Проблемы современного деревянного малоэтажного жилого строительства в России

1/2011 ВЕСТНИК

_МГСУ

ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО ДЕРЕВЯННОГО МАЛОЭТАЖНОГО ЖИЛОГО СТРОИТЕЛЬСТВА В РОССИИ

PROBLEMS OF MODERN WOODEN MINILEVEL RESIDENTIAL CONSTRUCTION IN RUSSIA

A.A. Котляров, T.P. Забалуева, A.B. Захаров A.A. Kotlyarov, T.R. Zabalueva, A.V. Zaharov

ГОУ ВПО МГСУ

В статье проанализировано развитие объёмно-планировочных решений деревянных домов в России. Показана неэффективность применения древесины в современном жилье, связанная с теплоизоляционными свойствами материала. Рассмотрены некоторые варианты решения конструктивных и теплоизоляционных задач.

The article analyzes the development of space-planning decisions of wooden houses in Russia. Seem inefficient use of wood in a modern housing associated with heat-insulating properties of the material. Discusses some options for addressing structural and insulation problems.

В последние десятилетия малоэтажное строительство, выполняемое в дереве, получило второе дыхание. Желание построить индивидуальный жилой дом из бруса или бревна чрезвычайно широко распространено среди жителей нашей страны. Отношение к деревянным домам как наиболее традиционным и экологичным для проживания остается в умах наших сограждан приоритетным, что являет собой прочную базу строительства из дерева в России на протяжении веков.

Однако со временем требования к комфортности проживания существенно изменились. Сегодня дровяная печь не является основным источником тепла в доме. Различного типа отопительные системы (особенно работающие на газе) стали в несколько раз энергоэффективней, доступны по цене и, поэтому, широко распространены [2,3]. При этом деревянные стены из простого бруса или бревна не соответствует современным требованиям по теплоизоляции, что вызывает большие потери тепла при эксплуатации и соответственно большие затраты на отопление.

Не удовлетворяют требованиям комфортности и планировочные решения, основанные на небольших пролетах, которые может обеспечить простая деревянная балка. Увеличение помещений (на основе увеличения пролетов), обеспечение энергоэффективности ограждающих конструкций и пожарной безопасности всего дома является сегодня наиболее важными проблемами при проектировании и строительстве малоэтажного деревянного жилья в России.

Если обратиться к истории строительства из дерева жилых малоэтажных домов в наиболее близком к нам XIX веке, то можно легко обнаружить основные признаки их планировочных решений [1]. При рассмотрении самых простых построек, например, сторожевого домика (рис. 1), который состоит всего лишь из одного помещения, становится очевидным, что в основе этойпостройки лежат возможности среднего размера

бревна в качестве балки, формирующей её конструктивную основу в виде клети. На принципах этой конструктивно-планировочной системы базируется все строительство этого времени. Виллы, дачи, загородные дома, собственно состоят из таких же небольших помещений, которые прирубаются в различных сочетаниях.

Рис. 1. Проект сторожевого домика.

Дача 1880 г. (рис. 2), состоящая всего из трех жилых помещений и объединяющего помещения с лестницей на второй этаж имеет тот же конструктивный принцип, что и сторожевой домик, и отличается лишь тем, что воедино срублены несколько брусо-вых клетей. В основе габаритов лежат размеры в четыре с небольшим или в два с небольшим метра, что легко достигается естественными размерами бревна.

Рис. 2. Проект дачи 1880г. Арх. - Лыгин.

1/2011 ВЕСТНИК

_1/2012_мгсу

Существенным фактором малых размеров дома в климатических условиях России являлась экономическая возможность владельцев содержать дом с приемлемыми затратами на отопление, что было весьма важным для большинства населения в противовес богатому усадебному строительству зажиточных классов, которые составляли меньшинство.

Наряду с приведенными примерами следует не забывать такие планировочные приемы повышения энергоэффективности крестьянских домов, как обстройки зимних помещений неотапливаемыми летними помещениями, хозяйственными постройками и помещениями для содержания скота.

Даже более сложное, на первый взгляд, планировочное решение загородного дома архитектора В.Ф.Харламова (1879 г.) (рис.3) достигается тем же приемом прируба простых бревенчатых клетей в различных сочетаниях. Самый большой размер зала составляет около 5 метров в длину и три с небольшим метра в ширину. При желании создать в доме более или менее большое свободное пространство, его делали двухсветным, подводя под конструкцию крыши с висячими стропилами.

Компоновка дома из большого количества прирубов так же увеличивала энергоэкономичность дома благодаря уменьшению удельной (относительно отапливаемого объема) поверхности наружных ограждений.

Суть «несущего этажа» в деревянных конструкциях заключается в том, что перекрытие над большим пространством опирается на нижний пояс дощатой фермы, расположенной в пределах верхнего этажа. Верхний пояс фермы служит опорой для балок перекрытия следующего этажа или стропил крыши (рис.5). Ферма, обшитая с двух сторон гипсокартонными листами с заполнением минеральной ватой пространства, занятого раскосами, становится межкомнатной перегородкой. При этом минвата и гипсокартон существенно повышают огнестойкость и звукоизоляцию конструкции.

В практике строительства уже имеются примеры использования такого решения. Например, оно было применено в двухэтажном деревянном индивидуальном доме, где с помощью конструкции «несущего» второго этажа гостиная размером 8 х 10 м, расположенная в первом этаже, была освобождена от всех промежуточных опор и получила большое функционально свободное пространство (рис.6).

Примером применения «несущего этажа» может также служить проект индивидуального дома, где к несущей ферме подвешено междуэтажное перекрытие для организации спальни на втором этаже (рис.7).

Подобное построение планов при современном укладе жизни семьи снижает комфортность решения.

Сегодня найдены новые подходы к конструктивному обеспечению планировочных решений с помещениями больших размеров без промежуточных опор. Такое решение может быть выполнено в различных материалах (бетон, металл) и, в частности, в дереве, и получило название «несущий этаж»[4].

Подобный подход к объемно-планировочному решению на основе новых конструкций значительно повышает уровень комфортности дома.

Второй немаловажной проблемой, занимающей умы проектировщиков, является обеспечение необходимого уровня энергоэффективности ограждающих конструкций. Простое бревно или брус толщиной 15-20 см не обеспечивают сегодня требуемую теплоизоляцию помещений. По теплотехническому расчету бревно должно иметь диаметр не менее 54см [5], что является редким и дорогостоящим явлением на рынке строительной древесины.

Дс^вянндя ферма

Рис. 5 Схема «несущего этажа»

Рис. 6. Гостиная 80 м2.

СО ©

Рис. 7 .Разрез по дому

4

Рис. 8. Деревянная ферма «несущего этажа»

Для экономии древесины, часть её целесообразно заменить дешевым теплоизоляционным материалом, сделав конструкцию многослойной. Раньше конструкции на-

ружных стен в каркасно-щитовых домах, широко распространенных в советское время делались для повышения их теплозащитных свойств с помощью засыпки опилок или шлака между двумя щитовыми слоями. Сегодня чаще в конструкции наружных стен применяют специальные современные теплоизоляционные материалы с высокими теплозащитными характеристиками - минеральную вату или вспененную пластмассу с пароизоляционной пленкой со стороны помещения и ветрозащитной - с внешней стороны. Для сохранения образа деревянного дома фасады могут быть обшиты плоскими широкими шпунтованными досками, имитирующими брус, или обшивкой, имитирующей круглое бревно системы «Блокхаус».

В Финляндии пошли по этому же пути, но на современном уровне. Было предложено делать двухслойные стены из клееного гребне-пазового бруса с прокладкой между слоями эффективного утеплителя в виде минеральной ваты или пенополисти-рола. Брус склеивается из отдельных хорошо просушенных досок. Поэтому, в отличие от природных целиковых брусьев, он не имеет больших продольных трещин, ухудшающих гигиенические и эстетические качества стен. Однако, его цена повышается почти в два раза.

Деревянные дома пользуются народной популярностью не только благодаря традиции и неограниченности в нашей стране лесных ресурсов. Деревянные стены обеспечивают комфортность проживания благодаря уникальному теплотехническому качеству древесины, а именно большому значению тепловой инерции. Благодаря этому свойству обеспечивается стабильность температурного режима помещений при резких суточных изменениях наружных температур. Например, при нагреве наружных стен дома солнечными лучами и снижении температуры ночью.

Тепловая инерция зависит от термического сопротивления слоя материала Я и его коэффициента теплоусвоения Б [Вт/ м2 °С]

Б = ЯБ = 5 / ХБ , где

5 - толщина слоя [ м ];

X - коэффициент теплопроводности Вт/м°С.

Приняв величины Б и X, приведенные в нормативной литературе [7], сравним результаты расчетов по приведенной формуле значений тепловой инерции слоя толщиной 0,1 м, выполненного из разных материалов:

Тяжелый бетон -0,95;

Пенобетон -1,52;

Минеральная вата - 1,04;

Пенополистирол -0,98;

Дерово хвойной породы- 2,52.

Как видно, величина тепловой инерции деревянного слоя в 1,5- 2,5 раза превышает значение других материалов. Этим объясняется обеспечение комфорта климата деревянных домов в летний период при перегреве.

В соответствии со строительными нормами величина тепловой инерции, обеспечивающей комфортные условия при суточном колебании температуры и наличии солнечной радиации, должна быть не менее 4 единиц у стен и 5 - у покрытий. Таким образом, деревянные стены и покрытия могут иметь толщину не более 20 см. Все остальные приведенные выше материалы должны иметь толщину порядка 50см! В этом и состоит большое преимущество деревянных стен перед каменными.

Но, как указывалось выше, для теплоизоляции в зимний период толщина однослойных деревянных стен должна быть не менее 54 см. При этом такая стена является самой тонкой из всех однослойных стен из различных материалов, обеспечивающих

одновременно теплоизоляционные требования на перегрев и защиту от холода в климатических условиях московского региона [9].

Однако с целью экономии древесины предложим следующую конструкцию, удовлетворяющую всем современным теплотехническим требованиям климата московского региона:

с внутренней стороны стены - деревянный брус толщиной 15 см, пароизоляцион-ная пленка, минераловатный утеплитель - 10см, ветрозащитная пленка. В качестве фасадной отделки примем широкие шпунтованные доски толщиной 5 см, имитирующие прямоугольный брус (рис. 9).

Теплотехнические расчеты показывают, что термическое сопротивление такой стены составляет более 3 единиц, а тепловая инерция - более 6.

Рис. 9. Эргоэффективная конструкция стены деревянного дома: 1- внутренний несущий брус, 2 - пароизоляционная пленка, 3- минераловатный утеплитель, 4 - ветрозащитная пленка, 5 - наружная облицовка.

В работе [6] приведены формулы расчета стоимости энергии С, проходящей через один квадратный метр наружного ограждения дома за отопительный период в московском регионе:

1. При отоплении дома с помощью газа:

15  тащфгаэата 1гг Г--^-

2. При отоплении дома с помощью электричества:

123  чари фиВ/чае с--

Расчеты, произведенные по приведенным формулам показали, что в московском регионе в 2010 году в традиционном (неутеплённом) деревянном доме через 1 кв. м. стены при отоплении газом (тариф - 2,95) уходило энергии на 42,1 руб, утеплённом -

на 14,5 руб. При отоплении с помощью электричества (тариф - 2,15) в неутеплённом доме уходило энергии на 261,1 руб., в утеплённом - на 89,9 руб.

С учетом расхода энергии на нагрев бытовой воды и вентилируемого воздуха, общие затраты на энергию в современном доме сокращаются в два раза по сравнению с затратами в традиционном доме.

Третья серьезная проблема деревянных домов - их огнестойкость.

Огнезащита дома, решалась в основном с помощью специальных пропиток, лаков, красок и облицовок (штукатурок), снижающих степень возгораемости древесины. Сегодня химия предоставила в распоряжение строителей большой спектр подобных средств и различных технологий их применения [7,9,10]. Существуют весьма эффективные составы защиты древесины от огня. Суть их в следующем:

1. Поверхностные и глубокие пропитки древесины, создающие непроницаемый для кислорода слой, препятствующий воспламенению и распространению огня;

2. Лакокрасочные составы, образующие под воздействием огня вспененную шлаковую воздухонепроницаемую корку, защищающую от пламени и высоких температур;

3. Многослойные огне- жаростойкие теплоизоляционные облицовки из вспененных и волокнистых на гипсовом связующем материалов, обеспечивающие, наиболее высокую степень огнезащиты.

Первый и частично второй способы позволяют сохранить цвет и структуру древесины. Поэтому они применяются там, где необходимо иметь естественный вид древесины. Третий способ целесообразен для применения закрытых несущих конструкций.

В связи с этим перед архитектором и заказчиком всегда стоит дилемма сохранения облика деревянного строения (и отдельных его элементов) или его огнезащиты. Сокрытие всех деревянных элементов ставит вопрос о целесообразности использования древесины в данном доме, так как на современном рынке найдутся вполне конкурентно способные по цене огнестойкие и гнилостойкие материалы.

Дилемма существует также и при выборе некоторых многослойных конструкций: воздушные пазухи, необходимые для предотвращения гниения древесины путем её проветривания, способствуют распространению звука (снижается звукоизоляция помещений) и огня. Проблема частично решается предварительной сушкой древесины, пропиткой её антисептиками, рациональным планировочным и конструктивным решениями.

Современная статистика пожаров показывает, что больше половины их возникает по причине короткого замыкания в электропроводке или в электрических приборах. Рецепты пожаробезопасности здесь отработаны[8]. Это, прежде всего, открытая прокладка проводов с несгораемой электроизоляцией в несгораемых коробах и трубах (особенно заземленных металлических).

И, наконец, весьма существенной является мера, традиционно применяемая в США и Канаде [12]. Разрешение на строительство деревянного дома дается местными властями только при обязательстве застройщика оснастить дом автоматическими системами огнетушения и оповещения о пожаре. К сожалению, в нашей стране такая законодательная практика отсутствует.

Таким образом, представленный анализ строительства из дерева остается актуальным и сегодня. Применение дерева в малоэтажном строительстве требует разработки более эффективных конструктивных и планировочных решений, отвечающих современным требованиям, и внедрения их в жизнь.

1/2П11 ВЕСТНИК

_угогт_мгсу

Литература:

1. Барановский Г.В. Архитектурная энциклопедия XIX века // Выпуск 1, 2001. 6с., 19с., 23с.

2. Захаров A.B., Забалуева Т.Р, Степенкова Е.А.. Анализ конструктивных решений и применения строительных материалов в современном малоэтажном строительстве России. // Сб. докладов научно-техническая конференция Международных дней архитектуры ИСА МГСУ.М.2010г.

3. Захаров A.B. Об энергоэффективности современных ограждающих конструкций. // Сб. докладов конференция Международных дней архитектур. ИСА МГСУ. М. 2010.

4. Захаров A.B., Забалуева Т.Р. Несущий этаж» - это новая свобода. // Ст. в журн. «Новый дом» №4, 2002г., с.44-47.

5. Захаров A.B., Забалуева Т.Р. Что за тип этот СНиП - друг или враг?. // Ст. в журн. «Новый дом», март, 2001г., с.62-64.

6. Захаров A.B. Ориентировочные расчеты энергоэффективности зданий и их ограждающих конструкций. // Сборник докладов ИСА МГСУ .М.2010г.

7. Мальцев В.В. Эффективная защита деревянных конструкций. // Ст. журн. «Кровельные и изоляционные материалы» №2, 2009г., с20-21.

8. Мальцев В.В. Защита деревянного дома от короткого замыкания в электропроводке. // Текст выступления в рамках круглого стола «Нанотехнологии для ЖКХ», МИСИС, 11.12.2009г.

9. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

10. СНиП 2.01.02-85* «Противопожарные нормы».

11. Wood Works Information Sheet WW-005 - Wood and Building Codes, 1998.

The literature:

1. Baranowski G.V. Architectural Encyclopedia of the XIX century // Issue 1, 2001. P.6, P.19,

P.23.

2. Zakharov A.V., Zabalueva T.R., Stepenkova E.A. Analysis of design solutions and application of building materials in modern low-rise construction in Russia. // Proc. Scientific reports - Scientific-Technical Conference of the International Day of Architecture ISA MGSU. M. 2010.

3. Zakharov A.V. On energy efficiency of modern building envelopes. // Proc. of the Conference of the International Day of Architecture ISA MGSU. M. 2010.

4. Zakharov A.V., Zabalueva T.R. Carrying the floor - a new freedom. // St. in Journ. «A new house» № 4, 2002, P.44-47.

5. Zakharov A.V., Zabalueva T.R. That for this type of SNIP - friend or foe? // St. in Journ. «New Home», March, 2001, Pp.62-64.

6. Zakharov A.V. Rough calculations energy efficiency of buildings and building envelopes. // Proceedings of the ISA MGSU. M. 2010.

7. Maltsev V.V. Effective protection of wooden structures. // St. Journ. «Roofing and insulation materials» № 2, 2009, Pp.20-21;

8. Maltsev V.V. Protecting the wooden house on a short circuit in the wiring. // Text of the speech at the roundtable «Nanotechnologies for Housing», MISIS, 11.12.2009.

9. SNIP 23-02-2003 «Thermal protection of buildings»;

10. SNIP 2.01.02-85* « Fire protection norm»;

11. Wood Works Information Sheet WW-005 - Wood and Building Codes, 1998.

Ключевые слова: дерево, брус, энергоэффективность деревянных стен.

Keywords: wood, timber, energy efficiency wooden walls.

E-mail автора: art-kot@,list.ru

Рецензент: Косарева Наталья Сергеевна, ГАП ООО фирма «МОНОЛИТ».