Современные стены

Требования, предъявляемые к жилью, и технологии строительства за последние сто лет претерпели значительные изменения. Особенно значительные изменения произошли на рынке строительных материалов. Для наибольшей эффективности расходования средств при строительстве жилья, к выбору конструкции здания следует подходить очень взвешенно, произведя сравнительный анализ как можно большего числа предложений. К тому же к домам, предназначенным для постоянного проживания, в последние три года предъявляются жесткие требования по теплосбережению. Государственная политика в области энергосбережения, следуя мировым и, в первую очередь, европейским тенденциям, направлена на удорожание строительства, окупаемое в идеале за 15-25 лет эксплуатации за счет экономии на отоплении. Удорожание сказывается только на ограждающих конструкциях здания: стенах, кровле, светопрозрачных и других заполнениях стеновых проемов. И именно в контексте новых требований к качеству и экономичности стеновых конструкций мы и поведем речь о наружных стенах. Функции стен Каково назначение наружных стен? Это несущие и/или ограждающие конструкции. Можно выделить два основных типа конструктивных систем: бескаркасный (с несущими стенами) и каркасный (при котором все нагрузки воспринимаются каркасом здания, а функция наружных стен сводится только к изоляции помещений от воздействий окружающей среды). Обе конструктивные системы зданий активно применяются, причем развитие каждой из них опирается на постоянно совершенствуемые технологии строительства и появляющиеся на рынке новые материалы и технические решения. Итак, вернемся к функциям стен. В бескаркасной конструктивной системе наружные стены выполняют не только ограждающую, но и несущую функцию, воспринимая нагрузки от верхних этажей, перекрытий и крыши дома. Именно стены здесь обеспечивают объемную целостность здания. Но при этом требования к их теплосберегающей способности остаются на уровне, задаваемом современными нормами. Прочность и теплопроводность большинства строительных материалов обратно пропорциональны друг другу. Такая взаимозависимость механической прочности и теплопроводности привела современное строительство к созданию многослойных стен, в которых несущую функцию выполняет слой прочного материала с высокой теплопроводностью, а теплосберегающую роль берет на себя значительно менее прочный материал с высоким термическим сопротивлением. Впрочем, из этого правила существуют исключения: когда однослойные несущие стены для зданий высотой до трех этажей возводят из автоклавного газобетона и, с несколько меньшим успехом, из монолитного или штучного пенобетона. У зданий с несущим каркасом с наружных стен снимается требование к восприятию значительных нагрузок. Все, что должны выдерживать такие стены - это свой собственный вес и ветровые нагрузки, которые они передают каркасу. Эксплуатационные воздействия Мы не будем сейчас говорить о механических воздействиях на несущие стены, о том, что может случиться с ними при неравномерных просадках фундамента, при вибрации грунта вблизи оживленных автострад или промышленных предприятий, или при ударе о стену дома груженного кирпичом КамАЗа. Речь пойдет только о роли климатических воздействий и параметров микроклимата помещений на работу стены и, в режиме обратной связи, на микроклимат помещений. К основным факторам, влияющим на работу стены и на комфортность проживания, можно отнести: - разность температур наружного и внутреннего воздуха; - атмосферные осадки; - влажность воздуха внутри отапливаемого помещения; - ветровые нагрузки. Строго говоря, к сопротивлению теплопередаче наружных стен предъявляются требования, обусловленные не только заботой об экономии энергоресурсов, но и соображениями комфортности проживания. Со школы мы знаем, что движущей силой процесса теплопередачи является разность температур. Возьмем ситуацию - в помещении поддерживается требуемая температура 20° С. При этом температура наружного воздуха составляет -20° С. Разница температур составит 40°, и нагретая изнутри стена будет активно передавать тепло вовне. Если сопротивление теплопередаче наружной стены достаточно велико, то внутренняя ее поверхность будет холоднее температуры воздуха в помещении на 0,8-1,50, что не приведет к снижению комфортности микроклимата. Но если наружная стена недостаточно утеплена, то температура внутренней поверхности стены может стать ниже температуры комнатного воздуха на 2° и более, что приведет к образованию конвективных потоков («сквозняков»), делающих нахождение в помещении некомфортным. Атмосферные осадки Самое большое воздействие на стены оказывает косой дождь. Ветер с силой бросает воду на стены, что, при недостаточно продуманной конструкции стены в целом или отдельных ее узлов, может привести к намоканию конструкции и даже к проникновению воды внутрь помещений. Помимо дождя, на нижнюю часть стен воздействие оказывает подтаивающий снег, лежащий вплотную к цоколю здания или на балконных плитах и козырьках, а также брызги, отражающиеся от придомовой отмостки и тех же балконных плит. Самыми уязвимыми для протечек местами стен являются обрамления оконных проемов (и особенно устройство подоконного водоотлива) и примыкания к стенам различных горизонтальных и наклонных конструкций: входных тамбуров, козырьков, кровель, перильных ограждений, балконов. В холодное время года парциальное давление водяных паров в воздухе отапливаемых помещений значительно выше, чем в наружном воздухе. Поэтому даже при стопроцентной влажности уличного воздуха водяные пары мигрируют через толщу стены изнутри наружу. Температура внутри стеновой конструкции понижается от почти комнатной со стороны помещения до почти уличной с внешней стороны. Мигрирующие водяные пары, достигая определенной плоскости стеновой конструкции («точки росы») конденсируются, увлажняя стеновые материалы. Рост влажности строительных материалов всегда приводит к увеличению их теплопроводности, а это, в свою очередь, ведет к снижению сопротивления стены теплопередаче и повышению расхода энергии на обогрев здания. Для предотвращения такой ситуации, в стенах с эффективными утеплителями, обладающими значительным влагопоглощением, предусматривают слой пароизоляции, располагаемый в стене таким образом, чтобы отсечь водяные пары, идущие со стороны помещения, от утеплителя. Второе правило, позволяющее избежать намокания стен, заключается в том, что материалы в многослойных стеновых конструкциях располагают в порядке уменьшения их сопротивления паропроницанию - со стороны помещения располагается слой с наименьшей паропроницаемостью, а на улицу выходит наиболее паропроницаемый слой. Считается, что паронепроницаемые стены снижают комфортность микроклимата в помещениях: такие стены «не дышат». В качестве примера сравнивают деревянные дома с домами из кирпича и бетона. Однако современные технологии позволяют возводить стены, обеспечивающие большую комфортность, чем дерево. Во-первых, газо- и пенобетоны с плотностью до 600 кг/м3 более паропроницаемы, чем древесина (поперек волокон). Во-вторых, использование минераловатных утеплителей, взятых с тридцатипроцентным запасом относительно расчета, в сочетании с паропроницаемой противоконденсатной пленкой, позволяет получить стену с высокой паропропускающей способностью и, одновременно, достаточно «теплую». В-третьих, на рынке представлены утеплители, изготовленные из целлюлозного волокна, пароизоляцией для которых служит обыкновенная крафт-бумага - при помощи таких утеплителей получаются, пожалуй, наиболее «экологичные» из существующих стеновых конструкций. Воздействие ветра Ветровые нагрузки, на стойкость к которым рассчитывают мачты ЛЭП и заводские трубы, не оказывают существенного воздействия на малоэтажную застройку. Редкие ураганы, проходящие по средней полосе России, способны сорвать с дома ветхую кровлю, но случаи разрушения ветром стен загородных зданий не известны. Другое дело, влияние ветра на эффективность работы утеплителей. Низкая теплопроводность всех утеплителей обусловлена наличием в них пор, заполненных воздухом. Чем больше таких пор, чем мельче их размер и меньшая доля в объеме материала приходится на его твердую фазу, тем большим термическим сопротивлением будет обладать материал. Теплосберегающие материалы различаются по характеру пор: поры бывают открытые и закрытые (заключенный в закрытых порах воздух не сообщается с атмосферным воздухом напрямую). Воздействие ветра на теплосберегающую способность материалов с преобладанием закрытых пор невелико. Зато, воздействуя на открытые поры, ветер выносит из них устоявшийся нагретый воздух, сводя утепляющие свойства материала на нет. Для предотвращения негативного воздействия ветра на продуваемые утеплители используют ветрозащитные покрытия. В качестве ветрозащиты используют различные материалы: от паропроницаемых полипропиленовых пленок и ДВП до цементно-волокнистых листов и минераловатных утеплителей высокой плотности. Существующие типовые решения наружных стен Бескаркасные конструктивные системы Самым распространенным решением бескаркасной системы является устройство наружных стен из газо- или пенобетона с плотностью 450-600 кг/м3. Прочности этих материалов достаточно для возведения зданий высотой до трех этажей. В Санкт-Петербурге и области для обеспечения требуемого сопротивления теплопередаче толщина ячеистого бетона плотностью 500 кг/м3 должна составлять от 400 до 530 мм. При этом блоки должны укладываться не на цементно-песчаный раствор, а на специальный клей, обеспечивающий толщину швов между блоками 2-3 мм. Такой клей представляет собой цементно-песчаную смесь с крупностью песка до 1,25-1,5 мм с водоудерживающими добавками (эфиры целлюлозы). Ячеистые бетоны удобны тем, что в них легко штробятся каналы для разводки электрических проводов, водопроводных труб, труб системы отопления и т.д. Изнутри стена отделывается тонкослойной штукатуркой (толщиной 3-8 мм). Снаружи, для защиты от атмосферной влаги, стена должна быть облицована (либо лицевым кирпичом, либо штукатурными составами с обязательным покрытием их гидрофобными составами). Вес квадратного метра такой стены колеблется от 250 кг (без облицовки кирпичом) до 450 кг. Основных достоинств у стен из ячеистого бетона два: во-первых, достаточно высокая экологичность жилья, достигаемая за счет паропроницаемости конструкции (особенно не облицованной кирпичом и оштукатуренной известковыми штукатурками); во-вторых, низкая требовательность к квалификации строителей - при возведении таких стен брак, приводящий к заметному снижению эксплуатационных характеристик конструкции, появляется очень редко. Недостатки ячеистых бетонов: усадка при высыхании, достигающая у газобетона 1,5 мм/м и у пенобетона 2-5 мм/м, вследствие чего производить отделочные работы как изнутри, так и снаружи здания можно только после достижения стенами эксплуатационной влажности, что увеличивает сроки грамотно проводимого строительства. В ячеистых бетонах охотно поселяются грызуны, для защиты от которых необходимо предусматривать отдельные мероприятия. И, наконец, относительно высокая масса конструкции, требующая основательного подхода к устройству фундамента. Следующий вариант наружных стен бескаркасных зданий - стены из крупноформатных поризованных керамических блоков. Это качественно новый уровень в развитии керамического кирпича. Масса и толщина таких стен сравнимы с ячеисто-бетонными (хотя и выше), усадка при высыхании и поражаемость грызунами значительно меньше, но зато ниже паропроницаемость и удобство разводки инженерных коммуникаций. Относительно новым и активно развивающимся направлением является устройство несущих стен с наружным утеплением. Это направление развивается двумя путями: устройство наружного утепления с тонкослойной штукатуркой по утеплителю ("мокрые" системы) и устройство вентилируемых фасадов. «Мокрые» системы Несущие стены дома могут быть построены из любых достаточно прочных материалов: кирпича, бетона, ячеистого бетона, бетонных камней или других материалов. После устройства несущей части стены к ней приклеивают и закрепляют специальными фасадными дюбелями утеплитель (пенополистирол или минераловатные плиты) на утеплитель слоем 1,5-3 мм наносят специальный цементно-песчаный клей с полимерными добавками, в клей утапливают стекловолоконную армирующую сетку и закрывают ее вторым слоем клея. Далее на набравший начальную прочность клей наносят грунтовку и покрывают всю систему декоративной акриловой штукатуркой. Такая система имеет свои плюсы и минусы. Использование пенополистирола делает стену практически паронепроницаемой, но относительно дешевой. Минераловатные плиты избавляют от этого недостатка. Декоративные возможности системы велики, но требуют высокой квалификации исполнителей. Малый вес (не более 100 кг/м2) позволяет утеплять ранее возведенные здания без значительного увеличения нагрузки на фундамент. Вентилируемые фасады Наиболее активно развиваемый способ утепления наружных стен. Суть системы проста: на конструктивный слой стены крепится каркас из дерева, стали или алюминия, каркас заполняется утеплителем (минераловатные плиты) и сверху закрывается декоративными панелями или планками. Основным достоинством такой системы является наиболее благоприятный режим работы утеплителя: вентилируемая воздушная прослойка между облицовочным слоем и утеплителем способствует постоянному осушению толщи минеральной ваты, что позволяет гарантированно избежать намокания теплоизоляционного слоя. Предложение материалов для облицовочного слоя постоянно растет: это и цементные плиты, армированные асбестовым, синтетическим или целлюлозным волокном и покрытые окрасочными составами или каменной крошкой; и панели из натурального камня или керамического гранита; и полимерная (виниловая) «вагонка»; это и трехслойные алюминие-полипропиленовые панели и кассеты; и стальные панели с полимерным покрытием. Основные достоинства вентилируемых фасадов: оптимальный режим работы утеплителя, возможность проводить работы круглый год, высокие декоративные возможности. Но при проектировании и производстве работ требуется высокая квалификация. Каркасные конструктивные системы Сначала несколько слов о каркасе. Целям передачи нагрузок на фундамент могут служить внутренние стены здания, столбы и колонны, изготавливаемые из цельного или клееного бруса, металла, сборного или монолитного железобетона, кирпича и других материалов. Каркас может быть представлен балками цельных щитов при строительстве щитовых домов. Главное, что отличает каркасные здания - это то, что заполнение стеновых проемов не выполняет несущей функции. Наиболее типичный пример ненесущих стен в малоэтажном строительстве: внутренний слой стенового заполнения из листовых или погонажных материалов (гипсокартон, фанера, ЦСП, доска), затем слой пароизоляции или противоконденсатная пленка, слой утеплителя (как правило, минераловатные маты или плиты) и наружный облицовочный слой (панели, используемые для вентилируемых фасадов, доска, штукатурка по металлической или стекловолоконной сетке, то же ЦСП и т.д.). Другой вариант, часто используемый при строительстве торговых, производственных и складских зданий и редко применяемый в жилищном строительстве - панели с облицовкой профилированным стальным листом и заполнением теплоизоляционным материалом (минеральной ватой, пенополистиролом, пенополиуретаном). Отдельно следует сказать о применении в качестве утеплителя целлюлозного волокна (эковаты). Эковата, пожалуй, единственный из эффективных утеплителей, который практически не поражается насекомыми и грызунами из-за высокого содержания солей борной кислоты, применяемой как антипирен и антисептик. Будучи приготовленной из макулатуры, эковата не требует при своем применении устройства пароизоляционного слоя, т.к. на внутренней ее поверхности при эксплуатации образуется корка из склеенных волокон целлюлозы, а толща утеплителя набирая до 7% влажности не снижает теплоизоляционных характеристик вследствие того, что вода не заполняет воздушные поры, а вызывает набухание целлюлозы. Главным достоинством каркасных зданий с эффективным заполнением стеновых проемов является их малый вес, что позволяет устраивать легкие фундаменты и без дополнительных затрат возводить строения на просадочных грунтах. Второе достоинство - быстрота возведения. При прочих равных условиях строительство сборных каркасных зданий требует в 2-3 и более раз меньше времени, чем возведение зданий с несущими стенами из штучных материалов. Немаловажным достоинством легких домов является их относительная дешевизна, при не уступающей комфортности, сроке службы и ремонтопригодности.