Deutsch English

Возможные пути создания идеальной комфортности жилища.

Возможные пути создания идеальной комфортности жилища.

Несмотря на тысячелетний опыт строительства жилых помещений, при современном уровне знаний стеновые композиции наружных ограждений из строительных материалов минерального происхождения - это клубок противоречий, не позволяющий одновременно выполнить все требования комфортности. Классическим примером такого противоречия является проблема пара: для соблюдения паровлажностной комфортности пар, выделяемый человеком, необходимо удалить из помещения, но нельзя допускать его в стену, что приводит к ее увлажнению (а зимой - и к промерзанию), ухудшающему тепловую комфортность помещения и приводящему к преждевременному разрушению материалов стены.

До настоящего времени эта проблема неразрешима. Причина - задержка развития нашего познания на индуктивной (т. е. методом проб и ошибок) стадии. Назрела необходимость перехода к дедуктивному методу познания, сущность которого заключается в следующем: на основе анализа фактического материала, накопленного в индуктивный период путем теоретического обобщения и абстрактного мышления создается идеал процесса, служащий ориентиром для дальнейшего развития анализируемой отрасли.

Для создания стеновых композиций с выполнением всех аспектов комфортности необходима формулировка идеального образа стены.

За основу анализа принята деревянная изба. На бытовом уровне хорошо известно, что наилучшей комфортностью обладает деревянная изба, где удачно сочетаются требования всех видов комфортности: тепловой, паровлажностной и гигиенической, и в итоге - в избе тепло и легко дышится.
Анализ физической картины работы деревянного бревна показал, что основной его особенностью как уникального строительного материала, позволяющего совместить все требования комфортности, является анизотропность свойств - коэффициент диффузии для пара и проникания для воздуха со всеми его составляющими в продольном направлении существенно выше, чем в поперечном.

Схема работы древесины в виде бревна состоит в следующем. Тепловой поток выходит из помещения поперек бревна. В процессе охлаждения наступает момент, когда температура снижается до «точки росы». Выделяющийся пар «покидает» тепловой поток и удаляется в перпендикулярном (вдоль годовых колец) направлении, имеющем в 5,33 раза больший коэффициент диффузии.

В итоге пар до наружных (холодных) слоев не доходит и выделяется с торцов бревен. Аналогично ведет себя воздух, содержащий СО2 и другие компоненты, так как коэффициент сопротивления вдоль бревна в 45 раз меньше, чем в поперечном направлении. Таким образом, деревянное бревно выполняет физическую функцию разделения теплового и материальных потоков. Такое разделение устраняет трудности совмещения различных аспектов комфортности и создает помещение идеальной (т. е. выполняемой по всем статьям) комфортности, что мы фактически и имеем в деревянной избе.

Зная физическую картину процесса, можно приступить к созданию оптимальной стеновой композиции из строительных материалов минерального происхождения. При этом нет необходимости копировать природу и создавать стеновые композиции типа годовых колец бревна. Более того, это нецелесообразно, так как создание многоканального воздушного потока усложнит разработку системы автоматического регулирования уровня гигиенической комфортности помещения. Для разделения потоков достаточно организовать один разрыв сплошности, т. е. воздушную щель для отсоса воздуха со всеми нежелательными компонентами.

Внутренняя панель стены набирается из материалов с высокими теплоизоляционными и фильтрующими свойствами, наружная - из плотных паронепроницаемых (вплоть до применения специальных пленок и покрытий) материалов. Описанная конструкция двухслойной стены выполняет функцию разделения потоков (причем более полного, чем это делает бревно) и позволяет выполнить все требования комфортности, т. е. является наружной стеной идеальной комфортности.

При наборе внутреннего слоя стены идеальной комфортности можно использовать строительные материалы, превосходящие по требуемым показателям свойства дерева. При подборе ряда композиций на основе сверхлегкого керамзита со средней плотностью 150 кг/м3 можно достигнуть значения коэффициента комфортности К0 = 0,53...0,89, т. е. создать условия комфортности лучше, чем в деревянной избе.

Таким образом, современное состояние науки позволяет из строительных материалов минерального происхождения сооружать жилые помещения с уровнем комфортности, превосходящим за счет оптимального подбора материала и автоматизации показателей комфортности условия проживания в деревянной избе.

Устройство фильтрующих стен (деревянное бревно, стена идеальной комфортности) решает проблему антропотоксинов - токсичных веществ жизнедеятельности человека. Это диметиламины, сероводород, аммиак, оксиды азота и углерода, фенол, бензол, метилстирол и другие - всего около 400 наименований. Антропотоксины ухудшают самочувствие человека, снижают общую работоспособность и умственную деятельность, ускоряют старение организма. На долю антропотоксинов приходится 2/3 вредностей в жилом помещении.

Насыщение воздуха антропотоксинами в панельном доме или, наоборот, их оперативное удаление в деревянной избе, собственно, и определяет различное самочувствие человека в этих помещениях. Удаление антропотоксинов - центральная проблема достижения гигиенической комфортности жилья. Антропотоксины в отличие от пара имеют в помещении пониженное парциальное давление. Поэтому для их удаления необходим только полный воздухообмен.

При фильтрующих стенах воздухообмен осуществляется по схеме полного вытеснения, когда нулевая концентрация вредностей достигается однократным воздухообменом. При воздухонепроницаемых стенах воздухообмен происходит по схеме идеального смешения, т. е. идет разбавление загрязненного воздуха с последующим удалением смеси. При этом достичь нулевой концентрации вредностей практически невозможно, в связи с чем останавливаются на каком-то «допустимом» уровне.

Многократное увеличение расхода вентиляционного воздуха, требующего нагрева, отрицательно сказывается на общем расходе тепла на обогрев помещения.

Выполненные расчеты [1] расхода тепла для четырех типов стен: 1 - стена идеальной комфортности, 2 - деревянное бревно, 3 - однослойная керамзитобетонная панель со средней плотностью 1200 кг/м3, 4 - трехслойная панель (бетон с полистиролом) показывают, что меньшего расхода тепла требуют помещения с трехслойными панелями. Заменив однослойные керамзитобетонные панели на трехслойные, можно сократить теплопотери наружной стены, но при этом увеличится расход тепла на подогрев вентиляционного воздуха. Причина - в резком ухудшении комфортности помещения с коэффициентом комфортности /С0 = 19,3 (практически предельное значение).

Для помещения с минимальным коэффициентом комфортности (К0 = 0,71) и стенами идеальной комфортности расход тепла в нашем примере снижается в 2,2 раза. При переходе к многоэтажным зданиям и сниженным удельным потерям тепла через пол и потолок это соотношение увеличивается до 3. В связи с этим весьма важными представляются возможности и перспективы использования сверхлегкого керамзита. Получение сверхлегкого керамзита открывает новую качественную страницу в развитии керамзитового производства с неизбежной эволюцией методов и сфер его использования.

Для оценки этих факторов рассмотрим изменение прочности и теплопроводности гранул. Согласно многочисленным исследованиям, увеличение прочности гранул керамзита происходит при его термоупрочнении в режиме охлаждения и вводе упрочняющих добавок. Для иллюстрации влияния этих факторов воспользуемся работой [2]. В ней представлены зависимости прочности гранул от насыпной плотности керамзита. Для сверхлегкого керамзита с насыпной плотностью 150 кг/м3 прочность после термоупрочнения будет равна 0,48 МПа и после ввода 3 % F2S составит 1 МПа. При этом опытные данные показывают более высокие значения прочности по сравнению с расчетными.

Зависимость теплопроводности от средней плотности материала предложена в работе [3], для керамзита - в СНиП И-3-79*, а с поправкой на конвективную теплопроводность воздуха в межкусковом пространстве и с учетом мелкоячеистой структуры керамзита при вспучивании в восстановительной атмосфере для керамзита она составляет 0,032 Вт/(м-°С) [4]. Целесообразно использование мелкозернистого керамзита. Например, если раздробить сверхлегкий керамзит до фракции, например, 1-3 мм, его можно сравнить с применяемыми синтетическими теплоизоляционными материалами по СНиП И-3-79 «Строительная теплотехника» (ныне действует СНиП 23-02-2003).

Теплопроводность сверхлегкого дробленого керамзита имеет тот же порядок, что и основные синтетические теплоизоляционные материалы, т. е. возможность замены синтетики керамзитом сомнений не вызывает. Возможно также использование гранул керамзита. Метод использования гранул керамзита определится тем, чем будет заполнено межкусковое пространство. В принципе это могут быть композиции на основе бетонов или керамики.

Вызывает интерес сочетание сверхлегкого керамзита и пенобетона, так как, например, теплопроводность керамзитопенобетона при исходной плотности пенобетона 500 кг/м3 в 2,2 раза меньше этого же показателя пенобетона. Это обстоятельство позволяет вернуться к проблеме, приведшей в свое время к практической остановке керамзитовой промышленности, к созданию однослойных керамзитобетонных панелей с повышенным тепловым сопротивлением до R > 3 м2-°С/Вт.

Расчеты керамзитопенобетонной панели при степени укладки керамзита, равной 0,65, показывают [5], что при использовании исходного пенобетона плотностью 816 кг/м3 и насыщении его керамзитом плотностью 150 кг/м3 тепловое сопротивление панели равно 3,7 м2-°С/Вт, что превышает требования [4]. При этом прочность панели составила 3 МПа. Это позволяет сделать вывод о том, что керамзит со средней плотностью, равной 150 кг/м3, пригоден для приготовления легких керамзитобетонов.

Большой практический интерес представляет заполнение межкускового пространства в засыпке керамзита керамической массой, т. е. получение материала «керамзитокера-мика». Во-первых, сверхлегкий керамзит - это самый оптимальный с теплотехнической точки зрения вариант пористой керамики с многократным (пропорционально толщине изделий) снижением расхода топлива на ее обжиг. Во-вторых, теплопроводность гранул керамзита ниже теплопроводности возможных заполнителей межкускового пространства. Поэтому при изготовлении керамзитовых изделий необходимо обеспечить максимальную степень его укладки, что при регулируемом полифракционном составе керамзита является реальной задачей. При сопоставлении различных вариантов изделий установлено [5], что керамзитокерамический блок является наиболее эффективным строительным материалом для малоэтажного строительства не только по приведенным выше параметрам, но и по наименьшей стоимости среди известных стеновых материалов за счет использования дешевого керамзита, производимого по энергосберегающей технологии [6].

Использование материалов, выполненных с применением сверхлегкого керамзита, обеспечивает величину коэффициента комфортности KQ < 1, т. е. создает комфортность помещения лучшую, чем в деревянной избе. Особо следует обратить внимание на керамзитокерамоперлит, дающий коэффициент комфортности 0,53, что практически вдвое лучше деревянной избы.

Выводы

1. Возможно создание из строительных материалов минерального происхождения идеальных жилых помещений с высоким уровнем регулируемой комфортности и минимальными энергозатратами на обогрев.
2. Использование сверхлегкого керамзита как продукта разработанной наукоемкой технологии охватывает практически все области применения теплоизоляционных материалов в жилищном строительстве на уровне современных запросов. Это перспективный материал для создания помещений идеальной комфортности.
3. Одна из актуальных задач стройиндустрии на современном этапе - модернизация керамзитовой промышленности на уровне современных знаний.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гусев Б. В., Дементьев В. М. Об идеальной комфортности жилища // Строит, материалы XXI в. 1999. № 1.С. 24-25.
2. Титовская В. Т. Исследования формирования структуры повышения керамзитого гравия : дис. ... канд. техн. наук. ВНИИстром. М., 1968. 22 с.
3. Кауфман В. Н. Теплопроводность строительных материалов. М. : Стройиздат, 1955. 157 с.
4. Постановление Госстроя РФ от 11.08.95 г. № 18-81.
5. Гусев Б. В., Дементьев В. М. Возможности и перспективы использования сверхлегкого керамзита // Строит, материалы XXI в. 1999. № 3-4. 45-44 с.
6. Гусев Б. В., Дементьев В. М. Энергосберегающая (15 кг усл.т/м ) технология полусостав сверхлегкого (150 кг/м ) керамзита // Строит, материалы XXI в. 1999. № 2. 41-42 с

Б.В. Гусев, д-р техн. наук, проф., чл.-кор. РАН, президент РИА
Л. М. Добшиц, д-р техн. наук, проф. Московского гос. ун-та путей сообщения (МИИТ),
акад. РИА
У. X. Магдеев, д-р техн. наук, проф., акад. РААСН,
генеральный директор НИПТИ «Стройиндустрия»

Источник: журнал «Промышленное и гражданское строительство» , № 1, 2010

 

 

ЗАО «Гермес»
оцилиндрованное бревно,
профилированный брус
для деревянного домостроения
+7 (812) 575-33-30