Загородный дом: тепло, светло, энергоэффективно
Продолжаем тему загородного домостроения, начатую в прошлом номере. Российские производители строительных материалов, изделий и конструкций рассказывают о современных подходах к достижению энергоэффективности дома и экономии затрат на его обслуживание в будущем.
Давно прошли времена, когда тепло в помещениях достигалось за счет мощных ограждающих конструкций. Сейчас уже не строят кирпичные дома с толстенными стенами в метр, а то и полтора. Технический прогресс позволяет экономить на стеновых материалах без ущерба для комфорта жителей.
Профессиональным строителям хорошо известно, что энергоэффективность стены зависит от ее теплопроводности. Чем этот параметр меньше, тем в доме теплее. Поэтому тепловая защита любого современного здания строится на основе материалов с низкой теплопроводностью, которые так и называются: утеплители или теплоизоляция. Их коэффициент теплопроводности варьируется от 0,029 до 0,072 Вт/(м·°С) в зависимости от химического состава, плотности и условий эксплуатации. У стеновых материалов данная характеристика, можно сказать, на порядок выше. Так, например, коэффициент теплопроводности дерева составляет 0,14–0,41 Вт/(м·°С), газо- и пенобетона — 0,14–0,55 Вт/(м·°С), кирпичной кладки — 0,41–0,87 Вт/(м·°С).
В интернете можно встретить другие значения коэффициентов теплопроводности различных утеплителей, но мы взяли цифры, пожалуй, из наиболее авторитетного источника — главного российского норматива по теплозащите, обновленного в этом году, — СП 50.13330.2024 «СНИП 23.02.2003 Тепловая защита зданий».
Толщина не имеет значения
Для достижения одинакового уровня защиты от холода зимой и жары летом потребуется, допустим, метровая кирпичная стена или современный утеплитель толщиной 10 см. Неудивительно, что сегодня загородные дома, как правило, возводятся с толщиной основного стенового материала в пару-тройку сотен миллиметров, а то и меньше. Кирпичные — толщиной один или полтора кирпича (250 или 380 мм), газобетонные — 200–300 мм, деревянные из бруса — 100–150 мм. Основной стеновой материал служит главным образом в качестве несущей нагрузки, а теплозащитные функции берет на себя утеплитель.
В результате стена представляет собой «слоеный пирог» из несущего (основного) стенового материала, теплоизоляции и отделки (штукатурка, декоративный кирпич, керамическая плитка и т. д.). Толщина утеплителя стен определяется теплотехническим расчетом. В зависимости от климатических условий и выбранного теплоизоляционного материала она может составить от 50 до 200 мм.
— В общей сумме капитальных затрат на строительство загородного дома теплоизоляция занимает малую долю, но при этом вносит самый большой вклад в энергоэффективность и сокращение эксплуатационных расходов в будущем, — уверена Елена Пашкова, директор сбытового подразделения ГК HOTROCK, производителя теплоизоляции из каменных ват и сопутствующих материалов.
Таким образом, для защиты здания от потерь тепла первостепенное значение имеет не толщина несущих стеновых конструкций, а качество теплоизоляционного материала.
Универсальность и многофункциональность
— Правильно смонтированный теплоизоляционный слой снижает потребление энергоресурсов, позволяя значительно экономить на коммунальных услугах, — продолжает Елена Пашкова. — Тем самым обеспечивается оптимальный микроклимат во внутренних помещениях дома, улучшается звукоизоляция, предотвращается разрушение стен, повышается долговечность здания в целом.
Следует отметить, что при этом утепление дома должно быть комплексным.
— Для того чтобы добиться реального сокращения теплопотерь, утеплять каменной ватой нужно не только сами стены, но и все остальные ограждающие конструкции — кровлю и пол над холодным подвалом. Это позволит сократить затраты на отопление до 70%, — утверждает Александр Коршунов, менеджер по развитию DIY-сегмента компании РОКВУЛ.
По его словам, каменная вата решает сразу три задачи: удерживает тепло, обеспечивает шумоизоляцию и защищает от огня. Многофункциональность материала подразумевает его выбор по нескольким критериям.
— При подборе утеплителя помимо очевидного показателя — теплопроводности важно обращать внимание и на другие, не менее значимые характеристики, — отмечает Елена Пашкова. — Например, на стойкость к воздействиям со стороны окружающей среды, долговечность, экологичность. Так, срок службы базальтовой изоляции HOTROCK превышает 50 лет, что исключает необходимость частой замены, а натуральное сырье в составе гарантирует максимальную экологическую безопасность.
Производители минеральной ваты обращают внимание на огнестойкость своей продукции, считая это важным преимуществом.
— Каменная вата повышает не только комфорт в доме, снижая теплопотери, но и безопасность, поскольку относится к негорючим материалам, — комментирует Максим Мешков, руководитель направления по развитию ООО «Русатом Изоплит». — В результате увеличивается долговечность конструкций, продлевается период эффективной эксплуатации до капитального ремонта. А если смотреть в целом, то применение теплоизоляции позволяет снизить выбросы углекислого газа в атмосферу и замедлить темп глобального потепления.
Разнообразие материалов
Помимо каменной ваты, для утепления загородного дома используются такие материалы, как минеральная вата на основе стекловолокна, пенополиуретан, пенополиизоцианурат, вспененный синтетический каучук и различные виды пенополистирола. Последний распространен столь же широко, что и минераловатные утеплители.
Как и минеральная вата, пенополистирол обладает высокими теплозащитными характеристиками. Среди преимуществ материала производители обычно называют возможность изготавливать из него несъемную опалубку для всей «коробки» дома (до трех этажей), которая образует эффективный утепленный контур здания. Кроме того, часто отмечают пластичность пенополистирола, благодаря которой можно создавать широкий спектр декоративных элементов для украшения фасада и интерьера — колонны, пилястры, арки, балясины, потолочные розетки, молдинги, карнизы и многое другое.
К преимуществам пенополистирола относят и экологическую безопасность.
— Про экологичность могу добавить только одно: вся наша продукция изготавливается из пенополистирола, а он, как известно, состоит из 2% сырья и 98% воздуха, — констатирует руководитель департамента маркетинга и рекламы ГК «Мосстрой-31» Михаил Волконский.
Прозрачная энергоэффективность
В загородном доме должно быть зимой тепло, летом прохладно и в любое время года светло. В последние годы отмечается тренд на все большее использование светопрозрачных конструкций из стекла для фасадов. Эта тенденция особенно актуальна в частном домостроении, включая загородное строительство. Следовательно, конструкции из стекла тоже необходимо наделять энергосберегающей функцией.
— Мы выпускаем различные виды стеклопакетов и стеклоизделий, в том числе энергосберегающие, которые работают на сохранение тепла в помещении; солнцезащитные, отражающие избыточное солнечное излучение и обеспечивающие приватность, а также мультифункциональные, которые сочетают обе эти функции, — рассказывает Сергей Доршуков, руководитель группы обучения и оценки RGC, подразделения Российской стекольной компании (РСК). — Благодаря применению дополнительных инновационных материалов эти светопрозрачные конструкции отличаются высокими светотехническими, а также тепло- и звукоизоляционными характеристиками, высоким классом безопасности.
По словам Сергея Доршукова, в РСК сегодня разрабатываются, проходят испытания и производятся сложные наукоемкие стеклоизделия с переменной прозрачностью, обогреваемыми стеклами, ЖК-матрицей и сенсорной панелью и т. д. Все они могут дистанционно управляться и легко интегрироваться в высокотехнологичные экосистемы умного дома.
Купол как уникальная конструкция
Лаборатория деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» совместно с ООО «ЦНИПС ЛДК» разрабатывает проекты большепролетных каркасов покрытия из клееных деревянных конструкций (КДК). По их проектам построено более 10 аквапарков по всей России. Крупнейший из них – аквапарк «Питерлэнд» в парке 300-летия Санкт-Петербурга. Об особенностях проекта «Строительному Еженедельнику» рассказал заведующий лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Александр Погорельцев:
– В бассейнах и аквапарках КДК имеют преимущества перед конструкциями из металла или железобетона. Для них хлорирование или озонирование воды создает агрессивную среду, нейтральную для древесины.
В ТРК «Питерлэнд» смонтирован ребристый купол диаметром 90 м и высотой 45 м. Особенности конструкций связаны в основном с его габаритами. В плане меридиональные ребра купола опираются с шагом 14,5 м на нижнее железобетонное кольцо и на стальное верхнее кольцо диаметром 5 м. Основные ребра длиной около 60 м выполнены в виде серповидных сборных ферм и сами по себе являются уникальными в части принятых конструктивных решений, изготовления, сборки и монтажа. На эти ребра с шагом 6 м опираются девять криволинейных кольцевых элементов, из которых два – верхний и нижний – являются опорами для 60 промежуточных меридиональных ребер. Нижний кольцевой элемент выполнен в виде горизонтальной фермы, воспринимающей реакции опор от промежуточных ребер и нагрузки от кольцевой технологической площадки. Остальные кольца являются распорками между меридиональными ребрами для обеспечения их устойчивости.
В конструкции купола реализованы основные принципы «системы ЦНИИСК», все основные узлы и стыки поясов серповидных ребер выполнены на наклонно вклеенных стержнях и V-образных анкерах. Это уникальная система узловых соединений, основанная на вклеивании в древесину арматурных стержней периодического профиля. Россия обладает приоритетом в области подобных узловых соединений деревянных конструкций.
Все жесткие стыки ребер и соединения закладных деталей со стержнями, вклеенными на заводе и на монтаже, выполнены ручной сваркой. Экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИСК с целью оценки влияния сварки на соединения, показали, что существующий «психологический» барьер при сварке деревянных конструкций успешно преодолевается. При соблюдении нескольких рекомендаций сварка практически не сказывается на несущей способности соединений.
Меридиональные ребра состоят из четырех отправочных блоков полной заводской готовности, соединяемых на монтаже жесткими стыками на сварке. Все блоки по торцам снабжены выпусками V-образных анкеров и закладными деталями.
Проблемы допусков по длине для меридиональных ребер решены с помощью зазоров около 40 мм между торцами поясов, заполняемых полимербетоном после сварки V-образных анкеров и стальных полос. Этим достигается плотный контакт по площадкам сжатия.
Треугольная решетка меридиональных ребер включает горизонтальные и вертикальные элементы. Горизонтальные соединены с поясами на цилиндрических нагелях и шпильках, а вертикальные – с усилием растяжения до 40 т – путем сварки выпусков вклеенных стержней и закладных деталей на раскосах.
Сборка и монтаж меридиональных ребер производились в три этапа: сначала на жестком горизонтальном стенде производилась предварительная сборка блоков в проектных габаритах, затем окончательная сборка в вертикальном стальном стенде с последующей установкой блоков в проектное положение.
Из-за кризиса 2008 года после монтажа каркаса купола строительство было приостановлено – и возобновлено только в 2011 году. В результате влажность древесины, не защищенной от атмосферных осадков, значительно превысила величину равновесной влажности, соответствующей условиям эксплуатации. Быстрое завершение строительства и ввод в эксплуатацию могли привести к неравномерной усушке древесины и, как следствие, к появлению значительных трещин и расслоений. Разработанные в ЦНИИСК рекомендации по обеспечению температурно-влажностного режима при завершении строительства позволили избежать этих проблем.
Цифровые технологии – спорту
Олимпиада в Сочи и Чемпионат мира по футболу – 2018 задали новые требования к проектированию и строительству спортивных сооружений в России. О том, как создать современный спортивный объект мирового класса и уложиться в жесткий дедлайн, рассказывает руководитель отдела ОВиКВ компании «Метрополис» Сергей Брюзгин.
Проектирование спортивных сооружений – задача сложная и ответственная. Объекты такого рода сочетают в себе яркую, запоминающуюся архитектуру и комплекс сложнейших инженерных систем. Именно поэтому проектировщики постоянно находятся в поиске новых эффективных решений для работы с такими проектами.
В основе – технологии
Одними из наиболее успешных разработок, активно используемых проектировщиками, являются BIM-технологии. Их применение при проектировании современных сложных объектов, к числу которых относятся и спортивные сооружения, является одним из ключевых условий успешных инвестиций заказчика, ведь технология BIM-проектирования позволяет существенно сэкономить время и средства, необходимые для реализации проекта.
Эта технология дает возможность повысить качество проектирования и на раннем этапе представить полную картину того, как будет выглядеть и функционировать объект. При необходимости заказчик может своевременно внести корректировки в проект на той стадии, когда изменения не влекут за собой больших затрат. Это отличная возможность для всех участников проекта получить практически идеальный продукт, обладающий внешней привлекательностью, комфортом и безопасностью среды и, что самое главное, инвестиционной привлекательностью.
Сейчас все проекты нашей компании разрабатываются с применением этой технологии. Например, Центр художественной гимнастики имени Ирины Винер-Усмановой еще в 2016 году получил первое место на конкурсе BIM-технологий, организованном Минстроем РФ.
Другая многообещающая разработка – достаточно молодая в строительной сфере технология математического моделирования (CFD-моделирование). До ее появления то или иное техническое решение можно было обосновать либо опираясь на накопленный опыт (чаще всего используя решения, принятые ранее для подобных объектов), либо при помощи натурных испытаний (создание макета, испытательного стенда и т.п.). Первый вариант – рискованный (аналогичный объект может достаточно сильно отличаться по своим характеристикам от проектируемого, что может дать свою погрешность и привести к неработоспособности решения). Второй – затратный как по деньгам, так и по времени, не говоря о том, что далеко не все макеты можно физически реализовать. Технология CFD дает возможность за пару дней, а иногда и за несколько часов решить нестандартный узел, внести в него требуемые корректировки и добиться эффективности и работоспособности решения.
Мы применяли CFD-моделирование при проектировании таких объектов, как Центр художественной гимнастики в Москве, многофункциональный плавательный центр «Лужники», крытый каток Москомспорта, а также при проектировании жилых зданий.
До того, как мы освоили эту технологию, нам казалось, что ее применение будет востребовано только на уникальных объектах, однако практика показала, что использование CFD-моделей полезно для объектов любого уровня сложности. С его помощью можно решать такие задачи, как распределение температур в сложных трехмерных многослойных конструкциях, расчет параметров микроклимата помещений, воздухораспределение, расчет потерь давления в нестандартных сетевых элементах и т. д.
Данная технология дает специалисту возможность на раннем этапе проектирования отследить вероятные недочеты потенциальных инженерных решений, а иногда и понять, что предлагаемое решение слишком затратно (как энергетически, так и финансово) или вовсе нежизнеспособно. Например, для проверки условий, создаваемых для зрителей и спортсменов, наша компания выполняла оценку проектных решений систем вентиляции и кондиционирования главной арены Центра художественной гимнастики в Москве при помощи CFD-моделирования. Для достижения оптимального результата нам пришлось провести 8 итераций расчетов, в результате чего системы вентиляции и кондиционирования были значительно переработаны. Это еще раз подтверждает: CFD-моделирование и проектирование при помощи BIM-технологий позволяет на раннем этапе выявить проблемы и оптимизировать проектные решения. А заказчик, в свою очередь, получает наглядное, интуитивно понятное обоснование принимаемых решений. Вот несколько примеров выполненных расчетов:
В гармонии со стройкой
Посмотрим, как применение этих технологий реально отражается на строительном процессе. В качестве примера возьмем Центр художественной гимнастики. Для проектируемого объекта выполнялись следующие стадии проекта:
- концептуальные решения (стадия «К»);
- стадия «Проектная документация» (стадия «П»);
- стадия «Рабочая документация» (стадия «Р»);
- авторский надзор.
Проект стадии «К» стартовал в конце мая 2016 года и длился примерно 2 месяца. Последующая стадия «П» длилась примерно 3,5 месяца. Стадия «Р» длилась примерно 2 года, при этом строительные работы на объекте велись с запаздыванием от проекта всего на 2–3 месяца, иногда этот разрыв становился еще меньше, так что можно сказать, что проект стадии «Р», строительство и авторский надзор шли практически параллельно.
Основные сложности при проектировании как раз и связаны с малым разрывом в сроках между разработкой проектного решения и выдачей его для реализации на стройплощадку. У инженеров и архитекторов остается очень немного времени на принятие и согласование решений, и ошибки при таких малых сроках недопустимы. Именно использование BIM-технологий и, в частности, CFD-моделирования позволяет проектировщикам достаточно комфортно чувствовать себя в процессе взаимодействия со всеми заинтересованными сторонами. При этом есть, конечно, одно обязательно условие, с чем нам повезло: в арсенале всех участников проекта были современные технологии и подходы к проектированию, что позволило выполнить поставленную задачу в требуемый срок.
