Повышение энергоэффективности наружных стен малоэтажных зданий применением поризованных конструктивных материалов

Показана перспективность поризованных материалов в повышении энергоэффективности наружных стен. Представлены преимущества автоклавных газобетонов относительно традиционных монолитных и полых материалов. Охарактеризованы теплофизические свойства современных поризованных керамических блоков.
Ключевые слова: энергоэффективность, конструктивные материалы, газобетон, керамика, наружные стены
Сокращение потребления невозобновляемых энергоресурсов является одним из приоритетных направлений обеспечения устойчивого развития и поддержания энергетической безопасности страны. В сегодняшних условиях роста цен на энергоносители необходимым является использование энергосберегающих технологий и материалов при возведении зданий. В Российской Федерации принятие закона «Об энергосбережении» и нормативных документов в сфере тепловой защиты, требует учета принципов энергоэффективности при выборе материалов для строительства.
Эксплуатация индивидуальных малоэтажных зданий сопряжена с высоким расходом энергоресурсов, что требует использования материалов и технологий, обеспечивающих снижение теплопотерь. В связи со значительными теплопотерями через наружные стены, составляющими до 35% от общих потерь тепла для малоэтажных строений [1], актуальными являются исследования конструктивных материалов, обеспечивающих повышенную энергоэффективность наружных стен. Целью статьи является представление возможностей применения поризованных конструктивных материалов с высоким сопротивлением теплопередаче.
Традиционные монолитные кирпичные и бетонные материалы не соответствуют современным нормативам по теплозащите, что требует значительного утолщения стен при строительстве. Даже для пустотелого кирпича и керамзитобетона, достижение термического сопротивления 2,8-3,3 м2·К/Вт требует толщины стен 1,2-2,5 метра, при этом вес 1 м2 составит 1150-4500 кг [2]. Повышение энергоэффективности конструктивных материалов обеспечивается за счет создания поризованных и наполненных изделий. Например, в публикациях рассматриваются усовершенствованные виды бетонов – автоклавный газобетон, теплоизоляционный пенобетон, поризованный бетон, бетоны, наполненные фиброматериалами [3, 4].
Энергоэффективность поризованных материалов обеспечивается тем, что показатели плотности, которые по нормативам должны быть до 600 кг/м3 коррелируют с теплопроводностью. В отличие от монолитных бетонов пористые изделия отличаются пониженной теплопроводностью. Однако снижение плотности требует учета изменений других важных характеристик - прочности, морозостойкости и др. Так, энергоэффективный полистиролбетон с плотностью до 350 кг/м3, обладает недостаточной для несущих стен прочностью (до 1,2 МПа) и морозостойкостью, а также дороговизной технологии получения

.
Оптимальным сочетанием физико-механических и теплофизических характеристик обладает ячеистый бетон. Ячеистый бетон, наиболее популярной разновидностью которого является автоклавный газобетон (АГБ), отличается лучшей прочностью, плотностью, морозостойкостью, теплопроводностью, усадкой и пониженным водопоглощением. Однако его свойства сильно дифференцированы от технологических параметров производства, где нарушения стабильности технологии (превышение плотности выше 400 кг/м3) могут, с одной стороны, привести к меньшей теплопроводности, а с другой, к значительному снижению прочности и морозостойкости. Исследования конструкций наружных стен из АГБ показали, что для моноизделия 0,4-0,5 м достигается достаточное термическое сопротивление 3,1-4,5 м2·К/Вт для большинства регионов, а энергоэффективность может быть повышена за счет облицовки кирпичом, керамической плиткой и навесными фасадами [5].
В работе Брынзина Е.В., Паруты В.А. отмечено, что даже многослойные конструкции из кирпича или керамзитобетона с волокнистыми утеплителями недостаточно эффективны в связи с неоднородностью по плотности, прочности и теплопроводности, а также в связи со сложностью крепления и стоимостью. Использование АГБ представляется авторам предпочтительным по критериям теплозащиты, энергоемкости производства, стоимости и трудоемкости работ. Достигается снижение расхода тепловой энергии до 45% [2].
Сравнение некоторых теплофизических характеристик наиболее распространенных конструктивных материалов для наружных стен, в частности пустотелых кирпичных и керамических изделий (таблица 1), показывает, что АГБ имеет существенные преимущества по показателям плотности, теплопроводности, термического сопротивления.
Таблица 1. Сравнительные характеристики конструктивных материалов [2]
Характеристика Керамзито-бетон
Керамический кирпич пустотелый Силикатный кирпич пустотелый АГБ
Средняя плотность, кг/м3 100 1400 1400 300-600
Теплопроводность, Вт/м·К
0,41 0,58 0,64 0,11-0,16
Традиционная толщина стен, м
0,35 0,51-0,62 0,51-0,62 0,375-0,5
Термическое сопротивление,
R, м2·К/Вт 1,02 1,04-1,23 0,96-1,13 3,1-4,5
Наряду с охарактеризованным выше АГБ, в современном малоэтажном домостроении активно применяется поризованная керамика, пустоты в которой формируются при выгорании различных наполнителей глины. Поризованная керамика является альтернативой традиционным кирпичным и керамическим материалам при возведении наружных стен малоэтажных зданий в связи с их схожей архитектурной выразительностью и со значительно более высокой энергоэффективностью керамических блоков. Отверстия в поризованной керамике, расположенные определенным образом, способствуют росту сопротивления теплопередаче до 2 раз, относительно монолитных изделий