Энергосберегающая крыша

Наибольшей популярностью в настоящее время пользуются традиционные дома со скатной крышей и деревянной стропильной конструкцией (рис. 4.22 а). В более современных домах чаще всего сооружают вентилируемые плоские кровли (рис. 4.22 б). [38]. Независимо от конструктивного решения, любая крыша нуждается в соответствующей тепло- и гидроизоляции, а также правильной вентиляции.

а б

Рисунок 4.22. Энергосберегающие крыши:

а (слева) – скатная, б (справа) – вентилируемая плоская

Вентиляция и отвод влаги. При выборе материалов следует помнить о правильной конструкции кровли, которая даёт возможность беспрепятственной диффузии водяного пара. Учитывая процесс проникновения водяного пара в жилое помещение, можно выделить два основных типа поверхности крыши: негерметичная и герметичная. [38].

В случае покрытия из рубероида на сплошном дощатом настиле (герметичный тип) следует оставлять воздушный зазор между досками и теплоизоляцией. Этот зазор должен обеспечить вентиляцию кровли, поэтому необходимы входные и выходные отверстия для воздуха.

При использовании кровельных мембран с высокой степенью паронепроницаемости (негерметичный тип) в воздушном зазоре нет необходимости. В таком случае используется вся толщина стропил, и утепление соприкасается с ветроизоляцией, которую укладывают под кровельное покрытие. Внутри находится пароизоляционная лента, которая монтируются между теплоизоляцией и отделкой (например, гипсокартонными плитами). При таком решении следует обеспечить качественную, регулируемую гравитационную вентиляцию помещений (оконные вентиляционные клапаны, вентиляционные решетки).

Потери тепла через крышу в односемейных домах составляют от 10 до 15 % всей потери тепла в доме. Требования европейских строительных норм заключаются в проектировании крыши с коэффициентом теплопередачи не больше 0,3 Вт/(м²∙К).

Обеспечить выполнение требуемых норм не так уж просто. Главная причина заключается в неточности выполнения работ, что приводит к образованию практически незаметных каналов, позволяющих теплу покидать помещения – так называемых мостиках холода.

Мостик холода, или температурный мост – это участок ограждающей конструкции здания, имеющий пониженное термическое сопротивление. Например, стык между частями конструкции или конструктивный элемент, состоящий из материалов с более высокой теплопроводностью. Такие участки охлаждаются сильнее, чем другие части ограждения, поэтому их еще называют «мостиками холода». Наличие температурных мостиков значительно снижает эффективность теплозащиты здания (иногда теряется до 50 % всего тепла). Присутствие мостиков холода в здании является причиной образования конденсата и может значительно снизить время его эксплуатации. [35].

Потенциальными местами их возникновения являются конструктивные узлы и все соединения наружных элементов, сделанных из разных материалов: стык пола на грунте со стеной фундамента, плиты фундамента с наружной стеной, проёмы окон и дверей, соединение крыши со стеной. К этому перечню можно отнести балконные плиты, выступы стен, места крепления металлических балюстрад, подпорок для телевизионных антенн, кладочные швы и т.п.

Избежать мостиков холода ещё на стадии строительства крайне сложно, иной раз проще утеплить весь дом, чем пытаться закрыть каналы утечки поодиночке.

Визуально мостики холода обычно не определяются. Для их обнаружения необходимо провести тепловизионную съёмку (рис. 4.23.).

Рисунок 4.23. Иллюстрация мостиков холода с помощью тепловизора

Оптимальная толщина теплоизоляции. Аудиторские анализы показали, что оптимальная величина термического сопротивление крыши R составляет 5–7 м².K/Вт, а рекомендуемая толщина теплоизоляционного слоя от 30 до 35 см.

Если принять во внимание всю стоимость строительства, это небольшой дополнительный расход, составляющий около 1 % суммарных инвестиций. Поэтому стоит вкладывать деньги в энергосберегающие решения.

В течение скольких лет вернутся затраты на дополнительную теплоизоляцию? По подсчетам европейских экспертов срок окупаемости составляет о 7 до 10 лет, в зависимости от источника отопления (тепловые насосы, газ, электричество и пр.). Следует, однако, учитывать и изменение цен на энергоносители носители в будущем.

Утепление крыш, как правило, выполняется при помощи минеральной ваты, которая кроме теплоизоляционной также выполняет противопожарную и звукоизоляционную функции.

Инвестирование в энергосбережение – очень выгодное мероприятия, как с экономической точки зрения, так и с экологической. Снижение расходов энергии уменьшает выбросы в атмосферу продуктов сгорания, в том числе «парниковых» газов, тем самым ограничивая неблагоприятные климатические изменения.

Инновационный проект энергосберегающего кровельного покрытия представляет GZ Gundelfinger (рис. 4.24.). В элементы покрытия уже на этапе производства закладываются высококачественные отопительные трубы, расположенные в нижней части кровли (на глубине в несколько сантиметров), благодаря чему, тепловой поток направляется вниз – в помещение [39].

Рисунок 4.24. Энергосберегающая кровля GZ Gundelfinger

Зимой в трубы подаётся горячая вода, обеспечивающая отопление помещения, а летом – холодная, с целью кондиционирования. В массивной кровле тепло аккумулируется и медленно возвращается в помещение. Помещение нагревается или охлаждается равномерно, нет зон с излишне тёплым или холодным воздухом. Кроме того, в воздухе отсутствуют взвешенные частицы пыли, что присуще традиционным отопительным системам – важный фактор для людей, страдающих аллергией.

Энергосберегающая кровля идеально подходит при использовании альтернативных систем обогрева на базе тепловых насосов или солнечной энергии.

Крыша британского здания Energy Centre of Excellence покрыта кровельными листами Kalzip AluPlusSolar (площадью 1500 м²), которые представляют собой легковесный полностью интегрируемый источник возобновляемой энергии [40]. В данной системе применяется надёжное и гибкое тонкоплёночное фотоэлементное ламинирование (рис. 4.25.).

Система AluPlusSolar обеспечивает выходную пиковую мощность 44 кВт и ежегодно вырабатывает 30 тыс. кВт∙ч.

Рисунок 4.25. Кровельные листы Kalzip AluPlusSolar

Конструктивное включение звукопоглощающих изоляционных материалов способствует улучшению акустических характеристик.

С целью дальнейшей экономии энергетических ресурсов и уменьшения выбросов СО₂ непосредственно на строительной площадке были собраны трехслойные кровельные фонари Kalzip Multivault SSR общей площадью около 300 м². Ряды фонарей Multivault SSR разделяют группы панелей AluPlusSolar. Противостоящие погодным условиям внешние части фонарей выполнены из двухслойного поликарбоната. Под ними, в плоскости кровли, смонтированы полупрозрачные панели. Такая система обеспечивает равномерное распределение рассеянного дневного света с минимальным эффектом тени во всех помещениях центра.

4.8.8. «Зеленая кровля», или Сад на крыше

«Поистине это противоречит всякой логике, когда площадь, равная целому городу, не используется, и шиферу остается любоваться звездами!»

Ле Корбюзье, французский архитектор, художник-дизайнер

В последние годы в городах стали все больше внимания уделять нестандартным, нетрадиционным методам озеленения. В Европе и Америке появились так называемые «зеленые кровли», которые постепенно получают распространение и в России. [9].

«Зеленые кровли» известны человечеству с давних времён. Висячие сады Семирамиды (около 600 г. до н.э.) – одно из Семи Чудес Света – фактически представляли собой первые зеленые кровли (рис. 4.26.). [11]. Позднее жители северных стран утепляли дома, обкладывая их кусочками мха и дерна.

В Западной Европе уже в XVII в. такое конструктивное решение как крыша-терраса на городских зданиях выполняло и функционально-экономическую, и социально-эстетическую задачу.

Рисунок 4.26. Висячие Сады Семирамиды

Первые сведения об устройстве цветников и садов на крышах в России относятся к XVII в. Так, митрополитом Ионой висячий (или, как их называли в России, «верховой») сад был устроен в кремле Ростова Великого. Известен висячий садик, созданный по приказу Петра I в Риге в 1717 г. Он занимал ограниченное пространство и находился на открытой террасе над Даугавой на уровне второго этажа, поддерживаемый массивными опорами. В нём росли пионы, белые и жёлтые нарциссы, тюльпаны, мелисса, шалфей и другие растения. В XVIII в. архитектурное устройство садов на крышах был использован при проектировании и строительстве Зимнего дворца, Малого Эрмитажа (рис. 4.27.) и Царского Села в Петербурге. В конце XIX в. идеями висячих садов было охвачено практически всё купеческое сословие.

Рисунок 4.27. Висячий сад Малого Эрмитажа после реконструкции 2011 г.

Создание садов на крыше – перспективное направление ландшафтной архитектуры будущего. В мегаполисах, где значительная часть природного пространства отдаётся под застройку, зеленая кровля является идеальным решением для компенсации ущерба, наносимого окружающей среде.

Устройства «сада на крыше» особо актуально в связи с чрезвычайно высоким ростом стоимости квадратного метра земли. В результате, использование свободных площадей крыш даёт возможность восполнить дефицит зелёных зон, устраивать на крышах зданий места для отдыха и проведения досуга, решая одновременно ряд экологически важных проблем.

Современные строительные и композиционные материалы и технологии дают возможность создавать устойчивое к динамическим нагрузкам защитное покрытие, что позволяет использовать площадь крыши для самых разных целей – устраивать летние кафе, детские площадки и площадки для гольфа, зоны отдыха, парковки автомобилей и т.д.

«Зелёные кровли» отфильтровывают твердые микрочастицы из воздуха, задерживают и очищают ливневые воды, предоставляют новые возможности для создания эстетического разнообразия, а летом помогают снизить эффект перегрева.

В связи с увеличением населения городов, необходим новый подход к комплексному решению ряда проблем, таких как загрязнение атмосферного воздуха и недостаток рекреационных зон для жителей. Невзрачные крыши можно полностью изменить при помощи «зеленых кровель», что создаст дополнительные возможности для преобразования эстетического облика города.

Для садов на крыше важным моментом является возможность совместить архитектуру здания, заданного и построенного надолго, с таким постоянно изменяющимся живым материалом, как растения и цветы (рис. 4.28.).

Рисунок 4.28. «Зелёная крыша»

В зависимости от особенностей кровли (местоположения, несущей способности здания, бюджета, потребности клиента, доступности материалов и растений) каждая озеленяемая поверхность кровли отличается от остальных, создавая, тем самым, неповторимый эстетический эффект.

Кровлю не зря называют «пятым фасадом». Именно на ней останавливается взгляд, и по её достоинствам часто оценивается архитектурное решение всего здания.

Различают два основных типа «зеленых кровельных систем»: экстенсивную и интенсивную, – отличающиеся, главным образом, стоимостью, толщиной растительной среды и выбором используемых растений. [14].

Для экстенсивных «зеленых кровель» (часто неэксплуатируемых) характерен малый вес, низкие капитальные вложения, небольшое разнообразие применяемых растений и минимальные требования по обслуживанию.

Интенсивные «зеленые кровли» (как правило, эксплуатируемые) характеризуются большей толщиной субстрата, большим весом, более высокими капитальными затратами, широким разнообразием растений, высокими требованиями к обслуживанию. Благодаря большей толщине субстрата, список рекомендуемых растений более разнообразен и включает не только цветы и декоративные растения, но и кустарники и деревья, с помощью которых можно организовать более сложную экосистему. Однако и требования к обслуживанию интенсивных кровель более высокие: для них необходимо предусматривать особые системы полива. Для создания такой кровли необходимы консультации профессиональных конструкторов и ландшафтных дизайнеров, а для монтирования системы требуется опытный кровельщик.

При благоустройстве крыш в основном используется экстенсивные системы озеленения – идеальное решение для озеленения кровель с небольшой допустимой нагрузкой, уход за которыми не предполагается. Вес экстенсивной системы озеленения составляет всего 35 кг/м².

По оценкам экспертов стоимость «зеленой кровли» в течение её жизненного цикла не превышает стоимости обычной кровли. «Зеленые кровли» являются своего рода инвестицией, которая приносит ряд социальных, экономических и экологических преимуществ. «Зеленые кровли» повышают энергосбережение здания (благодаря его охлаждению в жаркое время года и дополнительному утеплению в зимний период), продлевают срок службы кровельного материала, создают дополнительную звукоизоляцию, а также комфортные площади, доступные для жильцов.

Если «зеленые кровли» являются прекрасным дополнением уже существующих зданий, то вертикальное озеленение органично сочетается с урбанистическим пейзажем крупных мегаполисов, может размещаться в зонах, где озеленение территории не представляется возможным (рис. 4.29.). В условиях города, в местах активного пешеходного потока, интенсивного движения автотранспорта, переполненных парковок и полного отсутствия площадей для зеленых насаждений вертикальное и кровельное озеленение становится идеальным решением. Растения с течением времени постепенно смещаются с нижнего уровня городской зоны вверх, что позволяет создавать прекрасные ландшафтные композиции.

Найти необходимые средства для совершенствования городской среды возможно только при системном рассмотрении проблем взаимодействия города с измененной природой в его структуре и окружении.

За последние десятилетия в мире отработаны технологии, продуманы конструктивные элементы и созданы материалы, позволяющие устроить на крыше как простой «зеленый ковер», так и настоящий сад.

Рисунок 4.29. Вертикальное озеленение

В Германии, например, разработаны и производятся готовые системы озеленения кровель. Одна из подобных систем – FlorDepot – была представлена на нижегородской архитектурно-строительной выставке несколько лет назад. На выставке «Архстрой-2009″ нижегородская строительно-ландшафтная компания «Бонанза» представляла системы озеленения кровель немецкой фирмы ZinCo, работающей в этой области уже 50 лет. [34]. Эти системы дают разнообразные возможности от озеленения плоских и скатных крыш до устройства настоящих садов на крышах домов и подземных гаражей. Необходимо лишь учитывать и распределять дополнительные нагрузки на существующую кровлю. Самый простой и относительно дешевый вариант – система экстенсивного озеленения крыши. Она подходит для крыш с небольшой допустимой нагрузкой, площадь которых не эксплуатируется и где не предполагается регулярный дальнейший уход. Вес системы экстенсивного озеленения невелик. Такое озеленение годится не только для новостроек, но и для старых домов, для крыш как плоских, так и наклонных (рис. 4.30.).