УДК 691.1 Ерхов А.А., к.т.н., доцент ТОРФ В КАЧЕСТВЕ УТЕПЛИТЕЛЯ СТЕН И ПЕРЕКРЫТИЙ БЮДЖЕТНОГО ПАНЕЛЬНО-КАРКАСНОГО МАЛОЭТАЖНОГО ДОМА СЕЛЬСКОГО ЖИТЕЛЯ Рассмотрены технология современного строительства, свойства торфа, как утеплителя, и основы расчёта температурного поля торфяной засыпки. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА, МИНЕРАЛЬНАЯ ВАТА, РАСПУШЁННЫЙ ТОРФ, ТОРФОПЛИТА, ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, ПЛОТНОСТЬ, ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ Технология строительства за последние два десятилетия существенно изменилась. В странах Старой и Новой Европы при строительстве индивидуального социально-ориентированного жилья в стеновых конструкциях перестали применять кирпич и камень, оцилиндрованное бревно и профилированный брус: стены представляют собой каркас, собранный из деревянных брусков или двутавровых балок, заполненный утеплителем (минеральной ватой, иногда распушённой древесиной) и обшитый стружечной плитой (ДСП, ОСП, ЦСП). Такая конструкция представляет собой панели (рис. 1), которые собирают на заводских Рис. 1. Панель из минеральной ваты. Фотогра- автоматизированных линиях; там же фии с Интернет-сайтов. производится установка окон и дверей, элементов крепления, внутридомовой проводки; и совокупность всех отдельных панелей в целом представляет собой здание в разобранном виде. После транспортировки панелей к месту «строительства» дом собирается, как конструктор (рис. 2) за полтора-два дня («под крышу»). Немецкие заводы (оборудование) по производству таких домов сейчас активно размещаются и на территории России; и по этой технологии, например, построены дома для жителей сгоревших во время лесных пожаров Рис. 2. Сборка дома. 1 2010 г. деревень Нижегородской, Рязанской и других областей (вызвавшие, кстати, недовольство новосёлов из-за их ненадуманной пожаро незащищённости). Эта технология у нас и название получила «немецкой», хотя её назвать чисто «немецкой» (или «канадской», как называют в США) нельзя; в странах Скандинавского п-ова по тому же принципу, но со своими «ноу-хау» производят подобные каркасные панели, которые, к тому же, являются и «зелёными». Такие дома лучше называть «дома по энергосберегающей технологии». Что также немаловажно, стоимость квадратного метра жилья в этих домах ниже, чем в построенных по устаревшим конструкторско-производственным схемам. Конечно, и рассматриваемые панельно-каркасные дома уже не инновационны, но в сравнении с отсталыми технологиями – предпочтительнее. 1. Традиционные материалы-наполнители стен Разумеется, современные технологии возведения фундамента и крыши не менее важны и интересны для изучения, однако они находятся вне предмета рассмотрения данной статьи. В условиях российского климата стены, пожалуй, главное. То есть, главное – их необходимо высокое термосопротивление1. Термосопротивление стен определяется не только физическими свойствами материала-наполнителя, но и толщиной материала2, которая на весе панелей сказывается несущественно, в отличие, например, от оконных блоков, где между весом (более 70 кг) и звуко- термоизоляционными свойствами существует однозначная связь, определяемая, прежде всего, толщиной стекла. Со стеновой же панелью всё иначе. В термосопротивлении стен второй показатель – материал, его свойства, определяемые также наличием ничего не весящих воздушных пустот. Воздух – превосходный изолятор тепла, его теплопроводность при нормальных условиях l = 0,0262 Вт/(м×К), тогда как стекловолокно минваты от 0,7 до 1,3 (в зависимости от выплавляемой породы – известняк, глина, шлак…). Поэтому минеральная вата при плотности g = 100 кг/м3 имеет l = 0,047 (250 – 0,057); стекловата имеет те же значения. Плиты (маты) на синтетическом связующем вообще весят от 50 кг/м3, а l имеют 0,038 [1]. То есть, чем меньше плотность, тем меньше теплопроводность, и тем утеплитель лучше. Градиент температуры ÑT [К/м] через панель с данным наполнителем согласно уравнению теплопроводности , где ; c – удельная теплоёмкость [Вт/(м×К)], для воздуха равная с = 1, стекловолокна – гораздо хуже ~0,85. 2. Торф в качестве стенового наполнителя 1 2 Распространение тепла в панели происходит по механизму фононной проводимости. Напомним, термосопротивление – отношение толщины к теплопроводности, то есть . 2 Теперь обратим свой взор на более доступное и дешёвое сырье для наполнения панелей, в общем уже ставшим традиционным – малоразложившийся торф (рис. 3): двенадцать процентов территории РФ заболочено [2], а стоимость торфа 400-800 руб. за м3 против 1-2 тыс. минваты. Торфяная засыпка имеет удивительно низкую теплопроводность l ~ 0,09 Вт/(м×К), а c = 1,7, плотность g = 500 кг/м3. Таким образом, по весу (а, соответственно, и по толщине при тех же длине и ширине, и без учёта каркаса) минвата в два раза эффективнее, но в два с половиной раза дороже. И с учётом этого последнего обстоятельства здания можно и лучше возводить не по технологии панельно-каркасного строительства, а по каркасно-панельной. Транспортировка готовых торфяных паРис. 1. Торф фракцией 2 см. нелей массово к месту строительства – в глубинку для сельского жителя при любых логистических программах – задача не из простых. Прежде всего, из-за качества наших дорог и плотности дорожного движения. То есть стены должны возводиться из панелей, собираемых тут же на стройплощадке. Что, конечно, замедлит процесс возведения, и превратится по существу в настоящую стройку. При этом возрастёт и доля ручного труда (впрочем, у нас средний уровень дохода, и труд недорогой), несмотря на использование современных инструментов типа гвоздильного автомата. Тем не менее, и здесь возможна организация труда на вполне индустриальной основе. Для засыпки в стены нужен верховой малоразложившийся торф, который характеризуется высокой влагоёмкостью, воздухоёмкостью, отсутствием болезнетворных микроорганизмов (из-за низкой кислотности – рН = 3,0), высокой поглотительной способностью, небольшой насыпной плотностью. Понятно, торф не является идеальным утеплителем, он обладает почти вдвое меньшей теплопроводностью, чем минвата, и стена из него должна быть вдвое толще, чтоб термосопротивление было таким же. Поэтому применяют более сложную технологию по улучшению качества торфа. Первое – это измельчение. Влажность тем или иным способом добытого торфа составляет 60-70%, поэтому измельчение производят после высушивания3. Измельчение до определенных фракций происходит на производственных линиях. В строительстве можно использовать также распушённый торф, ведь технологии производства экологически чистой «древесной шерсти» 3 Влажный торф, особенно при хранении в штабелях и в вид торфяных плит может микробиологически самовозгораться. 3 («wood wool») отлажены. А с торфом всё ещё проще. Существуют механические разрыхлители больших кип – машины для аккуратного и тщательного распушения прессованного торфа с сохранением природной структуры. Также для распушения используется химический способ: торф заливают и настаивают в аммиаке под давлением (в экстракторе); при сливе аммиака и сбросе давления до атмосферного происходит вскипание впитанного торфом аммиака с резким увеличением объема, что и приводит к распушению, разрушению остатков клеточной структуры и нарушению сплошности клеточных оболочек остатков растений. Операцию можно повторять – распушение будет качественнее. Распушение даёт двойной объем торфа. Торф можно выпускать в виде плит, для повышения качества которых к торфяной массе во время варки можно добавлять 10% древесного волокна. Плиты бывают обыкновенные и специальные с повышенной водостойкостью и биостойкостью, или с пропиткой от возгорания. Плотность плит около 170 кг/м3, а коэффициент теплопроводности 0,06 Вт/(м×К). Теплопроводность торфоплит зависит от плотности существенно: при g = 275 l = 0,064, при 350 – 0,076. Выпускают торф, как теплоизоляционный строительный материал, и в виде блоков и кирпичей. Их плотность различна – 250-500 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,066-0,083 Вт/(м×К). Сменные матрицы позволяют изготавливать блоки любых размеров. 3. Расчёт торфяного наполнителя Приведём без комментария пример расчёта температурного поля торфяной панели с равномерной засыпной толщиной 0,25 и длиной 9 м при внешней температуре –15°C и комнатной +22. 4 Физиологические потребности – базовые потребности человека, основа его психического здоровья. Они (иначе называемые – органические) включают в себя немногое – еда, воспроизводство, жильё – но то, без чего другие потребности не возникают. Таким образом, никакие другие потребности – познавательные, эстетические и проч. невозможны без предварительного удовлетворения человека, например, в жилье. К сожалению, в настоящее время в нашей стране не все потребности всех людей совпадают с их возможностями, а потому неоценима роль науки в создании предпосылок для улучшения качества жизни, особенно людей, работающих на селе, и несправедливо оказавшихся в наиболее сложных социальных условиях, а ведь они кормят население другой части России. Чтоб жильё стало доступным, оно должно стать дешёвым, и строительство таких, при этом удобных, домов является главным в благоустройстве сёл. Дома из наиболее доступного природного материала – наиболее простой способ решения этой для нас самой сложной задачи. Конечно, иные потребности нужно и снизить, и этим достичь в России очень высокого индекса HPI, но об этом говорить совсем рано. 5 Список литературы: 1. Физические величины: Справочник/А. П. Бабичев и др.; Под ред. И. С. Григорьева и др. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с. 2. Ерхов А.А. О возобновлении мелиорации торфяников и о расчёте регулирующих каналов/ № 0421100045\0033 //«Вестник РГАЗУ»: электронное научное издание. 2011. URL: http://www.rgazu.ru/ index.php/archiv/2011/ 1059-2011-3 (дата обращения 2.08.2012). 6