НАРУЖНАЯ СТЕНА МНОГОЭТАЖНОГО ЗДАНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Группа полезных моделей относится к области строительства, а именно, к конструкциям наружных стен многоэтажных отапливаемых гражданских и производственных зданий.
Известна слоистая стеновая панель, включающая наружный и внутренний конструктивные слои, промежуточный слой из пористого сыпучего утеплителя (А. С. СССР №557164, МПК 7 Е 04 С 2/26, публикация 1977 г.).
Недостатком известной конструкции слоистой стеновой панели является отсутствие надежной защиты промежуточного утепляющего слоя от диффузии водяного пара и от воздухопроницания. Это приводит к повышенной воздухопроницаемости наружной стены и накоплению сверхсорбционной влаги. Кроме того, при изготовлении ограждающей конструкции не предусмотрены способы обеспечения требуемого уровня воздухопроницания и паропроницания стены, обусловленные ветровым и тепловым напорами при изменяющейся разности давлений воздуха по высоте многоэтажного здания и скорости ветра в отличающихся климатических условиях района строительства.
Наиболее близким техническим решением является стеновая панель наружной стены здания, включающая наружный и внутренний конструктивные бетонные слои, средний слой из пенополистирола и промежуточные слои, выполненные из дробленых отходов плитного пенополистирола, с гранулами диаметром 40-60 мм, обработанных цементным тестом, утопленных в наружном слое на величину не менее 2/3 их высоты, а во внутреннем - не менее 1/3 их высоты (А. С. СССР №1717759, МПК 7 Е 04 С 2/26, E 04 В 1/76, публикация 1992 г.).
Недостатком известной конструкции наружной стеновой панели является технологические трудности по отработке гранул цементным тестом, а также контролирование процесса утопления гранул в наружный и внутренний бетонные слои на установленную рациональную глубину. Изготовленная таким способом панель имеет неоднородную адгезию пенополистирольного утепляющего слоя с
наружным и внутренним несущими бетонными слоями. Кроме того, промежуточные слои из обработанных цементным тестом пенополистирольных гранул имеют одинаковую пористость и толщину по высоте и ширине панели. Использование промежуточных слоев с одинаковой толщиной и пористостью не позволяет изготовить панель или стену, обеспечивающих в условиях эксплуатации одинаковый влажностный режим и сопротивление воздухопроницанию независимо от расположения помещения по высоте здания (теплового напора), климатических условий района строительства и ветрового напора.
Необходимость дифференцированного подхода к обеспечению влажностного и воздушного режима наружных стен обуславливается рядом причин. Главная причина вытекает из повышения теплозащитных качеств наружных стен по условиям энергосбережения. Это привело к применению в строительстве конструкций наружных стен с увеличенной толщиной теплоизоляционных слоев, как правило, из мягких утеплителей. Такие конструкции стен наряду с преимуществами по массе и толщине имеют и недостатки по сравнению с традиционными решениями. К наиболее существенным следует отнести повышенную воздухопроницаемость и паропроницаемость теплоизоляционных слоев, что способствует чрезмерному накоплению влаги в утеплителе и на границе с наружным или внутренним конструктивными плотными слоями. В некоторых регионах страны с коротким, летом такая стена не успевает войти в квазистационарное влажностное состояние. Повышенное содержание влаги в стене в условиях эксплуатации приводит к снижению ее теплозащитных качеств и образованию конденсата в зонах с температурой ниже точки росы. Конденсат создает сырость и плесень на стенах, ускоряет процесс коррозии закладных металлических связей, повышает влажность воздуха в помещениях выше нормативных значений. Это приводит к ускоренному разрушению конструкций стен и заболеваниям жильцов.
Причем условия для формирования такого неблагоприятного влажностного, воздушного и температурного режима, а также накопления пара, жидкой и твердой влаги в наружных стенах неодинаковы по высоте многоэтажного здания и климатических условий район строительства. Причиной является различие в тепловом и ветровом напоре на стены. Если через стены первых этажей наружный
воздух поступает в помещения (инфильтрация), то через стены верхних этажей воздух уходит наружу (эксфильтрация), оставляя дополнительное количество влаги в стене, повышая влажность материалов. Величина теплового напора возрастает с увеличением высоты здания и с увеличением разности температур внутреннего и наружной воздуха. В зависимости от расположения помещения по высоте здания и климатически: условий района строительства слоистые стены, выполненные из одинаковых материалов содержат разное количество влаги.
Необходимость дифференцированного подхода в подборе свойств дополнительных защитных слоев в стенах зданий обуславливается также созданием условий, исключающих выветривании тепла из стен в зимнее время года при сильном ветре. Переохлаждение стен в этих условия происходит потому, что сопротивление воздухопроницанию наружных лицевых слоев из штучных материалов во много раз ниже чем сплошной стены, выполненной из такого же материала. Например, воздухопроницаемость лицевого кирпичного слоя толщиной 120 мм почти в 10 раз выше сплошной кирпичной стены толщиной 250-380 мм.
Следует отметить также и причину, по которой требуется ограничение воздухопроницаемости наружных стен верхних этажей здания. Она вызвана тем, что проходящие потоки воздуха из помещения несут в стену дополнительное количество пара который конденсируется и замерзает в утепляющем слое и в зоне контакта утеплителя с наружными конструктивными или плотными отделочными слоями.
Особую важность представляет решение этой проблемы в северных регионах страны с круглогодичным отопительным сезоном и регионах с коротким холодным летом. В этих регионах без устройства дополнительных защитных мероприятий по предотвращению или ограничению диффузии водяного пара через ограждение невозможно избежать ежегодного накопления сверхсорбционной жидкой влаги в стене, переходящей сначала в иней, а потом в лед в холодный период зимы. Возникающие физические напряжения от криогенных фазовых переходов влаги приводят к ускорению разрушения наружных ограждающих конструкций зданий.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание наружной стены здания, обеспечивающей в условиях эксплуатации зданий одинаковый влажностный режим и сопротивление воздухопроницанию независимо от расположения помещения по высоте здания (теплового напора), климатических условий района строительства и величины ветрового напора.
Технический результат полезной модели заключается в повышении экономии тепла, затрачиваемого на отопление помещений, и увеличении срока службы ограждающих конструкций зданий.
Поставленная задача решается тем, что в слоистую наружную стену, включающую конструктивные наружный и внутренний слои и средний теплоизоляционный слой, введен дополнительный слой из воздухопроницаемого материала, размещенный на внутреннем конструктивном слое с внутренней стороны стены и имеющий коэффициент паропроницаемости ниже, чем у внутреннего конструктивного слоя.
Стена может быть снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным слоем из воздухопроницаемого материала, размещенным внутри стены между наружным конструктивным и средним теплоизоляционным слоями и/или между внутренним конструктивным и средним теплоизоляционным слоями и имеющим коэффициент паропроницаемости выше, чем у внутреннего конструктивного слоя.
Дополнительные слои могут быть выполнены из пенополиуретана.
Дополнительные слои могут быть выполнены напылением или в виде листового элемента.
Напыленный слой может иметь различную плотность, повышающуюся в направлении от поверхности, на которую осуществлено напыление.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1, 2, приведены фрагменты стены зданий по предлагаемому изобретению и соответствующие им диаграммы зависимости влажности (ω, %) от толщины стены (мм), на фиг.3, 4 приведены фрагменты стены зданий и соответствующие им диаграммы зависимости влажности (ω, %) от толщины стены (мм) для сопоставления с фрагментами стен приведенных на фиг.1, 2, на фиг.5 приведен влажностной режим наружной кирпичной стены толщиной 640 мм с
штукатурными слоями из различных материалов: а - из цементно-известково-песчаного раствора с обеих сторон стены, б - пенополистирольный слой с внутренней стороны и штукатурный слой из цементно-известково-песчаного раствора с наружной стороны стены.
Слоистая наружная стена включает наружный 1 и внутренний 2 конструктивные слои, выполненные, например, из пустотелого облицовочного кирпича, и средний 3 теплоизоляционный слой, выполненный из миниралватовых плит. На внутреннем конструктивном слое 1 с внутренней стороны стены размещен дополнительный слой 4 из воздухопроницаемого материала, имеющий коэффициент паропроницаемости ниже, чем у внутреннего конструктивного слоя.
Как вариант полезной модели, между наружным 1 и средним 3 слоями размещен дополнительный слой 5 (фиг.2) из воздухопроницаемого материала, имеющий коэффициент паропроницаемости выше, чем у внутреннего слоя 1.
0
3
3
На фиг.3 схематично изображена конструкция стены здания из ячеистобетонных блоков (γ=500 кг/м) толщиной 0,4 м. Стена оштукатурена с внутренней стороны цементно-известково-песчаным раствором 6 толщиной 0,02 м плотностью 1600 кг/м. С наружной стороны стена окрашена паропроницаемой краской. Начальная влажность блоков по массе находилась в пределах 4-5%. Давление воздуха в помещении соответствовало давлению на десятом этаже 12-этажного здания при условиях эксфильтрации. К концу периода максимального влагонакопления влажность ячеистого бетона в стене на расстоянии % толщины от наружной поверхности достигло по массе 16%. Среднее значение влажности конструкции стены по массе составило 9% (фиг.3, кривая 1). В аналогичной конструкции стены, выполненной из тех же блоков с той же начальной влажностью при тех же температурных условиях, внутренний слой был выполнен из пенопоуретана с заданным значением коэффициента паропроницаемости и сопротивлением воздухопроницаемости, напыленным на бетон по специальной технологии (фиг.3). Замена цементно-известковой-песчаной штукатурки 6 на пенополиуретановый слой привела к существенному снижению влажности легкобетонной стены. Максимальное значение влажности газобетона на расстоянии
1/4 части толщины стены от наружной поверхности составило 8%. Среднее значение влажности стены снизилось до 6%, т.е. на 3%. (фиг 3, кр.2).
В условиях инфильтрации наружного воздуха, соответствующих эксплуатации наружной стены в помещении расположенном на втором этаже 12-этажного здания зафиксирована влажность значительно ниже, чем при условиях инфильтрации внутреннего воздуха. Вместе с тем в стене с пенополиуретановым защитным слоем она была зафиксирована на 1,5-2% ниже, чем со штукатурным слоем.
В результате снижения влажности легкого бетона повысились теплозащитные качества наружной стены, улучшился температурный режим на внутренней поверхности и снизились теплопотери.
На фиг.4 схематично изображена конструкция кирпичной стены из пустотелого керамического кирпича, утепленная минераловатными плитами со штукатурным слоем 7 с наружной стороны. Со стороны помещения стена оштукатурена цементно-известково-песчаным раствором 6. В условиях эксплуатации, соответствующих десятому этажу 12-этажного здания влажность кирпичной части стены составляла 0,9-1,0%. Влажность минераловатных плит до крепления к кирпичной стене составляла 0,2-0,3%. К концу периода максимального влагонакопления влажность кирпичной части стены на границе с минватой повысилась до 1,8%. Максимальное значение влажности минераловатных плит на расстоянии 1 см от наружного штукатурного слоя составляла 3-5% (фиг.4, кривая 1). Местами на штукатурном слое со стороны минваты обнаружен иней.
Аналогичная конструкция стены с нанесенными со стороны помещения пенополиуретановым слоем с заданными значениями паропроницаемости и сопротивлению воздухопроницанию имела влажность минераловатных плит 1,5% (фиг.4, кривая 2).
Аналогичная тенденция к снижению влажности утеплителя при устройстве с внутренней стороны защитного пенополиуретанового слоя зафиксирована и в стене утепленной пенополистирольными плитами.
При выполнении в стене, изображенной на фиг.1 вместо слоя 4 слоя штукатурки получаются следующие характеристики.
Влажность минераловатных плит до крепления к кирпичной части стены составляла 0,2-0,4%. К концу периода влагонакопления влажность кирпичной стены составила 1,6%. Максимальное значение влажности минераловатных плит на расстоянии 1 см от облицовочного слоя из пустотелого кирпича находилась в пределах 1,5-2,0% (фиг.1, кривая 1)
Причина такого существенного снижения влажности утеплителя по сравнению с вариантом, рассмотренном на фиг.4, объясняется повышенной воздухопроницаемостью наружного слоя из пустотелого облицовочного кирпича. Существенную роль в повышенной воздухопроницаемости наружного кирпичного слоя явилось наличие пустот в растворных швах. Необходимо отметить, что снижение влажности утеплителя в результате инфильтрации и воздействия ветра, хотя и в меньших размерах, но зафиксировано и на первых этажах стен. Происшедшее снижение влажности минераловатных плит на первый взгляд можно оценивать как положительное явление, если бы этому не сопутствовало существенное ухудшение температурного режима стены и увеличение теплопотерь в результате воздействие эксфильтрации воздуха и ветра, которое существенно выше, чем от увеличения влажности утеплителя на 1-2% (фиг.2, кривая 2).
Чтобы избежать переохлаждения стены и сохранить рациональный влажностный режим дополнительные слои из пенополиуретана с заданными значениями воздухопроницаемости и паропроницаемости целесообразно устраивать не только на внутренней стороне стены, но и за утеплителем на границе с облицовочным кирпичным слоем. Причем при такой воздухопроницаемой облицовки это надо делать независимо от расположения стены по высоте здания (фиг.2).
На фиг.5 (а) показана кирпичная стена 12-этажного здания в помещении расположенном на 10 этаже. Стена толщиной 0,64 м с внутренней и наружной сторон оштукатурена цементно-известково-песчаным раствором. Влажность стены в период максимального влагонакопления составляет 1,0%, а затем постепенно к летнему периоду снизилась до 0,6%. На третий год эксплуатации наружная стена вошла в квазистационарное влажностное состояние при средне годовой влажности 0,8%. Нанесение на внутреннюю поверхность пенополиуретанового слоя с заданными
значения коэффициента паропроницаемости и сопротивления воздухопроницанию изменило влажностное состояние стены (фиг.5 (б)). На первом году эксплуатации (март месяц) влагонакопление стены снизилось до 0,9%. За летнее время влажность снизилась и к осени стала составлять 0,55%. На втором году эксплуатации влажность кирпичной стены установилась равной 0,7%. В последующие годы этот влажностный режим сохранился. Т.е. стена с третьего года эксплуатации вошла в квазистационарное влажностное состояние со средней влажностью 0,6%. Снижение влажности кирпичной кладки послужило причиной повышения теплозащитных качеств стены в результате снижения коэффициента теплопроводности на 10% (фиг.5(б)).
Проделанный анализ влажностного и воздушного режимов некоторых конструктивных решений наружных стен по результатам расчетов, подтвержденными исследованиями в натурных условиях и в климатической камере показал целесообразность создания наружных стен при проектировании и строительстве зданий с одинаковым влажностным режимом и сопротивлением воздухопроницанию по всей высоте здания, при различных климатических условиях районов строительства и величины ветрового напора.
Способ изготовления наружной стены с заданными влажностными свойствами и воздухопроницаемостью заключается в напылении на внутреннюю поверхность со стороны помещения специальным устройством один или несколько пенополиуретановых слоев толщиной каждый по 2-4 мм с регулируемой пористостью, воздухопроницаемостью, прочностью и плотностью. В целях обеспечения в условиях эксплуатации рационального движения пара через стены и исключения его накопления в зоне между напыленным слоем и стеной, напыление следует начинать с низкой плотности. В результате высокой адгезионной способности пенополиуретана с бетоном, кирпичом, деревом и металлом исключается образование воздушных зазоров, что в условиях эксплуатации позволяет избежать образования сырости между стеной и нанесенным слоем. При необходимости повышения прочности напыляемого пенополиуретанового слоя до начала работы в массу вводятся специальные наполнители. Для повышения сопротивления воздействию ветрового напора, а также предотвращению попадания дождевой влаги с ветром,
защитный пенополиуретановый слой с заданными параметрами воздухо- и влагопроницанию следует устраивать изнутри на наружном облицовочном слое стены до установки утеплителя в виде напыления или тонколистовых элементов, изготовленных в заводских условиях. При конструкции стены с вентилируемым воздушным зазором тонколистовые пенополиуретэновы элементы необходимо крепить к минераловатным или пенополистирольным плитам дюбелям одновременно с установкой плит и сеток.
Далее приведен пример изготовления слоистой наружной стены здания по предлагаемому изобретению.
Наружная слоистая стена изготавливается одновременно с возведением железобетонного каркаса здания или после его возведения. Внутренний конструктивный слой 1 выполняется из монолитного бетона или штучных элементов, таких как кирпич, камни, блоки.
Устройство дополнительного слоя 4 осуществляется после завершения работ по возведению внутреннего конструктивного слоя 1 стены здания.
Поверхности конструктивных слоев 1, 2 очищают от загрязнений, раствора, пыли с заделкой раствором раковин, щелей и пустот в швах. Приготовленная к напылению пенополиуретана поверхность должна быть сухой. Пенополиуретановый слой напыляется установкой, работающей по двухкомпонентной схеме типа «Пена - 1», «Пена - 9», «Пена - 2 сэ», «Пена - 12» и др., позволяющей получать требуемые соотношения компонентов для создания напыляемых слоев с заданными коэффициентами паропроницаемости и воздухопроницаемости.
Толщина первого напыляемого слоя на внутреннюю поверхность слоя 1 составляет 3-5 мм, а последующих слоев 8-10 мм. Последующие слои имеют плотность, повышающуюся в направление от напыляемой поверхности стены. Коэффициент паропроницаемости дополнительного слоя должен быть ниже коэффициента паропроницаемости слоя 1. При необходимости аналогичная операция выполняется на наружной поверхности внутреннего слоя 1, но в этом случае коэффициент паропроницаемости дополнительного слоя должен быть выше коэффициента паропроницаемости слоя 1.
После напыления дополнительных пенополиуретановых слоев, на внутренний слой 1 закрепляют дюбелями теплоизоляционные плиты. Затем на наружную поверхность теплоизоляционных плит по капроновой или металлической сетке, закрепленной дюбелями, напыляют дополнительный пенополиуретановый слой с коэффициентом паропроницаемости выше коэффициента паропроницаемости дополнительного слоя, нанесенного на наружную поверхность внутреннего слоя 1. После этого в слоистой стене устанавливают наружный конструктивный слой 2 из штучных элементов, соединяя его с внутренним конструктивным слоем 1 гибкими металлическими связями. Допускается устройство наружного конструктивного слоя 2 из армированного штукатурного слоя. Аналогичный физический принцип и порядок изготовления слоистой наружной стены соблюдается и при установке и наклеивании дополнительных слоев из тонколистовых элементов.
Таким способом изготавливается слоистая стена с заданным влажностным и воздушным режимами, независящими от эксплуатационного режима, отличающегося по высоте многоэтажного здания.