Многие жилые дома и общественные здания в Луганске и Луганской области, унаследованные от советской эпохи, строились по унифицированным проектам, отвечавшим тогдашним стандартам. Однако современные требования к энергоэффективности значительно возросли, что ставит вопрос об их модернизации, в частности, об утеплении. Это особенно актуально для районов с типовой застройкой. Чтобы повысить энергосбережение этих зданий, необходимо тщательно изучить процессы теплообмена в их конструкциях, учитывая переменчивость климата. Важно анализировать движение воздуха и водяного пара, выявлять участки, где возможно образование конденсата и наледи.

Правильный выбор утеплителей поможет избежать сырости и плесени, что, в свою очередь, продлит срок службы зданий и создаст комфортные условия для проживания. В конечном итоге это приведёт к снижению расходов на содержание и эксплуатацию.

Таким образом, комплексный подход к модернизации тепловой защиты зданий советской постройки в Луганске и Луганской области должен состоять из несколько ключевых этапов.

Первым этапом является тщательное и детальное обследование зданий, включающее в себя тепловизионную съёмку, анализ конструктивных особенностей и выявление проблемных зон, подверженных наибольшим теплопотерям и риску образования конденсата. Важно учитывать ориентацию здания по сторонам света, преобладающие ветровые нагрузки и другие климатические факторы, характерные для региона.

Вторым этапом является разработка проекта утепления, основанного на результатах обследования. При этом необходимо учитывать не только теплотехнические характеристики материалов, но и их паропроницаемость, долговечность и экологичность. Важно выбирать материалы, которые не будут препятствовать естественному выходу влаги из конструкций, предотвращая тем самым накопление конденсата внутри стен. Особое внимание следует уделить утеплению углов, оконных и дверных проёмов, а также мест сопряжения различных конструктивных элементов, где чаще всего возникают «мостики холода».

Третий этап — это непосредственно выполнение работ по утеплению. Важно, чтобы работы выполнялись квалифицированными специалистами с соблюдением всех технологических требований и рекомендаций производителей материалов. Некачественный монтаж может свести на нет все преимущества выбранных материалов и даже привести к ухудшению ситуации, например, к накоплению влаги внутри утеплителя и разрушению конструкций.

Четвёртый этап — это контроль качества выполненных работ и мониторинг эффективности утепления. После завершения работ необходимо провести повторную тепловизионную съёмку, чтобы убедиться в отсутствии теплопотерь и устранить возможные дефекты. В дальнейшем необходимо регулярно проводить мониторинг состояния конструкций и микроклимата внутри помещений, чтобы своевременно выявлять и устранять возникающие проблемы.

Внедрение современных технологий и материалов в процесс утепления зданий советской постройки в Луганске и Луганской области позволит не только значительно повысить их энергоэффективность и снизить затраты на отопление, но и улучшить условия проживания людей, продлить срок службы зданий и внести вклад в сохранение окружающей среды. Это важная задача, требующая комплексного и ответственного подхода.

Предложенная методика определения теплои влагосостояния ограждающих конструкций реализована через программный комплекс MATLAB Simulink в COMSOL Multiphysics [1]. Программное обеспечение COMSOL Multiphysics успешно реализует модель теплового моста с созданием точных моделей узлов, генерацией расчётной сетки и достижением заданной точности результатов [2–6].

С помощью COMSOL Multiphysics создана имитационная модель фрагмента стены жилого кирпичного здания с цоколем, утеплённой с помощью теплоизоляционных материалов в виде штукатурного и вентилируемого фасадов.

Результатом проведённого компьютерного моделирования являются характеристики энергозащищённости в зависимости от условий эксплуатации, полученные при одновременном действии тепла и влаги внутри стены при нестационарном режиме работы ограждающей конструкции.

Модель конструкции стены состоит из слоёв ограждающей конструкции и из фрагмента цоколя. Граничными условиями являлась температура внутри и снаружи конструкции. Задача решалась в стационарной и нестационарной постановках.

Рассмотрим результаты расчёта исследуемой конструкции в феврале месяце при tin = 21°C, ϕin = 54%, tout = −10°C, ϕout = 87%.

С помощью COMSOL Multiphysics 6.2 получены представленные на рис. 1–4 функциональные характеристики энергозащищённости ограждающей конструкции здания с цоколем с утеплителями «Пеноплекс Комфорт» и «Технофас Проф» для фасадов с штукатуркой и с вентилируемой прослойкой. Расчёт выполнен при 31 дне эксплуатации.


Рис. 1. Характеристики энергозащищённости ограждающей конструкции со штукатурным фасадом с утеплителем «Пеноплекс Комфорт» (а — изополя изменения температуры в слоях; б — графики изменения температуры по толщине стены; в — изополя изменения влажности в слоях стены; г — графики изменения относительной влажности)

На рис. 1 рассмотрен вариант утепления ограждающей конструкции со штукатурным слоем и с утеплителем «Пеноплекс Комфорт». Так, на рис. 1а и 1б показано распределение температуры на поверхностях слоёв ограждающей конструкции. Как видно из значений изополей и графика изменения температуры по толщине стены, температура в сечении кирпичной кладки изменяется от +21 до +14,8°C, а в слое утеплителя скорость уменьшения температуры возрастает и опускается до значения −10°C. На рис. 1в и 1 г. приведено распределение относительной влажности по толщине стены. Как видно из рис. 1, в слое утеплителя происходит резкий скачок значений влажности до максимального числа.


Рис. 2. Распределение температуры по толщине стены до утепления стены и после (а — изополя изменения температуры в слоях; б — графики изменения температуры по толщине стены; в — изополя изменения влажности в слоях стены; г — графики изменения относительной влажности)

На рис. 2 рассмотрен вариант утепления ограждающей конструкции с системой вентилируемый фасад и с утеплителем «Пеноплекс Комфорт». Так, на рис. 2а и 2б показано распределение температуры на поверхностях слоёв ограждающей конструкции. Как видно из значений изополей и графика изменения температуры по толщине стены, температура в сечении кирпичной кладки изменяется от +21 до +6,2°C, а в слое утеплителя скорость уменьшения температуры возрастает и опускается до значения −10°C. В местах установки анкеров значения температуры достигает −9,22°C.

На рис. 2в и 2 г. приведено распределение относительной влажности по толщине стены. Как видно из рис. 2, влажность увеличивается постепенно, а в местах металлических элементов наблюдается большое значение влажности, достигающее 350%.


Рис. 3. Характеристики энергозащищённости ограждающей конструкции со штукатурным фасадом с утеплителем «Технофас Проф» (а — изополя изменения температуры в слоях; б — графики изменения температуры по толщине стены; в — изополя изменения влажности в слоях стены; г — графики изменения относительной влажности)

На рис. 3 рассмотрен вариант утепления ограждающей конструкции со штукатурным слоем и с утеплителем «Технофас Проф». Так, на рис. 1а и 1б показано распределение температуры на поверхностях слоёв ограждающей конструкции. Как видно из значений изополей и графика изменения температуры по толщине стены, температура в сечении кирпичной кладки изменяется от +21 до +10,2°C, а в слое утеплителя скорость уменьшения температуры возрастает и опускается до значения −10°C.

На рис. 1в и 1 г. приведено распределение относительной влажности по толщине стены. Как видно из рис. 3, в слое утеплителя происходит резкий скачок значений влажности до максимального числа.


Рис. 4. Характеристики энергозащищённости ограждающей конструкции с вентилируемым фасадом с утеплителем «Технофас Проф» (а — изополя изменения температуры в слоях; б — графики изменения температуры по толщине стены; в — изополя изменения влажности в слоях стены; г — графики изменения относительной влажности)

На рис. 4 рассмотрен вариант утепления ограждающей конструкции с системой вентилируемый фасад и с утеплителем «Технофас Проф». Так, на рис. 4а и 4б показано распределение температуры на поверхностях слоёв ограждающей конструкции. Как видно из значений изополей и графика изменения температуры по толщине стены, температура в сечении кирпичной кладки изменяется от +21 до +6,4°C, а в слое утеплителя скорость уменьшения температуры возрастает и опускается до значения −10°C. В местах установки анкеров значения температуры достигает −9,22°C.

На рис. 4в и 4 г. приведено распределение относительной влажности по толщине стены. Как видно из рис. 4, влажность увеличивается постепенно, а в местах металлических элементов наблюдается большое значение влажности, достигающее 268%.

В условиях растущей стоимости энергоресурсов и обострения экологических проблем, повышение энергоэффективности зданий становится приоритетной задачей. Современные технологии, в частности компьютерное моделирование, позволяют оптимизировать эксплуатационные характеристики зданий и значительно сократить потребление энергии.

В рамках исследования был детально изучен фрагмент существующей ограждающей конструкции с цоколем с целью оценки её теплои влагозащитных свойств. Выявлено, что под воздействием климатических факторов в конструкции образуется зона конденсации.

Для решения этой проблемы были рассмотрены различные варианты утепления с использованием теплоизоляционных материалов («Пеноплекс Комфорт» и «Технофас Проф») в сочетании с внешним защитным слоем и устройством вентилируемого фасада. Проведённый анализ позволил определить характеристики энергозащищённости для каждого из предложенных вариантов.

Результаты показали, что при использовании внешнего штукатурного слоя наблюдается повышение влажности в утеплителе. В случае же с вентилируемым фасадом влажность равномерно увеличивается по всей толщине конструкции. Кроме того, в местах расположения металлических элементов были зафиксированы зоны резкого возрастания температуры и влажности. Применение теплоизоляционного материала «Пеноплекс Комфорт» в ограждающих конструкциях со штукатурным слоем показывает меньшее значение влажности в слое утеплителя, чем использование утеплителя «Технофас Проф». Применение теплоизоляционного материала «Технофас Проф» при устройстве вентилируемого фасада показывает меньшее значение влажности в местах установки анкеров.

Несмотря на выявленные особенности, исследование подтвердило, что все варианты утепления оказывают положительное влияние на энергоэффективность существующих зданий, что, в свою очередь, способствует созданию более комфортных условий для проживания.