CC BY
219
УДК 622.2; 666.973
СОСТОЯНИЕ ЖИЛИЩНОГО ФОНДА РОССИИ И ПУТИ СНИЖЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ НАРУЖНЫХ СТЕН ЗДАНИЙ
А.А. Пак
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева КНЦ РАН
Аннотация
Приведены данные Росстата о состоянии жилищного фонда Российской Федерации по динамике ввода новых жилых площадей и опережающего роста ветхого и аварийного жилья, известные конструктивно-технологические решения ограждающих конструкций зданий и результаты экспериментальных исследований по получению нового композиционного многослойного материала с улучшенными теплофизическими свойствами.
Ключевые слова:
строительство, жилищный фонд, энергосбережение, тепловые потери, технология, ограждающие конструкции, теплоизоляционные материалы, газобетон, полистирол, полистиролгазобетон.
Основываясь на итогах реализации приоритетного национального проекта «Доступное и комфортное жилье - гражданам России» в 2006-2008 гг., по поручению Президента Российской Федерации разработана программа приоритетного национального проекта под тем же названием на 2009-2012 гг. Целью проекта является дальнейшее развитие рынка доступного жилья и обеспечение комфортных условий проживания граждан России. Основные задачи для реализации проекта:
• создание условий для увеличения объемов строительства жилья и необходимой коммунальной инфраструктуры, развитие финансово-кредитных институтов и механизмов;
• создание условий для приведения существующего жилищного фонда и коммунальной инфраструктуры в соответствие со стандартами качества, обеспечивающими комфортные условия проживания;
• обеспечение условий доступа населения к потреблению жилья, коммунальных услуг на уровне, соответствующем их платежеспособному спросу и социальным стандартам.
Планируется, что в результате реализации указанных мероприятий в период с 2009 по 2012 гг. будет построено 228 млн м2 жилья, вовлечено в оборот для нужд жилищного строительства 16.8 тыс. га земель, находящихся в федеральной собственности. В Программе предусмотрены мероприятия по переселению граждан из ветхого и аварийного жилищного фонда и проведению капитального ремонта многоквартирных домов, а также модернизации объектов коммунальной инфраструктуры.
Однако, несмотря на все предпринимаемые меры, состояние жилищного фонда в нашей стране с каждым годом становится все катастрофичнее. В 2006 г. общая площадь жилищного фонда России составила около 3 млрд м2, из них около трети жилищ имеют износ более 70%. На рис. 1 приведена динамика ввода нового жилья и роста ветхого и аварийного жилищного фонда с 2000 по 2006 гг. По данным Росстата, объем ввода жилья в 2009 г. составил примерно 52 млн м2, в 2010 г. планируется 53 млн м2 (102% к 2009 г.).
В переходный к рыночной экономике период, вследствие резкого снижения финансирования расходов на капитальный ремонт и реконструкцию, состояние жилищного фонда России существенно ухудшилось. Если в 1996 г. площадь ветхого и аварийного жилья составляла 32.2 млн м2, то к концу 2005 г. она возросла в 2.95 раза и составила уже 95 млн м2. При этом в период с 1998 по 2001 гг. площадь ветхого и аварийного жилья в России росла опережающими темпами по сравнению с новым жилищным строительством (рис. 1).
С 2002 г. темпы роста ветхого и аварийного жилья снизились, тем не менее, и в настоящее время его объемы превышают объемы нового строительства почти в 2 раза. Поскольку средств на капитальный ремонт и реконструкцию выделяется в несколько раз меньше, чем требуется, в ближайшие годы следует ожидать ускоренного выбытия из эксплуатации старых зданий.
Одним из показателей уровня социально-экономического развития общества является обеспеченность гражданина жилой площадью. В настоящее время на одного жителя России приходится в среднем чуть более 20 м2 (21.2 м2), что больше установленного социального минимума 18 м2 общей площади и соответствует абсолютному минимуму общей площади жилища на человека в
странах с развитой рыночной экономикой. Во многих странах на человека приходится 40-80 м2. В США средний возраст жилых зданий составляет 23 года, срок эксплуатации 46 лет, при этом в год строится до 900 млн м2 жилья, или 3 м2 на человека. В России в 2006 г. было построено 50.2 млн м2 жилья. На рис. 2 представлены темпы жилищного строительства в 1990-2006 гг.
Рис. 1. Динамика роста ветхого и аварийного жилья в сравнении с динамикой ввода нового жилья по данным Росстата: 1 - ветхий и аварийный жилищный фонд; 2 - ввод в действие общей площади жилых домов; 3 - выбытие по ветхости и аварийности
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
Рис. 2. Динамика жилищного строительства в России в 1990 - 2006 гг. по данным Росстата
Строительство дорогого (элитного) жилья мало изменяет ситуацию к лучшему у нуждающихся граждан (70%). За последние 15-20 лет значительно улучшили жилищные условия 10% состоятельных граждан, которые в среднем располагают 65 м2 на человека. У большей части населения на человека по-прежнему приходится менее 15 м2 общей площади жилья, а многие до сих пор живут в коммунальных квартирах или снимают жилье.
Российская Федерация, являющаяся крупнейшим государством мира, занимает 17 млн 75 тыс. 400 км2 или 11.46 % (1/9) площади всей суши Земли (на втором месте Канада - 9 млн 976 тыс. км2). Территория страны в основном расположена севернее 50° с.ш. в восточной части Европы и северной части Азии. Средние температуры января, по разным регионам, колеблются от +6 до -50°С. Вечная мерзлота (районы Сибири и Дальнего Востока) занимает 65% территории России. Таким образом, размещение в основном в арктических и субарктических климатических поясах предопределяет и достаточно суровые условия проживания. И было бы нам совсем тяжко, если бы природа не наделила нас столь же богатейшими и разнообразнейшими минеральными и энергетическими ресурсами, по запасам которых наша страна также «впереди планеты всей». Однако, как это часто бывает, изобилие не способствует бережливости. Российская Федерация относится к числу основных производителей и поставщиков топливноэнергетических продуктов в мире, однако сама их расходует крайне неэкономно. Еще недавно в строительстве и эксплуатации отечественных зданий и сооружений непроизводительный расход тепла на поддержание необходимых параметров микроклимата внутри помещений считался вполне нормальным. Основными причинами такого положения являлись невысокая стоимость энергетических ресурсов в стране и, как следствие, чрезвычайно низкий контроль их расходования, отсюда - недостаточное внимание вопросам энергосбережения при нормировании, проектировании объектов строительства и повышении качества строительно-монтажных работ. Все это приводило к излишнему расходу тепловой энергии на отопление зданий. При высоком уровне энергопотребления у нас в стране на отопление расходуется около 34% производимой тепловой энергии, тогда как в западных странах эта доля составляет не более 20-22% [1]. Чрезмерные потери тепловой энергии при транспортировке по трубопроводам до потребителя (до 16% отпускаемой тепловой энергии, что в 1.5-2 раза выше, чем в передовых европейских странах), снижение температуры в жилых помещениях до 10-12°С, массовый износ теплопроизводящего и транспортирующего оборудования, неспособность населения полностью оплачивать завышенные расходы по теплоснабжению жилища привели в некоторых регионах к теплоэнергетическим кризисам и послужили основой для коренного изменения отношения к энергосбережению и теплоизоляции зданий.
До недавнего времени в России наиболее дешевыми считались многоквартирные здания в 5-9 этажей, а одно-, двухэтажные одноквартирные дома - наиболее дорогими, поскольку выполнялись из тех же тяжелых и энергоемких материалов (кирпича и железобетона). К началу 1990-х гг. в России 2/3 жилья строилось из заводских железобетонных конструкций. Созданная база индустриального домостроения общей мощностью 50 млн м2 в год в настоящее время используется менее чем на 20%.
Опыт развитых стран показывает, что будущее за малоэтажной усадебной застройкой высокой плотности с максимальным соблюдением комфортности проживания и необходимым комплексом сервисного обслуживания.
С целью снижения тепловых потерь при отоплении зданий и сооружений, обеспечения необходимых санитарно-гигиенических и комфортных условий пребывания в помещениях, а также рационального использования невозобновляемых природных ресурсов в России с 01.01.2000 г. значительно ужесточены требования к тепловой защите зданий. С 01.10.2003 г. постановлением Госстроя России приняты и введены в действие новые СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», согласно которым нормируемые значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций увеличены в 3-3.5 раза по сравнению с действовавшими значениями до 01.01.2000 г.
Наружные стены гражданских зданий по числу основных конструктивных слоев различаются на однослойные, двухслойные и трехслойные.
Однослойные ограждающие конструкции, выполняющие одновременно несущие и теплозащитные функции, наиболее просты в исполнении и эксплуатации. При соответствующем качестве сырьевых материалов, надлежащем выполнении строительно-монтажных работ они могут обеспечить необходимые температурно-влажностные условия в помещениях. Однако толщина однослойных стен из известных сегодня стеновых материалов, таких, как строительный кирпич, дерево, легкий и ячеистый бетоны, рассчитанная согласно новым требованиям СНиП 23-02-2003, должна быть существенно увеличена. Так, по климатическим условиям Мурманской области толщина стен из кирпича должна превышать 2,5 м, из легкого бетона плотностью 1000 кг/м3 - 1,2 м и даже из наиболее эффективного сегодня ячеистого бетона (плотностью 600^700 кг/м3) - до 0.9 м. Теплоэффективные стены приемлемой толщины (менее 0.5 м) могут быть возведены из ячеистого бетона марок по плотности D400-500, класса по прочности при сжатии не менее В 1.5, с коэффициентом теплопроводности не более 0.1 Вт/(м °С).
Двухслойные стены состоят из несущего (конструкционного) и ненесущего (теплоизоляционного) слоев. Наиболее распространенный способ изготовления двухслойных конструкций, когда к несущему слою (бетон, кирпич) прикрепляют специальными дюбелями со стальными распорными элементами или гибкими связями из полиамида предварительно изготовленные теплоизоляционные элементы из минераловатных или пенополистирольных плит. В двухслойных стенах теплоизоляционный слой может быть расположен как с внутренней, так и с наружной стороны. Недостаток такой конструкции, когда теплоизоляционный слой устраивается из предварительно изготовленных плит, состоит в неизбежном образовании зазора между разноплотными конструктивными слоями, что приводит к накоплению влаги в зазоре и возникновению «мостиков холода» при замерзании стены.
Трехслойные ограждающие конструкции наиболее эффективны и весьма распространены в строительной практике. С середины 80-х годов прошлого столетия, в период интенсивного развития у нас в стране крупнопанельного домостроения, становятся широко известны так называемые «сэндвич-панели», изготавливаемые в заводских условиях на стационарном технологическом оборудовании. В этих панелях между несущими слоями (металл, бетон) располагается слой утеплителя (минеральная вата, пенополистирол, пенополиуретан и др.). Однако уже названные недостатки, характерные для многослойных конструкций - наличие зазора между слоями и образование «мостиков холода», соединение слоев с помощью различных гибких связей, усложняющих конструкцию и усиливающих теплотехническую неоднородность, сохранились и в «сэндвич-панелях», поскольку слои образуются из разнородных, предварительно изготовленных компонентов.
Перспективным направлением совершенствования технологии и свойств ограждающих конструкций является применение трехслойных панелей с теплоизоляционным слоем из полистиролбетона и наружными слоями из конструкционного легкого бетона. Полистиролбетон, известный у нас в стране с 1960-х гг., представляет собой пенобетонную смесь с крупным заполнителем из вспененных полистирольных гранул. Отработанные технологические приемы и составы бетонных смесей позволяют получать теплоизоляционный пенополистиролбетон плотностью 200-250 кг/м3. Отличительной особенностью изготовления таких панелей является последовательная укладка в форму конструктивных бетонных слоев в едином технологическом цикле формования изделия с образованием монолитного (бесшовного)
соединения, благодаря чему исключаются «мостики холода» и отпадает необходимость установки гибких связей между конструктивными слоями. Общая толщина таких панелей (для Московской области) не превышает 400 мм [2]. Преимущества полистиролбетона видны из сравнительных характеристик различных стеновых материалов (табл. 1).
Таблица 1
Сравнительная характеристика различных стеновых материалов
Материал Плотность, кг/м3 Теплопро- водность, Вт/(м-°С) Теплопотери, Вт/м2 Толщина стены при Rпр = 3,15 м2-°С/Вт* Масса 1 м стены, кг
Кирпич глиняный полнотелый 1700 0.81 54.0 2.55 4337.5
Кирпич глиняный (пустотность 20%) 1400 0.43 28.7 1.35 1896.3
Кирпич силикатный 1800 0.87 58.0 2.74 4932.9
Ячеистый бетон (автоклавный) 500 0.18 17.5 0.55 303.2
Керамзитобетон 850 0.38 26.7 1.18 1004.1
Дерево 500 0.15 33.3 0.47 236.2
ПОЛИСТИРОЛБЕТОН 500 0.13 13.3 0.30 135.0
* для Москвы и Московской области
В последние 10-15 лет все больше появляется информации о производстве и применении в строительстве бетонных и железобетонных изделий с использованием гранул вспененного полистирола. Происходит это потому, что гранулы пенополистирола обладают рядом свойств, с которыми не могут сравниться другие заполнители легких бетонов. Так, их коэффициент теплопроводности при плотности от 15 до 85 кг/м3 составляет 0.029-0.044 Вт/(м-°С), гигроскопичность не превышает 0.4% по массе, а водопоглощение - 0.5-1% по массе.
В Институте химии КНЦ РАН разработана технология композиционных многослойных стеновых и теплоизоляционных изделий из полистиролгазобетона (патенты РФ № 2259272 и 2286249). В разработанных способах для формирования наружных несущих слоев вместо виброуплотняемых бетонов используется литая газобетонная смесь. Кроме того, для создания теплоизоляционного слоя по новой технологии используется суспензионный бисерный полистирол - в невспененном или частично вспененном состоянии. В основу технологии положен механизм увеличения объема газобетонной смеси и полистирола при их разогреве. В результате химической реакции между алюминиевой пудрой и известью, содержащейся в бетонной смеси, выделяется водород, который вспучивает бетонную смесь, увеличивая ее объем в 1.5-2 раза. Максимальное газообразование и вспучивание происходят при 35-45°С (в открытых формах в течение 40-60 мин.). При более низких температурах эти процессы существенно замедляются. При температурах 85-105°С гранулы полистирола увеличиваются в объеме в 30-50 раз в течение 3-5 мин.
Наиболее распространенный метод ускорения твердения бетона - пропаривание осуществляется путем плавного подъема температуры паровоздушной среды в пропарочной камере до 85-95°С. Очевидно, что в режиме пропаривания бетонных изделий присутствуют интервалы температур, необходимые для вспучивания газобетонной смеси и вспенивания полистирола, и поэтому эти два процесса могут быть соединены в пропарочной камере: при достижении 35-45°С - вспучивание газобетонной смеси, при дальнейшем подъеме температуры до 80-95°С - вспенивание полистирола. Так как эти процессы увеличения объемов происходят в закрытой со всех сторон формовой оснастке, то контактирующие материалы прижимаются друг к другу (самопрессуются).
Таким образом, основные особенности предложенной технологии состоят в следующем:
• наружные конструктивные слои изделия образуются газобетоном плотностью 600-900 кг/м3;
• газобетонная смесь затворяется холодно неподогретой водой (для замедления вспучивания газобетонной смеси, чтобы успеть заформовать изделие);
• для образования теплоизоляционного слоя используется невспененный или частично вспененный полистирол;
• изготовление изделий производится в закрытых формах, снабженных жесткофиксируемыми крышками;
• формы с заформованными изделиями ставятся в пропарочную камеру, предварительно разогретую до 40-45°С, сразу после окончания формования, без предварительной выдержки;
• конструктивные и теплоизоляционные слои в изделии формируются во время тепловлажностной обработки, а не в процессе формования изделия или возведения стены;
• вследствие объемного расширения компонентов изделия в жесткозамкнутой формовой оснастке происходит взаимное прижатие (самопрессование) конструктивных слоев.
Новизна технологии состоит в том, что в одном технологическом процессе - тепловлажностной обработке изделий в закрытых формах методом пропаривания осуществляются 4 операции: 1) вспучивание газобетонной смеси; 2) вспенивание полистирола; 3) самопрессование конструктивных слоев; 4) ускорение твердения газобетона. Благодаря оптимальному соотношению несущих и теплоизоляционных слоев, формированию многослойного изделия монолитного сечения с бесшовным соединением конструктивных элементов, достигается существенное повышение эксплуатационных свойств композиционного материала (табл. 2).
Таблица 2
Эксплуатационные свойства ячеистого бетона, полистиролбетона и полистиролгазобетона
Наименование свойств Ячеистый бетон Полистиролбетон Полистирол- газобетон
Средняя плотность, кг/м3 400 500 400 500 400 500
Прочность при сжатии, МПа 1.00 1.90 1.45 2.90 2.5 2.7
Прочность при изгибе, МПа 0.52 0.96 0.60 0.70 1.30 1.84
Теплопроводность, Вт/(м-°С) 0.088 0.100 0.105 0.125 0.060 0.063
Марка по морозостойкости F5 F25 F50-F75 F75-F100 F50 F75
Разработанная технология позволяет изготавливать эффективные стеновые и теплоизоляционные изделия в двухслойном и трехслойном вариантах, которые по многим эксплуатационным показателям превосходят все известные материалы: марка по прочности - М10-75, плотность - 150-800 кг/м3, теплопроводность - 0.06-0.14 Вт/м-°С, что в 1.35-1.85 меньше по сравнению с нормативными показателями для ячеистого бетона, морозостойкость - 25-75 циклов.
Особо стоит вопрос о долговечности бетона с полистиролом. Относительно полистиролбетона с равномерно распределенными гранулами вспененного полистирола доказано, что, поскольку полистирольные гранулы находятся в цементной оболочке и не подвергаются ультрафиолетовому облучению, они гарантированы от старения и пожаробезопасны [3]. В разработанной нами двухслойной конструкции из полистиролгазобетона полистирольный слой закрыт от лучевого и высокотемпературного воздействия с внешней стороны защитным слоем бетона, а с внутренней стороны - одним-двумя слоями облицовочной сухой штукатурки, либо таким же двухслойным блоком, повернутым бетонным слоем наружу (т.е. трехслойная ограждающая конструкция с наружным бетонным слоем и внутренним теплоизоляционным слоем из пенополистирола). В таком положении долговечность и пожаробезопасность двухслойных полистирогазобетонных изделий будет обеспечена. А в трехслойных блоках внутренний пенополистирольный слой защищен наружными газобетонными слоями. В то же время различия в деформативных свойствах бетона и полимера, а также концентрация внутренних напряжений при самопрессовании слоев в жесткозамкнутой форме могут привести со временем к отслоению подпрессованных друг к другу материалов. Возможны различные технологические решения для обеспечения надежного соединения конструктивных слоев: дисперсное армирование контактного слоя бетона короткими синтетическими волокнами, применение гибких пластмассовых или базальтовых связей-стержней, полимерных отделочных сеток, клеящих составов и др. В настоящее время проводятся экспериментальные исследования по обеспечению монолитного соединения конструктивных слоев, а также повышению пожаробезопасности многослойных полистиролгазобетонных изделий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бондаренко В.М, Ляхович Л.С., Хлевчук В.В. и др. О нормативных требованиях к тепловой защите зданий // Строительные материалы. 2001. № 12. С. 2-8. 2. Гудков О.В, Ахундов А.А., Леонтьев Е.Н., Тяжлова В.Н. Трехслойные керамзитобетонные панели с утепляющим слоем из пенополистиролбетона // Строительные материалы. 2004. № 11. С. 38-39. 3. Ожигбесов Ю.П, Хабибуллин К.И., Калядин Ю.А. Предложения по улучшению теплозащитных характеристик стеновых конструкций // Бетон и железобетон. 1996. № 1. С. 21-23.
Сведения об авторе
Пак Аврелий Александрович - к.т.н., старший научный сотрудник, е-таП: pak@chemy.kolasc.net.ru
