Торф в качестве утеплителя стен и перекрытий бюджетного

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