Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6066| Title: | Удосконалення технології та організації зведення зовнішніх багатошарових теплоефективних стін житлових будівель |
| Authors: | Грецький , Денис Володимирович Боровик, Ілля Іванович |
| Keywords: | теплоефективні зовнішні конструкції;теплозахист;багатошарові зовнішні сітни;теплоізоляція |
| Issue Date: | Dec-2023 |
| Abstract: | Актуальність магістерської роботи полягає в існуючій потребі підвищення ефективності споживання енергетичних ресурсів в кліматичних умовах України при будівництві, і виявлення помилок і дефектів технологій зведення багатошарових стін з використанням теплоізоляційних матеріалів в умовах холодного клімату. Актуальність представленого дослідження зумовлена недостатньою розробленістю теоретичних засад у сфері ресурсозбереження та екологічно чистого життя в Україні, що ігнорується в практиці системного підходу до управління життєвим циклом повсякденного життя. Хто, слабка розробка методологічних підходів та інструментів оптимізації вибору ресурсозберігаючих рішень у повсякденному житті, а також відсутність комплексних практичних рішень. Метою магістерської роботи є дослідження технологічних і проектних особливостей багатошарових зовнішніх конструкцій, що огороджують для розробки рекомендацій щодо модернізації конструктивних рішень будівель для забезпечення нормальних умов експлуатації. Для досягнення поставленої мети були вирішені такі завдання: - аналіз недоліків проектних рішень із позиції теплового захисту; - вивчення особливостей характеру вологонакопичення в зовнішніх багатошарових стінах в умовах холодного клімату; - вивчення факторів довговічності зовнішніх багатошарових стін; - розробка рекомендацій щодо вдосконалення технології та організації зведення зовнішніх багатошарових стін. Об'єкт дослідження – технологічні особливості будівництва та експлуатації будівель із багатошаровими зовнішніми стінами. Предмет дослідження - вплив температурно-кліматичних впливів на експлуатаційну надійність багатошарових зовнішніх стін в умовах холодного клімату. У першому розділі магістерської роботи розглядаються існуючі технології будівництва будівель із зовнішніми багатошаровими конструкціями, їх переваги та недоліки, особливості експлуатації в умовах клімату нашої держави, а також вимоги національних нормативів з теплозахисту. У другому розділі було проведено аналіз різних теплоізоляційних матеріалів складу багатошарових стін. Був проведений аналіз температурно-вологісного стану матеріалів у складі багатошарових зовнішніх стін при експлуатації, проаналізовано оцінку довговічності роботи теплоізоляційних матеріалів, прораховано фактори впливу на експлуатаційну надійність і довговічність багатошарових стін. У третьому розділі був проаналізований моніторинг стану будівель з багатошаровими стінами, виявили технологічні особливості зведення будівель з багатошаровими зовнішніми стінами, виявили дефекти, що виникають при порушенні технологій монтажу утеплювачів при зведенні будівель з багатошаровими. По закінченню практичної діяльності, було проведено аналіз отриманої інформації та розроблено рекомендації для вдосконалення системи контролю якості при зведенні будівель з багатошаровими зовнішніми стінами. Практична новизна полягає в наступному: - встановлено недосконалість проектних рішень та дефекти, що виникають при недотриманні технології монтажу багатошарових теплоефективних стін; - удосконалено методику проектування зовнішніх багатошарових стін в реальних умовах; - отримані результати досліджень дозволяють оцінити дефекти теплозахисту будівлі і є підставою для перегляду конструктивного рішення монтажних вузлів. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6066 |
| Appears in Collections: | 192 Будівництво та цивільна інженерія (Промислове і цивільне будівництво) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| МР Боровик .pdf Restricted Access | 1.91 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
Міністерство освіти і науки України
Черкаський державний технологічний університет
Кафедра промислового і цивільного будівництва
«ЗАТВЕРДЖУЮ»
Зав. кафедри, к.т.н., доцент Пряник С.П.
___________________________________
"_____" ________________ 2023 р.
Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи магістра
магістр
(освітній рівень)
на тему «Удосконалення технології та організації зведення зовнішніх
багатошарових теплоефективних стін житлових будівель»
(найменування теми)
Виконав студент __2__ курсу, групи МГБ-204
спеціальності 192 - Будівництво та цивільна інженерія
(шифр, назва)
_____________ _Боровик І.І._____
(підпис) (прізвище, ініціали)
Керівник кваліфікаційної роботи магістра
к.т.н., доцент Грецький Д.В._______ ________
(науковий ступінь, вчене звання,, прізвище, ініціали) (підпис)
Рецензент кваліфікаційної роботи магістра
_________________________________ ________
(посада , науковий ступінь, вчене звання, прізвище, ініціали) (підпис)
Черкаси 2023
ВСТУП…………………………………………………………………………
РОЗДІЛ 1 ІСНУЮЧІ ТЕХНОЛОГІЇ БУДІВНИЦТВА БУДІВЕЛЬ З
ЗОВНІШНІМИ БАГАТОШЛАВНИМИ ОГРОЖДЖУЮЧІМИ
КОНСТРУКЦІЯМИ……………………………………………………………….
1.1 Вимоги національних нормативів з теплового захисту зовнішніх стін
1.2 Конструктивні рішення зовнішніх багатошарових стін………………
1.3 Особливості експлуатації зовнішніх багатошарових стін…………...
1.4 Інноваційні розробки в галузі теплоефективних стін……………….
Висновки за 1 розділом……………………………………………………
РОЗДІЛ 2 АНАЛІЗ УМОВ РОБОТИ ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНИХ
МАТЕРІАЛІВ У СКЛАДІ БАГАТОШАРОВИХ СТІН………………………….
2.1 Аналіз температурно-вологісного стану матеріалів у складі
багатошарових зовнішніх стін різних типів при експлуатації в умовах
холодного клімату………………………………………………………………..
2.2 Оцінка довговічності роботи теплоізоляційних матеріалів у структурі
багатошарових стін……………………………………………………………..
2.3 Фактори, що впливають на експлуатаційну надійність і довговічність
багатошарових стін……………………………………………………………..
РОЗДІЛ 3. МОНІТОРИНГ І АНАЛІЗ СТАНУ ЕКСПЛУАТУЄМИХ
БУДІВЕЛЬ З БАГАТОШАРОВИМИ ЗОВНІШНІМИ СТІНАМИ………….
3.1 Досвід експлуатації будівель з багатошаровими стінами в умовах
холодного клімату……………………………………………………………..
3.2 Технологічні особливості зведення будівель з багатошаровими
зовнішніми стінами ………………………………………………………………
3.3 Дефекти, що виникають при недотриманні технології монтажу
утеплювачів при будівництві з багатошаровими зовнішніми стінами…………
3.4 Розробка рекомендацій для вдосконалення системи контролю якості
при будівництві з багатошаровими зовнішніми стінами…………………………
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ…………………………………………………..
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ……………………………...
ВСТУП
У зв'язку зі змінами будівельних норм та підвищення вимог щодо
теплового захисту з метою економії енергії та створення оптимальних
параметрів мікроклімату приміщень, відбувається постійний моніторинг
існуючих технологій для виявлення у них вад, а також ведеться розробка
ефективних інноваційних рішень. Вони торкаються частини загального
завдання енергозбереження у будинках. Застосування енергоефективних
технологій зниження споживання електричної та теплової енергії, що дозволяє
перерозподіляти енергію на інші напрямки. Безліч факторів негативно впливає
на експлуатаційну надійність і довговічність багатошарових стін - в результаті
чого погіршується енергоефективність теплоізоляційних матеріалів.
Необхідно враховувати впливові фактори - в яких кліматичних умовах
знаходиться будова, ефективність використання різних теплоізоляційних
матеріалів у складі стін в різних кліматичних умовах, якість виготовлення та
монтажу конструкції.
Актуальність науково-дослідної роботи полягає в існуючій потребі
підвищення ефективності споживання енергетичних ресурсів в кліматичних
умовах Росії при будівництві, і виявлення помилок і дефектів технологій
зведення багатошарових стін з використанням теплоізоляційних матеріалів в
умовах холодного клімату.
Провідну роль найважливіших проблем відіграє повсякденність, побут.
Підвищення ефективності відновлення ресурсів, а отже, зменшення
негативного припливу, який виникає на всіх етапах їхнього життєвого циклу,
закладає основу для стійкості життя людини та захищає багатство життя
мешканців. На жаль, нинішня повсякденна та експлуатаційна практика в нашій
країні не завжди вирішує проблему забезпечення належного рівня комфорту
та безпеки великої кількості людей: як внутрішньої, так і зовнішньої – світська
золота середина.
Актуальність представленого дослідження зумовлена недостатньою
розробленістю теоретичних засад у сфері ресурсозбереження та екологічно
чистого життя в Україні, що ігнорується в практиці системного підходу до
управління життєвим циклом повсякденного життя. Хто, слабка розробка
методологічних підходів та інструментів оптимізації вибору
ресурсозберігаючих рішень у повсякденному житті, а також відсутність
комплексних практичних рішень.
Об'єкт дослідження – технологічні особливості будівництва та
експлуатації будівель із багатошаровими зовнішніми стінами.
Предмет дослідження - вплив температурно-кліматичних впливів на
експлуатаційну надійність багатошарових зовнішніх стін в умовах холодного
клімату.
Метою роботи є дослідження технологічних і проектних особливостей
багатошарових зовнішніх конструкцій, що огороджують для розробки
рекомендацій щодо модернізації конструктивних рішень будівель для
забезпечення нормальних умов експлуатації.
Поставлена мета вирішується шляхом вирішення наступних завдань:
- аналіз недоліків проектних рішень із позиції теплового захисту;
- вивчення особливостей характеру вологонакопичення в зовнішніх
багатошарових стінах в умовах холодного клімату;
- вивчення факторів довговічності зовнішніх багатошарових стін;
- розробка рекомендацій щодо вдосконалення технології та організації
зведення зовнішніх багатошарових стін.
У першому розділі магістерської роботи розглядаються існуючі
технології будівництва будівель із зовнішніми багатошаровими
конструкціями, їх переваги та недоліки, особливості експлуатації в умовах
клімату нашої держави, а також вимоги національних нормативів з
теплозахисту.
У другому розділі було проведено аналіз різних теплоізоляційних
матеріалів склад багатослівних стін. Був проведений аналіз температурно-
вологісного стану матеріалів у складі багатошарових зовнішніх стін при
експлуатації, оцінили довговічність роботи теплоізоляційних матеріалів,
оцінили фактори впливу на експлуатаційну надійність і довговічність
багатошарових стін.
У третьому розділі бу проаналізований моніторинг стану будівель з
багатошаровими стінами, виявили технологічні особливості зведення будівель
з багатошаровими зовнішніми стінами, виявили дефекти, що виникають при
порушенні технологій монтажу утеплювачів при зведенні будівель з
багатошаровими. -нами. По закінченню практичної діяльності, було проведено
аналіз отриманої інформації та розроблено рекомендації для вдосконалення
системи контролю якості при зведенні будівель з багатошаровими зовнішніми
стінами.
Практична новизна полягає в наступному:
- встановлено недосконалість проектних рішень та дефекти, що
виникають при недотриманні технології монтажу багатошарових
теплоефективних стін;
- удосконалено методику проектування зовнішніх багатошарових стін в
реальних умовах;
- отримані результати досліджень дозволяють оцінити дефекти теплової
оболонки будівлі і є підставою для перегляду конструктивного рішення
монтажних вузлів;
Для складання ефективних рекомендацій щодо поліпшення технологій
будівництва будівель з багатошаровими зовнішніми стінами в роботі були
використані такі методи дослідження, як: спостереження, аналіз,
вимірювання, порівняння.
Структура та обсяг роботи. Структурними елементами магістерської
роботи є: вступ, 3 розділи, висновок, список літератури.
РОЗДІЛ 1. ІСНУЮЧІ ТЕХНОЛОГІЇ БУДІВНИЦТВА БУДІВЕЛЬ З
ЗОВНІШНІМИ БАГАТОШЛАВНИМИ ОГРОЖДЖУЮЧІМИ
КОНСТРУКЦІЯМИ
1.1 Вимоги національних нормативів з теплового захисту
зовнішніх стін
Будівельні норми та правила встановлюють вимоги до теплозахисту
будівель з метою економії енергії та оптимальних параметрів мікроклімату
приміщень . Вони торкаються частини загального завдання енергозбереження
у будинках [1]. Одночасно зі створенням ефективного теплового захисту, у
відповідності з іншими нормативними документами вживаються заходи щодо
підвищення ефективності інженерного обладнання будівель, зниження втрат
енергії при її виробленні та транспортуванні, а також щодо скорочення
витрати теплової та електричної енергії шляхом автоматичного управління та
регулювання обладнання та інженерних систем в цілому.
Дані норми [1] передбачають запровадження нових показників
енергетичної ефективності будівель - питомої витрати теплової енергії на
опалення за опалювальний період з урахуванням повітрообміну,
теплонадходжень та орієнтації будівель, встановлюють їх класифікацію та
правила оцінки за показниками енергетичної ефективності як при
проектуванні так і надалі при експлуатації. Норми забезпечують той же рівень
потреби в тепловій енергії, що досягається при дотриманні другого етапу
підвищення теплозахисту по [2] зі змінами [3, 4], але надають більш широкі
можливості у виборі технічних рішень і способів дотримання параметрів, що
нормуються.
В актуалізованій редакції ДБН В.2.6-31:2021 нормування теплозахисту
та витрати теплової енергії на опалення та вентиляцію будівель здійснюється
за допомогою трьох видів вимог: вимоги до теплозахисту окремих огорож;
вимоги до теплозахисту оболонки будівлі та вимоги до показника
енергоефективності будівлі, якою прийнято питому енергетичну
характеристику будівлі.
Політика в галузі енергозбереження, що реалізується в нормативних
документах у будівництві, налічує вже не одне десятиліття, проте існують
багато невирішених питань і проблеми [5].
У проектній документації вимоги до теплозахисної оболонки будівель
наводяться в обов'язковому розділі «Енергоефективність». Основні
теплотехнічні показники, що відображають теплозахисні властивості будівлі –
це наведені опори теплопередачі зовнішніх огорож та кратність повітрообміну
приміщень [1,2]. З введенням підвищених вимог до теплозахисту будівель ряд
стінових конструкцій був витіснений з практики будівництва (легкобетонні
панелі). Натомість з'явилися нові – багатошарові конструкції із застосуванням
ефективних утеплювачів.
Багатошарові теплоефективні зовнішні стіни увійшли у широкий ужиток
проектування та будівництва житлових будинків та будівель іншого
призначення після введення нових нормативів з теплозахисту [1].
За останні 17 років норматив змінювався 2 рази – спочатку ДБН В.2.6-
31:2006 «Конструкції будинків і споруд. Теплова ізоляція будівель» [2] змінив
СНиП II-3-79 «Будівельна теплотехніка», а потім і сам був замінений на ДБН
В.2.6-31-2016 «Теплова ізоляція будівель» у 2016 та 2021 році - ДБН В.2.6-
31:2021 «Теплова ізоляція та енергоефективність будівель» [1]. Кожна зміна
опосередковано підвищувала норматив теплозахисту по зовнішнім стінам
житлових, громадських і виробничих будівель, що будуються і
реконструюються. Загальна схема розвитку нормування теплового захисту
будівель, зображена на рис.1.1.
СНиП II-3-79 «Будівельна теплотехніка»
ДБН В.2.6-31:2006 «Конструкції
будинків і споруд. Теплова ізоляція
будівель»
ДБН В.2.6-31-2016 «Теплова ізоляція
будівель»
ДБН В.2.6-31:2021 «Теплова
ізоляція та енергоефективність
будівель»
Рис. 1.1 – Хронологія появи державних нормативних документів у сфері
теплоефективності
Відповідно до вимог ДБН В.2.6-31-2016 «Теплова ізоляція будівель»
теплозахисна оболонка будівлі повинна відповідати наступним вимогам, [2]:
а) наведені опори теплопередачі окремих огороджувальних конструкцій
повинні бути не менше нормованих значень (поелементні вимоги);
б) питома теплозахисна характеристика будівлі повинна бути не
більшою за нормоване значення (комплексна вимога);
в) температура на внутрішніх поверхнях огороджувальних конструкцій
повинна бути не нижче мінімально допустимих значень (санітарно-гігієнічна
вимога).
При цьому вимоги теплового захисту для цивільних будівель
вважаються виконаними при одночасному виконанні вимог, а), б) та в).
Таким чином, вводяться три обов'язкові вимоги, при цьому друге з них
(«б») є абсолютно новим у практиці проектування теплового захисту.
Важливим елементом теплового балансу будівлі є теплоізоляція зовнішніх
стін (Рис. 1.1)
Рис. 1.2 - Питомі трансмісійні тепловтрати через огороджувальні
конструкції (на прикладі 17-поверхового житлового будинку в м. Дніпро), [5]:
1 - зовнішні стіни; 2 - вікна, балконні двері; 3 - вхідні двері; 4 -
перекриття теплого горища; 5 — перекриття над тим поверхом
Різноманітність конструктивних рішень зовнішніх стін, що
реалізуються на практиці будівництва, призводить до необхідності
порівняльної оцінки можливостей рішень, з метою виявлення найбільш
кращих варіантів щодо експлуатаційної надійності, вартості, технологічності
та довговічності.
Як правило, сучасні конструкції зовнішніх стін є багатошаровими і
включають конструктивний і захисно-оздоблювальні шари, між якими
розміщується ефективний утеплювач. Для з'єднання окремих шарів стіни
використовують гнучкі зв'язки, сітки, шпонки, ребра та інші теплопровідні
включення, що знижують теплозахист зовнішніх стін. Проте загалом рівень
їхнього теплозахисту вищий, ніж одношаровий.
Реалізація нових нормативів з теплозахисту сьогодні по житлових
будинках забезпечує приблизно дворазове скорочення енерговитрат на
опалення, [5].
1.2 Конструктивні рішення зовнішніх багатошарових стін
Виконаний в магістерській роботі аналіз показав, що в практиці
проектування та будівництва житлових будинків та будівель іншого
призначення в даний час застосовується п'ять основних конструктивних
рішень теплоефективних зовнішніх стін, [5, 6].
1. Тришарова стіна на основі штучних стінових матеріалів.
У тришаровій стіні на основі штучних стінових матеріалів - традиційної
цегли, вібропресованих бетонних блоків тощо. Середній утеплюючий шар,
виконується з ефективних утеплювачів. Як теплоізоляція використовується
пінополістирол, мінераловатна і скловолоконна теплоізоляція. Наша держава
сьогодні має сучасне виробництво якісного пінополістиролу група горючості
– Г4, який допускається нормами до застосування у поєднанні з
протипожежними перешкодами у трьохшарових стінах. З мінераловатних
утеплювачів у значних обсягах використовується базальто-волоконна
теплоізоляція марок Rockwool, ТехноНіколь, URSA, [5, 6, 7].
Внутрішній і зовнішній (облицювальний) шари в цьому рішенні
пов'язані гнучкими зв'язками (протикорозійно захищений сталевий дріт,
базальтопластикові, склопластикові зв'язки). У тришаровій стіні передбачений
повітряний прошарок між облицюванням і утеплювачем. Цей варіант стіни
добре апробоване багатьма українським забудовниками, цією конструкцією
зовнішнього огородження в обласних центрах України зведені десятки
житлових будинків і цивільних будівель іншого призначення до 20 поверхів
(рис. 1.3, 1.4).
Рис. 1.3 – Житловий будинок на вул. Шевченка м. Чернігів
Рис. 1.4 – Тришарова стіна
1 – внутрішнє оздоблення; 2 – несуча стіна; 3 – теплоізоляція; 4 -
вентильований зазор; 5 - облицювання з цегли; 6 - гнучкі зв'язки
В умовах мінливого клімату цей варіант зовнішньої стіни оцінюється як
найбільш капітальний. Однак надійність і довговічність таких стін передбачає
їх якісне виконання і використання кондиційних матеріалів, так як ця стіна
малоремонтопридатна.
Зазначимо деякі питання, які можуть виникнути на стадії експлуатації
такої стіни у складі будівлі, [5, 6, 7]:
а) нещільності при виконанні теплоізоляційного екрану, допущені при
монтажі, формування щілин у теплозахисному екрані через усадку та вологу
осадку теплозахисних плит. Це може згодом призвести до зниження
теплозахисних характеристик стіни, до утворення конденсату на її внутрішній
поверхні;
б) надійними за терміном служби, що відповідає терміну служби
будівлі, є гнучкі зв'язки. Сьогодні застосовується для антикорозійного захисту
цинкування сталевих зв'язків, що не відповідає вимогам надійності та
довговічності, та може призвести на певному етапі експлуатації до відмови
зв'язків та обвалення облицювання;
в) з надійних і довговічних плівкових матеріалів повинен
використовуватися водовідвідний фартух (флашинг), що влаштовується в
рівні опорних столиків під облицювання;
г) опорний столик у металоконструкціях також має бути надійно
антикорозійно захищеним. Не є, крім того, оптимальним застосування
облицювань з поверховим розрізанням і поверховим влаштуванням опорних
столиків, так як це пов'язано з високою трудомісткістю влаштування
облицювань;
д) порушення герметичності при монтажі або експлуатації примикань
віконних блоків при сполученні з тришаровою стіною можуть призвести до
замочування міжшарового об'єму стіни з усіма наслідками, що можуть
виникнути.
2. Тришарова стіна в панельній серії 121у.
Така стіна включає внутрішній несучий шар у вигляді панелі з важкого
бетону, що встановлюється на консольний перфорований столик із
залізобетону, шар теплоізоляції і облицювальний шар в ½ цегли або
безсерівський блок, що монтуються на тому ж опорному столику (Рис. 1.5).
Облицювальний та внутрішній шари пов'язані між собою гнучкими зв'язками.
Інше рішення облицювання – панель із важкого бетону товщиною 100 мм, [5,
6, 7].
Рис. 1.5 – Структура теплоефективної зовнішньої стіни у складі
панельної стіни
Конструкція загалом дієздатна і себе виправдовує. Вона дозволила
сьогодні зберегти в обласних центрах України великопанельне
домобудівництво обсягом близько 600 тис. м2 на рік (Рис. 1.6).
Однак у цьому рішенні об'єктивно слабкою ланкою є опорний столик з
конструкційного керамзитобетону класу міцності С15, що складається з
тонкостінних елементів. При замочуванні конденсатною вологою, сезонному
заморожуванні та відтаванні, опорний столик має питання щодо
експлуатаційної надійності та довговічності.
Не можна вважати також рішення зовнішньої стіни з поверховим
розрізанням облицювання та її поверховим опиранням на опорні столики
раціональним за технологічністю, [5, 7].
Рис. 1.6 – Житловий будинок по вул. Гонча м. Чернігів
3. Тришарова стіна за системою «Вентильований фасад».
В наших територіальних умовах реалізується у кількох варіантах - за
системами «Тимспан», «Краспан», із застосуванням екранів з керамограніту,
металоелементів. Конструкція поєднується з монолітним каркасом і включає
внутрішній шар в будь-якому щільному конструкційному матеріалі (у
поєднанні з каркасом - стіна-заповнення), систему силового навішування в
оцинкованому металі, теплоізоляційний шар і облицювальний екран,
віднесений на товщину повітряного прошарку1 (7). Рис. 1.7), [5].
Рис. 1.7 – Структура теплоефективної зовнішньої стіни тину
"вентильований фасад»:
1 - стінова огороджувальна конструкція; 2 - теплоізоляційний матеріал;
3 - повітряний прошарок; 4 - захисно-декоративна панель; 5-7 - металеві або
дерев'яні підконструкцій - всесезонність будівництва, в т. ч. відсутні мокрі
процеси; у повітряному прошарку.
Наявні питання по системі «Краспан» - висока вартість одиниці площі
стіни при використанні імпортних матеріалів, необхідність у великій товщині
теплоізоляції в силу низького коефіцієнта теплотехнічної однорідності стіни,
забезпечення корозійної стійкості та довговічності металевих підконструкцій,
блокування повітряних прошарків між екраном і теплоізоляцією снігом,
льодом через значну площу зазорів і щілин у структурі елементів.
При використанні системи «Вентильований фасад» у поєднанні з
великорозмірними фіброцементними листами (типу Етерніт, Семстоун,
Фасст) в процесі експлуатації існує проблема усадочного короблення листів
теплоізоляції. Існують питання пожежонебезпеки при використанні в цьому
рішенні паровітрозахисних плівок «Tyvek» поверх теплоізоляційного шару, [5,
6, 7].
Рис. 1.8 – Житловий будинок в ЖК Олександрівський в м. Чернігів, з
вентильованим фасадом
4. Фасадна теплоізоляція з оштукатурюванням по сітці.
В якості теплоізоляції застосовуються щільні жорсткі утеплювачі, за
якими можливе встановлення штукатурних шарів, що включають базовий шар
з втопленою синтетичною сіткою, шар грунтовки і оздоблювального шару
(Рис. 1.9 і Рис. 1.10). Ці утеплювачі - пінополістирол, мінераловатні плити
підвищеної жорсткості. Фасадна теплоізоляція з використанням
пінополістиролу класу горючості Г4, а сьогодні дозволена з пожежної безпеки
до застосування в будівництві на території України у відповідності до ДБН
В.1.2-7:2021 «Основні вимоги до будівель і споруд. Пожежна безпека», [8].
За даним нормативним рішенням існує питання стійкості фасадних
штукатурок, питання щодо вологого стану стіни в циклі експлуатації із
застосуванням пінополістиролу, що володіє низькою паропроникністю.
Рис. 1.9 – Структура теплоефективної зовнішньої стіни у вигляді
фасадної теплоізоляції зі оштукатурюванням по сітці:
1 - оздоблення внутрішньої поверхні стіни; 2 - стінова конструкція, що
захищає (керамзитобетонна панель); 3 - кріплення теплоізоляції (клейовий
склад); 4 – теплоізоляція; 5 вирівнюючий шар штукатурки; 6 - армуюча
скловолоконна сітка; 7 - ґрунтовка вирівнюючого шару під декоративний; 8 –
декоративно-штукатурний шар; 9- анкерні дюбель.
Рис. 1.10 – Трибуна стадіону "Авангард" у м. Чернігові, утеплена за
системою "Мокрий Фасад"
5. Стіна на основі ніздрюватих бетонних блоків.
Апробованою і надійною є зовнішня стіна на основі автоклавних
газобетонних блоків. Це технологічний та порівняно дешевий варіант
зовнішньої теплоефективної стіни і його застосування в проектуванні та
будівництві будуть розширюватися в міру розширення виробництва пористих
бетонів, [5, 6, 7].
Ніздрюваті блоки з середньою щільністю 400-600 кг/м3 забезпечують у
рішенні зовнішньої стіни, що відповідає новим нормативам по теплозахисту
для житлових будинків при товщині зовнішньої стіни в 40-60 см. Зазначимо,
що в зовнішніх стінах будівель може бути рекомендований лише автоклавний
газобетон як має прийнятну усадку 0,3-0,5 мм/м, але не неавтоклавний
пінобетон в силу його високої усадки (до 3-6 мм/м), приводить до усадкового
розтріскування стін, втрат тепло- захисних та міцнісних показників зовнішніх
стін.
За даним варіантом теплоефективної стіни існують питання, пов'язані з
її вологим станом та методами гідроізоляційного захисту фасаду.
Рис. 1.11 – Індивідуальний житловий будинок з піноблоків
Таким чином, весь обсяг технічних рішень теплоефективних зовнішніх
стін будівель, що застосовуються в практиці проектування та будівництва в в
наших територіальних умовах, має недоліки та дефекти, пов'язані як з
конструктивними недосконалостями, так і з якістю застосовуваних матеріалів,
що знижують експлуатаційну надійність і довговічність стін і будівель в
цілому. Ряд дефектів може бути усунутий в циклі експлуатації з відновленням
експлуатаційної придатності. При прийнятному міжремонтному періоді та
ремонтопридатності стіни витрати на проміжний ремонт і відновлення можуть
бути істотно (у кілька разів) нижчими за ефект від зниження енерговитрат на
опалення і така ситуація прийнятна з техніко-економічної точки зору, [5, 6, 7].
В інших випадках відмова одного з елементів або теплоефективної стіни
в цілому пов'язана з високими витратами і не окупиться за рахунок зниження
енерговитрат на опалення. Такий варіант стіни не може мати перспективи на
застосування в проектуванні та будівництві.
1.3 Особливості експлуатації зовнішніх багатошарових стін
До основних недоліків багатошарових зовнішніх стін слід віднести, [5,
6, 7, 9].
- знижений коефіцієнт теплотехнічної однорідності стіни, обумовлений
наявністю теплопровідних включень у вигляді будівельних елементів з бетону
та інших матеріалів (металеві зв'язки);
- тепловтрати через міжповерхові диски перекриттів можуть становити
до 50% від загальних тепловтрат стіни;
- роздільна деформація шарів: температурні деформації внутрішнього
залізобетонного каркаса і зовнішньої цегляної кладки будуть істотно
відрізнятися (залізобетонні конструкції будуть завжди працювати тільки при
позитивних температурах, оскільки весь каркас закритий середнім
теплоізоляційним шаром, а лицьову кладку доведеться здійснювати
негативної температури);
- дані системи мають обмежені можливості для вирівнювання фасадів
при відступі від проектних відміток (якщо каркас виконаний з відступом від
проектних позначок по вертикалі, вирівняти його за допомогою кладки дуже
складно);
- висока трудомісткість зведення;
- великий обсяг прихованих видів робіт;
- труднощі дотримання у процесі кладки передбачених проектом
розмірів горизонтального шва між верхнім рядом кладки та перекриттям;
- практично неремонтопридатні (навіть при невеликому обсязі
ремонтно-відновлювальних робіт потрібно повний демонтаж системи);
- допуски при зведенні залізобетонних конструкцій не відповідають
вимогам, наприклад, перекриттів, частина лицювального шару виступає, а
частина - «утоплена», тому спирання лицювального шару в багатьох випадках
становить 2-3 см замість 10-12см за проектом, [6, 9].
Рис. 1.12 – Ілюстрація проблем багатошарових цегляних фасадів
Руйнування поверхневих шарів зовнішніх конструкцій, що захищають,
призводить не тільки до необхідності ремонту поверхні, але може привести і
до капітального ремонту всього огородження (рис.1.12) , [7, 9]. На рисунку
1.13 видно руйнування захисного шару керамзитобетонної панелі, де шар
різких коливань температури збігся з положенням арматурної сітки.
На рисунку 1.12 видно руйнування лицьової щілинної керамічної цегли,
що виникло в наслідок накопичення конденсатної вологи в порожнинах (точка
роси) біля зовнішньої поверхні.
Рис. 1.13 – Руйнування поверхневого шару керамзитобетонної панелі
Довговічність поверхневих шарів зовнішніх огороджувальних
конструкцій залежить від їх температурно-вологісного стану в холодний
період року. У свою чергу, температурно-вологісний стан зовнішніх
огороджуючих конструкцій, залежить від багатьох факторів. Насамперед, від
нестаціонарних кліматичних впливів у холодний період року, а також від
температури та вологості повітря всередині приміщення, від властивостей
матеріалів з яких складається конструкція, від розташування щільних і
пористих шарів конструкції по відношенню до потоків тепла та вологи, [5, 6,
7].
Основною причиною руйнування конструкцій з пористих матеріалів є
поперемінне замерзання та відтавання матеріалу зволоженого понад
сорбційною вологою, наприклад, в результаті термічної конденсації. Відомо,
що процес зволоження гігроскопічною вологою (сорбційне зволоження)
походить від дрібних пір до більших. При термічній конденсації зволожуються
всі вільні пори, як правило, найбільш великі. При цьому, температура
замерзання сорбційної вологи в дрібних порах значно нижче температури
замерзання вільної води, що знаходиться у великих порах. Тому, найбільший
вплив на деструкцію пористого матеріалу при змінному замерзанні та
відтаванні грає волога, сконденсована в порах в результаті термічної
конденсації. Зрозуміло, що найбільш інтенсивно цей процес відбувається,
якщо зона конденсації збігається з зоною різких коливань температури, [6].
Основним фактором, що впливає на руйнування поверхневих шарів зовнішніх
стін в умовах експлуатації, є змінні температурно-вологісні впливи
зовнішнього середовища в зимовий та зимово-весняний інтервали року, [7].
. У цей час відбувається накопичення вологи у конструкції рахунок
термічної конденсації, що відбувається, зазвичай, у зоні негативних
температур (рис. 1.14).
Рис. 1.14 – Зони конденсації вологи та екстремальних температур у
багатошарових стінах
а) - 3-х шарова з/б панель: (1 - цементно-піщаний розчин; 2 - залізобетон;
3 - мінеральна вата; 4 - залізобетон);
б) - 3-х шарова ас/б панель: (1 - цементно-піщаний розчин. 2 -
керамзитобетон; 3 - мінеральна вата; 4 - керамзитобетон);
в) - двошарова цегляна стіна: (1 - цементно-піщаний розчин; 2 -
повнотіла силікатна цегла; 3 - мінеральна вата; 4 - цементно-піщаний розчин);
г) - тришарова цегляна стіна: (1- цементно-піщаний розчин. 2 -
повнотіла силікатна цегла; 3 - мінеральна вата; 4 - повнотіла силікатна цегла).
В зимовий період, при затяжних періодах негативних температур, дана
проблема може призвести до руйнівних наслідків для облицювального шару
багатошарової кладки. Внаслідок цього можна припускати, що зовнішні
багатошарові стіни є неефективним рішенням з позиції експлуатаційної
надійності саме для умов затяжних холодних циклів, у зв'язку з низькою
довговічністю та неремонтопридатністю утеплювача.
1.4 Інноваційні розробки в галузі теплоефективних стін
Наукові дослідження останніх років провели наступні інноваційні
розробки в галузі теплоефективних стін, [6, 7]:
Прозора теплоізоляція (ПТІ) - Назва «прозора теплоізоляція» відноситься
до класу теплоізоляційних матеріалів, що вільно пропускають сонячне світло.
Рис. 1.15 – Панель прозорої теплоізоляції
Будинки із такою системою теплоізоляції можуть ефективно
використовувати енергію сонця для опалення. Такий спосіб утеплення фасадів
будівель дозволяє, по-перше, мінімізувати теплові втрати і, по-друге,
отримувати енергію для опалення приміщень, абсорбуючи і накопичуючи
енергію сонячного світла. Поняття ПТІ включає велику групу світлопрозорих
матеріалів, наприклад, акрилову піну, капілярне скло, стільниковий
полікарбонат, [6, 7].
Крім прозорості, загальними властивостями цих матеріалів є: пориста
або трубчаста структура - вони приблизно на 95% складаються з повітря,
завдяки чому вони мають чудову теплоізоляцію; дуже дрібний розмір пор,
через що в них практично відсутня конвекція повітря; та ці матеріали
непрозорі для теплового випромінювання. Шар такого матеріалу товщиною 20
мм в 3 рази краще зберігає тепло, ніж товста цегляна стіна товщиною 510 мм.
Найкращі властивості мають матеріали, звані аерогелями, зокрема, силікагель
– матеріал на основі кремнієвої кислоти. Розмір мікропор у силікагелі набагато
менше довжини хвилі видимого світла, і внаслідок малого розсіювання зразки
товщиною 12мм на 10% прозоріше, ніж двошарове скління. Способів її
застосування, [6]:
- прозора теплоізоляція розміщується перед масивною стіною з бетону
або іншого важкого матеріалу, зовнішня сторона якої фарбується в чорний
колір, і яка відіграє роль накопичувача теплової енергії. Сонячне
випромінювання проникає крізь ПТІ і чорна поверхня стіни перетворює її на
теплову енергію. Стіна, своєю чергою, поступово віддає тепло всередину
будівлі.
- зовнішні стіни, що поєднують у собі звичайні вікна та ПТІ - це значно
збільшує їх світлопропускання. Насправді, будівлі, які здаються повністю
складаються зі скла, це - навісні скляні фасади, за якими розміщуютсья
масивні стіни з вікнами звичайного розміру. І лише ПТІ дає реальну
можливість без шкоди для збереження тепла та теплового комфорту людей
робити стіни практично повністю прозорими, відкриваючи архітекторам нові,
невідомі раніше можливості.
Аерогель - являє собою незвичайний гель, в якому відсутня рідка фаза,
яка повністю заміщена газоподібною, внаслідок чого дана речовина володіє
рекордно низькою щільністю, всього в півтора рази вона перевищує щільність
повітря, і має ряд інших унікальних якостей: твердість, прозорість,
теплоізолюючі властивості тощо. Аерогель на 99,8% складається з повітря, [6].
Рис. 1.16 – Аерогель
Гарні властивості аерогелю пояснюються його не менш унікальною
внутрішньою структурою. Аерогель є тривимірним кластером з розміром
елементів близько 4 нм і характерним розміром пори 10 нм. Таким чином,
макроскопічний аерогель є суцільною однорідною речовиною, що вигідно
відрізняє його від таких пористих середовищ як різні піни. Оскільки розмір
неоднорідностей в аерогелі набагато менше довжини хвилі видимого світла,
аерогель прозорий. Оксид кремнію (кварц, скло) один із найміцніших
матеріалів, відомих людству. Тут з ним можуть посперечатися хіба що сапфір
та алмаз. Тому попри вкрай розріджену структуру, аерогель досить механічно
міцний. Аерогель - мабуть, найкращий із утеплювачів. Вкрай "заплутана"
структура затримує тепло краще за будь-які піни або скловати. В основному
аерогель використовувався в космічній промисловості, у тому числі і для
теплоізоляції. У традиційній промисловості та в побуті застосування він не
знайшов широкого застосування, внаслідок його високої крихкості.
Пінометал – метал (сплав) пористої структури, новий клас матеріалів.
Найбільш поширені пінометали на основі сплавів алюмінію та магнію.
Пінометали виробляються з розплавлених металів шляхом вприскування газів
(повітря, інертних газів), або шляхом стимулювання місцевих газів, шляхом
введення газвиділяючого реактиву, [6].
Рис. 1.17 – Структура пінометалу
Існує технологія отримання пінометалів із суміші порошкоподібних
сплавів і газвиділяючого реактиву.
Вакуумна ізоляція - вакуумна ізоляція вперше була створена для цілей
космічної будови.
Рис. 1.18 – Панель із вакуумною ізоляцією.
На сьогодні це найефективніша, але найдорожча і найскладніша
ізоляція. Представляє собою прямокутні панелі стандартного розміру,
обтягнуті фольгою і мають вакуумний простір. Переваги: завдяки відсутності
молекул всередині панелі, передати тепло/холод від однієї стінки до іншої,
немає можливості. Відповідно, практично 100% ефективність. Однак має
серйозні недоліки - висока ціна, неможливість змінювати розмір, складність
ізоляції стиків панелей, крихкість, відсутність ремонтопридатності, [6, 7].
Теплоізоляційна фарба – це інноваційний енергозберігаючий матеріал,
який являє собою композит на полімерній основі, що складається з
порожнистих керамічних мікросфер. Цей матеріал все частіше
використовується в будівельній сфері замість традиційних утеплюючиї
матеріалів. Основна перевага рідкої керамічної фарби – тонкий шар покриття
при високих гідро- та термоізоляційних характеристиках, [6].
Рис. 1.19 – Теплоізоляційна фарба, макроструктура та приклад
застосування
Роботи з утеплення приміщення нагадують процес фарбування. У
робочому стані матеріал являє собою рідку консистенцію, наноситься
теплоізоляційна фарба згідно інструкції, за допомогою пулівелізатора або
пензлика. Рідка кераміка широко застосовується для утеплення фасадів
завдяки своїй надійності та довговічності.
Цей матеріал має підвищену еластичність, тому навіть при різких
перепадах температур на ньому не утворюються мікротріщини. Термін
експлуатації теплоізоляційної фарби – понад 20 років, а характеристики
температури –70°C, +260°C. Теплоізоляційної фарбу можна фарбувати, що дає
можливість трохи поекспериментувати з екстер'єром будівлі. До складу
входять антибактеріальні речовини, що виключають ризик появи паразитів,
плісняви, хворобливих мікробів. Завдяки чудовим вогнезахисним
властивостям, фарба вбереже матеріал від можливих спалахів. Основні
переваги теплоізоляційної фарби, [6]:
- забезпечення довговічної тепло- та гідроізоляції;
- надійний захист від корозійних процесів та появи мікроорганізмів;
- стійкість до зовнішніх фізико-хімічних факторів;
- зручність під час транспортування;
- матеріал практично не скорочує обсяг оброблюваних поверхонь та їх
вагу.
З недоліків варто відзначити, що:
- замінити весь утеплювач фарбою не можна, проте знизити витрату
тепла реально;
- дуже висока ціна на керамічну теплоізоляцію порівняно з цінами на
піноізол, поліпропілен, теплоізоляційні циліндри. Але вартість робіт
обійдеться набагато дешевше за рахунок простішої технології.
Матеріал зі змінним фазовим станом PCM (phase changing materials),
може поглинати надлишкове літнє тепло і забезпечувати таким чином
комфортну температуру в приміщеннях. Це означає, що витрати на
кондиціювання повітря може бути значно знижені, а при правильному
плануванні - і зовсім виключені, [6, 7].
Рис. 1.20 – PCM (phase changing materials)
Компанія H+H Celcon, яка виробляє вироби з газобетону, вперше
включила Micronal PCM – матеріал із фазовим станом, що змінюється від
BASF – до складу блоків із спіненого цементу, . Це значно підвищило
теплоакумулюючу здатність блоків CelBloc Plus, вироблених цією компанією.
Завдяки пористій структурі, будівельні матеріали з газобетону мають
прекрасні термоізоляційні, звукоізоляційні і жароупорні властивості. Добавка
матеріалу з мінливим фазовим станом Micronal PCM підвищує
теплоакумулюючу здатність спіненого бетону, а отже, і побудованих з нього
будівель. В результаті в будинках, побудованих на принципах сучасних легких
конструкцій, клімат всередині значно кращий і здоровіший. Принцип дії
Micronal PCM компанії BASF являє собою прихований мікро інкапсульований
накопичувач тепла, який діє за таким принципом: мікроскопічно малі
полімерні капсули, всередині яких знаходиться речовина, що містить чистий
віск, так звані матеріали з фазовим станом, що змінюється, вводяться в суху
гіпсову штукатурку під час її виготовлення. Якщо температура в приміщенні
перевищує температуру переходу 26°С, задану при виготовленні, віск
усередині капсул плавиться і поглинає надлишки тепла. З іншого боку, якщо
температура знижується, віск твердне, і капсули віддають тепло назад, [10].
Різниця між денною та нічною температурою забезпечує поперемінну
послідовність плавлення та затвердіння. Таким чином, Micronal PCM
допомагає поглинати денну пікову температуру.
В роботі [11] описується застосування Micronal PCM у кліматах Торонто
та Ванкувера. Зовнішні стіни будівлі складалися з панелей з екструдованим
пінополістиролом. У моделювання, що реалізується в EnergyPlus, поверх
будинку складався з чотирьох суміжних один з одним кімнат 5x5x3 м. Як
матеріал з фазовим переходом був обраний BioPcm з температурою плавлення
25°C. Виконані комбінації: без PCM, c PCM на підлозі та з PCM на підлозі та
стінах. У розрахунках серед інших факторів враховували роботу вентиляції.
Встановлено, що у разі третьої комбінації, залежно від орієнтації кімнати, для
Торонто можлива економія енергії на охолодженні 15,8%-29,2%, а для
Ванкувера 19,3%-59,4%. Автори пов'язують велику економію в останньому
випадку з більш низькими температурами влітку, внаслідок яких невеликий
надлишок тепла міг бути поглинений PCM без переповнення його
теплоємності (при неповному плавленні). Але, як і в Торонто, матеріал з
фазовим станом взимку у Ванкувері зміг надати лише невелике зниження
тепловтрат на опалення в південно-східній кімнаті (не більше 6%), що
говорить про те, що РСМ практично не застосовується для об'єктів холодного
клімату, але добре зарекомендував себе в умовах помірного клімату, [11].
Висновки за 1 розділом
Виконаний літературний огляд дозволяє зробити наступні висновки:
1. Огляд нормативної бази в галузі теплового захисту показує
необхідність удосконалення конструктивних рішень стін. Багатошарові
теплоефективні стіни нині масово застосовуються в різних кліматичних
умовах країни.
2. У практиці проектування, будівництва житлових будинків та будівель
іншого призначення в даний час застосовується п'ять основних
конструктивних рішень теплоефективних зовнішніх стін.
3. Багатошарові зовнішні стіни показують відносно низьку
експлуатаційну надійність у зв'язку з неремонтопридатністю утеплювача.
Дефекти утеплювача та зовнішнього облицювального шару пов'язані з
накопиченням вологи за річний цикл у товщі теплоізоляції.
РОЗДІЛ 2 АНАЛІЗ УМОВ РОБОТИ ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНИХ
МАТЕРІАЛІВ У СКЛАДІ БАГАТОШАРОВИХ СТІН
2.1 Аналіз температурно-вологісного стану матеріалів у складі
багатошарових зовнішніх стін різних типів при експлуатації в умовах
холодного клімату
Зовнішні фактори діють на зовнішні стіни будівлі окремо і в різних
поєднаннях в залежності від величини інтенсивності впливу основних
кліматичних параметрів: температури зовнішнього повітря, інтенсивності
сонячної радіації, швидкості вітру, впливу опадів (дощу, снігу, граду), [12, 13].
Загальна схема фізико-кліматичних впливів на стіни будівель наведена
рисунку 2.1.
Рис. 2.1 - Основні фізико-кліматичні на стіни будівель
Виходячи з перерахованих кліматичних факторів, можна виділити сім
основних причин, що викликають фізико-хімічне та механічне руйнування
матеріалів зовнішніх стін будівель), [12, 13]:
- заморожування і відтавання, що чергується;
- зволоження, що чергується (краплиннорідке) і висушування;
- тривалий вплив знижених температур;
- тривала дія підвищених температур;
- сонячна радіація;
- вітрове навантаження;
- карбонізація атмосферною вуглекислотою.
У рамках аналізованої теми проводилося чисельне моделювання та
розрахунок вологонакопичення у зовнішніх багатошарових стінах (рис. 2.2).
Як територію дослідження прийняте м. Чернігів та м. Київ для порівняння
кінетики вологонакопичення залежно від температури зовнішнього повітря.
Таблиця 2.1 - Розрахунок накопичення вологи у зовнішній огороджувальній
конструкції в холодний період року
Характер Характеристика накопичення вологи залежно від виду утеплювач
истика Мінераловатний Екструдований
несучого пінополістирол
шару
стіни
Цегла 380
мм
Газобето
н 300 мм
Аналіз отриманих даних показує, що зона вологонакопичення у
зовнішній багатошаровій стіні залежить від виду та характеру пористості
утеплювача. У цегляних стінах зона конденсації вологи розташовується в
товщі утеплювача для варіанту м. Чернігів. Для м. Київ - зона конденсації
вологи переміщається вглиб стіни і зачіпає несучу частину.
Дані графіки дозволяють зробити висновок, що всі деталі кріплення
утеплювача та облицювального шару будуть перебувати у вологому стані в
зимовий період, що призведе до їхнього руйнування у набагато швидший
період), [12, 13].
Таблиця 2.2 – Результати теплотехнічного розрахунку та розрахунку на
паропроникність
Конструкція стіни Розрахунковий Нормативний
Умови
з різними опір опір Точка роси
паропроникності
утеплювачами теплопередачі теплопередачі
Пінополіуретан 5,32 Не виконуються
Можливе
Пінополістирол 4,32 Виконуються випадання
Пінопласт 2,88 3,58 Не виконуються конденсату у
конструкції
Мінеральна вата 3,28 Не виконуються
огорожі.
Ековата 3,87 Не виконуються
При використанні в якості утеплювачів пористих матеріалів без
додаткової пароізоляції, як це часто практикується, гарантій протидії
утворення конденсату не здійснюється. У зв'язку з чим міграція вологи в
зовнішніх шарах відбуватиметься безперервно протягом холодного періоду
року.
2.2 Оцінка довговічності роботи теплоізоляційних матеріалів у структурі
багатошарових стін
Конструкція багатошарової стіни не забезпечує відведення вологи з
утеплювача, що протягом 10-15 років експлуатації , що може привести до
повної втрати теплозахисних властивостей зовнішнього огородження.
Мінераловатний утеплювач у вологому стані приходить у стан порушеної
структури. Волокна починають грудкуватись, утворюючи щільний каркас), [6,
7, 12, 13].
Рис. 2.3 - Мікрофотографії зволоженої мінераловатної плити (у світлі,
збільшення 100х)
На мікрофотографії видно, що волокна в сухому стані розміщуються
хаотично, а після зволоження волокна скомкуються. (Рис. 2.3)
Таблиця 2.3 - Зведена таблиця результатів натурних випробувань
Вихідний Коефіцієнт
коефіцієнт теплопровідності у
Назва зразка Густина,
теплопровідності, зволоженому стані,
кг/м3 Вт/мК Вт/мК
Пінополіуретан 60 0,023 0,023
Пінополістирол 45 0,032 0,035
Пінопласт 25 0,059 0,059
Мінеральна
вата 65 0,047 0,047
Ековата 50 0,036 0,039
Конденсація вологи в утеплювачі призводить до збільшення коефіцієнта
теплопровідності та зниження теплозахисних властивостей.
В результаті експериментальних досліджень було виявлено, що термін
служби заявлений в ТУ, не відповідає терміну служби після проведення
натурних випробувань для конкретних кліматичних умов, а саме на території
північних областей України. Результати представлені у таблиці 2.4.
Таблиця 2.4 - Розрахований термін служби
Термін служби
Термін служби після натурних
Густина, Різниця,
Назва зразка 3 заявлений в ТУ, випробувань на
кг/м років
років вологість та
морозостійкість
Пінополіуретан 60 40 36,8 3,2
Пінополістирол 45 20 16,4 3,6
Пінопласт 25 20 19,6 0,4
Мінеральна 65 35 34,3 0,7
вата
Ековата 50 30 22,5 7,5
Дані про зміну довговічності отримали, спираючись на виявлену
залежність зміни коефіцієнтів теплопровідності від вологості та
морозостійкості.
2.3 Фактори, що впливають на експлуатаційну надійність і
довговічність багатошарових стін
В Україні в силу початкового етапу застосування багатошарових
теплоефективних стін їх експлуатаційна надійність і довговічність
маловивчені. При цьому тепло-ефективні зовнішні стіни не завжди доступні
для спостереження в процесі експлуатації за технічним станом окремих
елементів і стін в цілому, [5,6,7]. Виконаємо аналіз впливу основних факторів
на експлуатаційну надійність окремих елементів тришарових
теплоефективних наружних стін на основі штучних матеріалів з
прогнозованою оцінкою довговічності таких стін.
Рис. 2.4 – Фактори, що впливають на надійність багатошарових стін
Тришарова теплоефективна зовнішня стіна – це багатоелементна
конструкція, що складається з семи елементів), [5, 6]:
– внутрішній несучий шар;
- теплоізоляційний шар;
- облицювальний шар;
- гнучкі зв'язки;
– повітряний прошарок, що виконує вентиляційну та дренажну функції;
- опорний столик під облицювальний шар;
- водовідвідний фартух (флашинг) над опорним столиком для
відведення конденсаційної вологи з міжшарового простору.
Наявність семи елементів робить даний тип кладки стін більш
уразливою з погляду загальної кількості факторів, що впливають на
експлуатаційну надійність і довговічність окремих елементів та стіни в цілому.
Працездатність і довговічність внутрішнього шару в цій конструкції
зовнішньої стіни дуже висока і перевершує ці показники для багатошарових
стін. Зумовлюється це тим, що найважливіша обставина - внутрішній шар
протягом усього терміну експлуатації об'єкта, будучи блокованим є
повномірним шаром теплоізоляції та знаходиться в комфортному режимі
позитивних температур. Матеріал внутрішнього шару не піддається
поверхневому замочуванню та осушенню, циклічному заморожуванню та
відтаванню в перехідні періоди року. Точка роси, зазвичай, перебуває у шарі
теплоізоляції (мінераловатна теплоізоляція, пінополістирол), а стіна не
накопичує вологу у річному холодному циклі і не отримує додаткового
зволоження в зимовому циклі, тобто не погіршує своїх теплотехнічних
властивостей у часі. Єдиним негативним фактором для конструкційного
(штучного) матеріалу стіни, що експлуатується в позитивних умовах,
залишається фізичне старіння. Безвідмовність (збереження працездатності)
матеріалу внутрішнього шару для всіх видів стінових матеріалів у рази буде
перевищувати нормативний термін служби будівлі.
У істотно більш важких умовах експлуатується облицювальний шар
тришарової стіни на основі тих же стінових матеріалів. Для цього порівняно
тонкого шару (120 мм – для силікатної та керамічної цегли) характерно
поверхневе і навіть на всю глибину періодичне замочування-осушення від дії
дощу, що поєднується з циклічним заморожуванням-відтаванням у перехідні
періоди року «осінь-зима», «зима весна». При використанні облицювальних
штучних матеріалів з невисокою морозостійкістю (F15 - F25) безвідмовність
облицювання стін може виявитися нижче нормативного терміну в межах 30-
40 років), [5, 12, 13].
Можна оцінювати два вищеназваних елементи тришарової стіни на
основі штучних стінових матеріалів – внутрішній шар та облицювання – як
ремонтно-придатні. Обидва елементи достатньо доступні для спостереження
за станом та виявленням локальних пошкоджень, пристосовані для ремонту та
усунення пошкоджень та дефектів.
Теплоізоляційний шар на основі безпресового пінополістиролу марки
ПСБС товщиною 120-150 мм (у кліматичних умовах нашої держави), повинен
бути виконаний у вигляді безперервного екрану, не формувати розривів в
циклі експлуатації внаслідок усадки, термічних деформацій, повинен бути
притиснутий до внутрішнього шару і не втрачати стійкості (не засмучуватися).
Нарешті, сам пінополістирол повинен мати помірне старіння і забезпечувати
тривалий термін служби.
У ідеалі цей термін служби має відповідати нормативному терміну
служби всієї будівлі, так як заміна утеплювача пов'язана з низькою
ремонтопридатністю облицювального шару, гнучких зв'язків, і в тому числі, з
цих причин, низькою ремонтопридатністю самого шару, [14].
Теплоізоляційний пінополістирольний екран у складі тришарової стіни
формується з окремих плоских листів, які встановлюються в перев'язку на
ряди гнучких зв'язків, що служать опорами для ярусу шару теплоізоляції і
притискаються до внутрішнього шару тришарової стіни прокладками
товщиною, [6]. Очікується, що сучасний безпресовий пінополістирол у складі
теплоефективної стіни з нормально функціонуючим вентильованим
прошарком має працездатність протягом 60-80 років. Витриманий
пінополістирол є безусадковим матеріалом. На відміну від пінополістиролу,
при застосуванні в якості теплоізоляційного шару базальтоволоконних і
скловолоконних плит слід зважати на усадку матеріалів у часі та їх осадку при
зволоженні, так як навіть при мінімальному зволоженні матеріал отримує
напряження і осідає, що може призводити до формування горизонтальних
розривів у теплоізоляційному екрані та значного зниження теплоефективних
властивостей зовнішньої стіни, [6].
Загалом слід звернути увагу на низьку доступність для спостереження за
станом шару теплоізоляції у структурі тришарових стін. Відповідь певною
мірою можуть дати лише результати тепловізійного обстеження.
Гнучкі зв'язки в структурі тришарової стіни на основі штучних стінових
матеріалів практично недоступні для спостереження за їх станом і
малоремонтопридатні. При їх відмові через корозійне ураження оцинкованих
сталевих зв'язків при низькій якості оцинкування, що працює в контакті з
періодично зволожуваним утеплювачем, особливо з мінеральною ватою з
підвищеним вологопоглинанням, можливе обвалення облицювального шару з
усіма наслідками.
У конструкціях тришарових стін недоліки традиційних розв'язків
опорних столиків з кутової сталі з їх поверховим розташуванням і поверховим
спиранням ярусу облицювання пов'язані з високою трудомісткістю зведення
зовнішніх стін і з необхідністю забезпечення їх надійного захисту в
протикорозійному відношенні. Останнє необхідно не тільки з метою
забезпечення довговічності зовнішньої стіни на рівні нормативного терміну
служби будівлі, але і з метою запобігання забруднення фасаду будівлі від
слідів корозії металу, поява яких стає неминучим у разі пошкодження та
відмови антикорозійного захисту в процесі її експлуатації. Опорний столик в
металі контактує з конденсатною вологою в рівні водовідвідних фартухів,
працездатність яких з часом погіршується, що сприяє корозії металевих
опорних столиків (особливо при механічних пошкодженнях антикорозійного
покриття на монтажі). За результатами виконаного аналізу в таблиці 1
представлені характеристики теплоефективної тришарової зовнішньої стіни
на основі штучних стінових матеріалів за параметрами експлуатаційної
надійності та довговічності), [14].
Таблиця 2.5 - Характеристики теплоефективної тришарової зовнішньої
стіни за параметрами експлуатаційної надійності та довговічності
Фактори, що впливають на Безвідмовність
експлуатаційну надійність і (збереження
Найменування елемента довговічність окремих працездатності) до
стіни елементів стіни проведення
капітального ремонту,
років
-фізичне старіння та
Внутрішній шар, що
деструкція матеріалу 150-300
несе:
протягом тривалого часу (не
-керамічна цегла;
менше нормативного терміну 100-150
-силікатна цегла
служби)
-старіння полімерів;
Теплоізоляційний шар:
-деструкція в силу старіння та
-пінополістирол; 60-80
перекристалізаційних
-напівжорсткі базальтові
процесів мінеральних волокон
плити; напівжорсткі 80-100
утеплювача;
скловолокнисті плити.
-деструкція через зволоження
80-100
і розморожування поверхонь
шарів утеплювача
-деструктивні процеси при
Облицювальний шар на
замочуванні - осушенні від дії
основі:
атмосферних осадків; 150-200
-керамічної цегли;
- те ж при заморожуванні;
-об’ємно-забарвленого
- відтавання в перехідні 60-100
силікатної цегли;
періоди «осінь-зима», «зима-
весна».
Гнучкі зв'язки: 40-80
-металеві з - немає;
корозійностійкою -відмова захисту та корозія 40-80
легованої сталі; металу від дії вологи;
-металеві оцинковані; - немає; 80-120
-базальто-пластикові; - немає.
- склопластикові 80-100
Згідно з даними таблиці 2.5, цей тип теплоефективної стіни при її
належному виконанні в циклі монтажу з використанням якісних матеріалів
(утеплювачі, гнучкі зв'язки, флашинг та ін.) є надійним в експлуатаційному
відношенні протягом не нижче 40-60 років по всій сукупності елементів стіни,
що забезпечує періодичність капітальних ремонтів зовнішніх стін будівель у
нормальних умовах експлуатації вище нормативної – 25 років для кам'яних
стін із штучних стінових матеріалів), [14].
Тришарова стіна на основі штучних стінових матеріалів
Працездатність і довговічність внутрішнього шару в цій конструкції
зовнішньої стіни дуже висока і перевершує ці показники для моно-шарових
стін. Зумовлюється це тим, що найважливішою обставиною, що внутрішній
шар протягом усього терміну експлуатації об'єкта, будучи блокованим
повномірним шаром теплоізоляції, знаходиться в комфортному режимі
позитивних температур. Матеріал внутрішнього шару не піддається
поверхневому замочування та осушення, циклічному заморожуванню та
відтаванню в перехідні періоди року. Як показали розрахунки термо-
вологістного стану тришарової стіни, точка роси в даному випадку
знаходиться в шарі теплоізоляції (мінераловатна теплоізоляція, безпресовий
пінополістирол), а стіна не накопичує вологу в річному циклі і не отримує
додаткового зволоження в зимовому циклі, тобто не погіршує своїх
теплотехнічних властивостей у часі. Єдиним негативним фактором для
конструкційного (штучного) матеріалу стіни, що експлуатується в позитивних
умовах, залишається фізичне старіння і деструкція матеріалу, вкрай
розтягнуте в часі, і не менш ніж у два рази перевищує терміни старіння
матеріалів, що працюють у складі багатошарових стін, що не мають теплового
захисту. Безвідмовність (збереження працездатності) матеріалу внутрішнього
шару всіх видів стінового матеріалу у рази буде перевищувати нормативний
термін служби будівлі.
За результатами виконаного аналізу в таблиці 2.6 представлені
характеристики теплоефективної тришарової зовнішньої стіни на основі
штучних стінових матеріалів за параметрами експлуатаційної надійності,
довговічності та ремонтопридатності. Цей тип теплоефективної стіни при її
належному виконанні в циклі монтажу з використанням якісних матеріалів є
надійним в експлуатаційному відношенні протягом не нижче 40-60 років по
всій сукупності елементів стіни; до 60-80 років по п'яти елементах із семи; до
80-120 і більше років - по 3-4 елементах із семи, що забезпечує періодичність
капітальних ремонтів зовнішніх), [13,14].
Таблиця 2.6 – Характеристики теплоефективної тришарової зовнішньої стіни на основі штучних стінових матеріалів за
параметрами експлуатаційної надійності, довговічності та ремонтопридатності
Ремонтопридатність
Безвідмовність Ступінь Пристосованість до
(збереження доступності для усунення дефектів
Чинники, що впливають на
працездатності) спостереження шляхом технічного
Найменування елемента стіни експлуатаційну надійність і
до проведення за станом та обслуговування та
довговічність окремих елементів стіни
капітального виявлення проведення ремонту (за
ремонту, років відмов, п'ятибальною шкалою)
дефектів
Внутрішній шар несучих
конструкцій:
- фізичне старіння та деструкція 150-200
- вібропресовані бетонні
матеріалу протягом тривалого часу (не 150-300 Доступний 4
блоки;
менше нормативного терміну служби) 100-150
- керамічна цегла;
- - силікатна цегла
- старіння полімерів (пінополістирол,
синтетичні сполучні для
Теплоізоляційний шар: базальтоволоконних і скловолоконних
I пінополістирол безпресовий; плит);
60-80
II напівжорсткі - деструкція в силу старіння та
80-100 Недоступний 3-
базальтоволоконні плити; перекристалізаційних процесів
80-100
III напівжорсткі скло мінеральних волокон утеплювача;
волоконні плити. - деструкція через зволоження та
розморожування поверхневих шарів
утеплювача
- Облицювальний шар на
основі:
- деструктивні процеси при замочуванні
- об'ємно-забарвлених
– осушенні від дії атмосферних опадів; 100-150
вібропресованих бетонних
- те ж при заморожуванні - відтаванні в 150-200 Доступний 4
блоків;
перехідні періоди «осінь - зима», «зима 60-100
- керамічної цегли;
- весна»
- об'ємно-забарвленої
силікатної цегли.
- Гнучкі зв'язки:
- ні
- металеві з корозійностійкої 40-80
- відмова захисту та корозія металу від
легованої сталі; 40-80
дії вологи Недоступний 3-
- металеві оцинковані; 80 - 120
- ні
- базальтопластикові; 80-100
- ні
- склопластикові.
-Повітряний прошарок, що - відмова функцій вентиляції та
виконує вентиляційну та дренування внаслідок засмічення Малодоступний 3
дренажну функції отворів в облицювальному шарі
Опорний столик під I відмова захисту та корозія металу від
облицювальний шар: дії вологи
- з оцинкованої фасонної 60-80
II розморожування бетону, Малодоступний 3-
(кутової) сталі; 80-120
вилуговування та карбонізація бетону
- - із залізобетону. захисного шару та корозія арматури
Водовідвідний фартух
(флашинг) над опорним - старіння та пошкодження внаслідок
столиком для відведення недостатньої морозостійкості матеріалу 10-80 Малодоступний 3-
конденсаційної вологи з флашингу
міжшарового простору
Середній бал по пристосованості до 3,0
усунення дефектів
Неналежне виконання стін на стадії монтажу із застосуванням неякісних
матеріалів (мінераловатні утеплювачі з підвищеним водо-поглинанням,
сталеві гнучкі зв'язки при неякісному та недовговічному антикорозійному
захисті, недовговічний матеріал для флашингу, опорний столик під
облицювальний шар з кут антикорозійним захистом) створює великі проблеми
і це пов'язано з великими матеріальними витратами при проведенні ремонту
через низьку ремонтопридатність цих елементів стіни (2, 4, 6, 7 в таблиці 2.6)
- на рівні 3-3 з мінусом за п'ятибальною шкалою.
Тришарова стіна в панельній серії 121у
Як і у випадку тришарової стіни на основі штучних стінових матеріалів
тришарова стіна в панельній серії 121у має 7 елементів, кожен з яких надає
певний вплив на експлуатаційну надійність і довговічність стіни в цілому.
Внутрішній несучий шар стіни у вигляді панелі з важкого бетону
товщиною 140 мм має працездатність і прогнозовану довговічність на рівні
150-200 років (таблиця 2.7), що визначається надійністю важкого бетону як
конструкційного матеріалу в сукупності з якістю заводського виготовлення
панелі, а також роботою внутрішнього шару стіни в умовах позитивних
температур без циклічного замочування, осушення, заморожування та
відтавання в осінньо-зимові періоди року. Збереження працездатності
внутрішнього шару (панелі) стінок такого типу при фізичному старінні і
деструкції важкого бетону перевищуватиме нормативний термін служби
будівлі, [15,17].
Облицювальний шар тришарової стіни в панельній серії 121у працює в
жорстких умовах атмосферних впливів у перехідні періоди року осінь-зима,
зима - весна. Облицювання у вигляді шару в 1/2 цегли або безсерівських
блоків, а також панелі з важкого бетону
ОНБ товщиною 100 мм (виготовленої в умовах заводу) будуть
забезпечувати безвідмовність роботи протягом усього нормативного терміну
служби будівлі при марці за морозостійкістю матеріалів вище F25.
Внутрішній та зовнішній шари тришарової стіни панельної серії 121у
можна характеризувати як ремонтно-придатні.
Термін служби теплоізоляції у зв'язку з її низькою ремонтопридатністю
повинен відповідати нормативному терміну служби всієї будівлі.
Можна прогнозувати, що у складі теплоефективної стіни з нормально
функціонуючої вентиляцією та дренуванням утеплювача безпресовий
пінополістирол має працездатність протягом 60-80 років, базальтоволоконна
та скловолоконна теплоізоляція – 80-100 років, [15,17].
Гнучкі зв'язки у структурі тришарової стіни панельної серії 121у
недоступні для спостереження за їх станом та малоремонтопридатні.
Опирання облицювання виконується поверхово на консольні опорні
столики (рамки). Опорні рамки виконуються з керамзитобетону або важкого
бетону та встановлюються із приварюванням на перекриття. У прорізи рамок
укладається мінераловатний утеплювач, що знижує теплопровідність стику.
Залізобетонні рамки є «містками холоду», що призводить до значного
зниження теплотехнічної однорідності стіни в цілому, і як наслідок, до
збільшеної необхідної товщини утеплювача. Відповідно до результатів
розрахунків загальний коефіцієнт теплотехнічної однорідності стіни з
теплопровідними включеннями дорівнює - 0,59. При цьому необхідна
товщина мінераловатного утеплювача становить - 200-230 мм, [15,17].
Недоліком технічного рішення зовнішньої стіни з поверховою розрізкою
облицювання та її поверховим опиранням на опорні столики є підвищення
трудомісткості зведення зовнішньої стіни в силу необхідності влаштування
столиків у рівні кожного поверху. У зв'язку з цим актуальним є завдання
розробки технічних рішень залізобетонних опорних елементів для панельної
серії 121у під облицювальні шари заввишки 2-4 поверхи.
Особливо слід відзначити фактори, що знижують експлуатаційну
надійність тришарових панельних стін, виявлені при обстеженнях житлових
панельних будинків перших масових серій, [15,17]:
- у певному обсязі мають місце прояви усадочних деформацій і
множинного розтріскування зовнішнього фактурного шару стінових панелей,
внаслідок незадовільного фактурного шару за мінералогічним складом
цементу, якістю заповнювачів. Утворення тріщин у панелях призводить до
системного замочування при косому дощуванні і волого накопиченні інших
шарів панелі. Панелі з пошкодженим зовнішнім шаром є причиною
замочування неушкоджених нижчих панелей по механізму фільтрації вологи
через торці панелей;
- промерзання зовнішніх стін, пов'язане з зволоженням утеплювача через
стики зовнішніх стінових панелей, сколи та тріщини в облицювальному шарі
зовнішніх стінових панелей, зміщення та відхилення від проектної товщини та
положення утеплювача в панелях;
- в зонах примикання плит перекриттів лоджій і стінових панелей
поперечних стін через періодичне зволоження цих зон дощем і таючим снігом,
що накопичується в кутах плит перекриттів лоджій, відбувається руйнування
фактурного шару і бетону торців панелей поперечних стін по механізму
багаторазового заморожування-відтавання. У цих зонах бетон торцевих
ділянок стінових панелей істотно руйнується, будучи джерелами наскрізного
промочування поперечних стін;
- торцеві грані панелей зовнішніх стін, а також укоси віконних прорізів
часто мають захисний шар недостатньої товщини;
- неякісно виконані та встановлені віконні коробки та відливи, що
призводить до протікання у підвіконній частині стін; недостатня якість робіт з
улаштування фундаментів, підготовка основ, монтажу панелей (зварювальних
робіт) призводить до деформацій та пошкоджень несучих панелей.
- Неналежне виконання панельних стін на стадії монтажу із
застосуванням неякісних матеріалів (мінераловатні утеплювачі з підвищеним
водопоглинанням, сталеві гнучкі зв'язки та закладні деталі при неякісному та
недовговічному антикорозійному захисті, опорний столик під облицювальний
шар з конструкційного керамзитобетону недостатньої міцності, створює
значні проблеми, пов'язані з підвищенням матеріальних витрат під час
проведення ремонтів у зв'язку з низькою ремонтопридатністю цих елементів
стіни (2, 4, 5, 6, 7 у таблиці 2.7) – на рівні 3-3 з мінусом за п'ятибальною
шкалою.
Таблиця 2.7 – Характеристики теплоефективної тришарової стіни у складі панелей серії 121у за параметрами
експлуатаційної надійності, довговічності та ремонтопридатності
Ремонтопридатність
Пристосованість до
Безвідмовність
Ступінь усунення дефектів
(збереження
Чинники, що впливають на доступності для шляхом технічного
працездатності)
Найменування елемента стіни експлуатаційну надійність і спостереження за обслуговування та
до проведення
довговічність окремих елементів стіни станом та проведення
капітального
виявлення ремонту (за
ремонту, років
відмов, дефектів п'ятибальною
шкалою)
Внутрішній несучий шар у - фізичне старіння та деструкція
вигляді залізобетонної панелі з матеріалу конструкцій протягом
150-200 Доступний 4
важкого бетону товщиною 140 тривалого часу (не менше нормативного
мм. терміну служби будівлі)
Закладні деталі, що взаємно
фіксують панель внутрішнього - корозія зварних з'єднань заставних
60-100 Недоступний 3-
шару з іншими деталей
конструктивними елементами
Облицювальний шар на
основі:
- об'ємно-забарвлених -Деструктивні процеси при
вібропресованих бетонних замочуванні
100-150
блоків товщиною 90 мм; - осушення від дії атмосферних
100-150 Доступний 4
- повнотілої керамічної цегли опадів; -то ж при заморожуванні -
60-100
товщиною 120 мм; відтаванні в перехідні періоди «осінь -
-об'ємно-забарвленої зима», «зима - весна»
силікатної цегли товщиною 120
мм
Теплоізоляційний шар: - старіння полімерів
- I пінополістирол плитний (пінополістирол, синтетичні сполучні
біспресовий; для базальтів віконних та 60-80
- II напівжорсткі базальто- скловолоконних плит); 80-100 Малодоступні 3
волоконні плити; -деструкція в силу зволоження та 80-100
- скловолоконна розморожування поверхневих шарів
теплоізоляція типу URSA утеплювача
Гнучкі зв'язки металеві - відмова антикорозійного захисту та
40-80 Недоступний 3-
оцинковані корозія металу від дії вологи
Опорний столик під
- розморожування конструкційного
облицювальний шар у вигляді
керам - зитобетону, вилуговування та
рамки з конструкційного 10-30 Малодоступні 3
3 карбонізація бетону захисного шару,
керамзитобетону (у=1800 кг/м ,
корозія робочої арматури рамки
клас міцності бетону В15)
- відмова функцій вентиляції та
Повітряний прошарок дренування внаслідок засмічення Малодоступні 3
отворів в облицювальному шарі
Середній бал по пристосованості 3,15 до усунення дефектів
Тришарова стіна за системою «Вентильований фасад» має 5
елементів, що впливають на експлуатаційну надійність та довговічність стіни
в цілому.
Експлуатаційна довговічність внутрішнього шару (основи) на основі
штучних стінових матеріалів або монолітного залізобетону у цій конструкції
зовнішньої стіни оцінюється в межах 100-300 років (таблиця 2.8). Це може
бути конструкційний матеріал із середньою щільністю вище 600 кг/м3,
наприклад, стіна з цегли, бетонних блоків, бетону, легкого бетону і т.п., що не
має механічних пошкоджень, отриманих при капітальних ремонтах і
демонтажі металофурнітури навісного захисного екрану. Матеріал основи
протягом всього терміну експлуатації об'єкта знаходиться в режимі роботи при
позитивних температурах і захищений від поверхневого замочування і
осушення, циклічного заморожування і відтавання в перехідні періоди року.
Довговічність всіх видів матеріалів основи визначається фізичним старінням і
деструкцією матеріалу, розтягнутим у часі, і перевершує нормативний термін
експлуатації будівлі. Основою є обмежено доступним для спостереження за
технічним станом конструктивним елементом, його ремонтопридатність
залежить від конструктивних особливостей тієї чи іншої системи
«вентильованого фасаду» , [16].
Відомим недоліком тришарової стіни по системі «Вентильований
фасад» є низький коефіцієнт теплотехнічної однорідності огороджувальної
конструкції внаслідок великої кількості містків холоду в зоні кріплення
металофурнітури до основи, що зумовлює необхідність зменшення кількості
кронштейнів на 1м2 площі фасаду, використання матеріалів кріплення
теплопровідності (базальто-пластикових та скловолоконних матеріалів і т.п.).
Для влаштування теплоізоляційного шару в системах з вентильованим
фасадом, як правило, застосовуються негорючі утеплювачі на основі
мінеральних волокон (скловолокно або базальтове волокно).
В основному це мінераловатні плити Rockwool і Техноніколь –
матеріали імпортні та вітчизняного виробництва.
Рекомендуються до застосування утеплювачі щільністю від 50 до 80
кг/м3 з кашированою поверхнею, зверненою до повітряного зазору, і без
каширування поверхні при щільності утеплювача від 80 кг/м3 і вище. У
практиці будівництва використовується часто двошарова теплоізоляція з
перекриттям швів між окремими теплоізоляційними плитами, [16].
Теплоізоляційний шар у структурі стіни цього типу можна оцінювати як
обмежено ремонтно-придатний. Конструктивний елемент обмежено
доступний для спостереження за станом і виявлення локальних пошкоджень.
Прогнозований термін служби утеплювачів у стінах даної конструкції в
середньому прогнозується в межах 40-60 років і суттєво залежить від якості
теплоізоляційних матеріалів, якості матеріалу та монтажу гідровітрозахисних
паропроникних плівок (мембран), товщини повітряного зазору, якості
матеріалу і правильності монтажу зовнішнього облицювального екрану
системи, [16].
Повітряний зазор, сполучений за допомогою численних щілин між
елементами гідро- і вітронепроникного екрану, забезпечує за рахунок
вентиляції видалення водяної пари, що надходять внаслідок дифузії через
огороджувальну конструкцію з боку приміщення протягом опалювального
періоду. Цим забезпечуються нормальні вологі умови роботи конструкції та
довговічність системи. Повітряний зазор також впливає на величину
термічного опору огороджувальної конструкції в цілому. Зі зменшенням
товщини повітряного прошарку зменшується швидкість потоку
вентильованого повітря, що сприяє підвищенню температури повітряного
прошарку та його термічного опору. Одночасно, зменшення товщини
повітряного прошарку знижує здатність фасадної системи до самоосушення в
опалювальний період і підвищує ймовірність вологопоглинання в утеплювачі.
Тому потрібен розрахунок з підбором оптимальної товщини повітряного
прошарку в кожному конкретному випадку.
За результатами виконаного аналізу в таблиці 3 представлені
характеристики теплоефективної тришарової зовнішньої стіни за системою
«Вентильований фасад» за параметрами експлуатаційної надійності,
довговічності та ремонтопридатності. Згідно з даними таблиці 2.8, цей тип
теплоефективної стіни при її належному виконанні в циклі монтажу з
використанням якісних матеріалів (утеплювачі, металофурнітура, гідро-
вітрозахисна мембрана та ін.) є надійним в експлуатаційному відношенні
протягом не нижче 30-50 років по всій сукупності елементів стіни; до 40-60
років за чотирма елементами з п'яти; до 80-100 років - по 2 елементам з п'яти,
що забезпечує періодичність капітальних ремонтів зовнішніх стін будівель у
нормальних умовах експлуатації вище за нормативну, [16].
Таблица 2.8 – Характеристики теплоефективності зовнішньої стіни у вигляді вентильованого фасаду за параметрами
експлуатаційної надійності, довговічності та ремонтопридатності.
Ремонтопридатність
Безвідмовність Пристосованість
(збереження Ступінь до усунення дефектів
Чинники, що впливають на експлуатаційну
Найменування елемента працездатності) до доступності для шляхом технічного
надійність і довговічність окремих
стіни проведення спостереження за обслуговування та
елементів стіни
капітального станом та проведення ремонту
ремонту, років виявлення відмов, (за п'ятибальною
дефектів шкалою)
- Фізичне старіння та деструкція
Внутрішній несучий шар:
матеріалу, розтягнуте у часі з сприятливих
-керамічна цегла; Понад 100 років
експлуатаційних умов;
-силікатна цегла; Понад 100 років Обмежено
- Механічні ушкодження конструкційної 3
-вібропресовані бетонні Понад 100 років доступний
основи при капітальних ремонтах та
блоки; Понад 100 років
демонтажі металофурнітури для
-залізобетон.
навішування захисного екрану
- Фізичне старіння синтетичних сполучних
Теплоізоляційний шар на
плит;
основі:
- Накопичення вологи за річний цикл та
-базальтоволокнистих плит
надмірне зволоження за зимовий період в
напівжорстких середньої 40-60 Обмежено
умовах холодного клімату; 3
щільності 60-80 кг/м3; 40-60 доступний
- Деструкція мінераловатних утеплювачів
-Скловолокнистих плит
внаслідок впливу високої інтенсивності
напівжорстких середньої
циркуляції повітря в повітряному
щільності 60-80 кг/м3.
прошарку.
Металофурнітура для Корозія металофурнітури в умовах
навішування захисного підвищеної вологості міжшарового 30-50 Малодоступний 4
екрану простору та зволоження мінераловатних
утеплювачів, включаючи пошкодження
клямерів.
Деструктивні процеси в матеріалі,
усадкове викривлення великорозмірних
Елементи екрану у вигляді
фіброцементних листів в силу їх
крупнорозмірних
періодичного замочування - осушення в
фіброцементних листів (типу 40-60 Доступний 4
поєднанні з заморожуванням - відтавання
Етерніт, Семстоун, Фассет та
в перехідні періоди.
ін)
Руйнування зони контакту кріплення
листа шурупом, болтом.
Елементи екрану у вигляді
Деструктивні процеси в умовах
крейдяних фіброцементних
періодичного замочування - осушення, 60-80 Доступний 4
елементів (Тима Марморок,
заморожування - розморожування.
Колорок та ін.)
Елементи екрану з Фізичне старіння матеріалу, розтягнуте у
80-100 Доступний 4
керамограніту часі.
Середній бал по пристосованості до усунення дефектів 3,42
Фасадна теплоізоляція з оштукатурюванням по сітці.
Теплоефективна стіна із зовнішнім утепленням і оштукатурюванням по
сітці складається з двох основних елементів, що істотно відрізняються за
довговічністю: внутрішнього несучого шару з цегли або залізобетону і власне
системи фасадної теплоізоляції, [6,7,16].
Враховуючи, що довговічність внутрішнього несучого шару стіни, що
експлуатується в сприятливих умовах під захистом фасадної теплоізоляції,
становить більше 100 років (таблиця 2.9), після повного руйнування (відмови)
системи фасадної теплоізоляції через 30-40 років експлуатації можливо та
економічно ефективно провести капітальний ремонт або демонтувати її з
подальшим відновленням. Таким чином, найважливішим елементом, що
визначає довговічність цього типу стіни, є система фасадної теплоізоляції.
Розрахунковий термін служби фасадної теплоізоляції більшість
зарубіжних виробників визначають для своїх систем у межах 30-40 років, в
реальних умовах найчастіше спостерігаються ознаки відмов системи вже через
кілька років експлуатації будівлі. Відмова системи теплоізоляції в цілому
може статися в таких випадках відмови одного з трьох основних елементів
системи, [18]:
- руйнування штукатурного покриття, у разі застосування в якості
утеплювача мінераловатних плит може статися попадання вологи в товщу
утеплювача, що призведе до втрати ним первинних теплотехнічних
характеристик. У цьому випадку необхідно виконати відновлення
штукатурного покриття, при цьому, якщо потрібно, видалити замочені ділянки
утеплювача. У разі застосування в якості утеплювача пінополістирольних
плит, що володіють низьким водопоглинанням, система значний час при
безпосередньому впливі зовнішнього середовища зберігатиме свої
властивості. В цьому випадку, не заміняючи утеплювача, необхідно виконати
відновлення штукатурного покриття, після чого можлива подальша
експлуатація системи в цілому;
- відмова конструкцій кріплення (адгезивного клею чи дюбелів).
Відмова обох компонентів кріплення одночасно призведе до повного
руйнування системи. Відмова одного з двох компонентів значно збільшить
навантаження на інший компонент кріплення, внаслідок чого також можливе
руйнування системи, проте дещо більш розтягнуте у часі. У будь-якому
випадку необхідний ремонт системи або її виконання наново;
- відмова теплоізоляційного шару (втрата або різке зниження
пінополістиролом або мінераловатною плитою своїх первісних фізико-
механічних та теплотехнічних властивостей). У разі втрати механічних
властивостей (зміни форми, розмірів, осідання або розшарування плит
утеплювача) відбудеться суттєве або повне руйнування системи теплоізоляції.
У разі погіршення лише теплотехнічних властивостей утеплювача
механічного руйнування системи не відбудеться, проте система теплоізоляції
знизить теплозахисну функцію.
Досвід експлуатації будівель із фасадною теплоізоляцією показав, що
основним фактором, що визначає довговічність системи, є стійкість фасадної
гідроізоляційної штукатурки. Критерієм відмови системи в даному випадку є
руйнування штукатурного покриття при збереженні протягом деякого часу
незахищеним утеплювачем своїх фізико-механічних та теплотехнічних
властивостей. Довговічність теплоізоляційного матеріалу можна вважати
свідомо вищою, ніж у штукатурного шару.
Факторами, що впливають на експлуатаційну надійність та
довговічність штукатурного покриття, є, [18]:
- деформації штукатурного покриття, що виникають в умовах його
усадки та перепадів температур;
- накопичення вологи в товщі стіни за річний період її експлуатації та її
наднормативне зволоження з випаданням конденсату в зимовий період;
- замочування стіни при дії опадів в перехідні періоди «зима-весна» і
«осінь-зима», небезпечне з точки зору поєднання значного зволоження
штукатурного покриття з циклічним заморожуванням-відтаванням.
У таблиці 2.9 представлені оціночні значення довговічності основних
елементів теплоефективної зовнішньої стіни за системою фасадної
теплоізоляції.
Відмінною особливістю даного типу стіни є відносно невисока
довговічність гідроізоляційного штукатурного покриття, яка оцінюється в 25-
50 років, значно більша довговічність теплоізоляційного шару (60-80 років) у
поєднанні з довговічністю внутрішнього шару стіни, яка перевищує 100- 120
років. Враховуючи, що всі елементи стіни, крім дюбелів, доступні для
спостереження і ремонтопридатні (на рівні 4 - 5 за п'ятибальною шкалою),
можливе виконання поточного ремонту системи фасадної теплоізоляції у разі
пошкодження штукатурного покриття при збереженні утеплювачем своїх
теплозахисних властивостей із періодичністю 10-20 років. Таким чином,
довговічність стіни в цілому при регулярному проведенні поточних ремонтів
з періодичністю 20-25 років і капітальному ремонті із замінного утеплювача
через 60-80 років експлуатації слід вважати рівною довговічності
внутрішнього шару і прийняти 100-120 років, [6,7,16].
Таблиця 2.9 – Характеристики теплоефективності зовнішньої стіни за системою фасадної теплоізоляції за параметрами
експлуатаційної надійності, довговічності та ремонтопридатності
Ремонтопридатність
Ступінь
Безвідмовність Пристосованість
доступності
Чинники, що впливають на (збереження до усунення дефектів
для
експлуатаційну надійність і працездатності) до шляхом технічного
Найменування елемента стіни спостереження
довговічність окремих проведення обслуговування та
за станом та
елементів стіни капітального проведення ремонту
виявлення
ремонту, років (за п'ятибальною
відмов,
шкалою)
дефектів
Внутрішній несучий шар:
Фізичне старіння та деструкція Понад 100 років Практично не
-керамічна цегла;
матеріалу, розтягнуте в часі Понад 80 років потребує ремонту
-силікатна цегла; Доступний
через сприятливі Понад 100 років протягом усього
-вібропресовані бетонні блоки;
експлуатаційні умови. Понад 100 років терміну служби (5)
-залізобетон
Фізичне старіння полімерів,
Теплоізоляційний шар на основі:
включаючи синтетичні
-пінополістиролу безпресового 60 - 80 (залежно від
сполучні в мінераловатних
фасадного (середньою щільністю 25 надійності
3 плитах; поверхневе
гкг/м і вище). гідроізоляційного Доступний 4
розморожування
-базальтоволокнистих плит на захисту)
пінополістиролу в умовах
синтетичному сполучному 80 - 100
3 відмови/пошкодження
підвищеній щільності 100-180 кг/м
гідрозахисної штукатурки. .
Пошкодження у вигляді
Гідрозахисне покриття у вигляді
тріщин розриву та відриву
штукатурного базового шару,
внаслідок усадки. Дія
армованого синтетичною сіткою, у
термомеханічних напруг в
поєднанні з фінішним гідрофобним 25-50 Доступний 4
умовах перепадів температур,
паропроникним екраном
фізичне старіння синтетичних
(декоративна штукатурка, акрилова
сіток через їх недостатню
фарба, силікатна фарба і т.п.)
лугостійкість.
Фізичне старіння полімерів
Дюбелі з капелюшком із пластмаси
капелюшки, пластикових гнізд
для анкерування теплоізоляції до
під дюбелі неметалевих
внутрішнього шару:
дюбелів; ослаблення 20-50 Обмежений 3
-металеві;
анкерування дюбелів у тілі
-базальтопластикові;
внутрішнього шару
-склопластикові.
багатошарової стіни.
Середній бал по пристосованості до усунення дефектів 4
Стіна на основі пористих блоків
Аналіз досвіду експлуатації будівель з теплоефективними зовнішніми
стінами на основі автоклавних газобетонних блоків показав, що ця система
досить життєздатна і з урахуванням виправлення деяких недоліків і
подальшого вдосконалення може бути рекомендована до широкого
використання, [16,18].
В даний час в наших територіальних умовах найбільш активно
застосовується стіна-заповнення з автоклавних газобетонних блоків
товщиною 400-600 мм з об'ємною вагою 400-500 кг/м3 в монолітно-каркасних
залізобетонних будівлях. У зв'язку з розвитком монолітного домобудування
цей варіант зовнішньої стіни є найбільш перспективним за показниками
експлуатаційної надійності та вартості.
З метою уточнення довговічності, отримання інформації про
дієздатність стіни з газобетону об'ємною вагою 400 кг/м3 у поєднанні з
жорстким облицюванням без додаткової гідрофобізації, необхідне подальше
спостереження за станом цих стін.
Останнім часом розширюється застосування моношарової стіни-
заповнення на основі автоклавних газобетонних блоків щільністю 500-600
кг/м3 із гідроізоляційною штукатуркою по сітці. У зовнішніх стінах будівель
може бути рекомендований лише автоклавний газобетон з усадкою більше 0,3-
0,5 мм/м. Крім того, рішення мало-і середньоповерхових житлових будинків з
несучими і самонесучими зовнішніми стінами з пористо-бетонних блоків
об'ємною вагою 500-600 кг/м3 є прийнятним для невеликих міст, районних
центрів, сільської місцевості та забудови передмість, [16,18].
Теплоефективні зовнішні стіни-заповнення на основі автоклавних
газобетонних блоків монолітно-каркасних залізобетонних будівель
включають 3 елементи: внутрішній самонесучий шар на основі автоклавних
газобетонних блоків, гідроізоляційний шар (екран) та у разі застосування
облицювання з штучних стінових матеріалів, залізобетонний опорний столик.
Внутрішній самонесучий шар стіни на основі автоклавних газо-
бетонних блоків щільністю 400, 500, 600 кг/м3 (класу по міцності на стиск
С1,5-С3,5, марок по морозостійкості F15-F35) має працездатність та
прогнозовану довговічність 100-120 років (таблиця 2.10), що зумовлено
роботою внутрішнього шару стіни в умовах позитивних температур без
циклічного замочування, осушення, заморожування та відтавання в осінньо-
зимові періоди року. Накопичення вологи за річний цикл та надмірного
зволоження стіни за зимовий період у кліматичних умовах холодного клімату
не відбувається. Негативним фактором для матеріалу несучого шару є фізичне
старіння і деструкція матеріалу внаслідок карбонізації гідросилікатних фаз
автоклавного газобетону на вапняно-кремнеземистих в'яжучих розтягнуте в
часі. Довговічність внутрішнього шару при збереженні працездатності
захисним гідроізоляційним екраном буде відповідати нормативному терміну
служби будівлі, [16,18].
Гідрозахисний екран експлуатується у важких умовах періодичного
поверхневого замочування-осушення від дії дощу, що поєднується з
циклічним заморожуванням-відтаванням у перехідні періоди року «осінь-
зима», «зима - весна».
При використанні облицювальних штучних матеріалів з невисокою
морозостійкістю (F5 - F25) безвідмовність облицювання стін може виявитися
нижче нормативного терміну в межах 30-40 років. У разі використання
штучних матеріалів з морозостійкістю F50 - F100 безвідмовність
облицювального шару на основі штучних стінових матеріалів може скласти
100-150 років.
При довговічності внутрішнього шару стіни більше 100 років, у разі
часткової або повної відмови шару захисної штукатурки, можливе проведення
капітального ремонту з відновленням гідрозахисної штукатурки.
Два вищеназваних елементи стіни на основі автоклавних газобетонних
блоків - внутрішній шар і облицювання можна оцінювати, як
ремонтопридатні. Обидва елементи достатньо доступні для спостереження за
станом та виявленням локальних пошкоджень, пристосовані для ремонту та
усунення пошкоджень та дефектів, [16].
Опорний столик із залізобетону під облицювання з штучних стінових
матеріалів експлуатується у важких умовах циклічного зволоження в
поєднанні із заморожуванням - відтаванням у перехідні періоди року, що при
недостатній морозростійкості бетону може призвести до розморожування
бетону, корозії арматури при відмові захисного шару бетону. Залізобетонний
опорний столик малодоступний для спостереження за станом і виявлення
відмов, його працездатність оцінюється в межах 80 - 120 років.
Стіни на основі автоклавних газобетонних блоків в силу відносно
низької вартості автоклавного газобетону і можливості скорочення
трудомісткості і тривалості і зведення стін мають найбільш низьку
собівартість в порівнянні з іншими розглянутими варіантами теплоефективних
стін, [16,18].
При оцінці надійності стіни, що розглядається, за трьома основними
елементами, вона складе не менше 25-40 років; 100 і більше років - по
внутрішньому шару з газобетонних блоків і опорному залізобетонному
столику під облицювання, при періодичності капітальних ремонтів
зовнішнього гідрозахисного штукатурного шару 25-30 років, [18].
Таблиця 2.10 – Характеристики теплоефективної зовнішньої стіни на основі ніздрюватобетонних блоків за параметрами
експлуатаційної надійності, довговічності та ремонтопридатності
Ремонтопридатність
Пристосованість
Безвідмовність
Ступінь до усунення
(збереження
Чинники, що впливають на експлуатаційну доступності для дефектів шляхом
працездатності)
Найменування елемента стіни надійність і довговічність окремих елементів спостереження технічного
до проведення
стіни за станом та обслуговування та
капітального
виявлення проведення ремонту
ремонту, років
відмов, (за п'ятибальною
дефектів шкалою)
Накопичення вологи за річний цикл та
надмірного зволоження стіни за зимовий
Основний конструкційно- період у кліматичних умовах зон холодного
теплоізоляційний шар на основі клімату не відбувається. Розморожування
автоклавних газобетонних блоків поверхневих шарів пористих бетонів в
при кладці на клею: умовах поверхневого зволоження при дії
80 - 100 Доступний 4
- Блоки середньої щільності 400 дощу в поєднанні з циклічним
кг/м3; заморожуванням - відтаванням у перехідні
- те ж 500 кг/м3; періоди «осінь - зима», «зима -весна» при
- те ж 600 кг/м3 дефектах або відмовах гідрозахисного шару.
Можливість карбонізації гідросилікатних фаз
автоклавного газобетону на ІКВ у часі
Гідрозахисний шар (екран): - Для екрану з цегли або вібропресованих
екран у 1/2 повнотілої керамічної бетонних блоків - розморожування при
цегли (у поєднанні з блоками зволоженні, від дії атмосферної вологи в
Y=400 кг/м3); поєднанні із заморожуванням - відтаванням у 25-40 Доступний 4
- вібропресовані бетонні блоки перехідні періоди. Для гідрозахисних
товщиною 90 мм (бессерівський штукатурок - пошкодження у вигляді тріщин
блок з 30% - ною пустотністю) у розриву та відриву внаслідок усадки, дія
поєднанні газобетонними термомеханічної напруги в умовах перепадів
блоками Y=400 кг/м3 температури, замочування; фізичне старіння
синтетичних сіток через недостатню
- гідрозахисна штукатурка лугостійкість.
посилена (багатошарова, базовий
штукатурний шар армований
синтетичною)
сіткою в поєднанні з
газобетонними блоками Y=500
кг/м3)
- гідрозахисна штукатурка
помірна або гідрофобне
просочення (у поєднанні з
блоками 600 кг/м3)
Опорний столик із залізобетону Розморожування бетону при зволоженні у
під облицювання з штучних поєднанні із заморожуванням - відтаванням у Обмежено
80-120 4
стінових матеріалів перехідні періоди; корозія арматури при доступний
відмові захисного шару
Середній бал по пристосованості до усунення дефектів 4
РОЗДІЛ 3. МОНІТОРИНГ І АНАЛІЗ СТАНУ ЕКСПЛУАТУЄМИХ
БУДІВЕЛЬ З БАГАТОШАРОВИМИ ЗОВНІШНІМИ СТІНАМИ
3.1 Досвід експлуатації будівель з багатошаровими стінами в умовах
холодного клімату
В умовах холодної пори року огороджувальні конструкції будівель
підтверджені впливу низьких температур взимку і високих влітку, значних
добових коливань температури зовнішнього середовища у весняно-осінній та
літній періоди, що супроводжуються інтенсивною сонячною радіацією, [18].
Визначити в експлуатаційних умовах кількісний вплив кожного з цих
кліматичних факторів на характер зміни теплофізичних характеристик
огороджувальних конструкцій будівель практично неможливо і головне в
цьому немає необхідності. Важливий не конкретний внесок кожного з
факторів у формування теплового і вологісного режимів зовнішніх огорож, а
кінцевий результат - величина і характер зміни з часом рівня теплового
захисту зовнішніх захисних конструкцій, [16,19].
Аналіз теплотехнічних характеристик зовнішніх стін, які
застосовувалися і застосовуються в даний час при будівництві будівель,
виконаний на основі збору проектних даних 4 об'єктів, побудованих у місті
Чернігові.
Таблиця 3.1 - Конструктивні рішення зовнішніх стін будівель, на прикладі м.
Чернігів
Адреса будівлі Конструктивний вузол Тип зовнішньої стіни за Дата введення в
конструкційним і теплоізолюючим експлуатацію
матеріалом
Вул. Любецька, 5. 1 черга
Сучасний багатоквар-
житловий тирного ком-
комплекс плексу будинків
«Лісовий New» Будівельна система - цегляна 30 вересня 2023
(Рис. 3.1) кладка, збірний залізобетон. року
Конструктивна система будівлі
стінова з
поперечними/поздовжніми
несучими стінами. Конструктивна
схема будівлі - жорстка
безкаркасна. 1- Внутрішній шар,
що несе, товщиною 510 мм з повно-
тілої цегли пластичного
пресування; 2- Мінеральна вата 45-
75 завтовшки 100 мм; 3-Повітряний
прошарок 20 мм; 4- Облицювальна
верста 120мм 5- Анкера
Вул. 3 квартал
Полтарацьких, Будівельна система - цегляна 2019 року
43. ЖК кладка, збірний залізобетон.
«Олександрівськ Конструктивна схема будівлі -
ий» (Рис. 3.2) каркасна. Стіни зовнішні
самонесучі - армовані тришарові з
гнучкими зв'язками з поверховим
опиранням облицювального шару
цегли.
- Внутрішній несучий шар
товщиною 370 мм з повнотілої
цегли пластичного пресування;
- Мінеральна вата 45-75 кг/м3
товщиною 100 мм;
- Повітряний прошарок;
- Облицювання з керамічної плитки
товщиною 10 мм;
- Анкера
Вул. Красно- Лютий 2018
сільського, 159. Будівельна система - цегляна року
Друга черга ЖК кладка, збірний залізобетон.
«Незалежність» Конструктивна схема будівлі -
(Рис. 3.3) каркасна. Стіни зовнішні
самонесучі - тришарові з
поверховим опиранням
облицювального шару цегли.
1- Декоративна штукатурка.
2- Мінеральна вата 45-75кг/м3
товщиною 100 мм;
- Внутрішній несучий шар
товщиною 370 мм із газобетону,
газосилікату автоклавного D600;
- Системі Ceresit, що складається з
розчину Ceresit 190, сітка фасадна,
другого шару Ceresit 190,
ґрунтовки CT 15
Житловий Будівельна система - цегляна 30 червня 2015
будинок по вул. кладка, збірний залізобетон.
Михайлівська 9 Конструктивна схема будівлі -
(Рис. 3.4) каркасна.
Стіни зовнішні - цегляні,
оздоблення фасаду житлових,
першого, цокольного поверхів -
облицювальна цегла.
- Штукатурка 20мм
- Внутрішній несучий
шар товщиною 250 мм з повнотілої
цегли пластичного пресування;
- Утеплювач екструдований
пінополістирол (ЕППС) товщиною
180 мм;
- Облицювальна верста
120мм;
- Анкера.
Рис 3.1 – Фото об'єкта за адресою: Любецька, 5
Рис. 3.2 – Фото об'єкта за адресою: вул. Полтарацьких, 43
Рис. 3.3 – Фото об'єкта за адресою: вул. Красно-сільського, 159
Рис. 3.4 – Фото об'єкта за адресою: вул. Михайлівська 9
Конструктивні рішення зовнішніх багатошарових стін є дво- і тришарові
конструкції, облицювальний цегляний шар яких влаштований з опиранням на
консольні звіси плит перекриттів.
З'єднання внутрішнього та зовнішнього шарів виконано за допомогою
гнучких металевих зв'язків. Конструкції багатошарових зовнішніх стін,
виконаних з поверховим опиранням на сталеві куточки, реалізовані в
більшості будівель, [16,19].
Опирання облицювальної цегляної кладки зовнішнього шару фасадів
виконано в рівні кожного поверху на сталеві прокатні куточки, прикріплені до
сталевих пластин (кронштейнів) перетином за допомогою електрозварювання.
Сталеві пластини приварені до закладних деталей, встановлених на торцях
монолітних залізобетонних перекриттів. Опирання облицювальної цегляної
стінки на конструкції сталевих куточків у рівні перекриттів і перемичок над
віконними отворами виконано через ряд фасонних лицьових цеглин,
встановлених на опорну полицю сталевих куточків.
Сталеві куточки, закріплені на торцях плит перекриттів, встановлені по
всьому периметру будівлі без обмеження елементів по довжині та
влаштування деформаційних швів.
У зовнішньому цегляному шарі багатошарових зовнішніх стін
влаштування горизонтальних і вертикальних деформаційних швів проектами
не передбачено.
Обстеження кам'яних конструкцій зовнішніх багатошарових стін
проводилося з метою визначення їх загального стану, виявлялися видимі
ушкодження або дефекти, деформації, визначався характер і ступінь
ушкодження окремих конструкцій, наявність тріщин, місця роздроблення та
розшарування кладки, розрив зв'язків, пошкодження кладки під опорами
конструкцій, викривлення, тріщин, відхилення від вертикалі, порушення місць
сполучення між окремими елементами, поверхневі ушкодження цегли та
розчину.
В результаті неналежного з'єднання облицювальної версти і несучого
шару по кутах будівлі можуть з'являтися тріщини в результаті температурних
деформацій. Результати переміщення по Х, на зимовий період, температурні
деформації пораховані в мм, [19].
Рис. 3.5 – Температурні деформації у зимовий період по Х, [23].
Рис. 3.6 – Температурні деформації в зимовий період по Х, [23].
3.2 Технологічні особливості зведення будівель з багатошаровими
зовнішніми стінами
Головні відмінності в конструкціях фасадних систем полягають у
різноманітності застосовуваних рішень щодо влаштування зовнішньої
цегляної облицювання: вузлів опір куточки; конструкцій та матеріалу зв'язків,
що з'єднують із внутрішнім шаром стіни; наявності горизонтальних і
вертикальних деформаційних швів, що забезпечують необхідну
деформативність конструкції з урахуванням зовнішніх впливів (ДБН В.2.6-
162:2010. Кам’яні та армокам’яні конструкції; ДБН В.1.2-2:2006
Навантаження і впливи. Норми проектування та ін.), [24, 25].
Рис. 3.7 – Технологічні особливості будівництва багатошарових стін
3.3 Дефекти, що виникають при недотриманні технології монтажу
утеплювачів при будівництві з багатошаровими зовнішніми стінами
Також одним з основних факторів, що впливають на експлуатаційну
надійність тришарових теплоефективних зовнішніх стін в цілому, є так званий
«людський фактор». Монтаж утеплювача, влашутвання повітряного зазору,
монтаж гнучких зв'язків - весь комплекс цих робіт стає визначальним для
якісного виконання конструкції стіни, [26].
Рис. 3.8 – Монтаж утеплювача
Рис. 3.9 – Монтаж утеплювача
Рис. 3.10 – Монтаж утеплювача
Рис 3.11 – Дефекти при монтажі теплоізоляція зі оштукатурюванням по сітці
Неналежне виконання стін на стадії монтажу із застосуванням неякісних
матеріалів (мінераловатні утеплювачі з підвищеним водопоглинанням, сталеві
гнучкі зв'язки при неякісному та недовговічному антикорозійному захисті,
недовговічний матеріал для флашингу, опорний столик під облицювальний
шар з кутів ) створює великі проблеми та пов'язано з великими матеріальними
витратами при проведенні майбутнього ремонту через низьку
ремонтопридатність цих елементів стіни.
Таким чином, за результатами проведеного аналізу можна зробити
висновок, що забезпечення надійності в експлуатаційному відношенні
протягом не нижче 40-60 років даного типу теплоефективних стін повинно
досягатися за рахунок застосування якісних матеріалів, кваліфікованих кадрів
і суворого нагляду при монтажі, [26].
Рис. 3.11 – Дефекти влаштування штучних виробів при монтажі
теплоефективних стін
Рис. 3.12 – Непроектне положення гнучких зв'язків
Проведеними обстеженнями встановлено, що найбільш характерними
порушеннями, пов'язаними з виконанням будівельно-монтажних робіт при
зведенні монолітних залізобетонних будівель з цегляним облицюванням
багатошарових фасадних стін, є, [26]:
1. Незадовільна якість кладки зовнішнього і внутрішнього шарів
зовнішніх поверхонь, порушення перев'язки лицевої цегли та технології
укладання розчинних швів як за площею заповнення, так і за їх товщиною;
наявність розчину кладки в порожнинах щілинної цегли внаслідок
застосування цементно-піщаного розчину підвищеної пластичності;
виконання кладки з бетонних блоків внутрішньої стіни насухо, без
застосування розчину кладки або клейових складів;
2. Непроектне положення гнучких зв'язків або повна їх відсутність на
окремих ділянках зовнішніх стін, відсутність надійного анкерування зв'язків у
внутрішньому шарі багатошарової стіни;
3. Порушення при бетонуванні довжини консольних випусків
перекриттів за контуром будівлі, що передбачаютсья для спирання цегляного
облицювання і, як наслідок, порушення глибини спирання цегляної
облицювальної стінки;
4. Недотримання товщини горизонтальних деформаційних швів під
плитами перекриттів чи опорними кутками, їх заповнення цементно-піщаним
розчином, відсутність якісної герметизації;
5. Неякісне укладання утеплювача із зазорами між плитами утеплювача,
відсутність кріплення утеплювача до внутрішнього шару;
6. Недотримання технології покрівельних робіт при влаштуванні
металевих покриттів парапетів, козирків, балконів наявність зазорів і
негерметичних стиків між листами покриття, відсутність надійного
закріплення металевих листів на парапетах і козирках, недостатній винос
конструкцій відливів в отворах і на парапети будівлі.
Рис. 3.13 – Дефект укладання утеплювача
Рис. 3.14 – Обвалення облицювального шару з бетонного каміння та
випучення цегляного облицювання будівель у м. Києві
Допущені помилки при проектуванні та зведенні будівель у більшості
випадків виявляються після кількох років експлуатації.
Рис. 3.15 - Тріщини в облицювання фасадів зовнішніх стін
Аналіз конструктивних рішень багатошарових фасадних стін
обстежених будівель показує, що важлива їх відмінність полягає в характері
спирання облицювального цегляного шару. З цієї точки зору всі обстежені
об'єкти можна розділити на два типи: з спиранням облицювального шару на
перекриття і з спиранням на сталеві куточки. Інші конструктивні особливості
стін в обох типах спирання можуть бути однаковими, [26].
Таким чином, для уникнення пошкоджень і обвалів цегляної кладки
перераховані вище фактори слід враховувати на стадії проектування, а також
передбачити надійний контроль якості пристрою шаруватих зовнішніх стін.
3.4 Розробка рекомендацій для вдосконалення системи контролю якості
при будівництві з багатошаровими зовнішніми стінами
Сучасні теплоефективні стіни є багатоелементними конструкціями, що
знижує їхню надійність з урахуванням ймовірності відмов через вплив великої
кількості факторів, що впливають на їхню експлуатаційну надійність і
довговічність.
Працездатність і довговічність внутрішнього несучого шару
теплоефективних стін дуже високиц і перевершує ці показники для
моношарових стін. Визначається це тим, що внутрішній шар протягом всього
терміну експлуатації об'єкта знаходиться в режимі позитивних температур.
Матеріал внутрішнього шару не піддається поверхневому замочування та
осушення, циклічного заморожування та відтавання в перехідні періоди року.
Безвідмовність (збереження працездатності) матеріалу внутрішнього шару
всім видів багатошарових стін у разі перевищуватиме нормативний термін
служби будівлі.
У більш важких умовах експлуатується зовнішній шар теплоефективних
стін на основі штучних стінових матеріалів, гідрозахисна штукатурка у
системах фасадної теплоізоляції, гідрозахисний листовий екран у системах
«Вентфасад», відкриті впливу зовнішніх факторів.
У таблиці 3.2 та на рис. 3.15 наведено рекомендації щодо вибору
будівельних матеріалів і виробів для теплоефективних зовнішніх стін
будівель, [5,7,16,18,26].
Таблиця 3.2 – Рекомендації щодо вибору будівельних матеріалів та виробів
для теплоефективних зовнішніх стін будівель
Чинники, що надають Рекомендації щодо вибору
Найменування вплив будівельних матеріалів
матеріалу на експлуатаційну надійність і та виробів для теплоефективних
(елемента) стіни довговічність матеріалів стін та їх характеристики
окремих елементів стіни
Внутрішній несучий шар
Фізичне старіння і деструкція М200-М500, F100-F200
Вібропресовані бетонні
блоки матеріалу протягом тривалого
часу (не менше нормативного
Керамічна цегла терміну служби будівлі) М100-М200, F50-F75
Силікатна цегла М100-М300, F35-F50
Залізобетон на основі В20 і вище, F100-F200
важкого бетону
Автоклавні газобетонні Карбонізація, В1,5-В3,5, F15-F35
блоки щільністю розморожування
400,500,600 поверхневого шару при
кг/м3 зволоженні
Теплоізоляційний шар
Пінополістирол ПСБ-С, Ха=0,038-0,041 Вт/м°С,
безпресовий, Y=18-25 Старіння полімерів р=0,05 мг/(м*ч*Па)
кг/м3 (пінополістиролу,
Напівжорсткі базальто- синтетичних зв'язуючих Рагос, Rockwool, Акси, Тизол,
волоконні плити Y=35-60 кг/м3
мінеральної вати); деструкція
Базальтоволоконні при Рагос, Rockwool, Аа=0,035-0,045
плити підвищеної старінні мінеральних волокон Вт/м°С,
жорсткості Y=100-180 мінераловатних плит; дест-
кг/м3 рукція при зволоженні та
Напівжорсткі розморожуванні внаслідок Isover, URSA, Ха=0,035-0,042
скловолоконні плити, відмови зовнішнього шару Вт/м°С
Y=35-60 кг/м3
Зовнішній облицювальний шар
Вібропресовані бетонні Деструктивні процеси при М100 и выше, F100 и выше
блоки впливі атмосферних опадів,
Керамічна цегла заморожуванні-відтаванні в М100 и выше, F50
Об'ємно-забарвлена перехідні періоди М100 и выше, F50
силікатна цегла
Гідрозахисна Розтріскування та М50-М150, F50-F75, міцність
штукатурка по сітці відшарування штукатурок відриву від основи >1 МПа, па-
наслідок усадки, перепаду ропроникність>0,5г/(м*ч*Па)
температур, заморожування
конденсатної вологи, старіння
арматурних сіток
Елементи захисного Деструктивні процеси в F100 та вище
екрану у вигляді: матеріалі в умовах
-фіброцементних періодичного замочування-
великорозмірних листів осушення, заморожування-
(типу Етерніт відтавання в перехідні
Семстоун, Фаст); періоди, усадкове короблення
- дрібноштучних фіброцементних листів,
фіброцементних руйнування зони контакту
елементів (типу кріплення листа шурупом,
Марморок, Колорок); болтом. Фізичне старіння
-керамограніту матеріалу
Опорні столики під облицювання, гнучкі зв'язки, металофурнітура для навішування
захисного екрану.
Опорний столик під Відмова оцинкування та Керамзитобетон кл. В15,
облицювальний шар: корозія металу від дії вологи F50, густиною 1800кг/м3
- з оцинкованої кутової Розморожування, Залізобетон кл. В25-В35 і вище,
сталі; вилуговування та карбонізація F200
- з конструкційного бетону захисного шару та
керамзитобетону; корозія арматури
- - із залізобетону
-Ні Високоякісна антикорозійна
- Відмова захисту та корозії обробка сталевих зв'язків,
Гнучкі зв'язки:
металу та від дії вологи нержавіючі марки сталей
- з легованої сталі;
- Ні
- металеві оцинковані;
- Ні
- базальтопластикові;
- склопластикові
Металофурнітура для Корозія металофурнітури при
навішування зволоженні мінераловатних
захисного екрану утеплювачів
Рекомендації щодо апробації
результатів
На стадії На стадії
На стадії монтажу
проектування тех.нагляду (для
(для підрядних
(для проектних генпідрядних
організацій) організацій)
організацій)
Вибір матеріалів
Виконувати
для
розрахунок Дотримання тех. карт
теплоізоляційного
паропроникності
шару
Розраховувати Выбор
зону конденсації Висока кваліфікація предпочтительной
вологи та робітників монтажників конструкции
закладати її наружной стены
Враховувати
необхідність
Сезонність монтажу
відведення
вологи
Рис. 3.15 – Рекомендації щодо впровадження результатів досліджень
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
Вологонакопичення в огороджувальних конструкціях у зимовий період
має пряме відношення до їх довговічності тільки за наявності наступних умов:
збіги в них зони різких коливань температур і зони конденсації, наявність
циклів заморожування відтавання. Найбільше цим умови піддаються
тришарові огороджувальні конструкції з ефективним утеплювачем у середині.
Такі конструкції вимагають капітального ремонту раніше за встановлений
термін їх експлуатації.
При аналізі нормативних документів у галузі теплового захисту, та в
ході подальшого дослідження було виявлено:
1) Помилки проектувальників, які не враховують характер вологі-
стного стану стін у зимовий період експлуатації;
2) Проектні рішення не передбачають відведення вологи із зони
конденсації;
3) Порушення технології монтажу та кріплення утеплювача для
теплоефективних стін критично знижує термін служби всього об'єкта
будівництва.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. ДБН В.2.6-31:2021 Теплова ізоляція та енергоефективність будівель. –
К.: ДП «Державний науково-дослідний інститут будівельних конструкцій»
(НДІБК), 2021.
2. ДБН В.2.6-31:2006 Конструкції будинків і споруд. Теплова ізоляція
будівель. Зміна № 1. – К.: Мінбуд Укрїни, 2006.
3. ДБН В.2.6-31-2016 Теплова ізоляція будівель. – К.: Мінбуд Укрїни, 2016.
4. ДСТУ ISO 50047:2020 Енергозбереження. Визначення обсягів
енергозбереження в організаціях (ISO 50047:2016, IDT). – К. :
Енергозбереження, 2020. – 22 с.
5. Проблеми та перспективи розвитку житлової забудови в умовах
комплексної реконструкції міста : монографія / [Ю. І. Гайко, Т. В. Жидкова, Т.
М. Апатенко та ін.; за заг. ред. Ю. І. Гайка, Т. В. Жидкової] ; Харків. нац. ун-т
міськ. госп-ва ім. О. М. Бекетова. – Харків : ХНУМГ ім. О. М. Бекетова, 2019.
– 247 с..
6. Енергоефективність в муніципальному секторі. Навчальний посібник
для посадових осіб місцевого самоврядування /А.Максимов, І.Вахович,
Т.Гутніченко, П.Бабічева, Н.Вакуленко, Н.Ігольнікова, Т.Цифра, О.Молодід,
О.Молодід, О.Бєлєнкова, Ю.Ячменьова, Ю.Дорошук, А.Скрипник,
А.Ваколюк, В.Бойко, М.Сегедій, Д.Вахович/ Асоціація міст України – К., ТОВ
«ПП «ВІЕНЕЙ», 2015. –184 с.
7. Матеріали і технології в сучасному будівництві [Текст] : підручник для
учнів проф.-техн. навч. закл. / Є. К. Карапузов [и др.]. - К. : Вища школа, 2005.
- 495 с.: рис. - (Професійно-технічна освіта України). - Бібліогр.: с. 489.
8. ДБН В.1.2-7:2021 «Основні вимоги до будівель і споруд. Пожежна
безпека» К.: Мінбуд Укрїни, 2021.
9. Іщук М.К., Зуєв А.В. Дослідження напружено-деформованого стану
лицьового шару з цегляної кладки при температурно-вологісних впливах //
Бетон та залізобетон в Україні. - № 3. - 2007. - С. 40-43.
10. https://www.hhcelcon.co.uk/products-applications/products/plus-
blocks
11. Agis M.P. Forty years of regulations on the thermal performance of the
building envelope in Europe: Achievements, perspectives and challenges // Energy
and Buildings 127. – 2016. – с. 942-952.
12. Tetior, A. New conception of creation of “zero” ecobuildings and
ecocities on base of ecological infrastructure / A. Tetior // European Journal of
Natural History. – 2017. – № 5. – С. 22-26.
13. Пасивний будинок Поняття та основні принципи проектування
пасивного будинку [Електронный ресурс] // Builder club. – Режим доступа:
http://www.builderclub.com/statia/passivny-dom-ponyatiy e-i-osnovnye-principy-
proyektirovaniya-passivnogo-doma (дата обращения: 17.10.2015).
14. Дмитренко Е. Д. Проблеми підвищення енергоефективності та
енергозбереження України / Е. Д. Дмитренко, О. М. Кириленко // Проблеми
підвищення ефективності інфраструктури. – 2014. – №38. – С. 60-63.
15. Овсянніков, С. Н. Інноваційні архітектурно-будівельні системи
цивільних будівель: потенціал ресурсозбереження / С.Н. Овсянніков, Т.Ю.
Овсяннікова // Нерухомість: економіка, управління. – 2018. – № 1. – С. 35-40.
16. Фаренюк Г.Г. Енергетична ефективність підвищення
теплотехнічних показників основних елементів теплоізоляційної оболонки
будинків. / Г.Г. Фаренюк // Будівництво України.– 2008. – № 8. - С. 12-14.
17. Фаренюк Г.Г. Составляющие теплопотерь зданий первых
массовых серий и возможности изменения их структуры / Г.Г. Фаренюк //
Реконструкція житла. – 2003. - №4. – С. 99 – 102.
18. Показатели эффективности энергосберегающих мероприятий
[Электронный ресурс] // Блог энергетика по отоплению, вентиляции и
кондиционированию – Энергосбережение. 2011. – Режим доступа:
http://enginerishka.ru/energosberezhenie/pokazateli-effektivnosti-energosberegay
ushhix-meropriyatij.html (дата обращения: 10.07.2016).
19. Буяк, Н. А. Оцінювання ефективності енергетичної системи
будівлі в умовах теплового комфорту : автореф. дис. … канд. техн. наук. :
05.14.01 – енергетичні системи та комплекси технічні науки / Буяк Надія
Андріївна. – Київ, 2017. – 22 с..
20. Brown, T. C. Reliability of individual valuations of public and private
goods: Choice consistency, response time, and preference refinement
[Электронный ресурс] / T. C. Brown, D. C. Kingsley, G. L. Peterson, N. E. Flores,
A. Clarke, A. Birjulin // Journal of Public Economics. – 2008. – № 92. – pp. 1595–
1606. – Режим доступа:
chromeextension://ilhapdfjlmhfdgdbefpinebijmhjijpn/https://www.fs.fed.us/rm/val
ue/do cs/Reliability_of_individual_valuations.pdf/ (date views 30.09.2017).
21. Kingsley, D. C. Estimating willingness to accept using paired
comparison choice experiments: tests of robustness [Электронный ресурс] / D. C.
Kingsley, T. C. Brown // Journal of Environmental Economics and Policy. – 2013.
– № 2(2). –Режим доступа: dx.doi.org/10.1080/21606544.2013.775602/ (date
views 30.09.2017).
22. Champ, P. A. WTA Estimates Using the Method of Paired
Comparison: Tests of Robustness / P. A. Champ, J. B. Loomis // Environmental and
Resource Economics. 1998. – № 12 (3). – pp. 175–186.
23. Voula P. Mega. Sustainable development, energy and the city: a
civilization of visions and actions / V.P. Mega. – New York. : Springer
Science+Business Media, 2005. – 300 p.
24. ДБН В.2.6-162:2010. Кам’яні та армокам’яні конструкції. – К.:
Мінбуд Укрїни, 2010.
25. ДБН В.1.2-2:2006 Навантаження і впливи. Норми проектування–
К.: Мінбуд Укрїни, 2006.
26. Шеїна, С. Г. Методика вибору організаційно-технологічних
ресурсозберігаючих рішень у житловому будівництві за багатокритеріальною
системою оцінки / С. Г. Шеїна, Є. Н. Міненко // Житлове будівництво. - 2016.
- № 6. - С. 42 - 45.