Изолации

ИЗОЛАЦИИ, ЕНЕРГИЙНА ЕФЕКТИВНОСТ, ЕСТЕТИКА

Отношението към енергийната ефективност е резултат на мироглед. Спасението на планетата от екологична катастрофа не лежи в една плоскост със стремежа към намаление на експлоатационните разходи в сградите. Прекият път към спасението на планетата е глобалното ограничение на егоизма. Преди 40 години Римският клуб посочи нулевия растеж като задължително условие, за да се отървем от неизбежни беди, а религиите се опитват да обосноват същата идея от поне четири хиляди години, упорствайки до момента с тезата, че скромността е угодна Богу. Вече е късно да се работи в тази посока. Смята се, че пътят за спасение чрез ограничение на растежа вече е невъзможен. Това, че користният стремеж към икономия като движеща сила на спасението от последиците на егоизма не е най-подходящият стимул, е очевидно за всеки, но двете теми – за опасността и средствата на избавлението - продължават да се разглеждат заедно и вероятно това е неизбежно. Доколкото с мирогледа се занимават образованието, религията и философията, а с рентабилността в строителството и експлоатацията на сградите се занимават архитектите, строителите и търговците, всеки се задълбочава в своята материя, но не е лошо да помним за връзката между цел, причина и следствие – тя е обща. Всички хора са заинтересовани пряко и неотвратимо от енергийната ефективност. Тук е изложена гледната точка на архитектите във връзка с конкретното приложение на методи и детайли на енергийната ефективност в сградите, без да се засягат причините, които я налагат. Тях ще оставим на философите.

Макар че проблемът е архитектурен, тук няма да стане дума и за устройствените аспекти на ЕнЕф. Все поради глобалния егоизъм градоустройството допринася малко или никак за енергийноефективното положение, форма и височина на сградите. Спекулата, амбицията и глупостта имат думата преди останалите съображения. Тук се опитвам да изложа известните решения за подобряване на сградите - такива, каквито са те в масовата практика – зле ориентирани, без озеленяване, ненужно високи, обсебени от автомобилите, по-големи, по-тежки и по-скъпи, отколкото е необходимо – в името на печалбата. Пак в името на печалбата се опитваме да ги подобрим – тези, които са построени, както и проектите за бъдещите сгради, когато има кой да ги проектира енергоефективни.

Моят личен опит в енергийната ефективност е свързан с показателен за България експеримент. Преди 25 години, у дома, на втори надпартерен етаж, с изложение чист юг и зад стара липа в центъра на София (550 м надморска височина), на завет между пететажни кооперации, вместо да си остъкля балкона, аз го разширих навътре към стаята като преместих с 60 см прозореца и балконската врата. На тази нова тераса, 175 см широка, по-късно спаха моите бебета. Премахнах тухлената неносеща стена отстрани на прозореца, както и 25-сантиметровия зидан брюстунг и ги замених с 22-милиметрови шпервани плочи на дървена рамка и с чамов пълнеж, боядисани отвън и отвътре с блажна боя. Нищо друго, даже не запълних фугите. За да не бъде студено на съседа отдолу, под керамичните плочки на балкона положих хастар с перлит с дебелина 6-8 см. За да не бъде студено на горния, направих таванче от същите листове, окачено във външния си край на стария щурц и опряно във вътрешния край на новия "дограма-панел". Там се събира най-топлият въздух от стаята – в получения антресол пазя чертежи, ски, въдици и една стара цигулка. От 25 години в тази стая пускам отоплението десетина дни през годината и там микроклиматът е отличен. Жена ми спи на отворена врата през всички сезони. Това е реално да се прави в България, ако останалите архитектурни предпоставки са налице. Ситуацията ме пази от студа и вятъра, липата – от прегряване.

На практика цялата архитектурна теория – в това число архитектурното образование - се занимава с материята на правилното сградостроителство. Видя се обаче, че ефектът от образованието е нулев. Неизбежно тук се съдържат нещата, които архитектите би трябвало да знаят добре много, преди да започнат да проектират за изпълнение или поне да са ги виждали. Причините да не знаят достатъчно също не са наша работа в момента.

Архитектурните конструкции се делят най-общо на носещи и ограждащи, все по-малко конструкции в наше време изпълняват и двете роли. Като площ, обем и сечение носещите конструкции имат все по-малък дял в сградите – материалите са все по-яки и технологиите – все по-съвършени. Всичко в материалният свят е конструкция – и тази, която носи непосредствено покрива, стените, подовете и всичко останало, и онази, която носи само себе си, ограждайки полезните пространства – самите покриви, стени, подове, врати и прозорци. Повече от девет десети от носещите конструкции в съвременните сгради са скелети. Логично е да искаме да подобрим поотделно енергийната ефективност на конструкциите, които носят и на тези, които ограждат – тогава ще се справим по-лесно, защото по предназначение, изпълнение и местоположение те са все по-различни конструкции. Изглежда логичен стремежът да искаме да отделим носещата конструкция от ограждащата – тогава ще се справим по-лесно. Архитектурата на ХХ век показа, че това разделяне на конструкциите според тяхната роля в сградата понякога има добър естетически ефект. Когато енергийната ефективност наложи сградите да се опаковат изцяло, тяхната красота пострада – трудно можем да съдим за красотата на тяло, завито от главата до петите с юрган. Когато апостолите на модерната архитектура за първи път отделиха скелета от ограждащите конструкции, обществото видя само естетическите предимства и функционалните недостатъци на новаторството. Енергоефективните, технологичните и икономическите предимства останаха без полагащото им се внимание. Модерната архитектура овехтя физически много бързо.

И до днес в България стоманобетоновите скелети се изливат след като стените са иззидани – заради съмнителната икономия на кофраж и време. Британският стандарт отдавна забранява това – там неносещата стена е отделена от скелета с фуга задължително. Така стената може да бъде монтирана, демонтирана, преместена, изолирана, променена, разрушена и възстановена без вреда за скелета и много по-лесно. Разликата в мисленето е очевидна.

Носещите конструкции се измислят от архитектите и се изчисляват от инженерите. Поне теоретично от сто-двеста години насам се налага да бъде така. По принцип конструкциите се проектират отделно, в специален раздел, придружен с изчисления. Много често видът на носещата конструкция се задава от строителя, според неговите възможности – 45 години това беше българската държава, а преди Девети септември и след Десети ноември – предприемачът. Видът на носещата и много от ограждащите конструкции е преди всичко избор на предприемача, по-рядко – на архитекта и никога – на потребителя. Най-често предприемачът избира конструкциите, които са му удобни или изгодни, а не онези, които са подходящи за целта.

Видът на носещата конструкция определя нейната принадлежност към определена конструктивна система – например, едропанелна, скелетномонолитна, скелетна сглобяема, масивна с гредоред, масивна със стоманобетонни плочи. Огромен брой от българските жилищни сгради от близкото минало са едропанелни, много други бяха монолитностоманобетонни (пълзящ кофраж, тунелкофраж), трети – сглобяеми с последващо замонолитване (повдигани плочи). Днес жилищните сгради се строят почти изключително с монолитен стоманобетонен скелет и зидани ограждащи стени от циментови или керамични блокчета, сравнително по-радко - тухли. Една от причините е, че тухлата, която по принцип е по-качествено изделие от циментовото блокче, изисква много енергия за изпичане. Още по-рядко (преди, а още по-малко сега) ограждащите стени се изпълняват от леки самоносещи се панели, монтирани върху, между, пред или зад гредите и опорите на скелета – най-съвършеното съчетание, до което е достигнало строителното изкуство на ХХ век. Конструктивната система определя общи особености и сходни качества. Затова ще улесним значително проблема с енергийната ефективност, ако разгледаме конструкциите по системи с трайни, устойчиви съчетания на материали и детайли, започвайки от най-разпространените. Тогава енергийноефективните решения ще се подредят логично според своето разпространение и приложение.

Понятията монолитна, масивна и паянтова носеща конструкция, с които са пълни учебниците на ХХ век, както и кадастрите на селищата, днес далеч не са точни. Животът ги обезсмисли. Затова ще ги осъвременим в движение, оставяйки отворена вратата за нови промени. Монолитни (от гръцки  буквално – еднокаменни) са конструкциите, които са изцяло зидани (каменните и тухлени стени и сводове са такива) или изцяло излети на място – като бетонните стени, плочи, фалти, черупки, но също така - стоманобетонните греди, колони и рамки. Разликата между едните и другите носеши конструкции обаче е огромна – те не могат да останат нито миг повече под общ знаменател. Масивни са конструкциите, които не могат да бъдат премахнати без да бъдат разрушени необратимо. Монолитните конструкции са масивни конструкции. В такъв случай едропанелните конструкции не би трябвало да броим за масивни, макар че те, както и стоманобетонните лети на място скелети, определено се считат за масивни – в това е целият парадокс. Скелетни са именно паянтовите конструкции, независимо дали са изпълнени от метал, дърво, бетон, пластмаси. Българската терминология на ХХ век нарича паянтови само тези, които са от дърво и гледа на тях като несъвършени, нетрайни, втора ръка постройки на доизживяване. Именно те са по-съвършените конструкции от екологична и сеизмична гледна точка, а освен това често са важни паметници на културата, както и повечето най-съвършени съвременни сгради са именно такива – паянтови. Паянта значи наклонена прътова стойка или връзка. Често паянтите са нещо много красиво.

Масивните носещи конструкции почти 100 % са едновременно и ограждащи конструкции. Дебела 50 см неизмазана каменна или 35 см кирпичена измазана стена са достатъчни да осигурят жилищен комфорт, за какъвто в българските условия останалите конструкции могат само да мечтаят. Дебелата 25 см измазана двустранно стена от печени тухли донякъде вече им отстъпва по топлоизолация, но незначително – около сто години се смяташе, че е напълно приемлива за България. 25-те сантиметра са немски стандарт. Ако тухлите ни бяха 30 х 15 см, щеше изолацията им да е достатъчна, а носимостта перфектна, но за изпичането им щеше да отива много повече енергия. Римляните са го знаели прекрасно – затова тухлите им са широки и тънки, но между редовете слагали силни разтвори със същата дебелина. Стената става по-лека, по-икономична и достатъчно здрава (ако не е носеща), когато е изпълнена от решетъчни тухли или керамични блокчета "четворки". В България до ден-днешен "четворката" масово се употребява погрешно – легнала. По съвкупна оценка по останалите показатели – здравина, собствено тегло, цена, бързина и леснина на изпълнение – тухлената стена превъзхожда камъка и кирпича. Затова почти сто години двуетажните къщи с дебелина на външните стени 38 см тухла и стоманобетонни подови плочи (или гредореди от метал или дърво) бяха най-предпочитаните носещо-ограждащи конструкции. Днес вече не можем да си ги позволим. Ако искаме стоманобетонната стена сама да има изолационните качества на каменната, тя трябва да е също толкова или дори по-дебела от нея. Оттам нататък е логично стените да изтъняват, олекват, поевтиняват и ускоряват, но това води до загуба на биоклиматичните и екологичните предимства на камъка, тухлата и кирпича. Ако можете да си позволите да останете в сграда на един етаж от камък, тухла и кирпич, при достатъчна конструктивна устойчивост и дълготрайност – нищо по-добро не ви трябва. Ако обаче искате повече етажи, са ви нужни много по-дебели стени или употребата на скелети. Скелетите не обичат дебелите стени, защото такива стени са прекалено тежки и заемат много място. Скелетите по принцип се правят от материали по-плътни, по-корави, по-твърди и по-здрави от ограждащите стени. За съжаление това значи – силно топлопроводими материали. С изключение на дървото и бамбука, който, казват, бил трева. Тъй като самите скелетни конструкции на единица обем са много по-тежки от неносещите стени (така и трябва да бъде), то идеята да ги разделим и да ги изолираме (или не) поотделно, е добра идея. Нашата задача е да проектираме такива сгради, в които изборът на носещи и ограждащи конструкции осигурява баланс върху четирите начала на строителното изкуство – здравина, полза, красота и икономия. В ”ползата· по традиция включваме биоклиматичните, екологичните и експлоатационните качества, към които все по-съзнателно се стремим, а икономията е ясна без обяснения. Убеден съм, че днес сме прекалено вторачени в ”ползата· и не отдаваме дължимото на цената и красотата, по-скоро на тяхното равновесие.

Следващата стъпка към успеха в цялостното проектиране на сградите ще бъде да определим най-типичните носещи конструкции, прикрепвайки към тях най-честите им съчетания с неносещи ограждащи конструкции. При това помним, че засега едните и другите конструкции най-често са съчетани в общи повърхнини и се налага да бъдат изолирани заедно, въпреки различните си свойства.

Най-разпространена конструктивна система за масовите жилища в България в миналото беше едропанелната, макар че в момента нейното приложение е в застой. Тук вътрешните и външните стени са сглобяеми и носещи, а монолитните противосеизмични ядра от стоманобетон са във вътрешността на сградата и не се нуждаят от изолация освен на покрива. Покривите и стълбищните рамена също са от замонолитени панели. Външните стенни панели съдържат хидро и топлоизолация интегрирани в собствената им дебелина. Вътрешните, подовите и цокълните панели нямат изолация. Фундаментът, цокълът и първата етажна плоча са (най-често) монолитни, те също нямат изолация. Покривните панели имат изолация отгоре, положена допълнително. Изолацията по хоризонталните покриви, които неправилно са наречени плоски, има тежък проблем с отвеждането на атмосферните води, който в масовата практика не е решен задоволително. Едропанелните масови жилища по принцип са прости, лесни за изолиране сгради, с еднотипни и еднообразни проблеми и детайли. Бих казал – Западна Европа се придържа към подобни прости форми дори когато сградите не са едропанелни. България обаче харесва "раздвижена и разчупена" архитектура, "нива и полунива", улами и капандури. Отрезвяването настъпва бавно. Проблемът за характера на обитаването има място в енергийната ефективност. Поради масовостта на едропанелните жилища този пролем е от национално значение. Допълнителната изолация на части от едропанелната сграда отстъпва по ефикасност на цялостната реконструкция и често е във вреда на красотата на архитектурата.

Едропанелните носещи стени имат два проблема – изолацията на самите стени и изолацията на фугите помежду им. Обикновено вътрешният пласт на панелите е носещ, средният – топлоизолиращ и външният – хидроизолиращ. Външният слой понякога е носещ, понякога е само декоративен. Той изолира топлоизолацията в средния пласт на панела от атмосферната влага. Понякога този пласт е само циментова замазка, положена  фабрично (армирана или не), върху изолиращия пласт. Най-често топлоизолацията на "едрите панели" е от т.н. леки бетони – недостатъчна като дебелина и качество. Предимство е доброто й сцепление с носещия бетон. Ако увеличим дебелината на изолиращия слой бетон за сметка на носещия, ще намалим здравината на панела, ако увелечим и двата слоя панелът ще стане прекалено дебел и тежък. Често панелът е сандвич – с вътрешен и външен носещи армирани слоеве. Във всички случаи носещият панел трябва да има корави ръбове по целия контур – това значи да бъде окантен с як бетон, а това пък значи – да има топлинни мостове по целия контур. Окантване с ”як бетон" е нормално да има и при отворите. В това отношение топлоизолацията на системата с носещи стоманобетонни панели е неспасяема – сериозна причина за нейното кратко съществуване. В известен смисъл носещите панели приличат на камъни – с тях трябва да се строят невисоки и широкоплощни сгради. Когато се строи високо, красиво, евтино и енергийноефективно за предпочитане са други строителни системи.

Едропанелната строителна система води до еднотипни призматични обеми, чието еднообразие е главната причина за всеобщото им неодобрение. Тъкмо тази форма обаче е най-подходяща за ефикасно изолиране, отводняване, ослънчаване, проветрение – изобщо за високи показатели на комфортно обитаване. В бъдеще е вероятно до първите няколко етажа сградите да се изпълняват индивидуално и оригинално с монолитен стоманобетон в обществено-търговските части, а в горните жилищни етажи да се върне някаква форма на едропанелно или скелетнопанелно строителство, защото предимствата му не са за подценяване.

Втората най-масова строителна система за жилища, която е на път да остане единствена, е тази с монолитен стоманобетонен скелет като носеща конструкция и  зидан ”масивен" пълнеж - като ограждаща конструкция. Смесването на двете конструкции в дебелината на стената и/или еднаквото им ”обличане" с изолация води до обезличаване на различната им роля в сградите и вреди на красотата на архитектурата – обеднява изразния език. Тук обаче се занимаваме главно с комфорта на обитаване, като съзнателно игнорираме красотата на жизнената среда с цел да отговорим адекватно на нуждите от икономия на енергия на момента. Дълго време стандартната дебелина на външните стени и стандартните сечения на стоманобетоновия скелет при етажност от 2 до 10 бяха еднакви – 25 см за едното и другото, при незадоволителни топлоизолационни резултати. С прилагането на високоефективни топлоизолации изглеждаше логично поне в долните етажи сеченията на стените да бъдат значително по-тънки от скелета, което би довело до релефно изпъкване на скелетите пред повърхността на стените. Тъй като топлопроводимостта на скелета по принцип е значително по-голяма от тази на стените, предполагаемото изолиране на скелетите би предизвикало още по-голяма ”изпъкналост" на носещите конструктивни елементи. Поради общото ниско качество на строителството и бягството от прецизния детайл засега това не се случва. Нещо повече – масовото използване на безгредови плочи извади гредите (които са по-икономична и изразителна конструкция от безгредовите плочи) от репертоара на жилищната архитектура, но улесни и опрости топлоизолацията. Тя се свежда до обличането на едри вертикални и хоризонтални повърхнини с минимум чупки и заобляния, без рамки около отворите, без дребен детайл. За такъв вид изолация най-подходящи са едроразмерните плочи от семейството на полистирените и полиуретаните в комбинация с подходяща хидроизолация според мястото и предназначението. Въпреки все по-съвършените и прецизни фирмени детайли за полагане и армиране на мазилки, които се полагат върху топлоизолацията, бих казал, че самата идея за допълнително измазване на фасадите е примитивна. Една и съща изолация е подходяща както за носещите елементи от стоманобетон, така и за ограждащите стени от циментови, пеносиликатни и керамични блокчета, както и тухли.

Разновидност на хидро- и термозащитата на ограждащите и носещите конструкции е облицоването им със специални панели, които съчетават двата вида защита (хидро- и топло-) в едно крайно изделие или пък предпазват единствено предварително положената топлоизолация, допринасяйки за по-естетичен вид на сградата. Този вид довършителни работи в България е известен като послоен монтаж.

В по-представителни и скъпи изпълнения за жилищни и обществени сгради в близкото минало топлоизолацията се вграждаше между две сравнително тънки зидани стени, които са свързани с тънки стоманени неръждаеми телове и др.п. на регулярни разстояния. Значението на стабилизаторите като топлинни мостове е незначително. Използването на стоманобетонни пояси като укрепващи ивици при голяма височина на зидовете е неприемливо, защото в този случай топлинните мостове са съществени. Тук предпочитаната за вграждане топлоизолация най-често са дюшеци минерална вата с дебелина от 6 до 12 см. Тук може да се използва също неприемливата на други места стъклена вата в добре изработени опаковки. Използват се също по-удобните за работа и по-тънки, но по-скъпи полиуретани  и пеностироли на плочи (стиропори и стиродури), още по-рядко – пеносиликатни (студизоли) и циментоводървесни плочи (хераклити) с дебелина от 5 до 10 см. Цар на топлоизолацията остава коркът, но не си струва да се вгражда. Сравнително рядко се използват изключително евтини и екологично чисти пълнежи между стените от насипни гранулирани материали (керамзити и перлити). Вече практически не се употребяват сгурии. Във всички случаи вградената топлоизолация трябва да се рамкира внимателно при отворите и винаги рамките са топлинни мостове.

Вероятно при големи обекти ще има все по-големи преимущества вариант на послойния монтаж, при който една от двете части на стената е зидана, а другата е външен или вътрешен панел с размери от пода до тавана и съответно закрепване в пода и тавана. Така отпада необходимостта от връзки между два самоносещи слоя.

Новост в зидарството с голям екологичен ефект са циментовите блокчета с пълнежи от трошено отпадъчно стъкло. Те са особено подходящи именно за двойни зидове с вградена топлоизолация. Когато към циментовия разтвор са добавени предварително пенители, дишането на стената  и топлоизолацята на стъклените блокчета се подобряват, но се появява нужда от мазилки.

Преимуществата на вградената в стените топлоизолация са: първо - използват се по предназначение ефикасни материали - едните осигуряват стабилност и дълговечност – другите - топлоизолацията и второ - позволява да се избегнат външните мазилки при висока естетическа и експлоатационна характеристика на стените. Вградените и свободностоящите скелети могат да се разчленят и обособят изразително на фона на неносещите конструкции, независимо дали са на свой ред изолирани или не са. Такава архитектура изисква добро изпълнение и премислен детайл. Тя е по-силите само на много добри архитекти и строители.


Автор: арх. Павел ПОПОВ