Республика Саха (Якутия) расположена на Северо-Востоке территории Российской федерации и характеризуется экстремальными климатическими условиями для строительства зданий и сооружений. Температура холодной пятидневки по всей территории Якутии находится в диапазоне tн = -42…-60°С. Продолжительность дней с температурой наружного воздуха tн = -40°С и ниже составляет 50-60 дней в центральной части, а в арктических районах 60-80 дней. Соответственно продолжительность отопительного периода составляет zот.пер.=239 … 365 дней, средняя температура отопительного периода — tот.пер. = -13.3°С…-24.1°С. Практически вся территория республики находится в зоне с многолетнемерзлыми грунтами и строительство многоэтажных зданий ведется на свайных фундаментах с проветриваемыми подпольями. В таких климатических условиях особенно остро стоит проблема сокращения потерь тепловой энергии через ограждающие конструкции зданий и обеспечение их энергоэффективности.
Основная характеристика для определения нормируемых параметров для теплозащиты зданий — градусо-сутки отопительного периода (ГСОП)) для районов Якутии имеет значения свыше 8000 °С·сут. При таких параметрах требуемые приведенные сопротивления ограждающих конструкций зданий имеют весьма высокие значения, например, 5.1 м2·оС/Вт для стен жилых зданий в г.Якутске. С учетом условия обеспечения нормируемого значения приведенного сопротивления теплопередаче наружных ограждений практически нереально проектировать здания без применения эффективного теплоизоляционного материала. В современном строительстве наиболее распространенным является каркасное домостроение с применением монолитных железобетонных конструкций. Во многом это связано с развитием строительных технологий, возможностью возведения зданий повышенной этажности с различной архитектурной выразительностью и гибкой планировки. В качестве стеновых ограждений этих типов зданий традиционно используются бетонные блоки с наружной теплоизоляцией из минераловатных или пенополистирольных плит. Ежегодно в г. Якутске вводится в эксплуатацию около 200,0 тыс.кв.м. жилых многоэтажных зданий с железобетонным каркасом. Кроме повышения теплозащиты стен, одним из важных достоинств применения современных фасадных конструкций является смещение точки росы наружу стены и удаление влаги из теплоизоляционного слоя за счет вентиляции воздуха.
Для повышения эффективности теплозащиты зданий наиболее важным является снижение влияния теплопроводных включений. В рассматриваемом типе зданий основными мостиками холода выступают несущие железобетонные конструкции (перекрытия, колонны и т.п.) и бетонные блоки стеновой кладки. Результаты тепловизионных наблюдений зданий подтверждают, что теплопотери зданий происходят через данные конструктивные элементы. Фактическая температура на внутренней поверхности ограждения в местах расположения колонн и наружных стен первого этажа зданий во многих случаях имеет весьма низкие значения и не соответствуют требованиям норм. Особенно характерными участками нарушения требований по тепловой защите зданий являются угловые участки первого этажа зданий. Для сравнительного анализа выполнены теплотехнические расчеты сертифицированной программе «Shaddan 3D ST» при температуре наружного воздуха, соответствующей значению температуры в день проведения натурных измерений. Полученные температурные изолинии наглядно отражают отрицательное влияние мостика холода: железобетонные колонны первого этажа — цокольное железобетонное перекрытие — ростверки кустов свай. Линия с нулевой температурой в зоне расположения колонны смещается во внутреннюю сторону и расположена в верхнем слое теплоизоляции.
Одним из проблемных участков в каркасно-монолитных зданиях является угол цокольного перекрытия с наружной ограждающей конструкцией. Согласно теплотехническому расчету температура на внутренней поверхности узла цокольного перекрытия с наружной стеной не отвечает нормативным требованиям и ниже значения температуры выпадения конденсата. Результаты тепловизионных съемок подтверждают низкую температуру на внутренней поверхности угловой части узла ограждающей конструкции. При наличии колонны на рассматриваемом участке цокольного перекрытия ситуация становится более неблагоприятной с точки зрения теплозащиты. В этом случае имеется дополнительный мостик холода: железобетонная колонна – ростверк кустов свай.
Таким образом, в результате тепловизионных обследований зданий и численного анализа установлены характерные для всех зданий тепловые потери через узлы примыкания колонн и стен из бетонных блоков к цокольному железобетонному перекрытию. Следует подчеркнуть, что одним из важных факторов в суровых климатических условиях Крайнего Севера является повышенная инфильтрация воздуха. Данный фактор особенно отрицательно проявляется при эксплуатации жилых каркасно-монолитных зданий повышенной этажности. Например, разница давления наружного и внутреннего воздуха для 16-ти этажного дома в зимний период может составлять более 90 Ра, что в 1,8 раз выше чем, для 9-ти этажного дома. Соответственно, отрицательное влияние любых дефектов в наружной ограждающей конструкции на теплозащиту зданий в целом усиливается в несколько раз. Кроме того, накопленный опыт строительства и эксплуатации многоэтажных зданий в Якутии показывает, что нарушение температурного режима на первом этаже многоэтажных зданий обусловлено не только наличием теплопроводных включений, но и появлением щелей из-за усадки пенополистирольных плит со временем эксплуатации
С учетом проведенного анализа при проектировании и строительстве каркасно-монолитных зданий в климатических условиях с особо низкой температурой наружного воздуха предлагается придерживаться следующих принципов:
— многослойность цокольного перекрытия;
— многоступенчатость углового соединения стенового ограждения с цокольным перекрытием;
— применение термовкладышей для первых рядов кладки.
Приведены примеры практического применения данных принципов проектирования для некоторых конструктивных элементов зданий
