Как показывает практика, одним из решающих факторов, определяющих показатели энергоэффективности зданий, является интенсивность неконтролируемого воздухообмена внутренних помещений с окружающей средой.
Как показывает практика, одним из решающих факторов, определяющих показатели энергоэффективности зданий, является интенсивность неконтролируемого воздухообмена внутренних помещений с окружающей средой. В масштабах макроэкономики «вымывание» тепла с воздухом через ограждающие конструкции выливается в миллиардные затраты собственников сооружений и дефицит тепловых мощностей. С другой стороны, рост объёмов производства тепла негативно сказывается на экологической ситуации. Именно поэтому герметичность ограждающих конструкций стала основным требованием при проектировании и строительстве энергоэффективных зданий.
Выбросы в атмосферу так называемых парниковых газов (углекислого газа, метана и оксида азота) являются одним из основных факторов, влияющих на «здоровье» планеты. За последние 200 лет концентрация этих веществ в атмосфере повысилась почти на треть . Существенная доля этих выбросов образуется в результате сжигания топлива, в том числе для отопления зданий и сооружений.
Зачастую объём необходимого топлива (а значит, и объём выбросов) определяется даже не габаритами самих строений, а низкой эффективностью использования полученного тепла. Таким образом, одной из необходимых мер для стабилизации ситуации с парниковыми газами является контроль над энергоэффективностью существующих и вводимых в эксплуатацию зданий.
В последние годы, в полном соответствии с идеей повышения энергоэффективности зданий, активно развивается строительство зданий с низким энергопотреблением. Речь идёт как о различных инновационных проектах экологического строительства – например, о пассивных домах и домах замкнутого энергетического цикла («домах нулевой энергии»), так и о зданиях обычного назначения (жилых, коммерческих, промышленных и т.д.), требования к энергоэффективности которых также растут год от года. В общем случае эта энергоэффективность достигается за счёт комплексного использования современных технологий теплоизоляции, разработки правильной геометрии здания, рекуперации тепла и других инструментов.
Кроме того, большинство современных проектных решений предполагает контроль за воздухообменом здания с окружающей средой, поскольку такой контроль является обязательным условием для достижения высоких показателей энергоэффективности. Например, согласно данным исследований, проведённых в университете Оксфорд Брукс (Великобритания), снижение воздухопроницаемости ограждающих конструкций способно дать гораздо большую экономию тепла по сравнению с избыточным увеличением толщины теплоизоляции (см. диаграмму). Связано это с так называемым «эффектом дымовой трубы». В отапливаемых зданиях давление воздуха растёт с каждым этажом: на первых этажах оно ниже атмосферного, а на последних – выше. Из-за этого на нижних этажах происходит постоянный подсос холодного наружного воздуха через ограждающие конструкции, а на верхних, напротив, тёплый воздух стремится найти выход наружу. Всё это ведёт к увеличению теплопотерь.
2 способа сокращения теплопотерь: снижение теплопроводности ограждающих конструкций за счёт увеличения толщины теплоизоляционного слоя (вверху) и сокращение воздухообмена здания с окружающей средой путём герметизации ограждающих конструкций (внизу). Теплопотери представлены в виде выбросов углекислого газа, образующегося при сжигании количества условного топлива, необходимого на отопление 1 м2 здания в течение года.
Убедиться в том, что между герметичностью ограждающих конструкций здания и его энергоэффективностью есть прямая связь, позволяет простой снимок тепловизора. Например, на следующей иллюстрации мы видим 2 термографических снимка одного и того же складского здания 1975 года постройки, один из которых выполнен до, а второй после ремонта его фасада с герметизацией швов между элементами облицовки.
Для оценки скорости воздухообмена внутренних помещений с окружающей средой используется такая величина, как сопротивление воздухопроницанию – величина, обратная массовому расходу воздуха через единицу площади поверхности ограждающей конструкции при единичном перепаде давлений по разные стороны от неё.
Из традиционных строительных материалов наилучшими показателями по этому параметру обладают сплошной бетон без швов (около 20000 м2*ч*Па/кг при толщине слоя 100 мм) и клееная фанера (около 2000 м2*ч*Па/кг при толщине слоя 3-4 мм). Последнее, в частности, объясняет высокую энергоэффективность домов, построенных по каркасно-панельной технологии. Куда более скромные показатели имеют «классическое» дерево (0,1-1,5 м2*ч*Па/кг) и кирпичная кладка (2-22 м2*ч*Па/кг). Хотя сами по себе отдельные строительные блоки (брёвна, кирпичи или бетонные плиты) пропускают достаточно мало воздуха, в построенных из них зданиях всегда есть плохо изолированные стыки. Частично решает проблему повышение качества выполнения строительных работ, т.е. тщательная герметизация стыков. Однако даже при расшивке шва в кладке воздухопроницаемость кирпичной или, например, газосиликатной стены остаётся высокой.
По европейским нормативам пассивный дом должен потреблять энергии не более 15 кВт•ч/м² в год. Естественно, такие здания должны быть адаптированы к локальным климатическим условиям, поэтому для России порог энергоэффективности несколько выше: учитывая, что среднее энергопотребление для Московского региона составляет 400-600 кВт ч/м2 в год, энергоэффективным считается здание, потребляющее не более 150 кВт ч/м2 в год .
К сожалению, сфера применения большинства традиционных материалов в современном строительстве ограничена. Например, фанера используется в основном в индивидуальном малоэтажном (коттеджном) домостроении, а монолитный бетон из-за своего огромного удельного веса (около 2000 кг/м3), сложности и сезонных ограничений строительства в чистом виде применяется сегодня лишь в исключительных случаях.
Однако этим материалам существует достойная альтернатива – хорошо всем знакомые трёхслойные сэндвич-панели (ТСП), практически не имеющие ограничений по сфере применения, обеспечивающие возможность простого, быстрого всесезонного монтажа и обладающие удельным весом от 0,5 до 6 кг/м3 (в зависимости от типа и толщины теплоизоляционного сердечника). ТСП сами по себе являются практически идеальным с точки зрения герметичности строительным материалом, поскольку стальной лист с полимерным покрытием, образующий две поверхности панели, имеет нулевую воздухопроницаемость. Поэтому главной задачей становится обеспечение герметичности стыков между панелями.
«Качество соединения панелей при монтаже в значительной степени зависит от типа используемого при их производстве оборудования, – считает Сергей Якубов, руководитель департамента «Фасадные системы и ограждающие конструкции» Группы компаний Металл Профиль, ведущего производителя кровельных и фасадных систем в России. – Высокая степень автоматизации сборки ТСП на линиях последнего поколения ROBOR (Италия) позволяет нам изготавливать сэндвич-панели с замками, требующими большой точности при штамповке металла и нарезке минеральной ваты. Свою продукцию мы производим с двумя типами замков: Z-Lock для отрытого крепления и Secret Fix для скрытого монтажа». Как отмечает специалист, глубина и ширина замка Z-Lock почти вдвое превышает аналогичные параметры замков панелей, производимых на линиях эконом-класса.
Как следует из результатов сертификационных испытаний, проведённых «Центром сертификации и испытаний продукции «Композит-Тест», ТСП производства ГК Металл Профиль с замком Z-Lock при условии соблюдения рекомендованной производителем технологии монтажа (с уплотнением замка булилкаучуковым шнуром) обладают высоким сопротивлением воздухопроницанию : порядка 1000 м2*ч*Па/кг при толщине 50 мм. При этом сэндвич-панели на порядок превосходят традиционные строительные материалы по теплоизоляционным характеристикам. Так, измеренное сопротивление теплопередаче минераловатной ТСП МП составляет 1,38 м2*°C/Вт при толщине панели 50 мм и 2,26 м2*°C/Вт при толщине 80 мм. Для сравнения: измеренное сопротивление теплопередаче стены в 3 кирпича (790 мм толщиной) составляет около 0,6 м2*°C/Вт, для 200 мм пенобетона – примерно 0,5 м2*°C/Вт, а для тяжёлых бетонов этот показатель ещё ниже.
Надёжность замков ТСП – это не только низкая воздухопроницаемость, но и хорошая защита теплоизоляционного сердечника от намокания, которое также может стать причиной образования мостиков холода. По результатам уже упомянутых сертификационных испытаний, проведённых «Композит-Тестом», ТСП МП с замком Z-Lock были признаны водонепроницаемыми.
Замок Secret Fix имеет ещё одно дополнительное преимущество. В отличие от более примитивных аналогов, он обеспечивает крепление панели за стальную облицовку, а не за минеральную вату, что значительно повышает надёжность соединения.
Развитием, внедрением и сертификацией экологического строительства в мире занимаются различные экологические организации: например, Building Research Establishment (сертификация BREEAM или Building Research Establishment Environmental Assessment Method ) или LEED. На территории России за это направление отвечает некоммерческое партнерство RuGBC (Совет по экологическому строительству ). Целью всех этих организаций является формирование критериев проектирования энергоэффективных домов, разработка собственных экологических норм, которые в будущем должны стать основой для локальных строительных нормативов.
Помимо указанных выше характеристик многое зависит от способности «сэндвича» с течением времени сохранять свои геометрические параметры и несущую способность. Без соблюдения этих условий неизбежна постепенная деформация ограждающих конструкций, которая неминуемо повлечёт за собой их разгерметизацию вследствие нарушения геометрии стыков. «Автоматизированные линии непрерывного цикла ROBOR, общая длина которых составляет 170 м, а длина технологической части – 90 м, позволяют полностью исключить ручной труд и обеспечить качество продукции, недостижимое при стендовом производстве или производстве на коротких линиях эконом-класса, – поясняет Сергей Якубов. – Выверенный технологический процесс, включающий ряд последовательных операций, начинается с подачи металла и заканчивается упаковкой готовой продукции. К сожалению, количество таких линий в России пока что можно пересчитать по пальцам: две работают на наших предприятиях и ещё несколько на заводах других компаний».
Одним из бесспорных преимуществ непрерывных автоматических линий является технология приготовления клея, предполагающая быстрое смешивание его компонентов в миксере с последующим распылением на склеиваемые поверхности, что позволяет создать равномерный клеевой слой. Затем панель целиком поступает в 20-метровый пластинчатый пресс, где её склеивание происходит при равномерном давлении по всей плоскости и температуре 70°C. На выходе из такого пресса степень высыхания клеевого слоя достигает 90%.
Другим важным фактором является нормирование плотности минераловатного сердечника. К сожалению, сегодня на рынке присутствует большое количество ТСП с сердечником пониженной (примерно на 20%) плотности. «При подобном снижении плотности минваты невозможно не только создать продукт с одинаковыми характеристиками от партии к парии, но даже добиться однородной плотности утеплителя по площади одной-единственной панели. Вряд ли такая продукция сохранит свои эксплуатационные характеристики и несущую способность в течение длительного времени», – отмечает Сергей Якубов.
Если раньше в архитектуре основная идея заключалась в создании прочных и красивых зданий, то сегодня застройщики всё больше внимания уделяют экологической безопасности, комфорту и, что самое главное, энергетической эффективности. Современные материалы позволяют решить одновременно все эти задачи.
