Современные теплоизоляционные материалы и энергоэффективные решения задачи для предотвращения обледенения на кровлях

Кузьмин В.А., аспирант, инженер-программист ИЦСА ИПС им. А.К. Айламазяна РАН, ведущий инженер по инновациям ЗАО «Завод ЛИТ» (lte@zavodlit.ru)

 Вопросам проектирования, возведения, эксплуатации, ремонта кровель уделяется большое внимание специалистов. Существует огромное количество различных технологий и материалов, применяемых в составе ограждающих конструкций кровель. Несмотря на большое внимание, уделяемое вопросам проектирования энергоэффективных решений, безопасности при эксплуатации кровельных конструкций, достижение трубуемых норм в условиях климата РФ крайне сложно. Цена ошибки при неверном техническом  решении в организации кровли, с точки зрения теплотехники, крайне высока и влечёт следующие нежелательные последствия:

• Нарушение внутреннего микроклимата здания (несоответствие санитарным нормам);
• Повышение расхода тепловой энергии на отопление и кондиционирование [1, 2, 3, 4, 5];
• Влагоконденсация и влагонакопление на поверхностях, в узлах, внутри конструкций что приводит к образованию плесени (грибков), снижению физико-механических свойств, несущей способности и опасности разрушения конструкции;
• Протечки от естественных атмосферных осадков;
• Снижение ветрозащиты и увеличение конвективной составляющей тепловых потерь;
• Образование льда на наружных поверхностях, в зимний период из-за таяния снега за счет тепловых потерь через ограждения кровель и узлов конструкции.

Это представляет опасность для людей, находящихся внутри и в непосредственной близости от здания.

Устранение причин приведённых явлений, а не борьбой со следствиями, является правильным решением в вопросе проектирования кровели. Дополнительные ограничения на применяемые технологии накладывает стоимость мероприятий и их экономическая целесообразность.

Зачастую простое и правильно выбранное решение способно обеспечить долговечную, безопасную эксплуатацию кровли, не требующую дополнительных вложений в конструкцию. Одним из таких решений является применение в конструкции кровли отражательной теплоизоляции (материал, как правило листовой, рулонный, обеспечивающий уменьшение (снижение) теплопотерь через ограждение за счет отражения лучистой составляющей теплового потока). Отражательная теплоизоляция выпускается на основе полированной алюминиевой фольги, комбинированной с различными материалами:

• Полиэтилен;
• Вспененный полиэтилен;
• Стеклосетка и стеклоткань;
• ПВХ;
• Спанбонд;
• Бумага.

Отражательная теплоизоляция все шире используются в конструкциях ограждений в силу её сравнительной доступности. Изучению свойств и преимуществ применения отражательной теплоизоляции в строительстве посвящено большое количество работ [6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15, 16]. Вопросы применения отражательной теплоизоляции в конструкциях кровли рассмотрены в публикациях [13, 17].

 Примеры конструкции скатной кровли с применением отражательной теплоизоляции

Основные преимущества применения отражательной теплоизоляции в конструкции кровель:

• Возможность использования в комбинации с воздушными прослойками, термическое сопротивление которых она позволяет увеличить в несколько раз, повышая сопротивление теплопередаче всей конструкции;
• Отражательная теплоизоляция обладает низким коэффициентом паропроницаемости (см. таблица 1), не более 0.001 [мг/м·ч·Па], что позволяет применять её в качестве пароизоляции, препятствуя попаданию диффузионной влаги из помещения в конструкцию кровли, тем самым оставляя волокнистый утеплитель (например, минеральная вата) сухим, значительно увеличивая его эффективность (увлажнение минеральной ваты на 2% приводит к увеличению  её теплопроводности на 16% (см. таблицу 2);
• Комбинированная и предварительно перфорированная фольгированная плёнка (например, АРМОФОЛ) может применяться в качестве пародифузионной ветрозащитной мембраны, надёжно защищая подкровельный волокнистый утеплитель от ветровых явлений, влаги содержащейся в окружающем воздухе, перегрева от солнечного излучения в летний период, а так же обеспечивая выход строительной влаги из конструкции, тем самым оставляя её в сухом состоянии;
• Материал на основе полированной алюминиевой фольги и вспененного полиэтилена (например, ПЕНОФОЛ ) благодаря пористой основе (вспененный полиэтилен с пузырьками ''захваченного'' воздуха), на которую наносится металлическое покрытие (алюминиевая фольга), создаёт собственное термическое сопротивление дополнительное к термическому сопротивлению воздушной прослойки (см. таблицу 3). Собственное термическое сопротивление при толщинах пористой основы δ ≈ 3 – 10 мм составляет R_п = 0.1 – 0.3 [м²*⁰С/Вт];
• Отражательная теплоизоляция благодаря использованию алюминиевой фольги с малой толщиной 10-20 мкм позволяет «сгладить» теплотехнические неоднородности на поверхностях конструкции, уменьшая вероятность появления «тепловых пятен», приводящих к конденсации влаги на отдельных элементах узлов;
• Лёгкость конструкций с отражательной изоляцией позволяет применять её без внесения дополнительных изменений, усиливающих конструктив и приводящих к удорожанию проекта кровли;
• Срок службы отражательной теплоизоляции, без изменения характеристик и свойств, равен сроку эксплуатации кровельной конструкции.

Применение отражательной теплоизоляции в конструкции скатной кровли

Таблица 1

Составлена по данным таблицы Т1 «Расчетные теплотехнические показатели строительных материалов и изделий» из СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003»

Таблица 2

Увеличение теплопроводности материалов в зависимости от увлажнения

Таблица 3

По данным таблицы 1 «Термическое сопротивление замкнутых воздушных прослоек без отражательной теплоизоляции» ГОСТ Р 56734-2015 «Здания и сооружения. Расчет показателя теплозащиты ограждающих конструкций с отражательной теплоизоляцией»

В варианте исполнения плоской кровли, отражательную теплоизоляцию можно применять в качестве парозащитного барьера между зданием и конструкцией кровли (плитой).

 Порядок применения технологии утепления с использованием отражательной теплоизоляциии, а так же методики расчета теплотехнических свойств конструкций представлены в нормативно-технической документации СП 17.13330.2011 «Кровли. Актуализированная редакция СНиП II-26-76», СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003», СП 230.1325800.2015 «Конструкции ограждающие зданий. Характеристики теплотехнических неоднородностей.».

Кроме того, с 1 июня 2016 года в действие вступил ГОСТ Р 56734-2015 «Здания и сооружения. Расчет показателя теплозащиты ограждающих конструкций с отражательной теплоизоляцией».

Автоматизация процесса теплотехнического расчета и проектирования, с учетом влагопереноса, сопротивления паропроницаемости материалов, применения воздушных прослоек с покрытиями из алюминиевой фольги, реализована в сертифицированном пакете прикладных программ «LIT THERMO ENGINEER. Ограждающие конструкции» (Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ №2014617857).

Дополнительно, научно-исследовательскими институтами РААСН, при участии производителей отражательной теплоизоляции, разработаны альбомы технических решений с примерами и детальными чертежам узлов конструкций кровель, например «Альбом технических решений по применению отражающей изоляции» (Разработчик ОАО «ЦНИИПРОМЗДАНИЙ»), «Альбом технических решений по применению отражающей изоляции» (Разработчик Украина, ОАО «Киевпроект»).

Отражательная теплоизоляция активно применяется в конструкциях кровель по всему миру, в частности в Америке и в Европе. Интересные продукты и разработки в этой области предложены зарубежными производителями из Бельгии. Материал, поставляющийся в РФ, представляет собой многослойный дублированный четырьмя слоями алюминиевой фольги полимерный тепло-гидроизоляционный материал на основе двух слоев полипропиленовой воздушно- пузырьковой пленки разделенных между собой алюминиевой фольгой и слоем вспененного полиэтилена. Специалистами отчечественных производственных компаний, в частности ЗАО «Завод ЛИТ» (Ярославская область, г. Переславль-Залесский) разработан и рекомендуется к применению в рамках государственной задачи по импортозамещению альтернативный тепло-гидроизоляционный многослойный полимерный материал, изготовленный на основе вспененного полиэтилена, разделенного четырьмя слоями алюминиевой фольги, имеющий термическое сопротивление 0,37 [м²*°С/Вт] (Протокол испытаний №01-43/43010(2015) от 12 августа 2015 г. ФГБУ НИИСФ РААСН). Физический принцип работы этих материалов одинаков, основывается на снижении теплового потока посредством исключения излучательной составляющей за счет отражающих и низкоэммиссионных свойств полированной алюминиевой фольги, а так же за счет собственного термического сопротивления. При равных условиях, исключающих из процесса теплопереноса излучательную составляющую, более высокое (на 42%) термическое сопротивление материала отечественного производства позволяет повысить эффективность применяемого технического решения по утеплению кровли.

Технология теплоизоляции скатов кровли с применением многослойной отражательной теплоизоляции одобрена решением научно-технического совета в сфере жилищно-коммунального хозяйства Санкт-Петербурга и успешно применена в соответствии с Альбомом технических решений "Крыши скатные с металлической кровлей. Технические решения по капитальному и текущему ремонту" Серия 1.160.2-КР-1* ОАО "ЛенжилНИИпроект" в г. Санкт-Петербург.

Применение отражательной теплоизоляции при строительстве и капитальном ремонте кровель позволяет достигнуть необходимых температурно-влажностных режимов, высоких показателей экономии тепловой энергии, а так же обеспечить дополнительную защиту от обледенения в течение всего срока эксплуатации кровли.

Список литературы

1. Гагарин В.Г., Пастушков П.П. Об оценке энергетической эффективности энергосберегающих мероприятий // Инженерные системы. АВОК -- Северо-Запад. 2014. №2. стр. 26-29.
2. Гагарин В.Г., Неклюдов А.Ю. Учет теплотехнических неоднородностей ограждений при определении тепловой нагрузки на систему отопления здания. // Научно-технический и производственный журнал «Жилищное строительство» №6, 2014, стр. 3-7.
3. Гагарин В.Г., Дмитриев К.А. Учет теплотехнических неоднородностей при оценке теплозащиты ограждающих конструкций в России и европейских странах // Строительные материалы. 2013. № 6. стр. 14–16.
4. Гагарин В.Г., Пастушков П.П. Количественная оценка энергоэффективности энергосберегающих мероприятий // Строительные материалы. 2013. №3. стр. 7-9.
5. Гагарин В.Г., Козлов В.В. Требования к теплозащите и энергетической эффективности в проекте актуализированного СНиП «Тепловая защита зданий» // Жилищное строительство. 2011 №8. стр. 2-6.
6. Кузьмин В.А., Умнякова Н.П. Применение отражательной теплоизоляции в многослойных панелях с эффектом многократного отражения теплового потока // Жилищное строительство, 2016. №6., С. 21-24. ISSN 0044-4472
7. Кузьмин В.А., Шабанин Д.А., Цирлин А.М., Цыганков В.М., Ахременков Ан.А. Технико-экономическое сравнение методов экономии энергии за счет утепления зданий. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. № 9-10, 2014, стр. 82-90
8. Кузьмин В.А., Шабанин Д.А., Цирлин А.М. Математическое и компьютерное моделирование температурного и влажностного режима ограждений в строительстве. // Статья из сборника XVIII ежегодная молодежная научно-практическая конференция «Наукоемкие информационные технологии» SIT-2014, стр. 43 – 59.
9. Кузьмин В.А., Ахременков А.А., Цирлин А.М., Цыганков В.М. Энергетическая эффективность покрытия внутренней поверхности помещений отражательной теплоизоляцией // Научно-технический и производственный журнал «Строительные материалы» декабрь 2013, стр. 65-67.
10. Умнякова Н.П. Теплозащита замкнутых воздушных прослоек с отражательной теплоизоляцией. // Жилищное строительство. 2014. № 1-2. стр. 16-20.
11. Умнякова Н.П. Теплопередача через ограждающие конструкции с учетом коэффициентов излучения внутренних поверхностей помещения. // Жилищное строительство. 2014. № 6. стр. 14-17.
12. Умнякова Н.П. Снижение теплопотерь поверхности зарадиаторной стенки. // Жилищное строительство. 2015. № 2. стр. 21-24.  
13. Мананков В.М. Утепление кровли // Все о ЖКХ №3, 2011, стр. 38-39.
14. Мананков В.М. Отражающая теплоизоляция в энергосберегающем строительстве // журнал «Все о ЖКХ» №2, 2011, стр. 57-59.
15. Андреев Д.А., Могутов В.А. Теплотехнические характеристики многослойных ограждающих конструкций со слоями отражающей изоляции. // Сборник трудов НИИСФ, 2002, стр. 139-146.
16. Андреев Д.А., Могутов В.А., Цирлин А.М. Выбор расположения слоев ограждающей конструкции с учётом предотвращения внутренней конденсации. // Строительные материалы, 12, 2001, стр. 42-45.
17. Амплеева И.А., Батраков А.Н. Олефол® – комплексное решение ветрозащиты и пароотведения в крышах // Строительные материалы №3, 2005, стр. 32-33.