Параметры теплого и «умного» дома. Челябинск вошел в тройку городов-лидеров по внедрению технологий информационного моделирования в строительстве

Для многих аббревиатура ТИМ звучит в новинку. Между тем именно эти три буквы стали ключевыми на круглом столе, прошедшем в редакции «Южноуральской панорамы», в котором приняли участие ведущие челябинские ученые и эксперты в сфере строительства.
-
«Афина» строит. В Челябинске представили новый стеновой материал — СотоБлок
-
«Дворец» в центре. В Челябинск переселят более 500 семей из аварийных домов других муниципалитетов

Взгляд через 3D

Строительная организация автоматически получает чертежи, которые так же автоматически поступают на станки с программным управлением. Кстати, компании, использующие ТИМ-технологии, которые есть и в Челябинске, преуспевают и в скорости производства, и в качестве работ.


Увидеть «китайскую реальность»
— Возможно, в ближайшем будущем челябинцы смогут посмотреть в окно и увидеть… «китайскую реальность», — рассуждает Альберт Байбурин. — Возьмите стрелу, которая распределяет бетон по этажам строящегося в Челябинске монолитного дома. Если будет цифровая модель этажа, то вместо бетонораспределительной стрелы поставьте робота, который будет автоматически распределять любой композит. Причем робот будет делать все очень точно, качественно и безопасно без участия человека.
Эту технологию китайцы уже применяют. Но, увы, у челябинских ученых нет денег на лабораторию, чтобы купить строительный принтер. Между тем с его помощью «китайская революция» в строительстве пришла бы и в наш город. В лабораториях мировых университетов такой строительный принтер давно применяется, но мы, как всегда, отстаем.
— Выпускник архитектурно-строительного факультета ЮУрГУ Станислав Вайсман предложил революционную 7D-модель в жилищном строительстве с использованием информационного моделирования зданий, — говорит Альберт Байбурин. — ТИМ-технологии Станислав Вайсман внедряет уже на стадии строительства. В его активе — год работы в одной из проектных фирм США, где как раз активно практикуется информационное моделирование. Он изучил все иностранные стандарты по информационному моделированию и на основе этого предложил к уже апробированной 3D-модели добавить еще несколько параметров, например, ось времени — график производства работ. Такой вариант приводит уже к 4D-моделированию. Если к этому добавить еще финансовую составляющую и другие позиции, то можно говорить о 5D-, 6D-, 7D-моделировании. Станислав предлагает свою систему именно для строителей — в проекте производства и организации работ. По мнению ученых, такой подход, несомненно, является революционным прорывом в организации строительных работ.

Откуда идет холод?

Важны все три фактора. Если есть утечка тепла через оконные проемы, то уже и неважно, насколько теплые стены. Многие производители железобетонных панелей к этому и пришли, что, например, неважно, насколько сама стенная плита теплая, важно утеплить стыки. Именно холодные стыки могут обеспечить огромную утечку тепла.
— Есть несколько принципов теплого дома, — говорит Альберт Байбурин. — Первый — форма дома. Посмотрите на главный корпус Сколково: полностью открыт — снизу, сверху, с боков. Форма дома должна быть энергосберегающая, без всяких лишних выступов. Второе — ориентация по солнцу и по ветру, чтобы солнце зимой нагревало, чтобы северный ветер не остужал лишний раз. Правда, сейчас уже строят вращающиеся дома. Но это на Западе.
Третье: тепловая оболочка должна быть полностью замкнутая. Не зря же в Европе обязательно проходят испытания на воздухопроницаемость. Ты можешь сделать толстенные, как в средневековых замках, стены, но если в стыках будет потеря тепла, то толщина стен не поможет. По мнению некоторых ученых-теплотехников, потери тепла через стены и другие ограждающие конструкции не столь уж и велики (30-40 % в зависимости от здания). А больше (или, по крайней мере, столько же) тепла теряется через вентиляцию. Поэтому инженерные системы обязательно предполагают установку рекупираторов тепла. Но тогда вентиляцию надо делать не естественной, а принудительной. То есть выходящий теплый воздух отдает тепло входящему холодному. Это то, что называется теплообменником.
Еще один фактор — применение всех возможных энергоэффективных технологий в инженерных сетях, вплоть до энергосберегающих бытовых приборов. В Германии, где на этот счет действует специальная государственная программа, даже дотации давали людям, которые жили в так называемых «пассивных» домах, на покупку энергосберегающей бытовой техники.
— Ты вышел из дома, а программа продолжает работать автоматически, — говорит Альберт Байбурин. — Весь день в целях экономии температура в доме держится, скажем, на уровне 15 градусов, а за полчаса до прихода хозяина разогревается до 20 градусов.
«Дышащие» дома
— Почему ругают панельные дома? — рассуждает Александр Абаимов. — Как только косой дождь прошел, так стыки становятся влажными и на поверхности образуется конденсат. Возьмите строящиеся в Челябинске финские дома. В них всегда тепло, благодаря тому, что они строятся из трехслойных стеновых панелей пятого поколения завода «Бетотек». Панели, из которых построены такие дома, паропроницаемые. То есть они «дышащие».
Секрет еще и в том, что у них предусмотрены специальные каналы, отводящие воду и убирающие конденсат. И к этим домам у специалистов нет никаких претензий. Если решить эту проблему, то тогда и не стоит прощаться с панельным строительством.

Есть одна спорная разработка — условный аналог гипсокартона, гипсоволокнистая сухая отделка в помещении. Так называемый бишофит используется в производстве ксилолита для наливных полов, некоторых литых изделий: плитки, подоконников, стекломагниевых листов (СМЛ). Сам материал бактерицидный. С его использованием в помещении хорошо дышится. Эти листы при необходимости впитывают в себя излишнюю влагу в помещении или, наоборот, отдают, создавая оптимальный микроклимат.

Легче воздуха в шесть раз!
— К нам на кафедру часто обращаются производители строительных материалов, с тем чтобы улучшить их составы, изменить технологию, улучшить теплофизические характеристики, — говорит Тамара Черных. — Например, в ячеистом бетоне две характеристики — плотность и прочность. Соотношение этих двух характеристик и дает качество. Например, производитель, может обеспечить прочность, но материал у него не получается достаточно легким.
Поэтому потребитель должен знать основу материала, который он купил, — цементная или силикатная. В зависимости от этого нужно решать, как ему гидроизолировать материал, возможно ли его открытое применение на воздухе.
— Как обыватель, я не стала бы в наших климатических условиях строить дом из полистиролбетона, — признается Тамара Черных. — Это не значит, что пеноблок как материал плох. Это связано с производителями материалов. Как правило, они изготавливаются на небольших предприятиях, где с контролем качества большие проблемы. Полистиролбетон при нагревании начинает разлагаться, выделяя в пространство помещения большое количество вредных веществ.
— Применяются уже и вакуумные панели, — добавляет Альберт Байбурин. — Два сантиметра такой панели заменяют 40 сантиметров минеральной ваты. Представляете? Экономится дополнительно 40 сантиметров жилой площади! Однако есть недостаток: если теряет герметичность, теряет все. Есть еще один любопытный материал — аэрографит, который легче воздуха в шесть раз! Но все эти технологии пока еще очень дорогие.
А цемент-то «левый»
— Покупателя стройматериалов могут поджидать разные опасности, — говорит Тамара Черных. — Широко применяется феррохромовый шлак, который есть на некоторых челябинских предприятиях. Казалось бы, он безопасен. Но есть мнение, что есть очень опасный для здоровья шестивалентный хром. Его наличие в материалах может вызывать страшные заболевания. Этот порошок серого цвета, и даже я, специалист, на вид не отличу его от настоящего цемента. Этим пользуются недобросовестные производители цемента, который они смешивают в неизвестно каких пропорциях и продают это как цемент. И даже на рынке, покупая такой цемент, я не смогу отличить, пока в лаборатории не проверю его прочность, разбавлен этот цемент или нет.
— Есть инициативная группа, которая борется с этим, — говорит Александр Орлов. — Совместно с союзом предприятий стройиндустрии Челябинской области мы проводим контрольные закупки в сфере строительных материалов не с заводов, а именно с рынков. В сотрудничестве с предприятиями, которые заинтересованы в своем добром имени. Очень крупная закупка, произведенная несколько месяцев назад примерно в 60 точках Челябинска и примерно в 30 точках Магнитогорска, была связана именно с цементами Результаты очень плачевные. По Челябинску примерно в половине случаев качество не соответствовало требованиям, заявленным на мешках. На многих мешках невозможно найти производителя, не указана масса, что позволяет мешку быть неприлично легким.
Бетон на растяжение
— Наши недавние выпускники архитектурно-строительного факультета Анастасия Сашина и Дмитрий Богусевич разработали способы повышения эффективности фибробетонов, — рассказывает Александр Орлов. — Работали наши студенты непосредственно с базальтовой фиброй, которая представляет собой тончайшие волокна, предназначенные для повышения прочности мелкозернистых бетонов на растяжение.
Как известно, бетон — это камнеподобный материал: на сжатие прекрасно работает, а вот на растяжение — очень плохо. Предложенная студентами комбинация значительно повышает не только прочность бетона, но и его трещиностойкость, у такого бетона меньше отколов. Практика показывает, что, пока материал еще свежий и не набрал прочности, у него часто откалываются углы. Многие производители газопенобетона используют фибру именно для того, чтобы снизить отколы по углам. В результате твердения цементных пенобетонов происходит значительная усадка, и они начинают растрескиваться. Фибра в определенной степени помогает бороться с этим нежелательным явлением. Заслуга наших студентов состоит в разработке способов повышения прочности сцепления фибры с основным материалом.
— В Европе подобные изыскания называются менеджментом системы отходов, — говорит Тамара Черных. — Простой пример. Для производства цемента, как известно, нужны печи, а это дорого. Гипс — это опять же печи, и тоже дорого. Но есть отличный природный материал. Например, асбест, который производят в одноименном городе Челябинской области. Там очень много отходов этого материала. И куда его только не пытаются пристроить, в том числе и на отсыпку дорог! Но и при этом город продолжает находиться в отвалах.
Мы берем этот серпентин, обжигать который не нужно, просто измельчаем его, затворяем специальным затворителем и получаем из него прочный камнеподобный материал. В дальнейшем из него могут получиться отличные изделия. Затраты на это вяжущее минимальные, а свойства этого материала, в том числе высокая прочность и жаростойкость, такие, что удивили даже опытных экспертов. При этом отмечается еще и водостойкость. Подобные материалы можно использовать в облицовке тепловых агрегатов.
Сегодня ученые кафедры вместе со своими студентами изучают свойства отходов добычи асбеста, так называемого хризотил-асбеста. Кто знает, возможно, уральский топоним войдет в название важнейшей составляющей строительных материалов ближайшего будущего.