Энергетическая эффективность строительных систем

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ 
ЭФФЕКТИВНОСТЬ 
СТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

А.Д. ЖУКОВ
Е.Ю. БОБРОВА
И.В. БЕССОНОВ
Е.А. МЕДНИКОВА

Москва
ИНФРА-М
2022

МОНОГРАФИЯ

УДК 69.01(075.4)
ББК 38
 
Ж86

Р е ц е н з е н т ы:

Л.А. Иванов, доктор технических наук, профессор, главный ученый 

секретарь, вице-президент, академик Российской и Международной 
инженерных академий;

В.В. Гранев, доктор технических наук, профессор, заместитель ге
нерального директора и научный руководитель Центрального научно-исследовательского и проектно-экспериментального института 
промышленных зданий и сооружений;

Н.П. Умнякова, доктор технических наук, доцент, заместитель директо
ра по научной работе Научно-исследовательского института строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук 

ISBN 978-5-16-017479-2 (print)
ISBN 978-5-16-110007-3 (online)

© Жуков А.Д., Боброва Е.Ю., 

Бессонов И.В., Медникова Е.А., 
2022

Жуков А.Д.

Ж86  
Энергетическая эффективность строительных систем : моно
графия / А.Д. Жуков, Е.Ю. Боброва, И.В. Бессонов, Е.А. Медникова. — Москва : ИНФРА-М, 2022. — 329 с. — (Научная мысль). — DOI 
10.12737/1856852.

ISBN 978-5-16-017479-2 (print)
ISBN 978-5-16-110007-3 (online)
Монография обобщает и систематизирует результаты эксперименталь
ных и теоретических исследований систем тепловой изоляции строительных конструкций, технологических объектов, объектов транспорта, сохранения холода.

Критерием эффективности системных изоляционных решений прини
мается энергетическая эффективность как критерий комплексной оценки, 
включающий как учет прямого снижения энергетических затрат при эксплуатации изоляционных оболочек, так и затраты на монтаж, поддержание 
конструкций в рабочем состоянии, оценку эксплуатационной стойкости 
материалов и долговечности системных решений в целом.

Рассмотрены современные типы теплоизоляционных материалов на ос
нове газонаполненных пластмасс, вспененного стекла, вспененной резины 
и изделий на основе минеральных волокон: каменной ваты, стеклянной 
ваты и стеклянного волокна, базальтового волокна.

Предназначена для научных работников, специалистов в области мате
риаловедения, технологов — разработчиков новых видов теплоизоляционных материалов и конструкто ров, проектирующих изделия из них, а также 
для преподавателей и студентов вузов. Может быть полезной для широкого круга лиц, интересующихся строительством и проблемами энергосбережения.

УДК 69.01(075.4)

ББК 38

Предисловие

Монография является результатом совместной работы сотрудников и преподавателей вузов и научных организаций, в частности 
НИУ МГСУ, ГАСИС НИУ ВШЭ, НИИ строительной физики 
РААСН, НИИ теплоизоляции ВГТУ (Литва), научных и проектных подразделений корпорации «ТЕХНОНИКОЛЬ», ассоциации «РАПЭТ» и ООО «ПЕНОПЛЕКС», ООО «ТЕПОФОЛ», 
ЗАО «Голицынский КЗ», «РолзИЗОМАРКЕТ» и др.
В монографии обобщены и систематизированы результаты экспериментальных и теоретических исследований систем тепловой 
изоляции строитель ных конструкций, технологических объектов, 
объектов транспорта, аппаратов для сохранения холода и пр.
Методологической основой материалов, обобщенных в монографии, является системный подход, а критерием эффективности 
конструктивных изоляционных решений принимается энергетическая эффективность. Энергетическая эффективность рассматривается в качестве фактора комплексной оценки, включающего как 
учет прямого снижения энергетических затрат при эксплуатации 
изолированных объектов, так и затраты на монтаж, поддержание 
конструкций в рабочем состоянии, а также оценку эксплуатационной стойкости материалов и долговечности системных решений 
в целом.
Рассмотрены современные типы теплоизо ляционных материалов на основе газонаполненных пластмасс, вспененного стекла, 
вспененной резины и изделий на основе минеральных волокон: 
каменной ваты, стеклянной ваты и стеклянного волокна, базальтового волокна, используемые при формировании изоляционных 
оболочек строительных, технических и технологических объектов.
Актуальность монографии заключается в обобщении состояния 
систем строительной и технической изоляции, современных изоляционных материалов и проектных решений и обусловлена особым 
вниманием к повышению энергоэффективности и формированию 
новых строительных систем с применением высокопористых материалов, в том числе позволяющих формировать бесшовную и теплогидропароизоляционную оболочку строительных конструкций 
и объектов технической изоляции.
Большой опыт в реализации и внедрении в практику научных 
и проектных разработок со стороны проектных организаций и научных подразделений коммерческих структур, а также опыт ме

тодической и творческой работы представителей вузов позволил 
создать монографию, материалы которой представляют интерес 
как для инженеров-строителей, так и для проектировщиков. Информация, содержащаяся в монографии, может быть использована 
в программах и в учебном процессе подготовки студентов строительных и технических специальностей, обучающихся на бакалавриате, в магистратуре, также представляет интерес для аспирантов 
и научных работников. Монография может быть полезной для широкого круга лиц, интересующихся строительством и проблемами 
энергосбережения.

Введение

Современные требования к строительным конструкциям 
включают требования по энергетической эффективности и долговечности, а также по обеспечению санитарных норм и экологической безопасности. Энергетическая эффективность предполагает 
не только соответствие теплофизических свойств конструкции 
нормативным требованиям, но и стабильность этих свойств во времени. С другой стороны, долговечность конструкции определяется 
сроком ее безремонтной эксплуатации, а следовательно, эксплуатационной стойкостью каждого элемента этой системы и их способностью защищать друг друга от различных атмосферных нагрузок. 
В связи с этим актуальной становится разработка эффективных методов повышения долговечности, а также и внедрение современных 
методик оценки долговечности строительных конструкций и эксплуатационной стойкости строительных материалов.
Энергетическая эффективность и энергосбережение являются 
одной из приоритетных программ развития отечественной индустрии. Это касается любого объекта, функционирование и эксплуатация которого связаны с затратами энергии. В монографии 
рассматривается эта проблема в проекции на строительство и эксплуатацию зданий и сооружений, технологического, транспортного 
оборудования, объектов жилищно-коммунального хозяйства, 
а также тепловых установок и хладоагрегатов.
Существенная роль в решении задач повышения энергетической 
эффективности принадлежит строительным системам вообще и системам изоляции в частности. Отметим, что в данной случае термин 
«система» подразумевает такое исполнение любой конструкции 
или любого объекта, при котором используются разнородные и отличающиеся по свойствам материалы, при совместном применении 
которых достигаются требуемые эффекты. Если речь идет о тепловом агрегате, то требуемые эффекты от применения системных 
решений — это соблюдение параметров технологического процесса, 
снижение выбросов тепла в помещение, соблюдение комфортности 
по теплу и влажности в помещении, по акустическому и вибрационному режимам, а также по вредным выбросам в помещение, которые 
не должны превышать предельно допустимых концентраций [4, 23].
Если мы рассматриваем строительную изолируемую конструкцию, то шкала приоритетов выстраивается следующим 
образом. Во-первых, это обеспечение нормативного термического 

сопротивления конструкции, которое заложено в проектных решениях и позволяет контролировать потери тепла на заданном 
уровне. Во-вторых, это обеспечение долговечности конструкции, 
обусловленное эксплуатационной стойкостью каждого из материалов, объединенных в систему, грамотными проектными решениями (с учетом свойств каждого компонента: материала или конструктивного элемента) и корректно выполненными строительномонтажными работами.
В-третьих, это обеспечение условий комфортности, в том числе 
и минимизация вредных выбросов от строительных материалов 
и соблюдение непревышения предельно допустимых концентраций 
вредных веществ в помещениях и защита от внешнего шума, а также 
коррекция звукового поля в помещении, обеспечение комфортного 
уровня инсоляции. Желательным является соответствие объекта 
архитектурно-эстетическим пожеланиям и обязательным — выполнение требований по пожарной безопасности.
В качестве четвертого фактора можно выделить затраты 
на монтаж конструкций. Необходимо четко понимать, что на изготовление каждого материала, пусть в другом месте, а не на строительной площадке, затрачиваются определенные ресурсы, в том 
числе энергетические, материальные и пр. Поэтому расход материала должен соответствовать установленным нормативам. Например, для достижения требуемого термического сопротивления 
конструкции используют те или иные теплоизоляционные материалы. Чем больше толщина теплоизолирующего слоя (то есть чем 
выше расход материала), тем выше термическое сопротивление, 
а следовательно, и экономия тепла. Но теплоизоляция есть энергоемкий компонент по ее изготовлению, доставке и монтажу, таким 
образом при проектировании конструкции необходимо соблюдать 
паритет в расходе материала с учетом затрат на монтаж и эксплуатацию. Подобный подход необходимо примерять к любому элементу конструкции.
Затраты на ремонт также являются неотделимым компонентом 
энергетической эффективности. Если говорить о технологическом 
или энергетическом оборудовании, то сроки его безремонтной эксплуатации прописаны в тех или иных нормативных документах, технических условиях или регламентах и жестко должны исполняться.
В системах изоляции строительных объектов безремонтный 
срок эксплуатации зависит как от условий эксплуатации объекта, 
грамотного проектирования и выполнения строительно-монтажных 
работ, так и от эксплуатационной стойкости и особенностей материалов.

Грамотное выполнение системы изоляции и конструкции 
в целом предусматривает не только совместную работу отдельных 
элемен тов (в том числе материалов) в системе, но и взаимную защиту одних элемен тов другими. Наиболее уязвимым для температурно-влажностных и механических воздействий являются теплоизоляционные материалы — основной компонент изоляционной 
оболочки здания, и они нуждаются в защите [19, 24]. С другой 
стороны, гидроизоляционные и теплоизоляционные элемен ты конструкции защищают несущие стены, колонны, перекрытия от воздействия избыточных температур, капельной влаги, движения паровоздушных смесей и, таким образом, повышают долговечность 
конструкции в целом [25, 30].
С позиций повышения долговечности конструкций важными 
являются антикоррозийные мероприятия, реализуемые как для металлических, так и бетонных (железобетонных) элемен тов конструкций. Эти мероприятия становятся особенно востребованными 
при работе конструкций в агрессивных средах, в условиях атмосферы больших городов, морского микроклимата, для конструкций, 
контактирующих с грунтовыми водами, как то: фундаментами, 
подвалами, полами по грунту, трубопроводами бесканальной прокладки. Во все этих случаях реализация антикоррозийных мероприятий становится обязательной, как и применение материалов, 
обладающих инертностью свойств к агрессивным воздействиям 
[17, 26].
Экологическая составляющая эффективности строительных 
систем отражается в теории экологически устойчивого строительства (ЭУС). Курс на ЭУС совмещает в себе требования к материалам, строительным системам, к организации строительного 
производства, к компоновочным решениям и способам инженерного обеспечения. Строительные материалы должны иметь низкую 
теплопроводность, являться безопасными для здоровья, оставаясь 
при этом прочными и сохраняющими эксплуатационную стойкость, 
обеспечивать требования звукоизоляции и пожарной безопасности, 
а процессы их производства должны минимизировать негативное 
воздействие на окружающую среду.
Отдельная группа — это системы, обеспечивающее хладоизоляцию или сохранение холода. О важности этих систем можно судить хотя бы по тому, что они являются одним из ключевых факторов успешного функционирования газотранспортного оборудования и баз перевалки сжиженного газа. Энергетические затраты 
на сохранение холода могут превышать затраты на прямую теплозащиту и предполагают использование и специальных материалов 

и специальных инженерных решений. Важным также является 
обеспечение работы промышленных холодильников, хладоустановок спортивных сооружений, где также используются и специальные материалы, и специальные технологии.
Затраты на реализацию объектов могут выражаться в единицах затраченной энергии или в денежном выражении, но суть 
их от этого не меняется, как и основной вектор развития, заключающийся в оптимизации этих затрат. Экономия энергии на отопление 
за счет снижения теплопотерь через оболочку здания (сооружения, 
инженерного объекта) должна в нормативно оправданный период 
возмещать энергозатраты на производство материалов и их монтаж 
в системах изоляции, затраты на научные исследования и проектно-изыскательские работы. Поэтому разработка проектных решений, предусматривающих использование в критических узлах 
материалов, имеющих нормативное термическое сопротивление 
и высокую эксплуатационную стойкость, а также разработка методов тестирования материалов и конструкций на долговечность 
являются актуальными задачами [15, 30].
При проектировании систем изоляции значительную помощь 
оказывают адаптированные программы для ЭВМ, позволяющие 
моделировать трех- и двухмерные температурные поля, распределение влажности в материалах и условия теплопередачи в системах 
изоляции. Анализ теплопередачи с помощью программы позволяет 
оценить энергетическую эффективность конструкции и локальные 
температуры объекта, что помогает решать вопросы с конденсацией, влажностью материала конструкции и ее герметичностью.
Реализация высокоэффективных строительных систем определяется комплексом факторов. Во-первых, это учет работы конструкций и требований к этим конструкциям. Во-вторых, это учет 
свойств строительных и изоляционных материалов, применяемых 
в этих конструкциях. Важным также являются грамотное выполнение проекта, качественная реализация работ и корректная эксплуатация систем изоляции. Все эти компоненты рассматриваются 
на примере исполнения систем изоляции ограждающих конструкций 
зданий, сооружений и тепловых (хладо-) установок, в том числе полнокирпичных стен, систем изоляции дорожных конструкций, объектов жилищно-коммунального хозяйства и специальных объектов.
Говоря об энергетической эффективности языком точных наук, 
можно, перефразируя классика, сказать, что «…энергоэффективность — это экономия энергии плюс долговечность конструкций 
при соблюдении комфортности инженерных решений и их безопасности, в том числе и для окружающей среды…».

Глава 1. 
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ 
КАК КРИТЕРИЙ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ

1.1. СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С УТЕПЛЕНИЕМ 
И ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К НИМ

Современный этап технологического развития предъявляет дополнительные требования по энергоэффективности, надежности 
и экологичности инженерных решений. В частности, целевые 
направления программы энергосбережения России предполагают экономию топлива и энергии в размере 500–600 млн т.у.т. 
к 2030 г., что позволит на 30–40% уменьшить выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, которые на сегодня достигают примерно 20 млн т в год, а также минимизировать выбросы парниковых газов.
В строительстве требуется крайне существенное увеличение 
теплозащитных свойств конструкций путем введения в практику 
проектирования и строительства высокоэффективных теплоизоляционных материалов, современных требований по теплопотерям, а также методов вычисления, способствующих подбору 
наилучших технологических и теплофизических характеристик 
теп лоизоляционных материалов и проектных решений, гарантирующих постоянство термического сопротивления конструкций 
в течение всего срока эксплуатации [18, 27].
Существуют различные методики классификации теплоизоляционных материалов: по теплопроводности, плотности, структуре, типу пористости. С точки зрения системных решений наиболее удобной является классификация по условиям применения 
(рис. 1.1). Срок эффективной эксплуатации (долговечность) теплоизоляционных изделий — это расчетный эксплуатационный 
период, в течение которого изделия сохраняют свои теплоизоляционные свойства на уровне проектных показателей, указанный 
в условных годах эксплуатации (срока службы). Оценка срока эффективной эксплуатации основывается на определении «ресурса 
материала» — параметра, отвечающего за изменение теплофизических свойств материала в условиях эксплуатации, которые воспроизводятся во время эксперимен тов.

а

б

в
г

д

Рис. 1.1. Нагрузки на теплоизоляцию в конструкциях:
а — плоская кровля; б — скатная кровля; в — штукатурный фасад; г — навесной 
вентилируемый фасад; д — изоляция по грунту:
1 — распределенная нагрузка на сжатие; 2 — распределенная нагрузка на отрыв; 
3 — движение воздуха и водяного пара в слое теплоизоляции; 4 — эксфильтрация 
воздуха; 5 — конвективные потоки воздуха вдоль стены; 6 — стык плит 
теплоизоляции; 7 — крепежный элемент; 8 — поток воздуха в вентилируемом 
зазоре; 9 — грунтовые воды