В последние годы в мире все большую популярность приобретает концепция "энергоэффективного здания". Разработаны проекты и строятся энергоэффективные, "пассивные", "активные" и другие дома. Однако, несмотря на очевидную экономическую выгоду, энергоэффективное строительство ставит много вопросов, которые требуют тщательной проработки. На один из них обратили внимание белорусские ученые. Доцент БНТУ, к. т. н. Анатолий Михайлович Протасевич и научный сотрудник БНТУ Владимир Владимирович Лешкевич исследовали особенности тепловлажностного режима ограждающих конструкций зданий с эффективным использованием энергии.
Под энергоэффективным принято под-разумевать здание, в котором снижение потребления энергоресурсов достигается за счет применения инновационных решений, осуществимых технически, обоснованных экономически, и также приемлемых с экологической и социальной точек зрения. Как отметил А. М. Протасевич, в Европе идеи энерго-
сберегающих технологий трансформировались в концепцию "пассивного здания", когда при нулевом энергопотреблении достигаются высокие показатели теплового комфорта и качества микроклимата. Причем последнее является важнейшей характеристикой, влияющей на качество жизни.
Микроклимат помещений, обеспечиваемый системой отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, определяется также во многом теплофизическими свойствами ограждающих конструкций. В связи с этим особые требования предъявляются к выбору конструкций наружных ограждений, имеющих высокое сопротивление теплопередаче.
"Основные требования к энергопотреблению "пассивного дома" в Европе заключаются в обеспечении удельного расхода теплоты на отопление не выше 15 кВт.ч/(м2 год) при суммарном потреблении первичной энергии на все бытовые нужды не выше 120 кВт.ч/(м2 год), — отметил В. В. Лешкевич. — Чтобы обеспечить столь низкие удельные расходы энергии, необходимы ограждающие конструкции с коэффициентом теплопередачи k = 0,15 Вт/(м2.оС) или сопротивление передаче, RT = 6,7 м2.оС/Вт (Германия). Из этого следует вывод, что одной из главных составляющих как "пассивного дома", так и энергоэффективных зданий являются качественные, обладающие высоким сопротивлением переносу теплоты, ограждающие конструкции. Их создание как для новых, так и для эксплуатируемых зданий с дополнительной теплоизоляцией связано с использованием эффективных теплоизоляционных материалов.
Так, в "пассивных домах" наружные стены часто выполняются из панелей, имеющих несущий каркас из дерева или металла с заполнением его энергоэффективными теплоизоляционными материалами: каменной ватой, полистирольным пенопластом, пенополиуретаном, эковатой (целлюлозный утеплитель) и др.".
Как отметил В. В. Лешкевич, при изготовлении конструкций стен энергоэффективных зданий в центре внимания находятся теплотехнические аспекты: ликвидация "мостиков холода", разработка узлов сопряжения оконных блоков с проемами стен и т. д. В то же время, практически не уделяется внимания влажностному режиму стен, формирующемуся в процессе эксплуатации. В ограждающих конструкциях зданий, у которых в качестве теплоизоляции используются пенопласты, создается особый тепловлажностный режим. При этом наблюдается концентрация влаги в слое теплоизоляционных пенопластов.
"Характер распределения массовой влажности утеплителей в штукатурных системах теплоизоляции различается, — подчеркнул В. В. Лешкевич. — В ограждениях с пенополистирольным утеплителем максимальные значения влажности наблюдаются на стыке несущей конструкции и слоя полистирольной теплоизоляции (т. е. в слое пенополистирола, обращенном к внутренней поверхности конструкции). При этом часто наблюдается рост влажности материала подосновы вблизи контакта со слоем пенополистирола. Таким образом, можно сделать вывод, что пенополистирол благодаря высокому сопротивлению массопереносу "замыкает" влагу в несущей конструкции. Распределение массовой влажности в ограждениях с наружным утеплением каменной ватой несколько иное. Максимальную влажность приобретает слой каменной ваты, примыкающий к наружной защитной штукатурке. Слой теплоизоляции, соприкасающийся с основной конструкцией, имеет минимальную влажность".
Эти данные подтверждены многочисленными натурными исследованиями, выполненными на зданиях, эксплуатируемых с дополнительной теплоизоляцией в течение более 5–6 лет.
А. М. Протасевич и В. В. Лешкевич провели также исследование теплотехнических характеристик ограждений экспериментального энергоэффективного одноквартирного одноэтажного жилого дома с повышенными теплозащитными характеристиками наружных ограждений, расположенного в агрогородке д. Парфьяново Докшицкого района Витебской области.
Наружные стены исследуемого дома выполнены из двухслойных панелей с несущим металлическим каркасом и укрыты снаружи тонкой штукатуркой по сетке из стекловолокна (рис. 1). Внутренний слой панелей толщиной 20 мм сделан из стекломагнезитовых листов. В теплоизоляционном слое, выполненном из пенополиуретана плотностью 60 кг/м3, замоноличен металлический каркас панелей. Чердачное перекрытие и пол "по грунту" дома также имеет теплоизоляцию из пенополиуретана.
Проект дома разработан УП "Сарматия" на основе типового проекта для строительства в агрогородках.
"Для исследования влажностного состояния теплоизоляции наружных стен здания были отобраны образцы стеновых материалов, и в лабораторных условиях определена их массовая влажность, — рассказал В. В. Лешкевич. — Изъятие образцов проводилось в конце отопительного периода. Максимальную массовую влажность W = 128,7 % имеет слой пенополиуретана, прилегающий к наружной поверхности ограждения. Значение ее существенно превышает расчетное массовое отношение влаги для пенополиуретана в условиях эксплуатации "Б", равное WБ = 5 %. По мере удаления от наружной поверхности влажность теплоизоляционного материала снижается, и уже в середине слоя соответствует условиям эксплуатации "Б".
Среднее значение массовой влажности пенополиуретана составило W = 46 %. Средней влажности слоя пенополиуретана соответствует объемная Wo = 7,7 %. Наружная штукатурка имеет массовую влажность W = 1,9 % (рис. 2).
"Полученные данные показывают, что в процессе эксплуатации происходит накопление влаги в слое пенополиуретана, примыкающем к наружной поверхности, — подчеркнул В. В. Лешкевич. — Распределение влаги наружных стен экспериментального здания по характеру напоминает распределение влаги в слое теплоизоляции минеральной ваты в конструкции штукатурной системы теплоизоляции. При этом значения массовой влажности превышают расчетное массовое отношение по условиям эксплуатации "Б" в несколько раз. Полученные значения массовой влажности пенополиуретана являются довольно высокими и, как правило, не характерны для жилых и общественных зданий. Они могут привести к разрушению как наружного штукатурного слоя конструкции, так и слоя пенополиуретана, примыкающего к наружной поверхности. Также высокая влажность материалов приводит к снижению теплозащитных характеристик ограждения".
Следует отметить, что разница между расчетным сопротивлением теплопередаче и значениями его, полученными с учетом влажности, существенна: расчетное снижение сопротивления теплопередаче с учетом влажности материалов составляет 19 %; по результатам натурных измерений сопротивление теплопередаче конструкции "по глади" ниже расчетного на 34 %.
Несмотря на высокую стойкость полимерных теплоизоляционных материалов к воздействию влаги, ее накопление в конструкциях может значительно снизить долговечность и теплозащитные качества наружных ограждений.
В результате исследований ученые сделали вывод, что применение конструкций с увеличенной толщиной слоя теплоизоляции требует тщательной оценки влажностного состояния стен зданий.