Энергетическая эффективность строительных систем

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ 
ЭФФЕКТИВНОСТЬ 

СТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

А.Д. ЖУКОВ

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

Москва
ИНФРА-М

2023

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 генерального 
директора и научный руководитель Центрального научно-
исследовательского и проектно-экспериментального института 
промышленных зданий и сооружений;

Н.П. Умнякова, доктор технических наук, доцент, заместитель директора 
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 : монография / 
А.Д. Жуков, Е.Ю. Боброва, И.В. Бессонов, Е.А. Меднико-
ва. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 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 экспериментальных 
и теоретических исследований систем тепловой изоляции строительных 
конструкций, технологических объектов, объектов транспорта, сохранения 
холода.

Критерием эффективности системных изоляционных решений принимается 
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 основе 
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 материаловедения, 
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 те-
плогидропароизоляционную оболочку строительных конструкций 
и объектов технической изоляции.
Большой опыт в реализации и внедрении в практику научных 
и проектных разработок со стороны проектных организаций и на-
учных 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. Ин-
формация, содержащаяся в монографии, может быть использована 
в программах и в учебном процессе подготовки студентов строи-
тельных и технических специальностей, обучающихся на бакалав-
риате, в магистратуре, также представляет интерес для аспирантов 
и научных работников. Монография может быть полезной для ши-
рокого круга лиц, интересующихся строительством и проблемами 
энергосбережения.

Введение

Современные требования к строительным конструкциям 
включают требования по энергетической эффективности и дол-
говечности, а также по обеспечению санитарных норм и экологи-
ческой безопасности. Энергетическая эффективность предполагает 
не только соответствие теплофизических свойств конструкции 
нормативным требованиям, но и стабильность этих свойств во вре-
мени. С другой стороны, долговечность конструкции определяется 
сроком ее безремонтной эксплуатации, а следовательно, эксплуата-
ционной стойкостью каждого элемента этой системы и их способ-
ностью защищать друг друга от различных атмосферных нагрузок. 
В связи с этим актуальной становится разработка эффективных ме-
тодов повышения долговечности, а также и внедрение современных 
методик оценки долговечности строительных конструкций и экс-
плуатационной стойкости строительных материалов.
Энергетическая эффективность и энергосбережение являются 
одной из приоритетных программ развития отечественной ин-
дустрии. Это касается любого объекта, функционирование и экс-
плуатация которого связаны с затратами энергии. В монографии 
рассматривается эта проблема в проекции на строительство и экс-
плуатацию 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 си-
стемам изоляции в частности. Отметим, что в данной случае термин 
«система» подразумевает такое исполнение любой конструкции 
или любого объекта, при котором используются разнородные и от-
личающиеся по свойствам материалы, при совместном применении 
которых достигаются требуемые эффекты. Если речь идет о те-
пловом 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 вибрацион-
ному режимам, а также по вредным выбросам в помещение, которые 
не должны превышать предельно допустимых концентраций [4, 23].
Если мы рассматриваем строительную изолируемую кон-
струкцию, то шкала приоритетов выстраивается следующим 
образом. Во-первых, это обеспечение нормативного термического 

сопротивления конструкции, которое заложено в проектных ре-
шениях и позволяет контролировать потери тепла на заданном 
уровне. Во-вторых, это обеспечение долговечности конструкции, 
обусловленное эксплуатационной стойкостью каждого из мате-
риалов, объединенных в систему, грамотными проектными реше-
ниями (с учетом свойств каждого компонента: материала или кон-
структивного элемента) и корректно выполненными строительно-
монтажными 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 — выпол-
нение требований по пожарной безопасности.
В качестве четвертого фактора можно выделить затраты 
на монтаж конструкций. Необходимо четко понимать, что на изго-
товление каждого материала, пусть в другом месте, а не на строи-
тельной площадке, затрачиваются определенные ресурсы, в том 
числе энергетические, материальные и пр. Поэтому расход мате-
риала должен соответствовать установленным нормативам. На-
пример, для достижения требуемого термического сопротивления 
конструкции используют те или иные теплоизоляционные мате-
риалы. Чем больше толщина теплоизолирующего слоя (то есть чем 
выше расход материала), тем выше термическое сопротивление, 
а следовательно, и экономия тепла. Но теплоизоляция есть энерго-
емкий компонент по ее изготовлению, доставке и монтажу, таким 
образом при проектировании конструкции необходимо соблюдать 
паритет в расходе материала с учетом затрат на монтаж и эксплуа-
тацию. Подобный подход необходимо примерять к любому эле-
менту конструкции.
Затраты на ремонт также являются неотделимым компонентом 
энергетической эффективности. Если говорить о технологическом 
или энергетическом оборудовании, то сроки его безремонтной экс-
плуатации прописаны в тех или иных нормативных документах, тех-
нических 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 мате-
риалов.

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 па-
ровоздушных 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 хладоизо-
ляцию 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 тепло-
защиту и предполагают использование и специальных материалов 

и специальных инженерных решений. Важным также является 
обеспечение работы промышленных холодильников, хладоуста-
новок спортивных сооружений, где также используются и специ-
альные материалы, и специальные технологии.
Затраты на реализацию объектов могут выражаться в еди-
ницах затраченной энергии или в денежном выражении, но суть 
их от этого не меняется, как и основной вектор развития, заключаю-
щийся 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 про-
ектно-изыскательские работы. Поэтому разработка проектных ре-
шений, предусматривающих использование в критических узлах 
материалов, имеющих нормативное термическое сопротивление 
и высокую эксплуатационную стойкость, а также разработка ме-
тодов 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, распреде-
ление 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 конденса-
цией, влажностью материала конструкции и ее герметичностью.
Реализация высокоэффективных строительных систем опре-
деляется комплексом факторов. Во-первых, это учет работы кон-
струкций и требований к этим конструкциям. Во-вторых, это учет 
свойств строительных и изоляционных материалов, применяемых 
в этих конструкциях. Важным также являются грамотное выпол-
нение проекта, качественная реализация работ и корректная экс-
плуатация систем изоляции. Все эти компоненты рассматриваются 
на примере исполнения систем изоляции ограждающих конструкций 
зданий, сооружений и тепловых (хладо-) установок, в том числе пол-
нокирпичных стен, систем изоляции дорожных конструкций, объ-
ектов жилищно-коммунального хозяйства и специальных объектов.
Говоря об энергетической эффективности языком точных наук, 
можно, перефразируя классика, сказать, что «…энергоэффектив-
ность — это экономия энергии плюс долговечность конструкций 
при соблюдении комфортности инженерных решений и их безопас-
ности, 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 до-
полнительные требования по энергоэффективности, надежности 
и экологичности инженерных решений. В частности, целевые 
направления программы энергосбережения России предпола-
гают экономию топлива и энергии в размере 500–600 млн т.у.т. 
к 2030 г., что позволит на 30–40% уменьшить выбросы загрязня-
ющих веществ в атмосферу, которые на сегодня достигают при-
мерно 20 млн т в год, а также минимизировать выбросы парни-
ковых газов.
В строительстве требуется крайне существенное увеличение 
теплозащитных свойств конструкций путем введения в практику 
проектирования и строительства высокоэффективных теплои-
золяционных материалов, современных требований по теплопо-
терям, а также методов вычисления, способствующих подбору 
наилучших технологических и теплофизических характеристик 
теп лоизоляционных материалов и проектных решений, гаранти-
рующих постоянство термического сопротивления конструкций 
в течение всего срока эксплуатации [18, 27].
Существуют различные методики классификации теплоизо-
ляционных материалов: по теплопроводности, плотности, струк-
туре, типу пористости. С точки зрения системных решений наи-
более удобной является классификация по условиям применения 
(рис. 1.1). Срок эффективной эксплуатации (долговечность) те-
плоизоляционных изделий — это расчетный эксплуатационный 
период, в течение которого изделия сохраняют свои теплоизоля-
ционные свойства на уровне проектных показателей, указанный 
в условных годах эксплуатации (срока службы). Оценка срока эф-
фективной эксплуатации основывается на определении «ресурса 
материала» — параметра, отвечающего за изменение теплофизиче-
ских свойств материала в условиях эксплуатации, которые воспро-
изводятся 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