Как живется теплоизоляции в стенах наших зданий?

Проблема энергосбережения в зданиях и сооружениях стоит сегодня особо остро. При этом вопросы — какая теплоизоляция наиболее эффективна, как она будет вести себя в процессе эксплуатации зданий и целый ряд других — требуют проведения глубоких научных исследований и большого объема лабораторных исследований. Этой работой у нас в стране более 60-ти лет систематически занимается НИИ строительной физики.

О том, как проходит эти исследования и каковы их практические результаты мы беседуем с руководителем сектора испытаний теплофизических характеристик строительных материалов лаборатории строительной теплофизики этого института, заместителем заведующего лаборатории – ведущим научным сотрудником, кандидатом технических наук Павлом Пастушковым.

— Основное, чем мы сегодня занимаемся — это исследования полного набора теплотехнических характеристик строительных материалов, которые необходимо знать проектировщикам при расчете ограждающих конструкций зданий. Прежде всего, речь идет о моделировании тепловлажностного режима ограждающих конструкций, характеристик материалов, входящих в состав этих конструкций, их изменении в процессе эксплуатации зданий. Это необходимо знать, чтобы правильно рассчитывать данные конструкции.

Поэтому мы не просто определяем эти характеристики, но и разрабатываем методики прогнозирования изменения этих показателей в процессе эксплуатации.

Ведь если мы будем закладывать в процессе проектирования характеристики, которые получены в идеальных условиях лаборатории, то это приведет к ошибкам.

Вот яркий пример. Если мы будем брать, например, лабораторную теплопроводность, полученную в сухом состоянии материала, то посчитанные по этим данным показатели теплозащиты ограждающих конструкций будут значительно завышены, относительно тех, которые на самом деле получатся в реальной конструкции. Поэтому теплопроводность при расчетах должна браться обязательно эксплуатационная.

Разработками подобных методик и испытаниями по этим методикам мы как раз и занимаемся.

— Получается, вы больше практики, нежели ученые-теоретики?

— Ни в коем случае! Испытания без хорошей теоретической базы ничего хорошего бы, скорее всего, не принесли. Поэтом наряду с испытаниями в лаборатории идет и большая теоретическая работа. Кроме того, по заказу Минстроя мы также разрабатываем много стандартов на методы испытания. Я в частности автор более десяти стандартов. Например, стандартов на методы определения воздухопроницаемости, влагопроводности, капиллярного всасывания, метод определения эмиссии волокон из минераловатных материалов и других.

Если же обобщить, то можно сказать, что работая над созданием ГОСТов, мы создаем нормативное поля в нашей области — это необходимо потому, что именно таким образом мы сможем едиными методами сравнивать различные материалы.

— Почему это сегодня с вашей точки зрения столь актуально?

— Потому что сейчас мы все чаще сталкиваемся с тем, что многие производители или дистрибьюторы пытаются продвинуть свои материалы, что называется, любой ценой, пытаясь всячески доказывать их соответствие необходимым параметрам, если даже на самом деле это не так. При этом они даже не задумываются о последствиях, к которым может привести такое несоответствие в рамках повсеместного их применения. Поэтому создавая общие для всей отрасли нормативы мы выступаем своего рода третейскими судьями в этом отношении.

— А как вообще появляются ГОСТЫ? Расскажите на каком-нибудь примере.

— В прошлом году мы разработали ГОСТ, который называется «Конструкции ограждающих зданий. Метод определения теплотехнических показателей теплоизоляционных материалов и изделий при эксплуатационных условиях». Он прошел все согласования и в этом году он должен быть внедрен. Этот ГОСТ позволит по единой методике определять теплопроводность любых теплоизоляционных материалов при эксплуатационных условиях ограждающих конструкций. То есть с учетом реальной эксплуатационной влажности.

Этот ГОСТ родился после того, как в 2018 году был проведен НИОКР и было испытано порядка 40 материалов, чтобы выверить эту методику. Она должна стать обобщенной методикой, поэтому нужно было ее отточить, чтобы она легла в основу стандарта.

При этом, именно для этого стандарта, который поддерживают все крупнейшие ассоциации производителей теплоизоляционных материалов (а это более 90% всего рынка теплоизоляции) мы столкнулись с активным противодействиям от небольшой группы, лоббирующей конкретный материал.

— Расскажите, пожалуйста, подробнее.

В этом году мы совершенно случайно узнаем, что аналогичный по сути стандарт разрабатывается в ТК 144 «Строительные материалы» при Минпромторге.

— А зачем?!

— Есть заинтересованные в продвижении своего вида продукции — производители или «лоббисты» — и они «протаскивают» через ТК-144 некий стандарт для этой продукции. Вероятно, готовящийся там стандарт вряд ли пропустили бы в ТК-465, работающем при Минстрое.

— Потому что этот стандарт более «мягкий», если так можно сказать, чем это должно быть? И что в более независимом комитете это не пройдет?

— Возможно. То есть таким образом появился альтернативный путь для внедрения «нужных» стандартов. При этом, нужно заметить, существует механизм, в соответствии с которым все стандарты, которые разрабатывает ТК-144, должны проходить экспертизу в ТК-465. Мне попадалось несколько таких стандартов, на которые мы писали отрицательные отзывы, однако все равно эти стандарты внедрялись даже при отрицательных заключениях со стороны ТК-465.

Хочу заметить, что стандарт по методике определения эксплуатационной теплопроводности — крайне важный для отрасли теплоизоляционных материалов. Эта характеристика может определяться только расчетом. Но есть ненаучный и совершенно не обоснованный путь, когда пытаются определить теплопроводность материала в некоем влажном состоянии, то есть когда его увлажняют до определенной степени, которая присуща конструкции. Однако в целом ряде научных статей на основе экспериментов показано, что для некоторых материалов это просто невозможно сделать. То есть требуется применять расчётно-экспериментальный метод, а просто экспериментальный метод не работает.

Существуют также некоторые стандарты, которые не отменены , но они не используются сегодня по ряду причин. О них уже все забыли, но специалисты ТК-144 таковой нашли и объявили о его актуализации.

— То есть, образно говоря, нашли стандарт на свалке истории?

— Что-то в этом роде. И сообщается, что упомянутый стандарт будут «актуализировать» под руководством заведующего кафедрой «Организация производства и городское хозяйство» Ивановского государственного политехнического университета. Я не сомневаюсь, что там большие специалисты в области городского хозяйства, но подозреваю, что о поведении теплоизоляционных материалов в ограждающих конструкциях зданий они имеют весьма расплывчатое представление. Есть ли у них научные статьи на эту тему, НИОКРы, база экспериментальных данных?

— Это потому, что для понимания этого процесса нужно провести большую исследовательскую работу, используя достаточно специфическое оборудование?

— Разумеется. Ведь я уже рассказывал, какую экспериментально-исследовательскую работу в наших лабораториях мы проводим, чтобы выверить те или иные методики. Только для упомянутого НИОКРа было испытано более 40 материалов. При этом кроме научной мы ведем и хоздоговорную работу — нам заказывают определенную работу фирмы — так вот в прошлом году мы выполнили 35 хоздоговорных работ и испытали более ста материалов! И хотя это была работа по заказам фирм, она позволила нам набрать полный объем данных.

Вывод такой: не будучи столь глубоко вовлеченным в эту научно-экспериментальную работу, как это делаем мы в нашем институте, написать полноценный стандарт невозможно.

— Получается, может оказаться так, что будут существовать два разных стандарта?

— Именно! В информационном поле Российской Федерации будут два стандарта на один метод. И большинство производителей теплоизоляционных материалов, которые хотят по-честному определять свои характеристики по общим правилам, будут дезориентированы. А «альтернативные» разработчики создают стандарт «под себя», т.е. такой стандарт, который позволит иметь «улучшенные» характеристики своего материала.  Но в итоге это приведет к ошибкам в теплотехнических расчетах, к понижению показателей энергоэффективности, снижению долговечности конструкций…

При этом хочу подчеркнуть, что все работы, НИОКРы, которые мы делаем по заказу Минстроя, мы вводим в нормативные документы, чтобы наши наработки использовали проектировщики, производители, чтобы все это не в стол писалось, а чтобы обязательно превращалось в реальное проектирование.

Например, в прошлом году мы разработали методическое пособие по проведению расчета теплотехнических показателей строительных материалов и изделий. Это будет основным справочником для испытательных лабораторий, из которого будет ясно, как правильно определять теплопроводность и как далее ее рассчитывать.

По результатам одного из НИОКРов мы разработали и внедрили в СП 345.1325800 «Здания жилые и общественные. Правила проектирования тепловой защиты»  методики определения, а также осредненные коэффициенты условий эксплуатации. То есть кроме показателя теплопроводности мы внедрили коэффициент условий эксплуатации. Потому что в различных конструкциях могут быть различные эксплуатационные факторы, которые будут влиять к концу срока эксплуатации на параметры теплозащиты.

— А что, собственно, происходит с теплоизоляций в процессе эксплуатации, почему ее свойства меняются?

— Приведу пример. При применении минераловатных материалов в навесных фасадных системах значимым эксплуатационным фактором является вынос волокон, или «эмиссия». Значительный вынос волокон из слоя утеплителя в процессе эксплуатации может сказываться на теплозащитных свойствах всей конструкции.

А у некоторых видов полимерной изоляции, таких, например, как  пенополиизоцианурат и подобных в процессе эксплуатации происходит выход газа, который при производстве материала закачивается в его поры. Он замещается на воздух. Из-за этого теплопроводность несколько повышается и теплоизоляционные свойства, разумеется, ухудшаются. Мы создали математическую модель для этого процесса.

— Насколько критична для практики такая тщательность расчетов?

— Опять-таки, покажу на примере. ГБУ «ЦЭИИС» (Центр экспертиз, исследований и испытаний в строительстве) при московском правительстве ежегодно исследуют около ста столичных домов, определяя фактические теплозащитные показатели. И очень часто эти показатели чуть ли не в два раза расходятся с проектными. Причины этого — с одной стороны, качество строительства, а с другой — неправильный учет теплотехнических показателей при проектировании. Избежать последнего фактора как раз и позволяет создаваемая нами нормативная база. То есть она позволит приблизить проектные показатели к фактическим. И поскольку сегодня большая часть ограждающих конструкций в жилых домах многослойные, для них такие расчеты особенно важны.

Но и однослойные стены без внимания не остались. У нас в этом году введена в строй большая климатическая камера, в которой сейчас как раз ведется испытание кладки из газобетонных блоков.

Кстати, из новаций — мы начинаем развить новое направление — исследование технической изоляции. До сих пор мы работали только со строительной изоляцией. Техническая изоляция — это изоляция от высоко- или низкотемпературных воздействий на оборудование, трубопроводы и т.д. Там присутствуют специфические факторы, которые нуждаются в изучении, потому что это еще мало исследованная область. Пока что все производители за такими исследованиями обращаются в основном в западные испытательные центры. Но у нас есть уникальная установка для определения максимальной рабочей температуры. И многие компании теперь отказываются от испытаний за рубежом в пользу испытаний у нас. Это и по деньгам выгодно, а кроме того, у нас можно сделать большой объем испытаний и получить адекватные результаты, сравнить, провести тесты при других условиях и т.д.

Важно то, что у нас не просто испытания, а работа идет на стыке науки, практики, производства.

— Как результаты ваших исследований попадают в нормативные документы?

— Один из вариантов — к нам обращаются организации, такие, как, к примеру, ассоциации производителей материалов или проектировщиков и сообщают, что есть необходимость в разработке такого-то стандарта. Другой вариант — мы сами в ходе научно-практических работ приходим к пониманию того, что нужен тот или иной новый стандарт.

После этого проводим серию экспериментов, вырабатываем определенную методику и подаем заявку в Минстрой на разработку стандарта. После одобрения заявки разрабатываем сам стандарт.

— Над чем сегодня работаете?

— В этом году актуализируется стандарт «Здания и сооружения. Метод математического моделирования температурно-влажностного режима ограждающих конструкций.»

Этот стандарт описывает математическую модель, которая позволяет, к примеру, рассчитать, какой будет влажность материалов ограждающих конструкций, скажем, через пять лет эксплуатации после завершения строительства. Это дает возможность спрогнозировать такие процессы, как, например, выпадение конденсата, промерзание конструкции, накопление влаги на стыке с металлическими изделиями (что связано с коррозией металла) и так далее. Мы эту модель в свое время разрабатывали, сейчас мы ее актуализируем.

— Я видел многие ваши лаборатории, в них немало поистине уникального испытательного оборудования. Появляются какие-то новые, более современные установки?

— Конечно!  В частности, в этом году мы с помощью Минстроя закупаем новую установку по определению теплопроводности с расширенными возможностями. У нас уже есть подобные установки, но эта, немецкой разработки и производства  — уникальна для России. В ней могут испытываться полноформатные изделия, очень широкий диапазон определения параметров по температуре и т.д. Установка очень дорогостоящая, в России до сих пор подобной не было.

— Надеюсь, с помощью этой установки вы сможете проводить еще более глубокие, интересные и важные для отрасли и всей экономики страны исследования. Спасибо за обстоятельную беседу!

Беседовал Михаил ЗИБОРОВ

Этот материал опубликован в августовском номере Отраслевого журнала «Строительство». Весь журнал вы можете прочитать или скачать здесь.