CC BY
97
АРХИТЕКТУРА И ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО. РЕКОНСТРУКЦИЯ И РЕСТАВРАЦИЯ
УДК 725.011 + 728.2
О .Л. Банцерова, Ли Жуйсинь
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТЫ НАРУЖНЫХ СТЕН ДЛЯ МОНОЛИТНЫХ МНОГОЭТАЖНЫХ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ ЦЕНТРАЛЬНЫХ РАЙОНОВ КИТАЯ
Рассмотрены технические и теплотехнические особенности наружных стен для монолитных многоэтажных жилых зданий в центральных районах Китая с точки зрения расположения утеплителя и различных способов монтажа систем утепления.
Ключевые слова: конструктивные решения, теплотехника, энергоэффективность, многоэтажные монолитные жилые здания, экструдированный пенополистирол.
Жилищное строительство в центральных районах Китая характеризуется высокой плотностью застройки и большими затратами энергии на жизнеобеспечение зданий. Таким образом, повышение энергоэффективности многоэтажных жилых зданий является актуальным для строительства.
Значительную часть общих теплопотерь помещения составляют именно тепло-потери через ограждающие конструкции. По оценке экспертов, площадь поверхности наружных стен, имеющих теплоизоляцию, составляет примерно 65 % от общей площади ограждающих конструкций многоэтажного жилого здания, из-за этого утепление наружных стен является одним из основных мероприятий по теплоизоляции здания, так как в зависимости от конструкции стен через них теряется до 45 % тепла при эксплуатации здания [1]. Теплозащита наружных стен зданий является ключевым вопросом в обеспечении теплотехнических характеристик ограждающих конструкций многоэтажных жилых зданий.
Теплозащита ограждающих конструкций осуществляется различными методами, при помощи различных материалов и технологий. В соответствии с расположением утеплителя конструктивные решения теплозащиты наружных стен классифицируются по трем основным типам: а) конструкция наружных стен с утеплителем, расположенным внутри здания; б) наружная стена с утеплителем, расположенным внутри конструкции; в) конструкция наружных стен с утеплителем, расположенным снаружи здания (рис. 1) [2].
В настоящее время в центральных районах Китая применяются вышеуказанные типы теплозащиты наружных стен. Далее рассмотрим их теплотехнические и технические особенности.
Конструкция наружных стен с утеплителем, расположенным внутри здания. В настоящее время такой тип теплозащиты наружных стен применяется наиболее часто в центральных районах Китая. При данном расположении утеплителя применяются различные материалы: известковые растворы, растворы полимеров и т.д. Такая технология широко распространена в Китае, но она имеет следующие недостатки: из-за температурного перепада и смещения точки росы образуются трещины в штукатурке [3]. Кроме этого, такое расположение утеплителя негативно влияет на архитектурно-художественную организацию интерьера помещения.
Утеплитель, размещенный внутри помещения, должен удовлетворять следующим требованиям [4]:
а) выполняться из несгораемых или трудносгораемых материалов;
б) иметь хорошие характеристики обеспечения здоровья жителей;
в) иметь низкую плотность, прочность и твердость для закрепления закладных деталей в несущем слое наружных стен.
Рис. 1. Виды распределения утеплителя для наружных стен
По способу монтажа утеплителя с внутренней стороны помещения различаются
а б
Рис. 2. Способы монтажа утеплителя: приклеивание (а) и анкеровка (б)
При приклеивании утеплителя применяются следующие теплоизоляционные материалы: автоклавные газобетонные блоки, пеностекло, экструдированный пено-полистирол (XPS), вспененный пенополистирол (EPS) и т.д. Пенополистирол является эффективным теплоизоляционным материалом в монтаже утеплителя внутри помещения и широко применяет во всем мире, но в центральных районах Китая XPS еще не нашел применения. По данному способу на основе опыта крупных городов Китая (г. Пекин, Шанхай) предлагаются следующие конструкции с разными утеплителями (табл. 1, 2).
Табл. 1. Минимальные размеры толщины теплоизоляционных материалов
№ Материал несущего слоя стены Толщина, мм Минимальная толщина теплоизоляционного материала, мм
EPS XPS Пеностекло
1 Силикатный пустотелый кирпич 240 30 20 20
Бетонный блок с одним рядом пустот 190 30 20 30
2 Бетонный блок с двумя рядами пустот 190 30 20 50
Бетонный блок с тремя рядами пустот 190 30 20 40
Бетонный пустотелый блок (8 пу- 240 30 20 25
3 стот) 190 30 20 45
Бетонный пустотелый блок (6 пустот) 190 30 20 45
4 Железобетон 200 30 20 40
250 30 20 30
Табл. 2. Минимальные размеры толщины автоклавных газобетонных блоков (YTONG) в соответствии с DBJ/CT003-2004 [6]
Степень плотности В04 В05
№ Отношение площади блоков к наружным стенам ^0,70 ^0,50 ^0,30 ^0,70 ^0,50 Ь0,30
Материал несущего слоя стены Толщина, мм Толщина блока, мм
1 Силикатный пустотелый кирпич 240 50 60 75 60 75 75
Бетонный блок с одним рядом пустот 190 75 75 75 100 100 100
2 Бетонный блок с двумя рядами пустот 190 60 75 75 75 100 100
Бетонный блок с тремя рядами пустот 190 60 75 75 75 75 100
Бетонный пустотелый 240 50 60 75 60 75 75
3 блок (8 пустот) 190 60 75 75 75 75 100
Бетонный пустотелый блок (6 пустот) 190 75 75 75 75 100 100
4 Железобетон 200 100 100
250 75 100
Установка утеплителя при помощи анкеров производится на профильный каркас с дополнительной защитной плитой. В качестве утеплителя применяются минеральные и растительные волокнистые теплоизоляционные материалы, которые характеризуются низким коэффициентом теплопроводности X (не более 0,05 Вт/мК) и трудносгораемым свойством [5].
Ранее в качестве защитного слоя плиты применялся гипсокартон, в настоящее время широко применяются следующие материалы: цементно-волокнистая (фибро-цементная) панель (БС), панель кальция силикаты без асбеста (МЛЬС), фиброцемент-ная панель без асбеста (МЛБС) и нестягивающая фиброценментная панель (ЬСБС) (табл. 3).
Табл. 3. Характеристики защитных плит [7]
Наименование материалов Плита БС Панель ЫЛЬС Плита ЫЛРС Плита ЬСБС Плита гипсокар-тонная
Плотность р, кг/м3 1600...1700 900.1100 1500.1900 1100.1300 800
Прочность на разрыв, МПа 17...20 8.12 10.13 10.16 >50 кг по продольному; >25 кг по поперечному
Ударная прочность, кДж/м2 2,0.2,5 2,0.2,5 ^2,7 ^2,0 10 кг от высоты 1 м
Усадочность, % — ^ 0,20 — — —
Расширение, % — — — ^ 0,20 —
Водопоглощение, % 20.24 — 20.24 — —
Категория стойкости к огню Степень А в соответствии с ОБ8624 0,15.0,25 ч
Толщина, мм 4.25 | 6.12 | 4.25 | 5.25 9; 12
Требования к анкеровке утеплителей:
при применении профилей деревянных или гипсовых материалов установка профилей (ширина 50 мм) шагом 600 мм с одной или с обеих сторон. Деревянные профили должны быть обработаны от коррозии;
при применении гипсокартонной плиты ее толщина должна быть не менее 100 мм, а для плиты МЛЬС и МЛБС — не менее 60 мм;
при выполнении качественной шпатлевки на защитных плитах для гипсокарто-нов должны быть применены малярные скотчи (ширина не менее 100 мм) в местах соединения плит. На плиты БС, МЛЬС, МЛБС и ЬСБС также должны крепятся малярные сетки (ширина 60 мм) на зазорах между плитами [7].
Наружная стена с утеплителем, расположенным внутри конструкции. Существует два варианта обеспечения требуемых теплотехнических характеристик наружных стен: стена без утеплителя из автоклавного бетона и панель БУв-ЗБ с утеплителем. Если создание такой многослойной стены успешно реализуется при новом строительстве, то для уже существующих зданий это трудновыполнимо, поскольку вызывает увеличение толщины конструкции, что зачастую требует усиления фундамента.
При первом варианте такие стены выполняются из ячеистых бетонных блоков или панелей на специальном растворе. В связи с тем что сами стены имеют высокие коэффициенты сопротивления теплопередачи и тепловой инерции, установление утеплителей снаружи или внутри стен необязательно.
Блоки из автоклавного бетона имеют маленькую величину коэффициента теплопроводности и большую величину коэффициента теплоусвоения. Таким образом, эффективность теплозащиты наружных стен из автоклавного газобетона уверенно обеспечена при достижении нормативной толщины. Изделие утеплителя фирмы УТОМв для наружных стен наиболее распространены в Китае в настоящее время (табл. 4).
Табл. 4. Характеристики материалов системы YTONG в соответствии с DBJ/CT018-2008 [8]
Степень плотности блоков или плит из автоклавного газобетона B05 B06
Плотность в сухом состоянии р, кг/м3 S 550 ^ 650
Расчетный коэффициент теплопроводности X, Вт/(мК) 0,18 0,20
Расчетный коэффициент теплоусвоения S, Вт/(м2 К) 2,73 3,28
Этот способ удовлетворяет минимальным требованиям сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций в условиях г. Чжэнчжоу и применялся в прошлом веке, но он не учитывает энергосбережение жилого здания и не рекомендуется в строительстве.
При втором варианте осуществляется несъемная опалубка EVG-3D. В основе технологии строительства с применением трехслойной панели «3D» лежит использование стеновых панелей (3D panel), представляющих собой пространственную ферменную конструкцию, состоящую из арматурных сеток и оцинкованных или нержавеющих стержней, приваренных под углом к сеткам, сердечника из пенополистирола и двух слоев бетона, нанесенных методом торкретирования (рис. 3). Теплотехничксое свойство EVG-3D приведено в табл. 5.
Рис. 3. Несъемная опалубка EVG-3D
Табл. 5. Характеристики системы EVG-3D в соответствии с DBJ/CD01-2004 [9]
Конструкция Толщина стены, мм K, Вт/ м2-К K , Вт/ ср' м2-К D Коэффициент остеклен-ности фасада f
Пено-полистирол Слой бетона Штукатурки по обе стороны
Снаружи Внутри
Наружная стена 100 50 40 по 15 0,627 1,40 2,16 S0,31
100 50 40 — 0,641 1,47 1,79 i 0,27
Конструкция наружных стен с утеплителем, расположенным снаружи здания. При этом способе теплозащиты в настоящее время в больших городах Китая (на примере г. Пекин, Шанхай) распространяются следующие теплоизоляционные материалы для наружных утеплителей: экструдированный пенополистирол (XPS), вспененный пенополистирол (EPS), минеральная вата, пеностекло, утепляющие растворы и т. д. По технологии возведения наружного утеплителя различается метод приклеивания, монтажа и монолитного бетонирования.
Теплоизоляционные материалы для установки снаружи должны характеризуются высоким сопротивлением теплопередаче R, слабой теплопроводностью X (менее 0,06 Вт/мК) и хорошей гигроскопичностью. Таким образом, можно выбрать следующие материалы: экструдированный пенополистирол (XPS), вспененный пенополи-стирол (EPS), минеральную вату, стеклянную вату и т.д. (табл. 6). Во внешней утепляющей системе чаще применяется вспененный пенополистирол (EPS) [10].
Табл. 6. Минимальные толщины утеплителей при различной конструкции стены
№ Материал несущего слоя стены Толщина, мм Минимальная толщина теплоизоляционного материала, мм
EPS *ЦИР XPS Минеральная вата Пеностекло
1 Силикатный пустотелый кирпич 240 30 20 25 30 25
2 Бетонный блок с одним рядом пустот 190 30 25 25 30 25
Бетонный блок с двумя рядами пустот 190 30 40 25 35 35
Бетонный блок с тремя рядами пустот 190 30 35 25 35 35
3 Бетонный пустотелый блок (8 пустот) 240 30 20 25 30 25
190 30 35 25 35 35
Бетонный пустотелый блок (6 пустот) 190 30 30 25 35 25
4 Железобетон 200 30 30 25 30 30
250 30 25 25 30 25
Примечание. *ЦИР — цементно-известковый раствор с полистироловыми гранулами.
Крепление слоя утеплителя к несущему слою производится при помощи клея или метизов. Для создания надежного сцепления слоев склеивания обязательно наносят грунтовку на поверхности основной стены. Также для повышения клейкости и стабильности склейки в период твердения после установки теплоизоляционных материалов можно проводить дополнительное укрепление пластмассовыми дюбелями-гвоздями. В монолитных конструкциях утеплитель устанавливается внутри опалубки стены, и бетонирование выполняется одновременно с установкой утеплителя.
Создание облицовки на поверхности слоев утеплителя осуществляется в разных ситуациях различными материалами: полимерно-цементным раствором, цементным раствором, фасадной плиткой.
Полимерно-цементные растворы толщиной 4.7 мм наносятся на поверхность утеплителя с укрепляющим слоем (малярная сетка, металлическая сетка) [11]. Укрепляющий слой помогает увеличивать прочность и устойчивость штукатурки во избежание сосредоточенности напряжения и появления трещин на поверхности.
Цементные растворы наносятся штукатуркой на поверхности утеплителя (минеральная вата) 25.30 мм с укрепляющим слоем (металлическая плетеная сетка 50^50x1,8 мм). Цементная штукатурка наносится по трем слоям. Нижний и средний слои выполняются толщиной 10 мм, для верхнего слоя лучше применить полимерно-цементный раствор толщиной 5.10 мм [11].
Надежность облицовки при помощи приклеивания за счет влияния погодных условий снижается. Поэтому облицовку керамической плиткой производить не рекомендуется. По опытам других крупных городов Китая и Россия для возведения наружных стен предлагаются нижеследующие конструкции.
Сравнение преимуществ и недостатков перечисленных типов теплозащиты приведено в табл. 7.
Архитектура и градостроительство. Реконструкция и реставрация УЕ5ТЫ1К
_мвви
Табл. 7. Сравнение различных типов теплозащиты наружных стен
Тип теплозащиты Преимущества Недостатки
Конструкция наружных стен с утеплителем, расположенным внутри здания 1. Простота технологии возведения. 2. Заниженные требования к прочности теплоизоляционных материалов. 3. Низкая себестоимость 1 . Возникновение мостика холода. 2. Уменьшение объема помещений. 3. Отсутствие внешней защиты ограждающей конструкции. 4. Появление трещин на поверхности теплоизоляционных материалов внутри помещения
Наружная стена с утеплителем, расположенным внутри конструкции 1. Хорошая защита теплоизоляционных материалов. 2. Применение индустриальных методов возведения 1. Возникновение мостика холода. 2. Большая толщина стены. 3. Снижение прочности конструкций при сейсмических воздействиях
Конструкция наружных стен с утеплителем, расположенным снаружи здания 1. Широкий спектр применения. 2. Защита основной конструкции стены и увеличение степени долговечности здания. 3. Устранение мостика холода. 4. Обеспечение стабильности температуры в помещение. 5. Удобство при реконструкции. 6. Уменьшение затрата теплоизоляционных материалов. 7. Во избежание повреждения слоя утеплителя от отделочных работ 1. Высокое требование к выбору теплоизоляционных материалов. 2. Высокое требование к совмещенности комплектующих материалов. 3. Высокое требование к долговечности и устойчивости к атмосферным воздействиям. 4. Усложнение работ
В результате сравнения вариантов мы видим, что конструкция наружных стен с утеплителем, расположенным снаружи здания, обладает преимуществами при возведении монолитных многоэтажных жилых зданий и рекомендуется в новых жилых застройках или реконструкции жилых зданий.
Библиографический список
1. Zhang Wenxiao. Measure to increase the energy efficiency of building // Information of China Construction. 2007. № 11. Pp. 135—138.
2. Liu Peng. Manual of Energy Efficiency in Buildings of China // Beijing, Building Technology Publ., 2007, 258 p.
3. ZhangHongmei, Tang Yuan. Analysis of the advantages and disadvantages of different types of thermal insulation of external walls // Academic research in China. 2012. № 6. Pp. 18—20.
4. Guo Dawei. Research insulation on the outside walls of the building heat engineering // Science and Technology Innovation Herald. 2012. № 16. Pp. 130—133.
5. Chu Juntian, Shen Lianxi. Research flammability of insulation materials in thermal performance of external walls // Construction safety. 2012. № 1. Pp. 89—91.
6. Rules to installation and acceptance of gas concrete YTONG. «DBJ/CT003-2004» (China).
7. Energy saving building envelopes in residential buildings «DG/TJ08-206-2002» (China).
8. The specification of insulation technical with the YTONG systems «DBJ/CT018-2008» (China).
9. The specification of application technical with the EVG-3D board «DBJ/CD01-2004» (China).
10. The use of EPS in construction of exterior walls with external insulation // waterproofing and insulation in China. Режим доступа: http://www.31fsbw.com/detail-5679170.html. Дата обращения: 06.08.2012.
11. Yang Yiming. Research thermal performance of building technologies exterior walls with external insulation // Building Technology. 2001. № 8. Pp. 121—130.
ВЕСТНИК 12/2012
МГСУ_12/2012
Поступила в редакцию в сентябре 2012 г.
Об авторах: Банцерова Ольга Леонидовна — кандидат архитектуры, доцент, профессор кафедры проектирования зданий, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, о^а. bancerova@gmail.com;
Ли Жуйсинь — аспирант кафедры проектирования зданий, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, andylrx@yandex.ru.
Для цитирования: Банцерова О.Л., Ли Жуйсинь. Конструктивные решения теплозащиты наружных стен для монолитных многоэтажных жилых зданий центральных районов Китая // Вестник МГСУ 2012. № 12. С. 7—15.
O.L. Bantserova, Li Ruixin
DESIGN SOLUTIONS FOR THERMAL INSULATION OF EXTERIOR WALLS OF CAST-IN-PLACE CONCRETE HIGH-RISE RESIDENTIAL BUILDINGS IN CENTRAL REGIONS OF CHINA
A significant portion of the overall heat loss is due to the heat loss through the building envelope. According to the opinions of experts, the surface area of exterior walls has the insulation of about 65 % of the total envelope of apartment buildings; therefore, thermal protection of external walls of buildings is a key issue in ensuring the thermal performance of envelopes of apartment buildings.
The author has developed design solutions that assure the thermal protection of exterior walls and that are aimed at identifying the optimal solution in terms of the location of insulation materials, their thermal performance and insulation of exterior walls of apartment buildings in central regions of China.
The author presents a comparative analysis of the main methodologies of thermal insulation designated for the exterior walls of multi-storey residential buildings: internal and external insulation, as well as the insulation in-between the wall layers. The analyses of wall designs are based on the insulation performance, thermal insulation performance, methods of mounting different systems of insulation, and cost of work.
As a result, practical recommendations originate from the statement that the most optimal designs of exterior walls of monolithic high-rise apartment buildings of central regions of China are those that have insulation on the outside of the building. They include layers of insulation made of extruded polystyrene, which is currently planned for use in the construction of high-rise monolithic residential buildings in central China.
Key words: structural design solutions, thermal engineering, energy efficiency, cast-in-place concrete high-rise residential buildings, extruded polystyrene.
References
1. Zhang Wenxiao. Measure to Increase the Energy Efficiency of Building. Information of China Construction. 2007, no. 11, pp. 135—138.
2. Liu Peng. Manual of Energy Efficiency in Buildings of China. Beijing, Building Technology Publ., 2007, 258 p.
3. Zhang Hongmei, Tang Yuan. Analysis of the Advantages and Disadvantages of Different Types of Thermal Insulation of External Walls. Academic Research in China. 2012, no. 6, pp. 18—20.
4. Guo Dawei. Research Insulation on the Outside Walls of the Building Heat Engineering. Science and Technology Innovation Herald. 2012, no. 16, pp. 130—133.
5. Chu Juntian, Shen Lianxi. Research Flammability of Insulation Materials in Thermal Performance of External Walls. Construction Safety. 2012, no. 1, pp. 89—91.
6. Rules to installation and acceptance of gas concrete YTONG. «DBJ/CT003-2004» (China).
7. Energy saving building envelopes in residential buildings «DG/TJ08-206-2002» (China).
8. The specification of technical insulation with the YTONG systems «DBJ/CT018-2008» (China).
9. The specification of technical application with the EVG-3D board «DBJ/CD01-2004» (China).
10. The use of EPS in construction of exterior walls with external insulation. Waterproofing and insulation in China. Available at: http://www.31fsbw.com/detail-5679170.html. Date of access: 06.08.2012.
11. Yang Yiming. Research of Thermal Performance of Building Technologies of Exterior Walls with External Insulation. Building Technology, 2001, no. 8, pp. 121—130.
About the authors: Bantserova Ol'ga Leonidovna — Candidate of Architectural Sciences, Associated Professor, Professor, Department of Design of Buildings, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; olga.bancerova@ gmail.com;
Li Ruixin — postgraduate student, Department of Design of Buildings, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; andylrx@ yandex.ru.
For citation: Bantserova O.L., Li Zhuysin'. Konstruktivnye resheniya teplozashchity naruzhnykh sten dlya monolitnykh mnogoetazhnykh zhilykh zdaniy tsentral'nykh rayonov Kitaya [Design Solutions for Thermal Insulation of Exterior Walls of Cast-in-place Concrete High-rise Residential Buildings in Central Regions of China]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 12, pp. 7—15.
