Эффективная, надежная и долговечная теплозащита возможна только в том случае, если она будет способна противостоять данным воздействиям, а также отвечать конструктивным, технологическим и эстетическим требованиям.

Долговечность теплозащиты определяется сроком ее службы. Защищающая конструкция должна быть устойчивой к длительному воздействию температур (материал не должен менять свои технические характеристики и форму), химически (противостоять химическим воздействиям окружающей среды) и биологически (не должна подвергаться биологическим воздействиям) стойкой. При расположении теплозащиты с наружной стороны стены она должна быть и морозостойкой (защитно-декоративный слой должен выдерживать не менее 25 циклов замораживания и оттаивания в водонасыщенном состоянии).

Проектируя дополнительную теплозащиту, следует в максимальной степени использовать те конструктивные элементы с одинаковой долговечностью. В конструкциях, где возможна замена утеплителя, приемлемо использовать защитно-декоративный слой с большей долговечностью.

Степень надежности защищающих конструкций также определяется их огнестойкостью, ограничением (или недопущением) попадания влаги внутрь конструкции (количество влаги, попавшей на утеплитель, не должно ухудшать его работу), устойчивостью к актам вандализма.

Теплозащита стен здания удовлетворяет эстетическим требованиям в том случае, если гармонично вписывается в окружающую застройку, интерьер и имеет архитектурно-художественную выразительность.

Для того чтобы соответствовать современным технологическим требованиям, 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).

Среди теплоизоляционных материалов, используемых в настоящее время, наиболее распространены:

• 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 (пенополистирол, пенопласт, пенополиуретан, перлитопластобетон и др.);
• пеностекло или газостекло, а также другие композиционные материалы и изделия из них.

Выбор того или иного материала для теплозащиты стен обусловлен несколькими факторами, к наиболее значимым из которых следует отнести долговечность; требуемую толщину слоя теплоизоляции; возможное место расположения материала на стене; массу теплоизоляционной конструкции; стоимость материала; трудоемкость устройства; возможность поставки материала на строительную площадку.

В современной практике при устройства дополнительной теплоизоляции наиболее эффективными считаются полимерные материалы, такие как пенополистирол и пенополиуретан, и изделия из минеральной ваты и стекловолокна. Очевидным плюсом является то, что при устройстве теплоизоляции из этих материалов масса всей конструкции теплозащиты будет наименьшей. Кроме того, стоит отметить, что в России имеется много предприятий, производящих изделия из минеральной ваты, стекловолокна, пенопласта и пенополистирола. Все это дает основания утверждать, что при устройстве дополнительной теплозащиты в качестве утепления наибольшее распространение в скором времени получат именно минераловатные плиты различной степени жесткости, минераловатные маты и плиты из пенопласта и пенополистирола.

С каждым годом на строительном рынке появляется все больше высококачественных импортных теплоизоляционных материалов. Так, немецкая фирма KNAUF предлагает широкий выбор пенопластов, пенополистиролов и других эффективных теплоизоляционных материалов. Концерны ISOVER и AHLSTROM производят различные минераловатные плиты, датская фирма ROCKWOOL — теплоизоляционную вату на каменной основе и т. д.

Поскольку при выборе конкретного теплоизоляционного материала, цена на которые существенно варьируются, покупатель ориентируется на его отпускную стоимость, и коэффициент теплопроводности, эксплуатационную стойкость и трудоемкость монтажа, важно знать стоимость 1 м² утеплителя применительно к зданию. Для этого используется следующая формула:

где С_опт — стоимость 1 м² утепляемой стены конкретного здания, расположенного в определенном климатическом районе, руб.; С_{куб. м} — стоимость 1 м³ утеплителя, руб.; Т_ут — необходимая толщина утеплителя, м:

где R_доп — дополнительное сопротивление теплопередаче, на величину которого необходимо увеличить сопротивление теплопередаче стены для достижения современных требований:

Rдоп = (Rнов – Rстар),

где R_стар — сопротивление теплопередаче стены, подлежащей утеплению; R_нов — сопротивление теплопередаче стены по новым нормам; λ_ут — коэффициент теплопроводности утеплителя.

Установлено, что теплоизоляционным материалам свойственна тенденция увеличения стоимости 1 м² утепляемой стены с увеличением плотности и прочности теплоизоляционного материала. В то же время известно, что использование теплоизоляционных материалов, обладающих максимальными прочностными характеристиками, приводит к увеличению срока службы теплозащиты. Это связано с тем, что прочностные характеристики плит являются наиболее полными показателями, характеризующими их долговечность.

Эксплуатационная стойкость строительных материалов оценивается в специализированных лабораториях с соответствующими условиями: испытывается морозостойкость материалов, ведутся натурные наблюдения за состоянием конструкций и материалов в период их эксплуатации, осуществляется сравнение запроектированных конструкций с аналогичными конструкциями из тех же материалов, но длительное время находившихся в условиях воздействия негативных факторов окружающей среды.

Тем не менее многие вопросы, касающиеся долговечности теплоизоляционного материала в конструкциях дополнительной теплозащиты, и сейчас по-прежнему остаются малоизученными, и не только в России, но и за рубежом. Это обусловлено трудностями при оценке результатов испытаний теплоизоляционных материалов с точки зрения их сопоставимости в связи с большой их вариативностью и постоянными изменениями отдельных параметров (состава сырья, технологий приготовления и крепления, климатических районов строительства и др.). В связи с этим специалисты вынуждены довольствоваться приблизительными данными о долговечности теплоизоляционных материалов (для минераловатных и стекловолокнистых плит она составляет 15…25 лет, для пенополиуретана — 20 лет).

При выборе теплоизоляционных материалов для вертикальных ограждающих конструкций необходимо учитывать их экологические характеристики, так как с течением времени такие конструкции отрицательно влияют на окружающую среду. Результаты исследований пенополистирольной изоляции стен и кровли стали основой для разработки новой методологии сравнительного анализа из различных вариантов тепловой изоляции зданий, их функциональных возможностей в долгосрочной перспективе с целью получения экологически чистых продуктов, т. е. зданий и сооружений.

Выбор теплоизоляционного материала — не рядовая задача обеспечения энергоэффективности зданий. Здесь необходим научный подход, так как часто создание теплоизоляционной оболочки строительных систем приводит к так называемому антиизоляционному эффекту, сущность которого заключается в том, что предотвращение потери теплоты через стены с другой стороны требует огромных расходов, связанных с внедрением энергоемкого оборудования для удаления тепловой нагрузки внутри помещения, т. е. охлаждения здания или сооружения. Эффект антиизоляции зависит от конструктивных особенностей ограждающей стены и климатических условий местности возведения здания. Конечно, для российских реалий это не новость, потому что, согласно действующим нормативным документам, при определении толщины утеплителя многослойных конструкций стен всегда учитывается климатическая зона.

Одним из важных показателей при выборе теплоизоляционного материала являются его противопожарные свойства. Несмотря на то что производимые сейчас пенополистиролы и пенополиуретаны являются самозатухающими материалами, их применение ограничивается тем, что максимальная температура, которой они могут подвергаться в течение нескольких минут, составлет 95 °С, после чего происходит утрата их эксплуатационных качеств. 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 качестве теплоизоляционного материала иногда используют пенополиуретан. Стоит подчеркнуть, что данный материал имеет закрытую ячеистую структуру, а потому его эффективное использование возможно лишь с внутренней стороны стены (если принимать, что речь идет о ситуации, когда не требуется пароизоляция). При размещении пенополиуретана с наружной стороны во время эксплуатации в утепляемой стене будет накапливаться влага, которая не сможет удаляться, что повлечет за собой ухудшение эксплуатационных качеств стены и быстрое ее разрушение.

Таким образом, для утепления стен жилых зданий и сооружений наиболее целесообразно применение теплоизоляционных плиты из минеральной ваты и стекловолокна. Толщина утеплителя определяется расчетом, но в среднем по стране она составляет 50…150 мм.

Защитно-декоративный слой может выполняться в виде послойного нанесения цементных, полимерных и других составов, механического или клеевого крепления облицовочных панелей из природного камня, бетона, металла, дерева, полимеров и прочих материалов. Характерно, что за границей разработкой дополнительной теплозащиты стен занимаются те предприятия, которые, как правило, изготавливают и ее защитно-декоративные элементы.

В связи с тем, что создание идеальной воздушной прослойки — сложная задача (необходимо понять, какой должна быть оптимальная толщина воздушной прослойки и как близко она должна быть расположена к внутренней поверхности стены), рационально использовать однослойные стеновые изделия (с учетом теплотехнических требований), так как в этом случае значительно упрощается технология утепления. При этом повышается также технологичность выполнения работ. С точки зрения технологичности выполнения работ подходит и применение готовых вакуумных теплоизоляционных панелей.

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

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: происхождению входящих в состав компонентов (органические и неорганические); условиям изготовления (построечное, заводское и комбинированное); способам крепления (механическое, клеевое, комбинированное и послойное нанесение).

Считается, что органические теплоизоляционные материалы наилучшим образом отвечают требованиям экологичности и обеспечивают энергоэффективность зданий и сооружений. Хотя есть четкое определение, что «органические теплоизоляционные материалы — это материалы, изготовленные на основе компонентов растительного (древесина, лен, конопля, соя, камышит и т. д.) или животного (шерсть) происхождения с добавлением специальных связующих», некоторые теплоизоляционные материалы (к примеру, плиты из пенополистирола и пенополиуретана) ошибочно присоединяют к органическим. Все это связано с тем, что сырьевая база указанных материалов с точки зрения химической науки относятся к органическим веществам.

Среди неорганических материалов утеплителя выделяют несколько групп: бетоны и растворы (перлитобетон, пенобетон, цементо-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 (органическая химия). Неорганические материалы делятся на три вида: бетоны и растворы; металлические материалы; керамические материалы.

Общая классификация технических решений теплозащиты стен зданий представлена на рис. 5.

Можно говорить о трех основных способах устройства защитного слоя:

1. на растворах (материал защитного слоя — панели из натурального или искусственного камня, керамики и бетона);
2. послойное нанесение (материал — растворы и полимерные составы);
3. закрепление на специальных опорах (используются различные строительные материалы и изделия — натуральный и искусственный камень, керамические и бетонные панели, алюминий, оцинкованное железо и др.).

Послойное нанесение растворов или полимерных составов можно проводить по утеплителю или по предварительно закрепленной сетке (металлической или из стекловолокна).

Защитный слой может крепиться с помощью специальных опор, посредством кронштейнов, направляющих или металлической сетки. Направляющие могут быть деревянными или металлическими, вертикальными или горизонтальными. Их крепление к стене возможно благодаря направляющим утеплителя, кронштейнам или они могут крепиться непосредственно к конструкции стены.

Рис. 5.  Решения по утеплению стен

2. Конструктивно-технологические решения устройства дополнительной теплозащиты стен зданий

Одним из перспективных конструктивно-технологических решений усиления теплозащиты зданий является устройство вентилируемых фасадов.

Несмотря на то что навесные вентилируемые фасады известны в России достаточно давно, их потенциал в отечественной строительной практике еще не раскрыт в полной мере. Между тем в зарубежных странах, особенно, например, в Германии и Финляндии, они успешно используются в общественных, административных и промышленных зданиях, а также при реконструкции домов массовой застройки. Характерно, что само понятие вентилируемого фасада возникло именно в Германии.

Навесной вентилируемый фасад — это конструкция, состоящая из материалов облицовки (плит или листовых материалов) и подоблицовочной конструкции, которая, в свою очередь, крепится к стене таким образом, чтобы между защитно-декоративным покрытием и стеной оставался воздушный промежуток. Для дополнительного утепления наружных конструкций между стеной и облицовкой в некоторых случаях предусматривают теплоизоляционный слой (и тогда вентиляционный зазор оставляется между облицовкой и теплоизоляцией).

Облицовочные материалы, подконструкцию и теплоизоляцию производят, как правило, разные фирмы, однако они могут работать в тесном контакте друг с другом и рекомендовать заказчикам материалы своих партнеров или даже закупать у них комплектующие.

Навесные фасадные системы (рис. 6) включают навесной фасадный экран 1, несущую конструкцию, обеспечивающую крепление фасада к стене 4, и, если требуется, теплоизоляционный материал 3.

Основная функция навесного экрана заключается в формировании вентилируемой зоны 2, которая крайне важна в системе теплоизоляционных функций здания, поскольку вентиляция предохраняет всю несущую конструкцию от внешних температурных колебаний в течение суток и отводит водяные пары и газы 7, выделяемые большинством теплоизоляторов из минеральной ваты.

Рис. 6. Схема действия вентилируемого фасада

Внутренний теплоизоляционный слой фасада 3, выполненный из специальных теплоизоляционных материалов, позволяет существенно уменьшить зимой внутренние 5, а летом — наружные 6 тепловые потоки через поверхность здания и предохраняет стены 4 от высокой термической нагрузки — основного разрушающего воздействия на несущую конструкцию.

К вспомогательным элементам систем вентилируемых фасадов относятся: уплотнительные ленты между панелью и профилем подоблицовочной конструкции, декоративные уголки и вставки для закрытия торцов и зазоров между панелями, перфорированные металлоконструкции для вентиляции системы снизу и вверху: заклепки, кляммеры, гребенки и т. п. для крепления панелей к профилям.

Подоблицовочная конструкция может крепиться как на несущую, так и на самонесущую (в каркасном варианте) стену, выполненную из различных материалов (бетон, кирпич). Применяют вентилируемые фасады не только в новом строительстве, но и при реконструкции старых зданий.

Использование навесных конструкций позволяет, с одной стороны, «одеть» фасад в современные отделочные материалы, а с другой — улучшить теплотехнические характеристики ограждающей конструкции и защитить ее от вредных атмосферных воздействий.

Рассмотрим, как в вентилируемом фасаде располагаются отдельные слои конструкции: ограждающая стена — теплоизоляция — воздушный промежуток — защитный экран. Такая схема является оптимальной, поскольку слои различных материалов располагаются по мере уменьшения показателей их теплопередачи, а сопротивление паропроницаемости возрастает снаружи вовнутрь.

Устройство дополнительной теплоизоляции снаружи лучше защищает стену от переменного замерзания и оттаивания. Выравниваются температурные колебания массива стены, что препятствует появлению деформаций, особенно нежелательных при крупнопанельном домостроении. Точка росы сдвигается в наружный теплоизоляционный слой, внутренняя часть стены не отсыревает, дополнительная пароизоляция не требуется.

Еще одним несомненным преимуществом наружной теплоизоляции можно считать рост теплоаккумулирующей способности массива стены. Так, по данным ЦНИИЭП, в ситуации отключения источника теплоснабжения при наружной изоляции кирпичная стена будет остывать в шесть раз медленнее, чем при внутреннем слое теплоизоляции аналогичной толщины. Крме того, установка теплоизоляции снаружи позволит снизить расходы на ремонт поврежденных стен.

Совместное применение навесного фасада и теплоизоляционного слоя способно в разы улучшить звукоизоляционные характеристики ограждающей конструкции. Это обусловлено тем, что фасадные панели и теплоизоляция обладают звукопоглощающими свойствами в широком диапазоне частот (например, при устройстве навесного фасада с применением отделочных панелей звукоизоляция стены из легкого бетона повышается в два раза).

Наличие воздушного промежутка в вентилируемом фасаде принципиально отличает его от других типов фасадов, ведь благодаря перепаду давления этот промежуток работает по принципу действия вытяжной трубы. Как следствие, из ограждающей конструкции в окружающую среду удаляется атмосферная и внутренняя влага. Вентилируемый воздушный промежуток снижает также и теплопотери, поскольку является своего рода температурным буфером: воздух в нем примерно на 3 °С выше, чем снаружи.

Следует подчеркнуть, что при проектировании конструкций фасада с вентиляционным зазором возможна свободная циркуляция воздуха. Для высоких зданий необходимо рассчитать циркуляцию воздуха в воздушном промежутке таким образом, чтобы соблюсти баланс, обеспечивающий беспрепятственный и эффективный воздушный поток по всей внутренней поверхности стены.

Слой теплоизоляции и ограждающая конструкция надежно защищены от воздействий атмосферных факторов благодаря наружному экрану из отделочных материалов. В летнее время он функционирует как солнцезащитный экран, отражающий значительную часть падающего на него теплового потока.

За счет специально разработанной схеме монтажа вентилируемого фасада к стене конструкция обладает способностью поглощать термические деформации, которые могут быть вызваны суточными либо сезонными температурными перепадами. Благодаря этому нивелируются внутренние напряжения в материале облицовки и несущей конструкции, что, в свою очередь, предотвращает появление трещин и препятствует разрушению облицовки.

Согласно требованиям пожарной безопасности в систему навесных фасадов необходимо включать материалы и изделия, которые относят к категории трудносгораемых или несгораемых, препятствующих распространению огня.

Итак, отметим главные преимущества вентилируемых фасадов:

• широкие потенциал с точки зрения использования современных
• фасадных отделочных материалов; высокая тепло- и звукоизоляция;
• вентиляция внутренних слоев (удаление атмосферной влаги и влаги, образующейся вследствие диффузии водяных паров изнутри);
• защита стены и теплоизоляции от атмосферных воздействий;
• нивелирование термических деформаций;
• возможность проведения фасадных работ в любое время года, поскольку полностью исключены «мокрые» процессы;
• длительный безремонтный срок (25—50 лет в зависимости от применяемого материала).

Таким образом, вентилируемый фасад является весьма эффективным современным конструктивным решением, одинаково пригодным и для новых, и для реконструируемых зданий.

Самая важная операция в производстве вентилируемых фасадов — это, безусловно, монтаж. Так как размер и форма панелей зависят от конструктивных особенностей здания, необходимо тщательно спланировать монтаж. Хорошо собранный и установленный фасад, даже некачественно изготовленный, будет хорошо выглядеть и выполнять свои функции. И, наоборот, неправильный монтаж даже безупречных в других отношениях компонентов сделает всю систему навесного вентилируемого фасада бесполезной, как с эстетической точки зрения, так и с функциональной.

Перечислим основные параметры, на которые следует обратить внимание при монтаже:

• идеальная (насколько только это возможно) вертикальная установка фасада как единого целого;
• безупречное выравнивание линий рассечки;
• максимально возможная компенсация неровностей и отклонений основной стены;
• идеальная (насколько только это возможно) установка теплоизоляционного слоя с учетом особенностей несущей конструкции.

Итак, навесные вентилируемые фасады являются высокоэффективными по своим строительно-физическим показателям двухступенчатыми системами, представляющими собой заграждения от ветра и дождя. Имеющаяся в массиве здания строительная и образующаяся внутри помещений влага может беспрепятственно выводиться через вентиляционную зону. Материал утеплителя прочно защищен внешней облицовочной оболочкой, что позволяет ему остаться сухим и дееспособным. Утеплитель перекрывает неудовлетворительные старые швы строения.

Внешняя облицовочная оболочка навесных вентилируемых фасадов представляет собой не только эффективную защиту от атмосферных осадков, но одновременно предохраняет от механических воздействий. Сохранение тепла зимой при навесных вентилируемых фасадах происходит непрерывно по всей площади фасадов строения без образования тепловых мостиков.

Летом тепловая защита при помощи функционально действенной вентиляции предохраняет старые фасады внешней стены от высокой термической нагрузки. Также это обеспечивает комфорт внутри помещений и здания, когда происходит перепад температур между днем и ночью или грозой и жарой. Вентиляция предохраняет всю несущую конструкцию от внешних температурных колебаний и отводит газы, выделяемые большинством теплоизоляторов из минеральной ваты.

Главным минусом рассматриваемой системы можно назвать ее немалую стоимость, объясняющуюся применением импортных материалов.

Тем не менее наука не стоит на месте, и использовать новейшие разработки просто необходимо. Энергосберегающие технологии сейчас актуальны как никогда. К тому же, если учитывать длительный срок службы подобных фасадов, потери тепла в холодный период и постоянный рост цен на энергоносители, станет очевидным, что все затраты рано или поздно полностью окупятся.

В настоящее время имеется огромное количество разнообразных теплоизоляционных и облицовочных материалов, а также способов их крепления. Поэтому зачастую возникают трудности при выборе конкретного способа теплозащиты.

Здесь важно знать способы закрепления утеплителя на стенах при устройстве дополнительной теплозащиты:

• навешивание (минераловатные плиты средней и повышенной жесткости, плиты фибролитовые, пенопласт, пенополистирол и др.);
• закрепление на направляющих (плиты минераловатные различной степени жесткости, фибролитовые и др., пенопласты, пенополистиролы);
• клеевое крепление (плиты минераловатные средней и повышенной степени жесткости, фибролитовые и др., пенопласты, пенополиуретан);
• клеевое крепление с навешиванием (минераловатные плиты с различной степенью жесткости, плиты камышитовые, фибролитовые, пенопласты и др.);
• нанесение (пенополиуретан, эковата, легкие бетоны, «теплые» растворы и др.), в том числе послойное.

Применение перечисленных материалов может сопровождаться использованием опалубки (как съемной, так и несъемной). В случае несъемной опалубки утеплитель не армируется. При съемной опалубке допускается применение армированного и неармированного теплоизоляционного материала.

Утеплитель навешивают на установленные предварительно анкеры или крепят утеплитель дюбелями по месту. При этом возможны варианты навешивания теплоизоляции:

• с прижатием защитной сеткой;
• без прижатия защитной сеткой;
• с защитным слоем.

При закреплении на направляющих возможны следующие способы устройства теплоизоляционного слоя:

• установка между направляющими;
• прижатие к направляющим;
• постановкой на направляющие;
• прижатие направляющими.

В первых трех случаях утеплитель можно крепить:

• с прижатием защитной сеткой;
• без прижатия защитной сеткой;
• с защитным слоем.

Клеевое крепление утеплителя может осуществляться полимерными клеями и растворами, как с прижатием защитной сеткой, так и без него.

Когда речь идет о комбинированном креплении утеплителя (клеевое с навешиванием), в качестве клеящих составов используют специальные растворы и полимерные клеи, в то время как навешивание выполняют на заранее установленные или устанавливаемые по месту анкеры.

К энергоэффективным фасадным системам относятся также поливалентные фасады (рис. 7), применяемые как при возведении новых зданий, так и при реконструкции существующих.

Рис. 7. Внешний вид поливалентных фасадов

Поливалентная многослойная наружная стена, впервые предложенная в 1981 г. Майком Дэвисом, подразумевалась как стеклянная оболочка фасадов зданий, активно «реагирующая на изменение условий окружающей среды».

Концепция создания поливалентной системы теплообеспечения строительных систем с учетом использования возобновляемых источников энергии в последнее время используется во всех странах Европейского союза при реконструкции существующих зданий промышленного и гражданского назначения.

Требованиям энергоэффективности и экологичности отвечает также новый теплоизоляционный материал — пенокомпозит PENOKOM^®. Это сертифицированный материал, который характеризуется уникальным сочетанием технических и экологических свойств: высокой огнестойкостью и отсутствием тления, относится к классу горючести Г1, низким коэффициентом теплопроводности за счет пористости структуры, экологически безопасен при производстве и применении. К достоинствам этого материала можно отнести то, что при вспенивании смесь увеличивается в три раза.

Поскольку материал легкий, при его применении для утепления ограждающих конструкций не требуется дополнительное усиление фундамента, а значит, и упрочнение грунтовых оснований. При реконструкции старых построек необходимо повысить тепловую защиту наружных ограждающих конструкций в 3,5 раза, окон и балконов — в 1,8 раз. Толщина утепляющего слоя из PENOCOM^® определена по действующим нормативным документам для двух типов ограждающих конструкций: из кирпича (толщиной 510 мм) и сборных керамзитобетонных панелей (толщиной 300 мм).

В результате расчетов выяснилось следующее: чтобы реконструируемые здания отвечали современным требованиям энергосбережения, необходимо устраивать дополнительный утепляющий слой из PENOCOM^® толщиной 220 мм. Так как пенокомпозит является также конструкционным материалом, то в закрытых формообразующих конструкциях из него можно предварительно изготовить детали необходимой формы и размеров. Таким образом, получается часть утепляющего слоя, которая одновременно является каркасом для крепления щита опалубки.

На рис. 8 приведены предлагаемые конструктивные элементы опалубки-утеплителя Г-образной (угловые) и прямоугольной (рядовые) форм.

Рис. 8. Фрагменты готовой части опалубки, изготовленные из PENOCOM®: а, в — Г-образной формы; б — прямоугольной формы 

Толщина принимается соответственно теплотехническому расчету (в данном случае 220 мм), длина не менее двух толщин, высота должна соответствовать высоте этажа. Торцевые части должны иметь шероховатую форму для лучшего сцепления с наливной (жидкой) частью PENOCOM^®

Известно, что основные потери тепла в панельных зданиях проходят в местах стыковок панелей. Если Г-образные готовые формы устанавливают на углах существующих зданий, то прямоугольные

закрепляются в местах вертикальных стыков панелей. Для придания особой жесткости конструкции необходимо закрепить готовые части с наливной композитной арматурой. Для этого через определенный шаг (принимается по расчету) в готовых деталях высверливают отверстия, соответствующие диаметру композитной арматуры. После закрепления готовых деталей к фасаду реконструируемого здания вставляют в отверстия композитную арматуру, являющуюся связующим звеном между готовыми деталями и наливной (жидкой) частью PENOCOM®. Далее закрепляется съемноразъемный щит опалубки и заполняется заливочно-смесительным оборудованием пространство между щитом опалубки и фасадом здания жидким PENOCOM^® (рис. 9).

Рис. 9. Закрепление опалубочного щита к готовым деталям

Снимается съемно-разъемный щит после затвердения жидкого PENOCOM^® . После закрепляются готовые детали следующего яруса (этажа) и повторяется идентичный процесс по установке и разборке щитов опалубки, заливки жидкого PENOCOM^®. В комплекте щитов должны быть предусмотрены дополнительные щиты с проемообразователями, исключающие заполнение пенокомпозитом оконных и дверных проемов.

При заполнении первого яруса жидким PENOCOM^® перпендикулярно к фасаду и съемноразъемному щиту ставится щит, предотвращающий вытекание жидкого пенокомпозита. Жесткость соединения перпендикулярного к фасаду щита обеспечивается с помощью распорок. Чтобы обеспечить дизайнерские решения по цветовой гамме фасада реконструируемого здания, достаточно при изготовлении вспененного пенокомпозита добавить красящий пигмент. Так как PENOCOM^® — достаточно влагостойкий теплоизоляционный и конструкционный материал, то фасад можно и не красить. Реконструируемое здание может получить особый изыск с помощью декоративных элементов, позволяющих, во-первых, скрыть места закрепления щитов опалубки с готовыми элементами опалубкиутеплителя, во-вторых, зрительно увеличить высоту здания.

Декоративные элементы можно изготавливать из пенокомпозита. Таким образом, можно выполнить «энергоэффективную реконструкцию зданий и сооружений, построенных во второй половине ХХ века («обдирные» дома)» за счет увеличения толщины наружных стен с помощью пенокомпозита.

Энергетическая эффективность зависит также от объемнопланировочных решений зданий. Так, для северных районов характерно возведение зданий с криволинейными ограждающими конструкциями или зданий куполообразной формы. Нахождение оптимального соотношения между площадью ограждающих конструкций здания и его объемом является одним из направлений снижения потери теплоты. Согласно расчетам американского архитектора Ральфа Ноулза, чем меньше это соотношение, тем меньше здание подвергается климатическим влияниям.

Необходимо отметить, что одним из основополагающих принципов достижения энергоэффективности зданий является оптимизация толщины и составных слоев ограждающих конструктивных элементов.