НОРМИРОВАНИЕ УТЕПЛЕНИЯ ЗДАНИЙ В УКРАИНЕ. ДОСТИЖЕНИЯ И ПРОБЛЕМЫ.

А.А. Нечепорчук, канд.техн.наук

Основным общепризнанным показателем нормативного уровня энергоэфективности ограждающих конструкций зданий и сооружений жилищно-гражданского назначения считается минимальное обязательное теплосопротивление отдельных ограждающих элементов.

Минимальное нормативное теплосопротивление ограждающих конструкций в России вводилось в соответствии с требованиями СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника» [1] в два этапа, первый – с 1 сентября 1995 года в проектах и с 1 июля 1996 года в строительстве, второй – с 1 января 2000 года для строительства, кроме зданий высотой до 3 этажей со стенами из мелкоштучных материалов, реконструкции и капремонта.

В Республике Беларусь новые национальные нормы СНБ 2.04.01-97 «Строительная теплотехника» [2] вступили в действие с 1 мая 1998 года и действуют до сих пор.

Новые энергоэфективные требования к ограждающим конструкциям впервые были введены Украиной раньше других стран СНГ приказом Госстроя в декабре 1993 года и повышаются с апреля 2007 года в соответствии с ДБН В.2.6-31:2006 «Конструкції будинків і споруд. Теплова ізоляція будівель» [3], поддержав общую тенденцию повышения нормативных требований аналогично с нормами России и Республики Беларусь (таблица 1), нормами других развитых стран.

Таблица 1. Сопоставление минимально допустимого значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций жилых и гражданских зданий, Rq min, м2 ·ºС/Вт

Поз.	Вид ограждающей конструкции	Украина с 01.04.2007				Россия				Беларусь
		температурная зона				з 01.07.1996		з 01.07.1996
		І	ІІ	ІІІ	IV
		количество градусо-суток
		> 3501	3001 — 3500	2501 -3000	< 2500	4000	2000	4000	2000
1	Наружные стены	2,8	2,5	2,2	2,0	1,6	1,2	2,8	2,1	2,0-2,5
2а*	Покрытия и перекрытия неотапливас емых чердаков	4,95	4,5	3,9	3,3
2б		3,3	3,0	2,6	2,2	2,5	1,8	4,2	3,2	3,0
6а*	Окна, балконные двери, витрины, витражи, светопрозрачные фасады	0,6	0,56	0,5	0,45
6б		0,5	0,5	0,5	0,45	0,45	0,3	0,45	0,3	0,6

Примечание: знаку * соответствуют значения, вводимые с января 2008 года.

Сопоставление нормативных требований теплосопротивления ограждающих конструкций Украины и России при равных значениях среднего числа градусо-суток для различных температурных зон приведено в табл.2 по данным доклада Ю.А. Матросова на Международной конференции «Реконструкция жилья-2007» (6.06.2007, г.Киев).

Таблица 2. Сопоставление нормативных требований Украины и Росии при равном числе градусо-суток Rq min, м2 ·ºС/Вт

Ограждающие конструкции	Сопротивление теплопередаче
	зона
	I	II	III	IY
	расчетные температуры
	-22	-20	-18	-12
	средние градусо-сутки
	3750	3250	2750	2250
Украина
Наружные стены	2.8	2.5	2.2	2.0
Чердачные перекрытия	3.3	3.0	2.6	2.2
Окна	0.5	0.5	0.5	0.45
Россия
Наружные стены	2.7	2.5	2.4	2.2
Чердачные перекрытия	3.6	3.4	3.1	2.9
Окна	0.43	0.39	0.36	0.32

Повышение уровня нормативного теплосопротивления стен и окон, обусловленное введением нового ДБН вместо предыдущего СНиП, зависит от вида ограждающей конструкции и приведено в таблице 3.

Таблица 3. Сопоставление сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций жилых и гражданских зданий в нормах Украины

температурна зона	І			ІІ			ІІІ			IV
Наружные стены	СНиП	ДБН	прирост	СНиП	ДБН	прирост	СНиП	ДБН	прирост	СНиП	ДБН	прирост
крупнопанельные, монолитные с полимерным утеплителем	2.5	2.8	12%	2.40	2.5	4%	2.2	2.2	0%	2.00	2.0	0%
крупнопанельные, монолитные с минераловатным утеплителем	2.2	2.8	27%	2.10	2.5	19%	1.9	2.2	16%	1.80	2.0	11%
блочные из ячеистых бетонов	2	2.8	40%	1.90	2.5	32%	1.7	2.2	29%	1.50	2.0	33%
Блочне с пористым заполнителем	1.8	2.8	56%	1.70	2.5	47%	1.5	2.2	47%	1.30	2.0	54%
кирпичные, из керамкамня и мелких блоков	2.2	2.8	27%	2.10	2.5	19%	1.9	2.2	16%	1.70	2.0	18%
кирпичные, из керамкамня и мелких блоков многощелевые	1.6	2.8	75%	1.50	2.5	67%	1.4	2.2	57%	1.20	2.0	67%
при реконструкции и капремонте	2.2	2.8	27%	2.10	2.5	19%	1.9	2.2	16%	1.70	2.0	18%
Окна и балконные двери	0.5	0.6	20%	0.42	0.56	33%	0.42	0.5	19%	0.39	0.45	15%

Из сопоставления предыдущих и вводимых норм видно, что переход на новые нормы не приведет к существенным изменениям конструкции большинства фасадных систем, освоенных производством. Необходимость повышения толщины утеплителя при использовании наиболее традиционных материалов не превысит 50 мм с соответствующим повышением стоимости системы не более, чем на 25 грн/м2 (~5 $/м2). Вместе с тем, отдельные украинские строительные организации пытаются препятствовать внедрению новых нормативных требований, мотивируя заботой о предотвращении повышения стоимости квартир и «забывая» при этом о необходимости дальнейшей пожизненной расплаты жильцов за подобную экономию при оплате коммунальных услуг.

Проблема снижения стоимости мероприятий по утеплению здания решена в новых нормах путем введения альтернативного метода проектирования, при котором критерием являются удельные показатели теплопотерь здания в целом за год. При этом минимальное значение теплосопротивления отдельных ограждающих элементов может быть ниже нормативного, что позволяет оптимизировать тепловую санацию по критерию суммарных затрат. В настоящее время разрабатывается национальный стандарт по определению удельных показателей теплопотерь для различных зданий, который кроме подспорья проектировщиков станет инструментом оценки потребителями уровня энергоэффективности объектов. Наличие этих показателей в энергопаспортах зданий, вводимых с 2008 года, позволит сделать класс энергоэффективности объекта недвижимости коньюктурным показателем, влияющим на его потребительские свойства и стоимость. Анализ показателей энергопотребления в разных странах, приведенный в [7], свидетельствует о необходимости назначения национальных показателей с учетом достижений развитых стран, обеспечивая при этом экономически целесообразные решения на расчетный период действия норм.

Таким образом, нормативно определенные минимальные значения сопротивления теплопередачи и удельные показатели теплопотерь оптимизируют затраты на устройство ограждающей оболочки домов и эксплуатационные затраты на их отопление, учитывают особенности климатических условий Украины, мировые тенденции по снижению показателя удельных теплопотерь на отопление домов и возможный рост цен на энергоносители, принятую практику проектирования теплоизоляции домов.

Учитывая накопленный опыт эксплуатации енергоефективних ограждающих конструкций, необходимость обеспечения их эксплуатационной надежности на протяжении продолжительного времени, при разработке нормативных требований особое внимание уделено оценке влажностного режима ограждающих конструкций при их проектировании, выбора соответствующих методов расчетов. Влажное состояние материалов ограждающей конструкции определяет ее долговечность и пригодность к эксплуатации, уровень тепловых потоков через конструкции в отопительный период года.

Требования СНиП ІІ-3-79* "Строительная теплотехника" должны были обеспечивать ограничение увлажнения утеплителей путем определения минимального сопротивления паропроницанию (Rп, м2·ч·Па/мг), которое не допускает накопления влаги в ограждающей конструкции на протяжении годовой эксплуатации или ограничивает ее образование за период с минусовыми среднемесячными температурами внешнего воздуха. Но приведенные требования СНиП не обеспечили исключения конструктивных решений с конденсацией влаги в толще конструкции, которая свидетельствует о несовершенстве расчетных нормативных методов. При этом, даже при условии соблюдения формальных требований СНиП по сопротивлению паропроницанию количество влаги, которая конденсируется в толще конструкции, может достигать 1-2 кг/(м2* год).

Внедрение в ДБН В.2.6-31:2006 контроля состояния увлажнения на основании определения количества влаги, которая может быть сконденсирована в толще конструкции в отопительный период года с регламентацией допустимого значения этого количества, должно содействовать обеспечению допустимых теплопотерь через ограждающие конструкции домов.

Вместе с тем, необходимо отметить особенность применения контроля влажности материалов в новых нормативных требованиях. При проведении расчетов состояния ограждающих элементов в процессе эксплуатации предполагается стабильность их теплопроводности и паропроводимости. Рассмотрим возможные следствия такого подхода.

Вопрос стабильности теплопроводности материалов при их увлажнении исследуются на протяжении довольно продолжительного времени [4], [5], но с учетом заангажированности отдельных исследований, проводимых по заказу производителей утеплителей, примем для предварительной оценки работы ограждающих конструкций зависимости теплопроводности разных материалов от их влажности, предложенные в [4] и приведенные на рис.1.

Представленные данные не претендуют на достоверность применительно к проектным расчетам ограждающих конструкций с использованием конкретных утеплителей, отражая, вместе с тем, общую тенденцию влияния увлажнения на теплопроводность указанных групп материалов, которая позволяет исследовать отдельные тенденции поведения стены с утеплением в процессе эксплуатации.

Для получения количественной оценки состояния материалов стены во время эксплуатации автором разработана ее аналитическая модель в форме электронной таблицы, позволяющая корректировать термическую проводимость элементов утепления в зависимости от их влажности. Основной целью проведенных исследований было определение наличия и уровня влияния увлажнения элементов ограждающих конструкций на стабильность термического сопротивления, определенного в соответствии с требованиями ДБН В.2.6-31:2006, а также необходимости дальнейшего учета указанного влияния при проектировании фасадных систем.

Приложением Л.2 ДБН В.2.6-31:2006 предусмотрен порядок определения расчетных теплофизических характеристик строительных материалов, в том числе предполагается, что определение теплопроводности материала в увлажненном состоянии при значениях влажности образцов близких к расчетным выполняют в соответствии с ДСТУ Б В.2.7-105 [6] при расчетной температуре материала в конструкции, определенной для отопительного периода года (+10°С). Для анализа принято в качестве начального термосопротивление материалов в условиях эксплуатации Б, изменяемое в дальнейшем под воздействием температурно-климатических параметров, характерных для киевского региона.

Разделом 6 ДБН В.2.6-31:2006 лимитируется допустимое по теплоизоляционным характеристикам увеличение влажности материала в конструкции в холодный период года. Так, влажность ячеистых бетонов не должна превышать 1,2% по массе. При устройстве внешних стен из ячеистых бетонов возникает вопрос относительно стабильности их теплотехнических и эксплуатационных параметров с учетом возможного сверхнормативного увлажнения внешней части стены и удовлетворительного расчетного состояния влажности стены в целом. На рис.2 приведены данные сезонного изменения влажности стены из ячеистого бетона g=500 кг/м3 толщиной 450 мм, условно разбитой на слои толщиной по 150 мм. Концентрация влаги во внешнем слое на протяжении отопительного сезона существенно превышает массовую влажность стены в целом и может привести к отрицательным последствиям за счет размораживания части материала, его деструктуризации и потери теплоизолирующих свойств.

Приведенный пример, не выявив превышения нормативного уровня влажности материала, демонстрирует такую возможность при условии устройства стены с увлажненного бетона или предыдущего накопления влаги в процессе эксплуатации объекту. Учитывая возможность отрицательного влияния влажности на уровень паропроницаемости материала, необходимо провести дополнительные исследования состояния однородных стен из енергоефективних легких материалов с целью определения условий обеспечения их эксплуатационной надежности.

О необходимости учета влажности материала стены при использовании в расчетах параметров его тепловодности свидетельствуют натурные исследования влажности блоков из ячеистых бетонов AEROC EcoTerm, проведенные в Таллине [8]. При начальной влажности 14-25% ячеистый бетон в стенах зданий через 1,5 года эксплуатации достиг средней влажности ~8,5%. Выявленное в указанных экспериментах неравномерное распределение влаги по толщине стены является еще одним аргументом необходимости уточнения фактической работы стен из ячеистых бетонов, для которых нормативный уровень теплопроводности при их объемной массе 200-600 кг/м3 определен исходя из влажности 6%.

Наиболее распространенной практикой выбора типа утеплителя на сегодня есть минимизация стоимости системы утепления с учетом, в отдельных случаях, ограничений, определенных пожарными требованиями. При этом вовсе не учитываются особенности работы утеплителя во время эксплуатации, которые могут существенно повлиять на надежность и энергоэффективность ограждающей конструкции. Приведенные на рис.3 данные свидетельствуют о существенном влиянии увлажнения утеплителя на его термическое сопротивление, что целесообразно учитывать при проектировании элементов фасадных систем и оценке теплового баланса помещений.

С целью снижения затрат на проведение утепления ограждающих конструкций объектов производители допускают замену утеплителей, предусмотренных техническими условиями или сертификатами, предоставленными проектировщикам для учета в проекте, на менее качественные. Технический и авторский надзор в процессе строительства, как правило, не обнаруживает таких новаций. Влияние замены пенополистирола может привести к уменьшению относительного термосопротивления утеплителя (рис.4) и абсолютного термосопротивления ограждающей стены (рис.5) при увлажнении утеплителя за счет сезонного накопления влаги.

Приведенный анализ свидетельствует о необходимости дальнейшего углубления познания природы процессов, присущих современным энергоэффективным ограждающим конструкциям в процессе их эксплуатации. Целесообразно провести исследование фактического влияния увлажнения на свойства материалов, которые сегодня массово применяются в ограждающих конструкциях, определить параметры теплопроводности и паропроводимости материалов в зависимости от уровня накопленной в них влаги. Полученные данные позволят более точно определить расчетный уровень влияния эксплуатационного увлажнения элементов стен на их способность удерживать тепло помещений и по результатам экспериментальной проверки ввести наработанные расчетные модели при усовершенствовании строительных норм.

Автор считает необходимым повторно обратить внимание на необходимость комплексного исследования параметров теплопроводности и паропроводимости материалов в связи с возможной ошибочностью трактовки результатов поведения конструкций при учете влияния изменения влажности материала лишь на его теплопроводность. Повышение коэффициента теплопроводности утеплителя за счет роста уровня его увлажнения приводит к снижению интегрального термосопротивления слоя утеплителя и стены в целом. При этом уменьшается градиент температур на границах слоя утеплителя, что вызывает соответствующее уменьшение разности порового давления на этих гранях и уровня дальнейшего накопления влаги в утеплителе. Но приведенный механизм соответствует действительности лишь при условии независимости паропроводимости материалов стен, в первую очередь утеплителей, от уровня их влажности.

Описанное поведение материалов привлекает внимание специалистов лишь на этапе достижения критического температурно-влажностного состояния, которое характеризуется образованием конденсированной влаги, т.е. достижением "точки росы". Учитывая, что основной эффект теплоизолирующих свойств утеплителей достигается за счет создания в их структуре замкнутых воздушных пор, замена в них воздуха на воду приведет, кроме резкого увеличения теплопроводности, к ухудшению условий миграции паровоздушной смеси, т.е. ухудшению паропроводимости. Отсутствие данных относительно аналитической зависимости параметров теплопроводности и паропроводимости разных материалов не позволяет сегодня провести окончательную оценку целесообразности их учета в нормативных требованиях по системам утепления.

Обобщая сказанное, приведем некоторые выводы:

1. Внедрение в строительную практику требований ДБН В.2.6-31:2006 содействует дальнейшему повышению критериев энергосбережения и приближению оценки работы ограждающих конструкций к их реальному поведению.
2. Дальнейшее усовершенствование нормативных требований по проектированию теплоизоляции зданий и сооружений целесообразно проводить путем комплексной оптимизации ограждающих конструкций, учета экономических и технологических тенденций внедрения систем утепления, уточнения механизмов поведения их элементов в процессе эксплуатации, в том числе параметров теплопроводности и паропроводимости материалов.
3. Критерием качества свойств ограждающих конструкций должна стать стабильность эксплуатационных характеристик в период окупаемости проведенных мероприятий по термоинновации объекта. Основой для внедрения такого подхода может стать оценка окупаемости при вариантном проектировании систем утепления и контроль стабильности их проектных параметров путем проведения аудита в процессе эксплуатации на протяжении жизненного цикла системы.

Литература:

1. СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника».

2. Строительные нормы Республики Беларусь 265-274 2.04.01-97 «Строительная теплотехника».

3. ДБН В.2.6-31:2006 «Конструкції будинків і споруд. Теплова ізоляція будівель».

4. Bogacz J/ Z zagadnien ochrony cieplnej budynkow. – “Przeglad Budowlany”, 1972, №12, s.645-650 (польск.).

5. Соловьева Р.Ф. Определение коэффициента теплопроводности в зависимости от потенциала влажности. – Строительные конструкции, строительная физика. Вып.9, 1978. – М., ЦИНИС Госстроя СССР.

6. ДСТУ Б В.2.7-105-2000 (ГОСТ 7076-99) Матеріали і вироби будівельні. Метод визначення теплопровідності і термічного опору при стаціонарному тепловому режимі.

7. Осипов Г.Л., Матросов Ю.А. Стратегия устойчивого развития строительного комплекса России. – Реконструкция жилья. Вып. 8, 2007. – К., УкрНИИпроектреконструкция. – С. 265-274.

8. Исследования процессов высыхания и теплового потока стен из газобетона AEROC /Вилнитис М.Я., Новикс Ю.О., Паплавскис Я.М.// Збірник Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. – 2007. -№24 – С.101-105.

---