Наружные стены в энергетическом балансе здания Для выяснения роли наружных стен в общем энергетическом балансе здания выполнены расчеты на абстрактной его модели применительно к климатическим условиям Москвы. В модель не включены окна, двери и вентиляционные системы — учтены только наружные стены. Такой подход позволяет установить максимально возможную экономию тепловой энергии на отопление здания, которую можно получить за счет увеличения приведенного сопротивления теплопередаче (Rопр) только стен. При оценке изменений теплопотерь в процентном отношении такой подход равнозначен передаче тепла через 1 м2 наружной стены. Расчеты показали, что при улучшении теплоизолирующих свойств стеновых конструкций теряемая зданием теплота снижается не линейно, а по гиперболе. Наибольший эффект в экономии тепла (почти 100 %) в такой модели здания наблюдается при увеличении Roпp наружных стен с 0,5 до 1,0 (м2⋅°С)/Вт. Изменение же Roпp стен с 1 до 2 (м2⋅°С)/Вт дает экономию тепловой энергии на 50 %. А увеличением Roпp с 2 до 3 (м2⋅°С)/Вт достигается экономия тепла еще на 16 %. Дальнейшее повышение Roпp на каждую термическую единицу дает незначительный прирост экономии тепла. Рассчитанная для процентного отношения зависимость практически одинакова во всех климатических районах и отличается только абсолютными значениями теплопотерь. Расчеты теплового баланса 17-этажного жилого здания с учетом теплопотерь через окна, полы, чердачные перекрытия и вентиляцию показали, что фактическая экономия тепла за счет увеличения теплозащитных качеств наружных стен еще меньше: рост Roпp стен с 1 до 2 (м2⋅°С)/Вт позволяет сократить расход тепловой энергии на отопление на 16 %, с 2 до 3 (м2⋅°С)/Вт — еще на 7 %, с 3 до 4 и даже до 5 (м2⋅°С)/Вт сокращает теплопотери здания всего лишь на 3,5 и 2,3 % соответственно. Вклад теплозащитных качеств наружных стен в экономию тепловой энергии при эксплуатации здания снизится еще почти вдвое, если учитывать расход тепла на горячее водоснабжение и потери при транспортировке теплоносителя от ТЭЦ до потребителя. Последние результаты свидетельствуют о нецелесообразности планируемого строительными нормами чрезмерного увеличения Roпp стен, особенно в северных районах страны. Экономические расчеты с учетом материальных затрат на создание дополнительной индустриальной базы, энергозатрат на производство дополнительной теплоизоляции с целью удовлетворения норм вновь принятого теплотехнического законодательства показали, что эти затраты не смогут окупиться даже через 50 лет — срок, превышающий долговечность утеплителя из пенополистирольных и минераловатных плит. Парадокс, но если стену из керамзитопенобетона плотностью 600 кг/м3 заменить на аналогичную по толщине прослойку из экструзионного пенополистирола, теплопотери здания уменьшатся всего на 2–3 %, хотя сопротивление теплопередаче таких стен будет разниться в 6,5 раза. Практика применения теплоэффективных строительных материалов Жители бывших прибалтийских республик свой «пенопластовый этап» в строительстве без содрогания не вспоминают — только одна Эстония с населением всего 1,5 млн человек теперь ежегодно производит и потребляет 140 тыс. м3 керамзита и 40 тыс. м3 керамзитобетонных изделий. Финны для покрытия дефицита жилья выстроили 8 млн м2 каркасно-щитовых зданий («финских домиков»), у которых наружные стены выполнены по схеме «дерево–пенопласт–дерево». К настоящему времени снесены все. В Литве в 2001 г., когда развернулся спор о том, применять ли пенополистирольные плиты в качестве утеплительного материала для жилых помещений, поступили просто — изготовили два сарая, один из которых утеплили с помощью пенополистирола, другой — минеральной ватой. В каждом сарае устроили «пожар» с температурой 900 °С. Через 15 минут кровля, утепленная пенополистиролом, рухнула, а утепленная минеральной ватой в это время только начала гореть (при интенсивном пожаре ее срок устойчивости в 4,2 раза больше). Выводы свидетельствуют сами за себя. Статья [1] рассматривалась на заседаниях строительных ведомств России, Украины и Беларуси и стала опорной для назначения реальной, а не рекламируемой долговечности пенополистирольных изделий в составе строительных конструкций. Реальная долговечность для беспрессового пенополистирола марки ПСБ (в исследованиях использован самый лучший материал фирмы «Тиги Кнауф») составила всего 13 лет. Экструзионные пенополистиролы показали несколько большую долговечность — от 16 до 40 лет, но стоимость этого материала почти в 10 раз выше. Прошло четыре года — ни «Кнауф», ни Dow Chemical к авторам статьи никаких претензий не предъявили, опровержений не последовало. В настольной книге санитарного врача [2] на официальном уровне утверждается и обращается внимание санитарных врачей на то, что пенополистирол выделяет вредный и канцерогенный стирол. «Полистирол применяется для изготовления радиоаппаратуры, тары для упаковки, катушек магнитофонных и электроизоляционных пленок, деталей машин, предметов быта, игрушек, облицовочной плитки и т.п. Получается полимеризацией стирола в присутствии инициаторов (перекисей, гидроперекисей и азосоединений). Химические свойства: стоек к щелочам, кислотам, трансформаторному маслу, глицерину. При 200 °С разлагается с образованием стирола и других низкомолекулярных соединений, димеров и гримеров. При нагревании пенополистирола до 60 °С в течение месяца в воздухе создавались концентрации стирола от 0,001 до 0,017 мг/л. Токсическое действие: в основном определяется количеством неполимеризованного мономера (стирола)» [3]. Вдыхание полистирольной пыли вызывало умеренную фиброгенную реакцию легких. Признаки токсического действия обнаруживались у мышей и крыс при длительном воздействии летучих продуктов нагретого полистирола разных марок и концентрации стирола в воздухе 0,001–0,018 мг/л [4]. «При обследовании 120 работающих в производстве блочного полистирола и 56 человек — эмульсионного выявлены жалобы на сухость в носу и горле, сухой кашель, першение в горле, частые ангины. Объективно: воспалительные или атрофические изменения верхних дыхательных путей. У 29 % работающих с блочным полистирола — хронический тонзиллит. Изменения верхних дыхательных путей при получении полистирола эмульсионным способом несколько ниже. У 118 работниц, занятых на переработке материалов на основе блочного, ударопрочного полистирола и его сополимеров с метакриловой кислотой, обнаружены вегетативная дисфункция и астенические реакции. У 6 человек со стажем более 10 лет — случаи дерматита» [5]. Ограничение содержания неполимеризовавшегося стирола и других исходных и добавочных продуктов (стандартизация полимеров). Например, в клеевых бутадиен-стирольных латексах содержание стирола ограничено до 0,06 %, в краске КЧ-26 — до 0,03 %. Обязательны местные вытяжные устройства в местах нагревания полимера и изделий из него, в местах склеивания, остывания нагретых изделий, при механической обработке полистирольных пластиков и изделий из них» [6]. «…Представляло интерес исследовать влияние на организм летучих продуктов, выделяющихся из пенополистирола в различных условиях его производства и применения… изучались образцы самозатухающего пенополистирола, содержавшие от 0,39 до 0,65 % остаточного мономера стирола. Полистирол исследовали в двух видах: до вспенивания и после. В процессе производства сушка влажного полистирола, полученного после полимеризации, происходит при 40 °С, а вспенивающегося — при 100 °С. Поэтому во время опытов невспененный полистирол нагревался и до 40, и до 100 °С. Вспененные образцы в соответствии с возможными условиями их использования исследовали при температуре от 20 до 60 °С… во время нагрева полистирола в невспененном и во вспененном виде образовывались продукты, неизменно содержавшие стирол — хранение материала даже при комнатной температуре также сопровождается постепенным выделением незаполимеризовавшегося стирола… Возможность хронического отравления малыми концентрациями стирола давно уже привлекала внимание многих исследователей…» [7]. За 40 лет, прошедших с момента упомянутых исследований, содержание остаточного мономера во вспенивающемся полистироле ПСВ-С, а соответственно и в получаемой из него продукции (пенополистирол марок ЛСБ-С) сократилось весьма незначительно, всего до 0,2 % (данные по ОАО «Пластик», г. Узловая, Тульской обл.). Ныне широко рекламируемый пенобетон неавтоклавного (естественного) твердения может быть теплоэффективным лишь в высушенном до постоянной массы состоянии. Влажность же пенобетона неавтоклавного твердения при отправке его потребителю достигает 25 %. Каждый процент влажности в стене на 6–7 % повышает теплопроводность конструкции. Сохнуть в стене пенобетон будет годами. В итоге теплопроводность стены из такого материала будет равна чуть ли не железобетону, а относительная влажность воздуха в жилище за счет испарения влаги из пенобетонной стены превысит 80 %. К тому же отопить такое жилье в первые два-три года будет весьма проблематично, а люди будут жить в условиях «сауны». В протоколе испытаний изделий из ПБ должны присутствовать данные о морозостойкости, теплопроводности и величине усадки при высыхании. Полезно посетить производство и убедиться, можно ли на нем безукоризненно соблюдать все ТУ, ознакомиться с испытательной лабораторией, ведущей постоянный контроль качества поступающего сырья, с качеством готовой продукции (проверяется периодичность записей в журнале испытаний), с дозирующими устройствами на каждом этапе поступления сырья, с автоматическим контролем всего процесса производства ПБ. Паропроницаемые стены А дышат ли стены? В исследовании использована модель помещения с размерами в плане 5 (6 м и высотой 2,5–3,0 м. В расчете учитывались различные параметры наружного воздуха до и после санации здания и замена окон на современные, обеспечивающие практически полную герметизацию притвора. Фиксировалось изменение влажности внутреннего воздуха во всех случаях, влияние проветривания помещения. В итоге получил подтверждение тот факт, что в результате санации и замены окон задача обеспечения нормального воздухообмена в помещении остается нерешенной, отмечено образование в помещении грибка. Новейшие исследования показали, что для образования плесени в помещении достаточно, чтобы ежедневно в течение любых 5 последовательных дней в течение 6 ч относительная влажность воздуха в той или иной точке помещения превышала 80 %. В воздухе квартиры, где проживает три человека, в результате их жизнедеятельности ежедневно содержится до 10 л влаги. Как ее можно удалить? В IEMB были разработаны вентиляционные системы для монтажа в наружные стены. Отток воздуха осуществляется за счет разницы величин давления, для контроля воздухообмена отверстия вентиляционных систем снабжены клапанами, перекрывающими воздушные потоки при достижении ими определенной интенсивности. Комплексная система теплоизоляции примерно вдвое (а устройство вентилируемых фасадов — в три раза) дороже, чем простая герметизация стыков (точность этих величин зависит от стоимости конкретных применяемых материалов). Эффективность тех или иных принимаемых мер должна определяться технико-экономическим сравнением различных вариантов, поскольку конечным итогом является энергосбережение. Например, в Германии санирующие мероприятия считаются рентабельными, если они окупаются за счет экономии энергии в течение 15 лет. В РФ этот период значительно короче. Снижение теплопотерь зданий: реальность и перспективы Известно, что дискомфорт создается не только при колебаниях температуры воздуха относительно оптимального уровня и высоким содержанием в воздухе углекислого газа и других вредных примесей, но и повышенной влажностью воздуха. Особенно заметным это становится при большом скоплении людей в закрытом помещении. Долгие годы с данной проблемой справлялись проектируя здания с естественной вентиляцией — наряду с форточками, через которые удаляется воздух, нагретый до комнатной температуры и загрязненный, для изготовления стен использовались материалы, обладающие необходимой в этих условиях паропроницаемостью, благодаря чему имел место естественный влагообмен с окружающей средой. Там, где обеспечена паропроницаемость, есть и воздухопроницаемость. В этой связи часто упоминается ячеистый бетон как материал, наиболее отвечающий указанным требованиям, способствующий поддержанию благоприятного климата. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что мероприятия по модернизации и тепловой защите зданий требуют комплексного подхода, в т.ч. многофакторного анализа и корректировки последующих мероприятий с учетом результатов, достигнутых после осуществления всех предыдущих. Это подтверждается данными, полученными на модернизированном здании серии 1-335 по проспекту Пушкина, д. 54, в Минске. Если до утепления наибольшими были потери через стены, то после — через воздухообмен. Это значит, что если на первом этапе основное внимание уделялось утеплению стен, то после двухлетнего анализа результатов реализации пилотного проекта акценты сместились в сторону грамотного вентилирования помещений. Поэтому необходимо параллельно решать вопросы утепления ограждающих конструкций и инженерного обеспечения зданий. Обследование позволило выявить негативные моменты, наблюдаемые после утепления зданий: значительно снизились экологическая безопасность жилья и комфортность проживания людей в зданиях после их тепловой модернизации. Хотя имеет место экономия тепловой энергии, в домах стало теплее, влажность внутреннего воздуха помещений (80 %) ощутимо отличается от нормативной (55 %). Значительно сократилась кратность воздухообмена, например, в кухнях площадью 7,5 м2 она вместо 90 м3/ч теперь составляет от 12 до 50 м3/ч. Итог — постоянное увлажнение стен и грибок. Решение проблемы возможно путем усовершенствования конструкций обрамления оконных проемов с устройством в них специальных клапанов. Можно говорить и о принудительной вентиляции с рекуперацией тепловой энергии. Логика развития современного строительства свидетельствует о необходимости перехода к проектированию зданий с механической, полностью контролируемой системой приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла уходящего из помещений воздуха. Есть причины указанных недостатков, которые не могут быть устранены иным путем. Во-первых, введение новых нормативных значений термического сопротивления ограждающих конструкций влечет за собой такое перераспределение уровня теплопотерь, при котором максимальное значение их относится к воздухообмену, достигая 50 % от общего уровня, т.е. дальнейшие перспективы энергосбережения в зданиях связаны прежде всего с возвратом тепла, уходящего с теплым воздухом из помещений. Во-вторых, переход к утепленным ограждающим конструкциям и окнам нового поколения с повышенным термическим сопротивлением обостряет проблему поддержания нормативного воздухообмена в помещениях. В стенной конструкции при утепленной стене, герметичных оконных конструкциях и герметичной заделке окон не остается неплотностей, которые могли бы способствовать поддержанию нормативного уровня воздухообмена. Остается возможность поддержания необходимого воздухообмена с помощью открытых окон или форточек. Однако при этом практически теряется смысл установки окон нового поколения (тем более — выпуска окон с еще более высоким термическим сопротивлением). Устройство клапанов или сознательная разгерметизация окон не укладываются в логику развития современных оконных технологий (не следует забывать, что окно прежде всего должно обеспечивать инсоляцию помещений). В-третьих, обеспечив с помощью тех или иных технических средств, например клапанов в оконных или стеновых конструкциях, приток воздуха и сохранив свободный воздухообмен, решить задачу поддержания нормативного значения воздухообмена тем не менее не удастся. Уровень воздухообмена будет зависеть от множества причин, среди которых величина ветровой нагрузки, высота расположения квартиры в многоэтажном здании, частота открывания окон, степень их уплотнения, а также состояние вытяжных вентиляционных шахт. В-четвертых, сохранение свободного воздухообмена не позволяет решить задачу использования внутренних источников тепла и поступающей в помещение солнечной энергии в общей системе энергоснабжения здания. Как правило, избыток тепла в одной из комнат квартиры выводится наружу через открытые форточки. Только 100 %-я утилизация тепла внутренних источников и солнечной энергии позволила бы компенсировать теплопотери здания и обойтись без системы отопления. Таким образом, приточно-вытяжная вентиляционная система с рекуперацией тепла уходящего из помещений воздуха и есть ключ к энергоэффективному дому. Шкала комфортности строительных материалов Что же касается материала для возведения стен жилых зданий, то за эталон комфортности (по 20-балльной шкале) принята стена из деревянного бруса — 1 балл, тогда стена из керамического кирпича оценивается в 3–4 балла, из ячеистого бетона — в 6–7 баллов, из силикатного кирпича — в 10–12 баллов, из железобетона — в 18–20 баллов. Также непонятно, почему разработчики столь нашумевшего СНиПа до сих пор хранят молчание по поводу того, что этот документ отменен. Привожу выдержку из письма №08-223 от 25.08.04 Министерства промышленности и энергетики Российской Федерации: «…Департамент технического регулирования и метрологии считает возможным отметить, что строительные нормы и правила Российской Федерации СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий», принятые постановлением Госстроя России от 26.06.03 №113, не действуют, т.к. согласно письму Минюста России от 18.03.04 №07/2964-ЮД, указанному постановлению, утвердившему данные СНиПы, отказано в государственной регистрации. Исходя из изложенного, требования, установленные в СНиП 23-02– 2003 «Тепловая защита зданий», не являются обязательными к исполнению…». Письмо подписано заместителем директора Департамента С.Л. Коржневой. Нет материалов только плохих или только хороших. Есть материалы, применяемые непродуманно. ❏ 1. Ясина Ю.Д. Пенополистирол. Ресурс и старение материала. Долговечность конструкций / Ю.Д. Ясина, В.Ю. Ясина, А.В. Ли // Строительные материалы, №5/2002. 2. Вредные вещества в промышленности. Т. 2. Органические вещества. — Л.: Химия, 1976. 3. Справочник для химиков, инженеров и врачей / Под общ. ред. засл. деят. науки, проф. Н.В. Лазарева и д.м.н. Э.Н. Левиной. Изд. 7-е, перераб. и доп. — Л.: Химия, 1976. 4. Зимницкая Л.П. Животные. Токсикология высокомолекулярных материалов и химического сырья для их синтеза / Л.П. Зимницкая, И.Л. Крынская, И.3. Крынская, Е.И. Комарова, Л.И. Петрова, Л.В. Сухарева — Л.: Химия, 1966. 5. Джежев А.М. Человек. Гигиена труда при переработке пластмасс методом литья под давлением / А.М. Джежев. Автореф. канд. дисс. — М., 1966. 6. Методические указания по проведению предупредительного санитарного надзора в производстве полистирола методом непрерывной блочной полимеризации, а также изделий из полистирола (пленок, нитей). Утв. ГСИ СССР 24/IV, 1964, №471–64. 7. Защита от вдыхания выделяющихся летучих соединений и пыли. Защита кожи. Токсикология высокомолекулярных материалов и химического сырья для их синтеза / Под ред. проф. С.Л. Данишевского. — Гос. научн.-иссл. ин-т полимеризационных пластических масс. — Л.: Химия, 1966.