Как научно-исследовательский отдел ограждающих конструкций РУП «Институт БелНИИС» обеспечивает энергоэффективность и надежность зданий
В современном гражданском и промышленном строительстве ограждающие конструкции зданий давно перестали быть просто элементом защиты от внешней среды. Сегодня это сложные инженерные системы, от которых зависят энергоэффективность зданий, комфорт эксплуатации и соответствие современным требованиям. Однако обеспечить нужные показатели таких конструкций на практике непросто: на их теплозащитные характеристики влияют не только свойства материалов, но и особенности конструкции, геометрия элементов и решения в узлах сопряжения. Именно поэтому специалисты научно-исследовательского отдела ограждающих конструкций РУП «Институт БелНИИС» рассматривают каждую задачу комплексно — от исследования свойств материалов до анализа уже реализованных решений.
Слово генерального директора
— В вопросах теплозащиты зданий существует распространенное заблуждение, что увеличение толщины стены или слоя утеплителя автоматически решает все проблемы энергоэффективности. На практике все значительно сложнее. Увеличение толщины наружных стен и применение дополнительной теплоизоляции не всегда обеспечивают пропорциональное снижение теплопотерь и затрат на отопление. По мере повышения сопротивления теплопередаче дополнительный энергосберегающий эффект уменьшается, поэтому выбор толщины утепления требует теплотехнического и экономического обоснования.
Наша принципиальная позиция такова: каждое проектное решение должно опираться на комплексный теплотехнический расчет, учитывающий реальную геометрию конструкции, свойства материалов и условия эксплуатации. Именно такой подход позволяет находить действительно эффективные решения, а не создавать видимость энергосбережения. Научно-исследовательский отдел ограждающих конструкций РУП «Институт БелНИИС» — это та экспертная структура, где проектные решения получают объективную оценку и надежное обоснование, — отмечает генеральный директор РУП «Институт БелНИИС» Олег Николаевич ЛЕШКЕВИЧ.
Когда стандартного расчета недостаточно
При определении сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций необходимо учитывать не только характеристики отдельных слоев стены, но и особенности ее устройства. Кладочные швы, крепежные элементы, гибкие связи, проемы, примыкания и другие особенности конструкции могут формировать теплотехнические неоднородности, влияющие на распределение тепловых потоков и температурное поле конструкции.
— При расчете сложных узлов важно определить влияние конструктивных особенностей на теплотехнические показатели конструкции. Численное моделирование температурных полей позволяет вычислить распределение температур и тепловых потоков в зоне теплотехнических неоднородностей, оценить влияние узла и сравнить различные варианты конструктивных решений, — поясняет заведующий научно-исследовательским отделом ограждающих конструкций РУП «Институт БелНИИС» Олег Викторович САПОНЕНКА.
Детальное численное моделирование особенно востребовано для нетиповых конструкций и сложных узлов, когда упрощенного расчета или справочных данных недостаточно. Выбор метода зависит от геометрии конструкции, исходных данных и условий применимости расчетной методики.
Легкие бетоны: как свойства материала и конструкция изделия определяют теплозащиту
Исследование материалов для наружных ограждающих конструкций — одно из направлений работы отдела. Особое внимание специалисты уделяют легким бетонам — автоклавному ячеистому бетону, крупнопористому керамзитобетону — и стеновым изделиям на их основе.
При теплотехнической оценке легких бетонов важно учитывать не только исходные значения теплопроводности, но и изменение их свойств в условиях эксплуатации. Одним из ключевых факторов является влажностное состояние материала: при увеличении влажности возрастает его теплопроводность, что приводит к снижению сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции.
Отдельная задача — оценка теплотехнических характеристик готовых стеновых изделий. Значение теплопроводности исходного материала не позволяет напрямую определить характеристики готового пустотного блока. На работу изделия влияют его конструктивные особенности: форма и расположение пустот, толщина стенок и перемычек, а также особенности теплопередачи внутри пустот. Поэтому такие изделия требуют отдельной расчетной или экспериментальной оценки с учетом их фактической структуры.
— При исследовании блоков для ОАО «Завод керамзитового гравия г. Новолукомль» мы выполняли расчеты изделий с различной пустотностью. При этом оценивалась не только доля пустот, но и их расположение относительно направления теплового потока, геометрия перемычек и другие параметры, определяющие теплотехнические характеристики блока. Такой подход позволяет корректно сравнивать различные конструктивные варианты изделий, — подчеркивает Олег Викторович.
Еще одним примером комплексного подхода отдела стала научно-исследовательская работа по заданию Белорусской цементной компании. Специалисты изучили теплотехнические характеристики кладки из блоков автоклавного ячеистого бетона пониженной плотности и оценили различные варианты конструкций наружных стен с учетом толщины теплоизоляционного слоя, особенностей устройства стены и влияния теплотехнических неоднородностей.
В результате составлена методика теплотехнического расчета наружных стен из ячеистого бетона и создан альбом технических решений для проектировщиков. В альбоме представлены расчетные характеристики типовых конструкций и узлов, позволяющие учитывать влияние крепежных элементов, связей и других участков с повышенной теплопередачей при проектировании ограждающих конструкций.
Анатомия фасада — как просчитать скрытые мостики холода
Результаты выполненных исследований и расчетов специалисты РУП «Институт БелНИИС» используют при разработке и уточнении конструктивных решений наружных стен, фасадных систем и стеновых панелей. Отдельного внимания требуют узлы сопряжения и участки с теплопроводными включениями: в них распределение температур и тепловых потоков иное, нежели при одномерной схеме. Расчет позволяет оценить дополнительные теплопотери, выявить зоны пониженной температуры внутренней поверхности и сравнить возможные варианты узлов.
Характерный пример — навесные фасадные системы с вентилируемой воздушной прослойкой. Их металлическая подсистема включает кронштейны, направляющие и крепежные элементы, которые могут изменять распределение тепловых потоков в зоне установки и влиять на теплопередачу через наружную стену.
— В навесных фасадных системах элементы крепления проходят через слой теплоизоляции и становятся частью расчетной модели конструкции. Их влияние определяется не только материалом, но и размерами, количеством и расположением в узле. Для таких решений важно учитывать пространственный характер теплопередачи, поэтому расчет выполняется с учетом трехмерной геометрии конкретного узла, — поясняет Олег Сапоненка.
Главный результат работы — переход от сложных расчетов к обоснованным инженерным решениям. За каждым узлом стоят анализ температурного поля, оценка теплопотерь и учет особенностей конкретной конструкции.
Накопленные данные становятся основой для разработки типовых серий изделий, схем узлов утепления и альбомов технических решений. Эти материалы помогают проектировщикам применять расчетно обоснованные решения при разработке строительных проектов.
Испытание высотой — теплотехническая специфика башен «Минск-Мира»
Одно из направлений работы отдела — научно-техническое сопровождение проектных решений для высотных зданий. Здесь требования к надежности и теплотехническим характеристикам ограждающих конструкций существенно выше, чем при строительстве объектов обычной этажности. Высотное здание находится в более сложных условиях: увеличиваются ветровые и температурные воздействия, возрастает влияние теплотехнических неоднородностей, а цена ошибки в проектном решении многократно повышается. Именно поэтому для таких объектов необходима более серьезная проработка конструкции фасадов — с детальной проверкой не только типовых участков, но и каждого характерного узла.
Специалисты отдела выполняли теплотехнические расчеты и оценку проектных решений наружных стен и узлов сопряжения зданий многофункционального жилого комплекса «Минск-Мир».
— В зданиях с большой площадью остекления важно оценивать не только остекленные и непрозрачные участки фасада, но и места их сопряжения. Геометрия примыканий, свойства материалов и элементы крепления влияют на распределение температур в этих зонах, потому характерные узлы требуют отдельной проверки. Для высотных объектов эта работа приобретает особое значение: здесь выше ответственность, жестче нормативные требования и меньше допустимая погрешность проектного решения, — подчеркивает заведующий отделом.
Натурный контроль — от термограммы к заключению
Расчетные модели позволяют оценить работу ограждающей конструкции при заданных условиях, однако состояние существующего здания требует проверки по фактическим данным. Натурное обследование показывает реальное состояние конструкции, и специалист определяет возможные отклонения от проектных решений, ищет причины выявленных проблем. Это одно из направлений деятельности отдела.
В качестве инструмента обследования задействуется тепловизионный контроль, позволяющий выявлять участки с неоднородным распределением температуры на поверхности. Однако полученное изображение требует инженерной интерпретации.
— Термограмма показывает распределение температуры на поверхности, но сама по себе не идентифицирует причину выявленной аномалии. Снижение температуры в определенной зоне может быть связано с различными факторами: нарушением теплоизоляционного слоя, особенностями стыка, повышенной воздухопроницаемостью или увлажнением конструкции. Поэтому выводы по результатам тепловизионного обследования необходимо подтверждать дополнительными измерениями и анализом конструкции, — поясняет Олег Сапоненка.
При анализе результатов учитываются условия проведения обследования, температурный режим, воздействие внешних факторов, характеристики поверхности и данные проектной документации. При необходимости выполняются инструментальные измерения, локальные вскрытия и исследование образцов материалов.
На основании полученных данных уточняется состав конструкции, делаются поверочные расчеты и определяются причины выявленных нарушений. Результатом обследования становятся технически обоснованные рекомендации: от локального восстановления теплоизоляции и устранения дефектов узлов до комплексных мероприятий по модернизации ограждающих конструкций.
Замкнутый цикл инженерной работы
Теплотехнические исследования материалов, расчеты ограждающих конструкций, разработка технических решений и обследование существующих зданий являются частью единого процесса — от получения исходных данных до оценки фактического состояния и работы конструкций в реальных условиях. Именно такой подход позволяет рассматривать ограждающую конструкцию комплексно — с учетом свойств материалов, конструктивных решений и условий эксплуатации, определяющих ее фактические теплотехнические характеристики.
Производители материалов получают данные о свойствах продукции и особенностях ее применения в составе стеновых систем. Проектировщики используют расчетные методики, характеристики материалов и технические решения для разработки конструкций с учетом конкретных условий. Владельцы зданий получают результаты обследований и технические рекомендации по устранению выявленных проблем.
Последовательность «исследование — расчет — конструктивное решение — практическое применение» формирует обратную связь между наукой и реальным строительством. Опыт, накопленный при изучении материалов, выполнении расчетов, разработке конструктивных решений и обследовании объектов, становится основой для дальнейшего развития РУП «Институт БелНИИС». Эти знания используются в новых исследованиях, для совершенствования методик и создания технических решений для строительной отрасли Беларуси.
Научно-исследовательская и экспертная деятельность отдела ограждающих конструкций РУП «Институт БелНИИС» чаще всего остается за кадром для широкой общественности. Однако именно эта «невидимая» работа — теплотехнические расчеты, численное моделирование, лабораторные исследования и натурные обследования — является главным гарантом энергоэффективности, комфорта и долговечности белорусских зданий. За каждым фасадом, каждой стеновой панелью и каждым узлом сопряжения стоит труд научных работников, которые для сложных физических процессов находят надежные инженерные решения.
ЭКСПЕРТ
Олег Викторович САПОНЕНКА, заведующий научно-исследовательским отделом ограждающих конструкций РУП «Институт БелНИИС».
Окончил Белорусский национальный технический университет в 2001 году по специальности «промышленное и гражданское строительство».
Автор 10 печатных научных работ.
Сфера компетенций: теплотехнические исследования строительных материалов и конструкций, численное моделирование температурных полей, разработка технических решений для наружных стен и фасадных систем, натурные обследования эксплуатируемых зданий.
Под руководством Олега Викторовича отдел обеспечивает комплексный подход к оценке ограждающих конструкций — от исследования свойств материалов до анализа уже реализованных решений и разработки рекомендаций по их совершенствованию.
Сфера деятельности:
• комплексный подход к оценке ограждающих конструкций — от исследования материалов до натурных обследований;
• численное моделирование температурных полей для сложных узлов и нетиповых конструкций;
• разработка методик теплотехнического расчета наружных стен из ячеистого бетона;
• альбомы технических решений для проектировщиков, учитывающие влияние теплотехнических неоднородностей;
• теплотехнические расчеты наружных стен и узлов сопряжения для высотного комплекса «Минск-Мир»;
• натурные обследования с применением тепловизионного контроля и инструментальных измерений.
Вера ЮНКЕВИЧ, фото предоставлено РУП «Институт БелНИИС»