УДК 691.721

В.Н. МОРГУН, канд. техн. наук, доцент кафедры «Инженерно-строительные дисциплины», Южный федеральный университет,
Л.В. МОРГУН, доктор техн. наук, профессор кафедры «Строительные материалы», Донской государственный технический университет,
А.Ю. БОГАТИНА, канд. техн. наук, доцент кафедры «Изыскания, проектирование и строительство железных дорог», Ростовский государственный университет путей сообщения, РФ

Ключевые слова: конструкции кровель, мансарда, газосиликат, фибропенобетон, ограждающая конструкция, теплоизоляция, энергоэффективность
Keywords: design of roofs, attic, silicate, fiber-foam concrete, enclosing structure, thermal insulation, energy efficiency

Особенности массовой застройки зданий, построенных в 70-80-х годах прошлого столетия, заключаются в том, что практически все они нуждаются в капитальном ремонте крыш. А урбанизация ХХI века требует устройства мансардных этажей. Анализ свойств материалов, пригодных для осуществления теплоизоляции крыш, продемонстрировал, что ряд широко применяемых традиционных продуктов становится недостаточно рациональным в условиях современной эксплуатации. Сведения об эксплуатационных свойствах фибропенобетона отражают целесообразность его применения при выполнении капитального ремонта зданий.

Современный город стремительно растет вверх, так как условия социально-экономической организации жизни и производственной деятельности населения требуют его высокой концентрации [1, 2]. Одним из важнейших условий обеспечения комфортности пользования зданием является необходимый уровень теплотехнических свойств ограждающих конструкций [3-5], величина которого зависит от их свойств и количества тепловой энергии, поставляемой объекту.

По оценкам специалистов Международного энергетического агентства, мировой спрос на энергоресурсы в период до 2030 г. будет ежегодно увеличиваться на 1,6%. Этот рост сопровождается борьбой практически всех стран за экономию энергии и повышение энергоэффективности ограждающих конструкций зданий.

При капитальном ремонте, реконструкции (модернизации, санации) существующих зданий повышение энергетической эффективности осуществляется в соответствии с требованиями действующих нормативных документов [6, 7]. Выбор мероприятий по повышению тепловой защиты при осуществлении необходимых работ выполняется на основе технико-экономического сравнения вариантов проектных решений (рис. 1).

В середине прошлого столетия на территории Российской Федерации было построено около 80 тысяч четырех-, пятиэтажных домов [8], которые в настоящее время морально устарели, а конструктивно остаются достаточно надежными [9]. Дома такого типа нуждаются в реконструкции. Ситуация с решением перечисленных проблем усугубляется тем, что после введения ужесточенных теплотехнических требований к ограждающим конструкциям зданий примененные для строительства домов такого типа материалы и конструктивные решения перестали удовлетворять повышенным требованиям по теплоизоляции [4, 5]. Кроме того, процессы урбанизации в сочетании с развитием транспортных связей предопределили потребность населения в пользовании домами коттеджного типа, суммарная площадь и планировка которых должна удовлетворять современным требованиям [9, 10]. Поэтому возрастает интерес населения и специалистов к особенностям устройства мансардных помещений при возведении и реконструкции зданий.

Сегодня важно понимать, что при устройстве мансардных помещений появляется возможность получения дополнительной жилой площади пониженной себестоимости за счет исключения расходов на отвод земель и создание новых инженерных сетей [10], потому что в таком случае используются уже существующие благоустроенные селитебные территории, имеющие развитые социальную и транспортную инфраструктуры.

Анализ особенностей застройки в крупных городах с населением более 500 тысяч человек показывает [11], что в них существует более 30 тысяч пятиэтажных зданий с плоскими и скатными крышами. Такие здания, построенные после Второй мировой войны преимущественно из керамического кирпича, обладают большим запасом долговечности, но не соответствуют новым теплотехническим требованиям. Им крайне необходимы современные теплоизоляционные системы (рис. 1), а дополнительная площадь может стать полезной. Простой подсчет показывает, что площадь плоских покрытий и пустующих чердаков таких зданий составляет около 600 млн м², поэтому устройство мансардной надстройки или утепление чердака позволит увеличить полезную площадь на 50 млн м² и более. Таким образом, можно получить до полумиллиона современных квартир на городских территориях с развитой инфраструктурой, площадь каждой из которых составляет не менее 100 м².

Теоретическая часть

К самым существенным энергосберегающим достоинст­вам мансард относят:

— возможность увеличения суммарной площади зданий за счет переоборудования и перепланировки последнего этажа;
— повышение энергоэффективности зданий благодаря тому, что мансардные этажи потребляют на 30-40% меньше тепловой энергии на отопление, чем этажи с вертикальными стенами при одинаковой отапливаемой площади [12];
— увеличение эксплуатационных сроков службы кровель и значительное сокращение теплопотерь через крыши зданий [13].

Важнейшими требованиями, предъявляемыми к компонентам, из которых состоят ограждающие конструкции домов мансардного типа, являются:

— близость параметров долговечности всех составляющих конструкцию элементов, так как утрата требуемых эксплуатационных свойств хотя бы одного из них требует замены всей конструкции в целом;
— достаточная прочность в сочетании с пониженной теплопроводностью;
— пожарная безопасность.

Конструкция крыши в зданиях с этажом мансардного типа может иметь различные конструктивные решения. Анализ особенностей наиболее распространенного их типа (рис. 2) показывает, что теплоизоляционный слой, расположенный в подкровельном пространстве, требует дву­сторонней обрешетки и пароизоляции.

Представленное решение (рис. 2) обусловлено высокими теплоизоляционными свойствами минераловатных, газосиликатных и пенополимерных изделий. Однако не секрет, что эти материалы обладают рядом эксплуатационных недостатков, к которым относятся:

– способность газосиликата и минераловатных плит интенсивно сорбировать парообразную влагу [14];
– низкая устойчивость газосиликата к изгибающим и ударным воздействиям, приводящая к разрывам сплошности и утрате теплоизоляционных свойств;
– пенополимеры паронепроницаемы и горючи. Их эксплуатационная стабильность в разы короче долговечности остальных элементов кровли;
– слеживаемость волокнистой теплоизоляции, особенно интенсивно развивающаяся в скатных конструкциях [15].

Перечисленные особенности традиционно применяемых материалов предопределили тот объем строительно-монтажных работ, который регламентирует необходимость пароизоляции и устройства внутренней обрешетки в случае применения газосиликата или минераловатных плит. Обязательность выполнения противопожарной защиты при использовании изделий из пенополистирола. А это, как правило, приводит к возникновению производственных проблем при сдаче объектов в эксплуатацию.

Результаты и обсуждение

Появление на рынке стройиндустрии такого материала, как фибропенобетон [16, 17] предлагает строительному комплексу материал, который по теплотехническим свойствам конкурентоспособен минераловатным изделиям и превосходит газосиликатные. А по сорбционным, прочностным свойствам и формоустойчивости существенно лучше их (см. табл.). Что касается пенополимеров, то важно понимать, что изделия из фибропенобетона негорючи и экологически дружественны живым организмам.

Свойства теплоизоляционных материалов, применяемых при устройстве мансардных этажей и кровель зданий

Тип материала	Минераловатный				Пенополистирольный		Ячеистобетонный
Производитель	Rockwool (Дания)	ОАО «Мостермостекло»	Ursa,ОАО «Чудово» (Россия)	ISOVER (Финляндия)	Basf (Германия)	ООО «ФГТ – пластик» (Россия)	Предприятия стройиндустрии России
Маркировка	РОЛБАТС	П-35, П-50	М15	КТ-11	Стинодур 28008	ПСБ-С-25	Газосиликат	Фибропенобетон
Плотность, кг/м3	30	35, 50	14 ÷ 16	от 11 до 18	28	от 16 до 25	300	200	300
Прочность при сжатии/изгибе, МПа	—	0,03 0,005	—	—	0,08 0,012	0,03 0,008	0,05 0,005	0,06 0,02	0,10 0,06
Теплопроводность, при 25/10оС, Вт/(м°С), не более	–/0,036	0,043/ 0,035	0,046/ 0,038	0,041/ 0,036	–/0,30	0,039	0,08/0,07	0,05/0,04	0,07/0,06
Сорбционная влажность, % по массе	2	2	5	3	1	2	7	4	4
Горючесть	несгораемый				сгораемый (самозатухаемый)	сгораемый (самозату­хаемый)	несгораемый

На рис. 3 представлены конструктивные особенности мансардной кровли с теплоизоляцией из фибропенобетона. Снижение материалоемкости возможно потому, что механические свойства этого материала (см. табл.) позволяют исключать внутреннюю обрешетку из обязательного перечня строительных элементов при устройстве кровли или возведении мансардного этажа.

Фибропенобетонные теплоизоляционные плиты выпускают регулируемой толщины (в зависимости от климатических условий района строительства). Длины и ширины – в зависимости от габаритных размеров несущих конструктивных элементов кровли.

Изделия из фибропенобетона не могут слеживаться в течение всего периода эксплуатации зданий потому, что бетоны не обладают таким качеством. Это – одно из важнейших свойств, которым должна обладать теплоизоляция, эксплуатируемая в наклонных конструкциях мансардных этажей.

Выводы:

Анализ номенклатуры изделий, используемых современным строительным комплексом с целью обеспечения долговечности и энергоэффективности зданий, показал, что традиционно применяемые материалы не полностью удовлетворяют возросшим требованиям по безопасности, долговечности, комплексной эффективности.

Авторы обращают внимание специалистов на изделия из фибропенобетона, применение которых позволяет обеспечивать снижение материалоемкости и трудоемкости возведения крышных конструкций, а также способствует увеличению долговечности их эксплуатации.

Библиографический список

1. Рощина С.И., Воронов В.И., Грязнов М.В., Щелокова Т.Н. Техническая эксплуатация и ремонт зданий и сооружений: учеб. пособие / С. И. Рощина [и др.] ; Владим. гос. ун-т. – Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2009, – 200 с.
2. Кувшинов Ю.Я. Энергосбережение в системе обеспечения микроклимата зданий, – М.: АСВ, 2010, – 320 с.
3. Романенко Е.Ю. Повышение энергетической эффективности ограждающих конструкций – путь повышения эффективности эксплуатации зданий и сооружений// Вестник Дона (электронный научный журнал), №4, 2008, – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/116_Romanenko. – Яз. рус.
4. Моргун В.Н. Размышления об эффективности стеновых материалов// Инженерный Вестник Дона (электронный научный журнал), №4, 2008, – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4y2008/703. – Яз. рус.
5. Корниенко С.В. Проблемы теплозащиты стен зданий//Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая, вып. 1 (25), 2013. URL: http://vestnik.vgasu.ru/attachments/Kornienko, 1(25), 2013, 1.pdf
6. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий, Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003, действующий статус, 2018.
7. СП 230.1325800.2015 Конструкции ограждающие зданий. Характеристики теплотехнических неоднородностей, действующий статус, 2018.
8. http://snip1.ru/skolko-xrushhyovok-v-rossii/
9. Абрамян С.Г., Оганесян О. В. Определение термина «реконструкция» зданий и сооружений в действующих нормативных документах// scientific-conference.com
10. Косо Йожев. Ваш новый дом. Энергосберегающие технологии. – М.: АСВ, 2008, – 230 с.
11. Бондаренко Е.Ю. История городов. Владивосток, 2002, – 125 с.
12. Бондаренко Е.Ю. Оценка состояния жилищного и малоэтажного строительства на территории городского округа города Самара // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований №2, 2015, с. 108-125.
13. Смородин С.Н., Белоусов В.Н., Лакомкин В.Ю. Методы энергосбережения в энергетических, технологических установках и строительстве: учебное пособие / СПбГТУРП. – СПб., 2014, – 99 с.
14. Чернышев Е.М., Федин А.А., Потамошнева Н.Д., Кухтин Ю.А. Газосиликат: современная гибкая технология материала и изделий // Строительные материалы, 2007, № 4, с. 4-10.
15. Пятаев Е.Р., Жуков А.Ю. Эксплуатационная стойкость волокнистой теплоизоляции//Сб. тр. «Актуальные вопросы науки и практики в ХХI веке», МГСУ, 2016, с. 47-51.
16. Моргун Л.В., Моргун В.Н., Богатина А.Ю. К вопросу анализа эффективности современных стеновых конструкций. Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета, т.16, №9, 2016, с. 116-120.
17. Моргун В.Н., Моргун Л.В., Виснап А.В., Богатина А.Ю. О свойствах материалов, соответствующих требованиям крупнопанельного домостроения // Строительные материалы, №10, 2016, с. 24-26.