1.4.    ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА ЗДАНИЙ

Весьма актуальной для железнодорожного транспорта является за­дача энергосбережения. Закон Российской Федерации «Об энер­госбережении» № 28-ФЗ от 3 апреля 1996 г определил основные требо­вания к энергосбережению. Энергосбережение — это достижение эко­номически оправданной эффективности использования энергетических ресурсов при существующем уровне развития техники и соблюдении требований к охране окружающей среды. В соответствии с этим зако­ном на федеральном уровне поставлена задача сокращения до 40 % рас­хода тепловой энергии на отопление зданий. На железнодорожном транспорте примерно 23 % от всех топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), включая ресурсы на тягу поездов, расходуется на отопление зда­ний.

Тепловой режим в помещении, обеспечиваемый системой ото­пления, вентиляции и кондиционирования воздуха, определяется в пер­вую очередь теплотехническими и теплофизическими свойствами ог­раждающих конструкций. В связи с этим высокие требования предъяв­ляются к выбору конструкции наружных ограждений, защищающих помещения от сложных климатических воздействий — резкого переох­лаждения или перегрева, увлажнения, промерзания и оттаивания, паро- и воздухопроницания.

Снижение энергопотребления в эксплуатируемых зданиях может быть достигнуто путем повышения теплотехнических характеристик ограждающих конструкций, а также созданием отопительных систем с управляемым тепловым режимом.

Важным инструментом решения проблемы энергосбережения в зданиях становятся базы данных — теплоэнергетические паспорта отдельных зданий и их комплексов [57]. Они могут обеспечить со­ответственно локальную и глобальную информацию для анализа

ситуации и принятия решений. Теплоэнергетические паспорта об­разуют базы данных для формирования сводных энергетических пас­портов комплексов зданий на уровне предприятий, учреждений, до­рог, сети железных дорог. Такие базы данных позволят целена­правленно решать проблему снижения энергозатрат в производ­ственных и гражданских зданиях различных хозяйств дорог, обес­печивать соответствующую информацию для принятия решений и мониторинга результатов проведения технической политики энер­госбережения в отрасли.

В 1995 г. были утверждены и введены в действие Изменения № 3 СНиП И-3-79** «Строительная теплотехника». По новым нормам требуется существенное повышение уровня теплозащиты новых и реконструируемых зданий путем увеличения сопротивления теп­лопередаче ограждающих конструкций в 2 3,5 раза, что позво­ляет снизить теплопотребление на 20...30 %. Данные изменения СНиП привели к необходимости совершенно новых подходов в конструировании, технологии изготовления и монтажа огражда­ющих конструкций, так как требуемое сопротивление теплопере-

‘У

даче* например, для наружных стен зданий равно ~ 3,5 м °С/Вт а термическое сопротивление существующих стен не превышает зна­чения 1,0 м^{2 о}С/Вт. Параметры существующих стеновых ограждений приведены в табл. 4.19.

 

 

Согласно новым нормам приведенное сопротивление тепло­передаче ограждающих конструкций следует принимать не менее

требуемых значений R-f, определяемых исходя из условий энерго­сбережения, а также санитарно-гигиенических и комфортных усло­вий. Величина требуемого сопротивления теплопередаче стен, опре­деляемая из условий энергосбережения по значению градусо-суток отопительного периода (ГСОП), больше величины, определяемой ис­ходя из санитарно-гигиенических и комфортных требований. Это привело к тому, что в настоящее время (2005 г.) нормируемая вели­чина сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций опре­деляется средней температурой наружного воздуха и продолжитель­ностью отопительного периода.

1.4.1.   Конструктивные решения дополнительной теплозащиты

Повышение теплозащитных свойств стеновых ограждающих кон­струкций эксплуатируемых зданий заключается в увеличении их со­противления теплопередаче до нормативных значений, действующих в настоящее время Это достигается утеплением стен теп­лоизоляционными материалами, которые должны защищаться от на­ружных воздействий защитно-декоративным слоем.

В практике устройства дополнительной теплозащиты стен су­ществует два основных способа ее расположения — с наружной или внутренней поверхности стены. Иногда встречается конструктивно­технологическое решение устройства теплозащиты зданий с распо­ложением утеплителя по наружной и внутренней поверхностям одно­временно (комбинированный способ).

Конкретный вариант расположения теплозащиты устанавливается на основе анализа всех возможных способов ее устройства с учетом их достоинств и недостатков.

Вариант с расположением теплоизоляционного материала внутри здания обладает следующими достоинствами:

—     производство работ может проводиться в любое время года не­зависимо от способа крепления;

—      теплоизоляционный материал находится в благоприятных ус­ловиях и не требуется, как правило, его дополнительная защита от воздействия внешней среды.

К недостаткам расположения теплозащиты со стороны помещения относятся:

-— необходимость устройства дополнительной теплозащиты в местах опирания на стены плит перекрытий и в местах примыкания к наружным стенам внутренних стен и перегородок;

—      необходимость устройства пароизоляционного слоя перед теп­лоизоляционным материалом для защиты его от увлажнения;

—      сложность устройства теплоизоляции в местах расположения приборов отопления, а также в пределах толщины пола и т.п;

—    нахождение точки росы в пределах утеплителя и, как следствие, образование конденсата и снижение теплотехнических свойств;

—      нахождение несущего слоя стены в зоне отрицательных тем­ператур и его промерзание.

Вариант расположения теплозащиты с наружной стороны стены обладает существенными достоинствами, к ним относятся:

—     создание защитной термооболочки, исключающей образование «мостиков холода»;

—         исключение необходимости устройства пароизоляционного слоя;

—      возможность одновременно с устройством теплоизоляции ис­правлять дефекты стены;

—    расположение несущего слоя стены, как правило, хорошо акку­мулирующего тепло в зоне положительных температур, что повыша­ет тепловую инерцию ограждающей конструкции.

Неудобством этого варианта является необходимость устройства по теплоизоляции надежного защитного слоя и использование при выполнении работ дорогостоящих средств подмащивания.

На рис. 4.26 приведен график распределения температур в сте­не здания при наружном и внутреннем расположении утеплителя. Термическое сопротивление конструкции в обоих случаях одина-

■у

ково: R = 3,17 м °С/Вт, температура наружного воздуха принята минус 30 °С, температура внутри помещения положительная 21 °С. Температурный ноль располагается в слое утеплителя. Но при наружном расположении кирпич расположен в зоне положитель­ных температур, учитывая теплоемкость кирпича, его способ­ность аккумулировать тепло, такая стена будет способствовать

 

меньшим потерям тепла и создаст комфортный климат. Во втором варианте кирпичная кладка 0,38 мм полностью промерзает; такая схема может привести к резкому снижению долговечности несущей стены, образованию конденсата и быстрому падению температуры на внутренней поверхности стены в случае перебоев в отоплении.

Конструктивно при наружном расположении теплоизоляции утеп­ление может быть решено в двух вариантах: устройство так называе­мого «мокрого» фасада — с защитным штукатурным слоем и венти­лируемого фасада — с навесными ветроотбойными панелями и воз­душным зазором.

Устройство тепловой защиты с наружной и внутренней сторон од­новременно применяется в случае необходимости восстановления ло­кальных теплозащитных свойств стенового ограждения.

4.4.2. Современные теплоизоляционные материалы

В строительной практике применяются разнообразные теп­лоизоляционные материалы. К ним относятся: легкие бетоны (керамзитобетон, перлитобетон, шлакобетон, газо- и пенобетон и др.); «теплые» растворы (цементно-перлитовый, гипсоперлито­вый, поризованный и др.); изделия из дерева и других органичес­ких материалов (плиты древесностружечные, фибролитовые, ка­мышитовые и др.); минераловатные и стекловолокнистые мате­риалы (минераловатные маты, минераловатные плиты мягкие,

полужесткие, жесткие и повышенной жесткости на различных свя­зующих, плиты из стекловолокна и др.); полимерные материалы (пе- нополистирол, пенопласт, пенополиуретан, перлитопластбетон и др.); пено- и газостекло, а также другие композиционные материалы и из­делия из них.

Наибольшее применение получили минераловатные утеп­лители (- 80 % всего объема применяемых в строительстве утеп­лителей). Минеральная вата состоит из искусственных минеральных волокон, получаемых преимущественно из базальтовых горных по­род, скрепленных синтетическим вяжущим. Минеральная вата явля­ется эффективным теплоизолятором, пригодным для применения при различных условиях эксплуатации. Изделия из минеральной ваты вы­держивают температуру до 650 °С (практически без потерь теплоизо­лирующих и механических свойств), формо-стабильны, обладают вы­сокой химической и биологической стойкостью, нетоксичны. Благо­даря гидрофобизирующей пропитке имеют малое водопоглощение.

На российским рынке широкое распространение получили изделия компаний «Rockwool Russia» (ЗАО «Минеральная вата»), PAROC (Финляндия), ISOVER (Швеция). Теплопроводность утеплителя из минеральной ваты 0,044...0,049 Вт/(м К).

Технология изготовления стекловолокнистых утеплителей (стек­ловаты) близка производству минеральной ваты. Но если волокна ка­менной ваты имеют среднюю толщину 5 мкм и длину 30...40 мм, то волокна стекловаты диаметром 3...4 мкм и длиной 155...200 мм. Сы­рье аналогично сырью для обычного стекла, включая стеклобой. Стекловата имеет низкую плотность, температура эксплуатации до 180 °С, биологически и химически стойкая, долговечная, негорючая. Изделия из стекловаты ISOVER (Финляндия) и URSA плотностью ~ 50 кг/м³. Коэффициент теплопроводности 0,035...0,045 Вт/(мК).

Пенопласты или поропласты, а также газонаполненные ячеистые пластмассы — органические высокопористые материа­лы, получаемые из синтетических смол. Они подразделяются на жесткие, полужесткие и эластичные в зависимости от прочности на сжатие и модуля упругости. По виду исходного полимера поропласты подразделяют на термопластичные — на основе полиме­ров с линейной структурой (полистирол, поливинилхлорид, поли­этилен, полипропилен и др.), термореактивные — на основе поли­меров с пространственной структурой (фенолформальдегидные, эпоксидные, полиуретановые и др.).

Наибольшее распространение в практике строительства получили экструзионный пенополистирол и пенополиуретан. Удельная проч­ность этих материалов достаточно высока, но им свойственны опре­деленные недостатки, ограничивающие применение: пониженные ог­нестойкость, теплостойкость и температуростойкость (до 200 °С). Ко­эффициент теплопроводности этих материалов равен 0,034...0,044 Вт/(мК).

Пеностекло, или ячеистое стекло, представляет собой ячеистый теплоизоляционный материал получаемый спеканием стеклянного порошка с одновременным вспучиванием под действием газообразо- вателя. В качестве сырья используют кварцевый песок, известняк, со­ду или сульфат кальция. В качестве газообразователя применяют уг­лесодержащие материалы, которые создают в пеностекле замкнутые поры, или карбонаты, образующие сообщающиеся поры. Пеностекло выпускают в виде плит размерами 400...500 мм. Плотность пеностек­ла обычно равна 200...300 кг/м³, но выпускается и пеностекло с боль­шей средней плотностью — до 700 кг/м³, при прочности на сжатие до 15 МПа. По прочности пеностекло превосходит все другие минераль­ные теплоизоляционные материалы.

Ячеистое стекло обладает малым водопоглощением, очень низкой гигроскопичностью, выдерживает до 50 циклов замораживания и от­таивания. Предельная температура эксплуатации обычного пеностек­ла равна 300...400 °С. Из стекла особого состава возможно получать изделия с температуростойкостью до 800... 1000 °С. Коэффициент те­плопроводности пеностекла 0,09...0₃10 Вт/(мК). Применение ячеи­стого стекла ограничивает высокая стоимость.

Газобетон и газосиликат представляют собой ячеистые теплоизо­ляционные легкие бетоны, получаемые на основе портландцемента с добавлением воды, молотого кварцевого песка и других минеральных материалов с помощью газообразователей и отвердевания в специ­альных условиях (автоклавная обработка и пропаривание).

Газобетонные и газосиликатные плиты выпускают размером 1000x500 мм при толщине 800...200 мм (с градацией 20 мм). Ос­новные свойства этих материалов представлены в табл. 4.20.

 

Водопоглощение теплоизоляционного газобетона — до 20 %, а газосиликата — до 25...30 %, поэтому изделия из газосиликата не применяют при относительной влажности окружающей среды бо­лее 60 %. Предельная температура применения обеих разновиднос­тей бетона 400 °С. Для повышения температуростойкости газобе­тона до 700 °С используют добавку золы от сжигания пылевидного топлива.

Газобетонные и газосиликатные теплоизоляционные изделия применяют для утепления стен и бесчердачных кровель промыш­ленных и жилых зданий, в конструкциях холодильников, для изо­ляции тепловых сетей и промышленного оборудования. Выбор конкретного теплоизоляционного материала производится с уче­том многих факторов, основными из которых являются отпускная цена, эксплуатационная стойкость (долговечность) и трудоемкость монтажа

Установлено, что для теплоизоляционных материалов наблю­дается тенденция увеличения стоимости 1 м² утепленной стены с увеличением плотности и прочности материала. В то же время ис­пользование материалов, имеющих наибольшие прочностные ха­рактеристики, приводит к увеличению срока службы теплозащиты. Это связано с тем, что их прочностные характеристики являются наи­более полными показателями, характеризующими долговечность ма­териалов.

Вопросы долговечности теплоизоляционных материалов в кон­струкциях дополнительной теплозащиты недостаточно изучены как у нас в стране, так и за рубежом. Это связано с трудностями сопоставимой оценки результатов испытаний теплоизоляционных материалов в связи с большим их разнообразием и постоянными

изменениями отдельных параметров: состава сырья, технологий изго­товления и крепления, климатических районов строительства и т.п. На практике приходится пользоваться приблизительными данными о долговечности, которая для минераловатных и стекловолокнистых плит составляет 15...25 лет, пенополиуретана — около 20 лет.

Одним из важных показателей при выборе теплоизоляционного материала являются его противопожарные свойства. Новое по­коление пенополиуретанов и пенополистиролов относится к само- затухающим материалам, но их применение ограничивается тем, что максимальная температура, которой они могут подвергаться в тече­ние нескольких минут, составляет 95 °С, после чего эти материалы теряют эксплуатационные качества. В связи с этим при утеплении стен листами из пенополистирола, расположенными с наружной сто­роны, вокруг оконных проемов необходимо монтировать ряд листов минеральной ваты — трудносгораемого материала. Это защищает пенополистирол от открытого пламени, которое может вырываться во время пожара через оконные проемы.

В случае применения пенополиуретана необходимо иметь в виду, что данный материал имеет закрыто-ячеистую структуру и эффек­тивное его использование возможно только с внутренней стороны стены (при этом пароизоляция не нужна). При размещении пено- полиуренатана с наружной стороны во время эксплуатации в утеп­ляемой стене будет накапливаться влага, которая не будет удаляться из-за малой паро- и воздухопроницаемости пенополиуретана. Ув­лажнение стены повлечет за собой ухудшение эксплуатационных ка­честв и возможное быстрое разрушение.

4.4.3. Порядок принятия решения о дополнительной теплоизоляции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

—      установить экономическую эффективность принимаемого ре­шения путем сравнения стоимости сэкономленного топлива за пери­од, соответствующий прогнозируемой долговечности конструкции, с единовременными затратами на дополнительную тепловую изоля­цию.

При принятии решения о дополнительной тепловой защите здания следует тщательно проработать вопрос о предполагаемой ре­конструкции фасада: какой класс отделки планируется, финансовые возможности заказчика. Детально изучить состояние поверхности стен — каково техническое состояние фасада, подлежащего отделке (наличие большого количества стыков, трещин, вздутий и т.п. потре­буют и соответствующих средств на очистку поверхности под нане­сение грунтовочных покрытий, расшивку трещин, нанесение шпат­левки и т.д.)