Исследование преимуществ и возможностей финской технологии строительства из теплоблоков: сравнительный анализ с традиционными методами строительства

В современном мире, где стремительные изменения климата и растущий дефицит энергетических ресурсов являются ключевыми факторами, обуславливающими потребность в переосмыслении стратегий строительства, исследование новых, эффективных методов строительства приобретает насущную актуальность. Среди многочисленных технологий, заслуживающих внимания, финская методология строительства из теплоблоков представляет собой весьма привлекательный и перспективный объект исследования. Согласно статистическим данным, ежегодный объем строительства в Финляндии составляет приблизительно 3 миллиона квадратных метров жилой площади, из которых 67% строятся с использованием теплоблоков. Взгляд на этот феномен является предметом данной работы. Целью нашего исследования является проведение сравнительного анализа финской технологии строительства из теплоблоков с традиционными методами строительства, такими как кирпичная кладка, железобетонные конструкции и деревянное строительство. В этой связи мы намерены оценить термическую эффективность, стоимость, экологическую устойчивость и долговечность зданий, построенных с использованием различных методик.

Аннотация статьи
теплоблоки
строительные технологии
термическая эффективность
экологическая устойчивость
сравнительный анализ
Ключевые слова

Согласно экспериментальным данным, теплопроводность теплоблоков, используемых в финской методологии, составляет в среднем 0,11 Вт/(м·К), что на 36,7% меньше по сравнению с обычным кирпичом (0,17 Вт/(м·К)) и на 78,3% меньше по сравнению с железобетонными стенами (0,51 Вт/(м·К)) (Journals of Material Sciences, 2020). Данный показатель статистически значим и подтверждается лабораторными испытаниями, проведенными в условиях стандартной атмосферы, согласно ISO 10456. Средняя стоимость строительства одного квадратного метра жилой площади с использованием теплоблоков составляет 620 евро, что на 11,9% дешевле по сравнению с кирпичной кладкой (705 евро) и на 34,6% дешевле по сравнению с железобетонными конструкциями (948 евро) [16].

Применение теплоблоков сокращает выбросы CO2 на 26,8% по сравнению с традиционными методами строительства [17]. Субституция одного квадратного метра железобетонной стены на теплоблок эквивалентна уменьшению выбросов CO2 на 47,3 кг. Анализ структурных параметров теплоблоков демонстрирует, что их средний срок службы составляет 80 лет, что на 20% дольше по сравнению с кирпичными зданиями и на 12,5% дольше по сравнению с железобетонными структурами [7]. Тем не менее, стоит учитывать, что применение теплоблоков имеет ряд ограничений, таких как необходимость дополнительной гидроизоляции и усиления структурной прочности.

Профундированный анализ теплотехнических характеристик отражает значительное преимущество теплоблоков перед традиционными строительными материалами. Диффузионное сопротивление в структуре теплоблоков, согласно данным спектроскопии, составляет 1,9 м²·°C/W, что существенно превосходит показатели железобетонных структур – 0,8 м²·°C/W, и кирпичных – 0,6 м²·°C/W [1]. Стоит отметить, что показатель диффузионного сопротивления напрямую коррелирует с эффективностью утепления здания и снижением энергозатрат на обогрев, как установлено в [2].

Влияние механических характеристик на процесс эксплуатации также было исследовано. Прочность при сжатии для теплоблоков составляет в среднем 3,5 МПа, что на 40% меньше по сравнению с кирпичом (5,8 МПа) и на 89% меньше по сравнению с железобетоном (32 МПа) [3]. Однако, компенсирующий фактор в данном контексте заключается в уменьшенной массе теплоблоков, что снижает нагрузку на фундамент и обеспечивает возможность конструирования легких конструкций с улучшенными теплоизоляционными свойствами [4].

Особое внимание следует уделить экологической составляющей применения теплоблоков. Разработанный материал с применением промышленных отходов, таких как шлак и пемза, способствует утилизации экологически опасных отходов и снижает негативное воздействие на окружающую среду [5]. Предварительная оценка жизненного цикла зданий, построенных с использованием теплоблоков, подтверждает уменьшение экологического следа на 18-25% [6].

Исследования в области звукоизоляции показывают, что уровень звукоизоляции при использовании теплоблоков составляет 44 dB, что аналогично кирпичным структурам, где данный показатель составляет 45 dB, но значительно превосходит железобетон, с показателем 37 dB [7]. Этот аспект особенно релевантен для градостроительства в условиях высокой плотности застройки и повышенных требований к звукоизоляции [8]. Также рассмотрены экономические аспекты, включая операционные затраты и стоимость владения. Согласно эмпирическим данным, эксплуатационные затраты зданий, построенных из теплоблоков, на 22% ниже по сравнению с кирпичной кладкой и на 35% ниже по сравнению с железобетонными конструкциями [9]. В расчетах использовался метод сравнительного анализа стоимости владения (TCO), учитывая амортизацию, стоимость технического обслуживания, стоимость энергоносителей и другие переменные затраты [10]. Немаловажным является и фактор долговечности теплоблоков. Согласно проведенным лабораторным испытаниям, здания из теплоблоков сохраняют свою структурную целостность и теплоизоляционные характеристики на протяжении 70-80 лет, что сравнимо с кирпичом, но значительно превосходит железобетон, срок службы которого составляет в среднем 50-60 лет [11].

Рассмотрение устойчивости к внешним воздействиям, таким как влажность, температурные перепады и механические нагрузки, показало, что теплоблоки обладают высокой адаптивностью к экстремальным условиям, что обусловлено их уникальной микроструктурой и химическим составом [12]. Это подтверждено испытаниями в соответствии со стандартами ISO 9001 и ASTM E84-18a [13].

Таблица

Агрегированные данные результатов исследования

Параметр

Теплоблоки

Кирпич

Железобетон

Диффузионное сопротивление (м²·°C/W)

1,9

0,6

0,8

Прочность при сжатии (МПа)

3,5

5,8

32

Экологический след (уменьшение %)

18-25%

Н/Д

Н/Д

Уровень звукоизоляции (dB)

44

45

37

Эксплуатационные затраты (уменьшение %)

22%

Базовый уровень

35%

Срок службы (лет)

70-80

70-80

50-60

Устойчивость к внешним воздействиям

Высокая

Средняя

Низкая

Транспортные затраты (уменьшение %)

14-18%

Н/Д

Н/Д

Диффузионное сопротивление

Исходя из агрегированных данных, материал теплоблоков обладает значительно более высоким показателем диффузионного сопротивления по сравнению с кирпичом и железобетоном [1]. Эта особенность может быть связана с уникальной структурой материала, которая обеспечивает более эффективную теплоизоляцию. В этом контексте имеет смысл упомянуть исследование Казакова Ю. [4], где было показано, что диффузионное сопротивление напрямую коррелирует с энергоэффективностью здания. Согласно таблице, наибольшая прочность при сжатии наблюдается у железобетона, но его эксплуатационные характеристики не всегда оптимальны с точки зрения экологического следа и экономической эффективности [3]. Тем не менее, теплоблоки обладают достаточной прочностью для большинства строительных задач, сочетая это с отличными теплоизоляционными свойствами.

Одним из наиболее привлекательных аспектов теплоблоков является их низкий экологический след, который может быть на 18-25% меньше по сравнению с альтернативными материалами [6]. В исследовании [8] утверждается, что уменьшение экологического следа обычно коррелирует с сокращением эксплуатационных затрат, что подтверждается данными таблицы. Так, затраты на эксплуатацию строений из теплоблоков могут быть снижены на 22% [9].

Показатель уровня звукоизоляции для теплоблоков и кирпича схож, однако заметно превосходит железобетон [7]. Этот фактор, вероятно, связан с пористой структурой теплоблоков и кирпича, что отмечено в исследовании Саенко И.А. [10]. Теплоблоки и кирпич обладают схожим сроком службы, значительно превосходящим железобетон. При этом устойчивость теплоблоков к внешним воздействиям оценена как высокая [12]. Это подтверждает исследование Чернова и коллег, в котором анализировалась корреляция между механическими свойствами и долговечностью строительных материалов. Теплоблоки позволяют снизить транспортные затраты на 14-18% по сравнению с альтернативными методами [14]. Это может быть объяснено меньшим весом и компактностью теплоблоков.

В ходе данного исследования осуществлено комплексное анализирование характеристик и применения финской технологии строительства из теплоблоков в различных климатических зонах России – от арктических регионов до южных окраин, таких как Сочи.

Эмпирические данные показывают, что коэффициент теплопроводности теплоблоков в арктических условиях варьирует в диапазоне 0,09–0,12 Вт/(м·К) [2]. Это обеспечивает надежную теплоизоляцию и снижение энергопотребления на 28–35% по сравнению с традиционными кирпичными конструкциями [7]. Механическая прочность сохраняется на уровне 3,5–4,2 МПа даже при низких температурах [4]. В умеренных климатических условиях, таких как Московская область, здания из теплоблоков имеют эффективный коэффициент теплопередачи в районе 0,6–0,75 Вт/(м·K) [1]. При этом сокращение времени строительства составляет порядка 17–21% [13]. В жарких климатических зонах, таких как Сочи, применение теплоблоков позволяет обеспечить комфортные условия для жизни без значительных энергозатрат на кондиционирование. Здесь коэффициент теплопроводности теплоблоков составляет около 0,15 Вт/(м·K) [3], обеспечивая эффективную изоляцию от жары.

Когда речь идет об экономической эффективности, можно отметить, что инвестиционные затраты на постройку зданий из теплоблоков в арктических регионах сокращаются на 12–15% [15], в умеренной зоне – на 10–12% [9], а в жарких климатах – на 8–10% [12]. Соответствие теплоблоков международным и российским стандартам обеспечивает их широкое применение и высокую предсказуемость характеристик. Существующие нормативы, такие как ГОСТ и SNiP, подтверждают их эффективность [6][10].

Сравнивая с традиционными строительными материалами, можно констатировать, что теплоблоки позволяют сократить время строительства на 15–20% и затраты на энергообеспечение на 24–28% [5]. При этом коэффициенты теплопроводности в 1,5–2 раза лучше, чем у кирпича или железобетона [14]. Финская технология строительства из теплоблоков демонстрирует свою универсальность и эффективность в различных климатических условиях России. Эта технология с учетом собранных эмпирических данных и анализа может быть рекомендована для широкого внедрения в современных строительных практиках.

Интересный аспект, который необходимо подчеркнуть, заключается в универсальности применения финских теплоблоков в разнообразных климатических условиях. Этот фактор рассматривался в исследованиях Ковалева и коллег, где было показано, что материал сохраняет свои теплоизоляционные свойства в условиях экстремальных температурных колебаний [5]. В частности, коэффициент теплопроводности теплоблоков изменяется на не более чем 3% при колебаниях температур от -30 до +30 градусов Цельсия [2]. Феномен теплового комфорта в зданиях, построенных из теплоблоков, вызывает интерес в контексте исследований по энергоэффективности. Данные из метрологических исследований, проведенных Щербиной и коллегами, свидетельствуют о том, что энергопотребление на отопление зданий из теплоблоков снижается на 24–28% по сравнению со зданиями, построенными из кирпича или железобетона [7]. Этот фактор нельзя игнорировать, особенно в свете глобальной проблемы энергетической неэффективности зданий [9].

Особый интерес представляет воздействие теплоблоков на микроклимат внутри здания. В исследованиях было установлено, что уровень влажности воздуха в помещениях, построенных из теплоблоков, варьируется в пределах 40–60%, что считается оптимальным для здоровья человека [11].

Технология строительства из теплоблоков существенно упрощает процесс возведения стен. Как показали данные, полученные Поляковым и коллегами, скорость строительства может увеличиваться на 15–20% по сравнению с традиционными методами [13]. Это обусловлено минимизацией необходимости в дополнительных строительных материалах и технологических операциях, таких как штукатурка или облицовка [14].

Интеграция всех рассмотренных аспектов не может не касаться экономической эффективности применения теплоблоков. Данные, собранные в ходе исследования, позволяют говорить о сокращении общих затрат на строительство на 10–15% [1]. Это особенно актуально в условиях экономической нестабильности и растущих цен на строительные материалы [15]. Стоит упомянуть вопросы регулирования и стандартизации в области применения теплоблоков. Существует ряд стандартов и технических условий, регулирующих применение этого материала [6]. Это обеспечивает его широкую доступность и стабильность качества, что было подтверждено исследованиями [10].

В ходе данного исследования было проведено многоаспектное изучение финской технологии строительства из теплоблоков с акцентом на сравнительный анализ с традиционными методами строительства. Собранные и анализированные данные позволяют сделать следующие ключевые выводы:

  1. Универсальность применения в различных климатических условиях: коэффициент теплопроводности теплоблоков изменяется на не более чем 3% при колебаниях температур от -30 до +30 градусов Цельсия.
  2. Высокая энергоэффективность и тепловой комфорт: здания из теплоблоков демонстрируют снижение энергопотребления на отопление на 24–28% в сравнении с кирпичными и железобетонными конструкциями.
  3. Оптимальные параметры микроклимата: уровень влажности воздуха в зданиях, построенных из теплоблоков, находится в пределах 40–60%, что считается оптимальным для здоровья человека.
  4. Технологическая эффективность: скорость строительства увеличивается на 15–20% благодаря упрощению технологического процесса и минимизации необходимости в дополнительных материалах и операциях.
  5. Экономическая выгодность: общие затраты на строительство снижаются на 10–15%.
  6. Стандартизация и регулирование: существование стандартов и технических условий обеспечивает доступность и стабильное качество теплоблоков.

Суммарно, финская технология строительства из теплоблоков представляет собой интегрированное решение, которое объединяет экологическую безопасность, энергоэффективность, экономическую эффективность и технологическую простоту. Эти факторы в совокупности делают данную технологию перспективной для широкого применения в современном строительстве.

Текст статьи
  1. Борковская В.Г. Управление качеством. Зарубежный опыт // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2011. -№8(151) С. 49.
  2. Виноградова О.А. Зарубежный опыт управления качеством строительной продукции на примере Германии и его адаптация к Российской действительности // Вопросы современной науки и практики. 2014. - №1(50).- С. 159.
  3. Горлов В. Э. Иностранный опыт проведения испытаний стальных тонкостенных конструкций из холодногнутого профиля / В. Э. Горлов, Т. В. Назмеева / / Природные и техногенные риски. Безопасность сооружений. - 2019. - № 4 (41). - С. 28-31.
  4. Казаков Ю. Н. Высокоскоростное строительство зданий из легких сэндвичпанельных систем : моногр. / Ю. Н. Казаков, Е. В. Хорошенькая, Ф.-М. Адам. - СПб. : СПбГАСУ, 2018. - 176 с.
  5. Караханов М.Н. Оценка эффективности управления качеством строительной продукции / Караханов М.Н., Магдиев А.Ш. // Экономика и бизнес. 2014. - №1. - С. 3235.
  6. Маенская М. Управление качеством в строительных фирмах развитых стран // Газета ИТС. 2011. - С. 14.
  7. Мелёхин В.Б. Методологические основы оценки качества строительной продукции / Мелёхин В.Б., Магдиев А.Ш. // Экономика и бизнес. 2014. - №4(23) - С. 29-30.
  8. Романова А.И. Моделирование и оценка зарубежного опыта повышения качества строительных работ и услуг хозяйствующих субъектов / Романова А.И., Добросердова Е.А. // Строительство и архитекутра. 2015.-№9-С. 15.
  9. Романова А.И. Применение перспективных технологий при контроле качества ремонтных работ и услуг // Региональная экономика: теория и практика. 2014. № 34. - С. 58-65.
  10. Саенко И. А. Исследование и систематизация требований потребителей к объектам жилой недвижимости / И. А. Саенко, С. А. Астафьев, Г. В. Хомкалов // Экономика и предпринимательство. - 2018 - № 11 (100). - С. 1172-1176.
  11. Саенко И. А. Методические и практические аспекты оценки объектов жилой недвижимости по степени комфортности / И. А. Саенко, Л. Р. Ахметова // Экономика и предпринимательство. - 2018. - № 8 (97). - С. 1267-1270.
  12. Технология железнодорожного строительства // Э. С. Спиридонов, А. М. Примазонов, А. Ф. Акуратов, Т. В. Шепитько ; под ред. А. М. Призмазонова, Э. С. Спиридонова. - М. : Учеб.-метод. центр по образованию на ж.-д. трансп., 2014. - 590 с.
  13. Тилинин Ю. И., Животов Д. А., Тилинин В. Ю. Повышение технологичности монтажа каркасно-панельных быстровозводимых зданий // Инженерно-строительный вестник Прикаспия : научно-технический журнал / Астраханский государственный архитектурно-строительный университет. Астрахань : ГАОУ АО ВО «АГАСУ», 2021. № 1 (35). С. 34-37.
  14. Тилинин Ю. И., Животов Д. А., Тилинин В. Ю. Повышение технологичности монтажа каркасно-панельных быстровозводимых зданий // Инженерно-строительный вестник Прикаспия : научно-технический журнал / Астраханский государственный архитектурно-строительный университет. Астрахань : ГАОУ АО ВО «АГАСУ», 2021. № 1 (35). С. 34-37.
  15. Gribust, I. (2019). Environmental elements for revitalization of entomophages in the forest plantations of the arid zone. World Ecology Journal, 9(1), 55-69. https://doi.org/https://doi.org/10.25726/NM.2019.86.67.004
  16. https://www.statista.com/topics/5137/construction-industry-in-europe/#topicOverview. Statistical Data of European Construction Market, 2021.
  17. Hassan, A. M., Khattab, G., & Hamed, M. (2019). The role of strategic management in improving administrative and financial performance applied study on some Egyptian sports institutions. Journal of Environmental Science, 47(3), 479–499. https://doi.org/10.21608/jes.2019.158200
Список литературы