CC BY
128
Вісник ПДАБА
17. Ушацкий С. А.Організація зведення і реконструкції будівель та споруд / С. А. Ушацький. - К.: Вища шк., 1992. - 182 с.
18. Шаленный В.Т. Организационно-технологические аспекты энергосбережения при модернизации производства конструкций и зданий из бетона / В. Т. Шаленный. - Д. : Наука и образование, 2002. - 200 с.
УДК 666. 973.3
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АВТОКЛАВНОГО ГАЗОБЕТОНА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЗДАНИЙ В УКРАИНЕ
Н. В. Морозова, н. с., С. Ю. Середа, м. н. с., Т. Н. Голубченко, к. х. н., доц.
Ключевые слова: автоклавный газобетон, энергосберегающие конструкции, трехслойные ограждающие конструкции, термическое сопротивление
Постановка проблемы. Постоянный рост цен на энергоресурсы приводит к более рациональному их использованию во всех странах.Важной задачей по снижению энергопотребления является улучшение энергоэффективности зданий. Теплопотери в зданиях примерно распределены следующим образом: стены - 20,9 %, окна - 24,2 %, вентиляция -49,7 %, прочие - 5,2 %. Повысить энергоэффективность зданий можно следующим образом: уменьшить теплопотери через наружные стены; избавиться от «мостиков холода»; повысить герметичность здания; увеличить коэффициент полезного действия систем отопления; использовать накопленное в зданиях тепло и возобновляемую энергию; избегать летнего перегрева [2].
Анализ публикаций. В работах В. Большакова, В. Мартыненко, Я. Паплавскиса, А. Франивского не раз освещались вопросы применения в качестве несущих ограждающих конструкций экономичных материалов с высоким термическим сопротивлением. Отмечено, что для уменьшения теплопотерь через наружные стены необходимо при строительстве зданий ориентироваться на эффективные стеновые материалы, тем более что стены - это основной элемент любого здания и сооружения. Их основное функциональное значение заключается в способности выдерживать несущие и ненесущие нагрузки, а также быть ограждающими элементами. По последнему признаку их разделяют на наружные и внешние стены. Однако недостаточное внимание уделялось изучению следующих факторов, влияющих на выбор стеновых материалов. Это экономичность при строительстве, легкость в применении, способность придать архитектурную выразительность, высокая несущая способность, экологичность, энергосбережение в процессе эксплуатации здания и абсолютная безвредность материала.
Цель статьи. Целью данной статьи является анализ применения в качестве энергосберегающих конструкций изделий из автоклавного газобетона и трехслойных ограждающих конструкций. Долговечность дома определяется эксплуатационным сроком службы ограждающих стеновых конструкций. Под долговечностью наружных ограждающих конструкций следует понимать срок их службы с сохранением в требуемых пределах эксплуатационных характеристик в данных климатических условиях при заданном режиме эксплуатации зданий. При этом срок службы отдельных элементов и заполнений ограждающих конструкций должен быть не ниже срока службы всей конструкции. В процессе эксплуатации ограждающие конструкции подвергаются воздействию внешних климатических и техногенных воздействий и обеспечивают поддержание в зданиях требуемых параметров микроклимата. Поэтому при выборе стенового материала особое внимание уделяется его свойствам. Во-первых, нужно учитывать прочностные и теплозащитные качества (показатели теплопроводности в соответствии с действующими нормативными документами) и морозостойкость материала. Во-вторых, паро- и воздухопроницаемость должны обеспечивать в помещениях необходимый температурно-влажностный режим и комфортность в любое время года. В-третьих, группа возгораемости и предел огнестойкости стенового материала должны соответствовать противопожарным нормам. И в-четвертых, внутренние стены должны быть звукоизолирующими. Исходя из вышеизложенного, в последнее время все большую популярность в качестве стеновых изделий приобретает автоклавный газобетон.
45
№ 11 - 12 листопад - грудень 2011
Основные свойства автоклавного газобетона. На долю строительной отрасли Украины ежегодно приходится примерно до 30 % потребления энергоресурсов. При этом значительная часть (около 85 %) - это доля расходуемого тепла на отопление зданий различного назначения. При этом потери тепла в окружающую среду составляют от 20 до 60 %, в основном из-за низких теплозащитных свойств ограждающих конструкций. Так, через наружную стену толщиной в два кирпича (510 мм) при температуре окружающего воздуха -30оС, потери тепла составляют 60 Вт-ч через 1 м2 стены.Вто же время в доме из автоклавного газобетона, с наружной стеной в 400 мм, при равных условиях потери тепла составляют 20 Вт-ч на 1 м2. Термическое сопротивление ограждающих конструкций из автоклавного газобетона в 3 раза выше, чем у керамического кирпича, и в 8 раз выше, чем из тяжелого бетона [1]. Стены из автоклавного газобетона не нуждаются в дополнительном утеплении. В процессе эксплуатации такого здания расходы на отопление снижаются на 25 - 30 % [3]. Сохраняя тепло, мы не только экономим, но и благоприятно воздействуем на окружающую среду, уменьшая суммарный выброс в атмосферу вредных веществ, образующихся при сгорании топлива.
Автоклавный газобетон - это звукоизолирующий материал, с увеличением плотности газобетона увеличиваются его звукоизолирующие свойства. Индекс изоляции воздушного шума для стеновых блоков толщиной 100 мм и плотностью D500, составляет 47 Дб, при оштукатуривании стены индекс повышается на 10%. Как негорючий материал автоклавный газобетон выдерживает одностороннее воздействие огня в течение 3...7 часов. При повышении температуры прочностные характеристики материала увеличиваются в 2.3 раза. Автоклавный газобетон является экологически чистым материалом. Коэффициент экологичности составляет 2,0, для сравнения: данный коэффициент у керамического кирпича 10, у керамзитобетона 22, 0. Выше только у дерева - 1,0. Благодаря тому, что газобетон «дышит», микроклимат в помещении близок к микроклимату деревянного дома. Высокая пористость газобетона обеспечивает «миграцию влаги» - в случае, когда воздух в помещении становится излишне сухим, стены из газобетона обеспечивают его увлажнение, получив часть влаги за пределами помещений. Напротив, в случае появления излишней влажности в помещении, вода не оседает в виде конденсата на стенах, а выводится наружу. Таким образом, обеспечиваются комфортные условия для жизни. Блоки из автоклавного газобетона изготавливают из натурального сырья, они не содержат радиоактивных и канцерогенных веществ, тяжелых металлов, полимеров, органики. При возведении стен из автоклавного газобетона учитывается и его отличная обрабатываемость. Стеновые блоки легко режутся, пилятся ножовкой, сверлятся обыкновенным сверлом, обрабатываются шлифующими инструментами.
Характеристика различных стеновых материалов приведена в таблице 1.
Таблица 1
Сравнительная характеристика газобетона и других стеновых материалов
Наименование показателей Ед. изм. Силикатный кирпич Керамический кирпич Керамзитобетон Дерево Г азобетон
Плотность кг/м3 1900 1400 - 1700 1000 - 1200 500 500
Т еплопроводность Вт/моК 0,8 - 0,9 0,45 - 0,7 0,3 - 0,4 0,14 0,11
Морозостойкость цикл F35 F25,F35 F15, F35 - F25
Расход раствора Толщина стены при одинаковой 3 м 0,24 0,24 0,11 - 0,18 0,11
теплопроводности Трудозатраты необходимые для м 1 1 0,6 0,3 0,3
укладки 1м2 стены час 2 2 0,2 - 0,9 0,15 0,5
К основным экономическим показателям при строительстве зданий из автоклавного газобетона относят:
- снижение массы стены в 4..10 раз;
- повышение теплосопротивления стен на 7.25 %;
- снижение затрат на 40.50 %;
- снижение стоимости стен на 40.50 %;
46
Вісник ПДАБА
- снижение удельных капиталовложений на 15... 50 %;
- снижение трудозатрат на стройке на 40.50 %;
- снижение энергозатрат при эксплуатации на 7.30 %.
Преимущества ограждающих конструкций и в целом домов из автоклавного газобетона.Наружные конструкции могут быть как однослойные, так и многослойные. Термическое сопротивление однослойных наружных стен при толщине традиционной кирпичной кладки 50 см и толщине однослойных легкобетонных панелей 35 см находится в пределах 0,7 - 0,9 м2-К/Вт. Новые нормативы требуют обеспечения термического
сопротивления наружных ограждений в пределах 1,7 - 2,5 м2-К/Вт. Перед строительной отраслью Украины возникла необходимость снижения энергозатрат как в производстве строительных материалов и конструкций, так и при эксплуатации зданий. Как было уже отмечено, новые нормативы по энергосбережению определяют размер ограждающей конструкции. Термическое сопротивление однородной стены прямо пропорционально толщине материала конструкции и обратно пропорционально коэффициенту теплопроводности. При этом полученное значение не должно быть ниже так называемого приведенного сопротивления теплопередаче, которое, в свою очередь, определяется с учетом средней температуры и продолжительности отопительного периода. Для климатических зон Украины приведенное сопротивление теплопередаче Rqmin значения Rqmin для температурных зон Украины показаны таблице 2.
Таблица 2
Нормативные значения Rqmin для температурных зон Украины
Вид ограждающей конструкции Климатические зоны Украины
1 2 3 4
Новое строительство
Крупнопанельные, монолитные и объемно-блочные с утеплителями: а) из пенополистирольных плит; б) из минераловатных, базальтоволокнистых и 2,5 2,4 2,2 2,0
стекловолокнистых плит 2,2 2,1 1,9 1,8
Стены из газобетонных блоков и кирпича 2,5 2,4 2,2 2,0
Реконструкция
Внешние стены из материалов всех видов 2,2 2,1 1,9 1,7
Термическое сопротивление многослойной стены зависит от толщины и коэффициента теплопроводности материала каждого слоя. Необходимо учитывать, что структура трехслойной стены неоднородна, образующие ее материалы имеют различные теплотехнические и пароизоляционные свойства, поэтому в их толще может образовываться конденсационная влага, что приводит к снижению теплотехнических характеристик стены. Водяной пар, в результате диффузии попадающий в толщу конструкции, приведет к тому, что утеплитель, как было сказано ранее, будет накапливать влагу, отсыревать и постепенно утратит присущие ему теплоизолирующие свойства. Потенциально такая конструкция стен, учитывая природную изменчивость свойств утеплителей в период эксплуатации, их повышенную толщину и множество креплений, снижающих конструктивную и теплотехническую однородность стен, не является долговечной. Это означает, что теплозащитные свойства наружных стен постепенно снижаются, а теплопотери через них увеличиваются. Таким образом, для трехслойных конструкций необходимо точно учитывать сроки их эксплуатации. Опыт применения говорит о том, что наибольший срок лучших утеплителей не превышает 10 - 15 лет. Даже за один сезон накопление влаги в конструкции стены может достигать 20 %, а влажность волокнистых плитплотностью до 150 кг/м3 составляет 8 %.Цикличные изменения температуры за 15-летний срок эксплуатации приводят к снижению прочности плит на 10 %, а теплоизоляционных качеств - на 35 %. Разработанные прогрессивные утеплители
(экструзивный пенополистирол) имеют срок эксплуатации не больше 20 лет. В многослойных стеновых конструкциях, подверженных периодическому увлажнению, существует еще один опасный момент - это контакт металлических связей и арматуры с насыщенным влагой утеплителем. Коррозия металла возникает при контакте с минеральной ватой, поскольку
47
№ 11 - 12 листопад - грудень 2011
скапливающийся в ней конденсат обладает кислотными и щелочными свойствами.
Внутренние и наружные слои ограждающей трехслойной конструкции связаны между собой жесткими или гибкими связями. Если в качестве трехслойной конструкции применяют трехслойные панели, то необходимо учитывать, что при их производстве в зазоры, образующиеся между плитами полистирола (минеральной ваты), а также в места расположения арматурных каркасов при виброуплотнении панелей попадает плотная смесь. С точки зрения теплотехники эти факторы являются «мостиками холода» и могут значительно снизить термическое сопротивление всей ограждающей конструкции. Пониженный коэффициент теплотехнической однородности обусловлен и наличием теплопроводных включений в виде строительных элементов из бетона и других материалов. Это, прежде всего, железобетонные плиты перекрытий и оконные (дверные) перемычки. Теоретические исследования показывают, что теплопроводные включения в зонах, где плиты перекрытий выходят на контакт с наружным воздухом, обеспечивают теплопотери от стены не менее 20 %. В некоторых системах теплопотери через плиты перекрытий могут достигать 53 %.
Для южных районов Украины предпочтительнее возводить следующую наружную стену: однослойная стена из автоклавного газобетона, марка по средней плотности D400-D500, класс бетона по прочности В1,5...В3,5, толщина 250...400 мм, сопротивление теплопередачи по глади стены 2.2,5 м2-К/Вт. Такую стену можно делать и с наружной облицовкой. Для северозападных регионов Украины может быть рекомендована кладка с дополнительным наружным утеплением (несущий газобетонный слой 200.300 мм, марка по средней плотности D400...D600, класс бетона по прочности при сжатии В2...В3,5). Важной особенностью стеновых блоков из автоклавного газобетона являются точные геометрические размеры изделия. При монтаже блоков используют клеевой раствор, при этом толщина швов не превышает 2 - 3 мм. Это позволяет повысить однородность стены и значительным образом увеличить её теплоизолирующую способность. Например, теплопроводность стены из автоклавных газозолобетонных блоков на клеевом составе 2 -3 мм при равновесной влажности 5 % составляет 0,127 Вт/ м и не отличается от теплопроводности отельного блока. Это говорит о полной однородности стены и о том, что потери тепла не происходит.
Говоря о теплозащите зданий, в первую очередь подразумевают, что стены должны обеспечить достаточный тепловой комфорт и снижение расходов энергии на отопление. С точки зрения европейских стандартов такой комфорт достигается, когда даже при значительном снижении температуры наружного воздуха перепад температур между внутренней поверхностью наружной стены и внутренним воздухом будет не более 2оС. Тепловой комфорт в помещении может обеспечить стена из автоклавного газобетона толщиной уже 150.200 мм. Такая толщина стены используется, например, при строительстве дачного домика, который эксплуатируется в основном в летнее время. При расчете стены по условиям энергосбережения в качестве расчетной берется средняя теплопроводность газобетонной кладки при эксплуатационной влажности (4 - 5 %). Капиллярно-пористая структура газобетона позволяет этому материалу легко и быстро отдавать влагу в окружающую среду. Поэтому за один-два года эксплуатации здания в ограждающих конструкциях устанавливается эксплуатационная (равновесная) влажность. При строительстве зданий необходимо также учитывать теплоизоляцию зон сопряжения с перекрытиями и оконных откосов. При дополнительном утеплении газобетонной стены целесообразней применять газобетонные изделия средней марки по плотности D600, так как основную функцию по утеплению стены возьмет на себя утеплитель, его крепление к стене будет более надежным и прочным. Для теплоизоляции стен из газобетона приемлемы все основные схемы теплоизоляции, но наиболее предпочтительны фасадные системы, т.к. наружное утепление позволяет изолировать потенциальные мостики холода (колонны, балки, плиты перекрытия). Исключение мостиков холода по перекрытиям и балконам достигается либо установкой доборных блоков у стыка плиты перекрытия, либо наружным утеплением стыка при выносе его на поверхность стены. Кроме того, важным моментом для энергосбережения является сама кладка блоков. Швы в кладке между газобетонными блоками имеют повышенную теплопроводность по сравнению с газобетоном. При толщине кладочных швов 1 - 1,5 мм влияние растворных прослоек на теплотехническую однородность стены будет минимальным, но уже при толщине швов 10 -20 мм теплопроводность кладки возрастает на 20 % (по данным АЭРОК СПб) [4]. Для того чтобы максимально оградить жилье от теплопотерь и отказаться от дополнительного утепления, в настоящее время предложено использовать армированные изделия из 48
Вісник ПДАБА
автоклавного газобетона - панели перекрытия (для выполнения межэтажных и чердачных перекрытий) и перемычки (для перекрытия оконных и дверных проемов). Эти изделия обладают низкой теплопроводностью и имеют высокую несущую способность, т. к. при их изготовлении применяют предварительное напряжение арматурного каркаса. Несущая способность газобетонных панелей перекрытий достаточна для того, чтобы выполнить перекрытия в любом многоквартирном доме, а также коттедже.
Теплоизоляционные свойства панелей перекрытия позволяют отказаться и от дополнительного утепления пола, при этом пол остается теплым в любую погоду. Таким образом, теплыми помещениями будут и подвал, и гараж, и чердак. При использовании перемычек оконных и дверных из автоклавного газобетона при строительстве дома получаем однородную стену с одинаковыми характеристиками по теплопроводности и усадке. Если те же изделия применить при возведении стен из кирпича, компенсируются «мостики холода», возникающие при применении железобетонных перемычек. Здания из газобетона накапливают в своих конструкциях значительное количество тепла, которое постепенно переходит внутрь помещения, в результате чего исключаются резкие внутритемпературные колебания, благодаря массивности материала. В условиях холодного климата это способствует повышению рабочего комфорта и обеспечивает экономию энергии на отопление. В теплых климатических условиях массивные конструкции препятствуют проникновению тепла во внутренние помещения, т.к. сами поглощают его. Даже если солнечные лучи накаляют крышу, температура воздуха внутри здания достигает своих максимальных значений только спустя 7.. .8 часов, но и тогда воздух не нагревается до значений, типичных для строений из других строительных материалов.
Перспективы развития автоклавного газобетона в Украине. Несмотря на высокие конструкционные и теплотехнические качества автоклавного газобетона как строительного материла и широкую практику его применения в строительстве в развитых странах, в Украине существует целый ряд факторов, которые тормозят его использование в массовом строительстве жилья, особенно при возведении малоэтажных зданий [5]. Во-первых, узкая номенклатура изделий, производимых отечественными предприятиями, включающая, в основном, стеновые блоки с плотностью D500 - 600 кг/м3 и теплоизоляционные плиты с плотностью D400 кг/м3. Современные тенденции строительства как малоэтажных зданий, так и зданий средней этажности, а также высотных зданий с применением различных конструктивных систем (с несущими и самонесущими стенами, каркасного типа, с устройством бетонных поясов жесткости, бетонных рамок и т. д.) требует значительно расширить номенклатуру изделий из автоклавного газобетона. Она должна включать армированные стеновые панели и панели перекрытий, различные несущие и ненесущие перемычки брускового, арочного или профильного типа, теплоизоляционные плиты с плотностью до 300 кг/м3, лестничные ступени и ряд других фигурных изделий, что позволит одновременно решать вопросы архитектурной выразительности зданий. Широкому применению автоклавного газобетона за рубежом способствует внедрение достижений научно-технического прогресса в строительной отрасли. В частности, при производстве изделий используется техника точной резки, благодаря чему обеспечивается высокая точность размеров изделий. Это позволяет вести кладку изделий с использованием клеевого раствора и исключить образование «мостиков холода» по растворным швам. Обнадеживающим фактором в настоящее время является появление технической информации в виде альбомов типовых технических решений элементов зданий, типовых проектов зданий различной этажности (особенно малоэтажных индивидуальных домов) и различных конструктивных систем, включая варианты конструктивных решений. При этом ощущается недостаток технической информации по технологии возведения зданий и их отделке, а также упаковке, хранению и транспортированию изделий из автоклавного газобетона, организации работ. Медленными темпами развивается нормативная база.
Выводы. Стена из газобетонных блоков является самым технологичным вариантом наружной теплоэффективной стены. Однослойная стена из автоклавного газобетона марки по средней плотности D400 является оптимальным конструктивным решением противоречивой проблемы повышения теплозащитных свойств и долговечности ограждающих конструкций. При оценке конкурентоспособности стеновых строительных материалов в современных условиях необходимо учитывать стремительное увеличение стоимости материалов, в частности, цемента, энергоносителей, удорожание транспортных расходов, а также появление ориентации на малоэтажное и коттеджное строительство. Все эти тенденции делают
49
№ 11 - 12 листопад - грудень 2011
качественный газобетон уникальным решением для строительства. Нужно отметить, что, несмотря на появление в Украине новых современных заводов по производству автоклавного газобетона и несомненного преимущества последнего как стенового материала мы только присматриваемся к этому экономически выгодному материалу. Тем временем практичная и рациональная «заграница» уже давно успешно присмотрелась к нему и активно внедряет его в строительстве. Экономия и экологическая чистота - определяющие факторы при выборе стройматериала за рубежом.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Большаков В. И. Увеличение объемов производства и использования автоклавного газобетона - стратегический курс Украины в строительстве / В. И. Большаков, В. А. Мартыненко // Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве. Сб. науч. трудов. Вып. 2. - Днепропетровск: ПГАСА, 2005. - С. 13 - 27.
2. Детлеф В. Энергоэффективное строительство - это мировая тенденция / Детлеф Вернеке // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2008. - № 10. - С. 40 - 41.
3. Паплавскис Я. Энергосбережение при проектировании и строительстве малоэтажных домов / Я. Паплавскис, А. Фрош // Строительство, материаловедение, машиностроение: серия Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве: Сб. науч. Трудов. Вып. 4. - Днепропетровск: ПГАСА, 2009. - С. 81 - 88.
4. Солдаткин С. Каталог проектов / С. Солдаткин / Каталог проектов, 2010. - № 2. - С. 15 - 19.
5. Франивский А. Дом из ячеистого бетона / А. Франивский, Т. Рунова // Будмайстер, 2002. - № 6. - C. 22 - 25.
УДК 624.01
БЕЗОПАСНОСТЬ И НАДЕЖНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ СОВРЕМЕННЫХ
ЗДАНИЙ
В. В. Савйовский*, д. т. н., проф.
*Харьковский государственный технический университет строительства
и архитектуры
Ключевые слова: безопасность эксплуатации зданий
Введение. Уровень цивилизации на современном этапе включает высокое техногенное влияние на среду обитания человека. Это требует обеспечения безопасности человека в этой среде. В промышленности медленно повышаются требования к безопасности и надежности различных производств, активизируются вопросы защиты экологии. Для этого на предприятиях устанавливаются различные системы безопасности, совершенствуются средства контроля или защиты, ограничивающие или исключающие вредные воздействия, выбросы и пр. Для обеспечения сохранности живой природы создаются заповедники, предпринимаются международные ограничения на использование ресурсов живой природы. Касательно обеспечения безопасности человека в его среде обитания делается не многое. Главное в том, что сегодня человек не может чувствовать себя в безопасности в жилом, общественном или промышленном здании в случае каких-либо катаклизмов. Устоявшееся понятие «мой дом - моя крепость» сегодня практически не дает человеку спокойствия и безопасности. Древний человек и живые существа в природе в случае опасности стремятся и находят убежище и безопасность в своем жилище. Современный же человек этого себе позволить, к сожалению не может.
Анализ публикаций. Вопросы надежности строительных конструкций рассматриваются в основном при формировании проектных решений, особенностей расчетов строительных конструкций и требований по обеспечению качества выполняемых работ [1]. Однако важность рассматриваемого вопроса проявляется при анализе причин и повреждений строительных конструкций, а также при анализе аварий на строительных объектах [2; 3; 4]. Вопросы комплексного обеспечения надежности и безопасности зданий рассмотрены не достаточно глубоко.
50
