Глобальные проблемы малоэтажного строительства. 

Динамика шумихи вокруг приоритетных нацпроектов о жилье и здоровье побудили меня к написанию данной работы. Динамика заметна даже в смене названий в общем-то схожих мероприятий, но разнесённых в пространственно-временном континууме.

Если до оглашения жилищного нацпроекта в рамках представительного 3-го международного строительного форума ИНТЕРСТРОЙЭКСПО - 2003 проводился круглый стол под неброским названием Развитие деревянного домостроения на Северо-Западе России (23.04.03, СПб), то VIII международная конференция в рамках более чем скромной по площади экспозиции 2-й международной выставки дерево в строительстве (WOODBUILDING – 2006, 15.03.06, Москва) уже утверждала: Деревянное домостроение – путь к доступному и комфортному жилью, а уже через год в аналогичных рамках аналогичная конференция (5-6. 04. 07, Москва) категорично вещала:Малоэтажное домостроение как важнейшее условие обеспечения достойной жизни и безопасности граждан России в эпоху глобализации!!! Невольно напрашивается сравнение с неким крещендо от едва слышного звучания колокольчика до громового раската набатного колокола. Мне же не безразлично: о чём и по ком звонит этот колокол.

Вопреки заверениям производителей клееный брус трещит и по массиву, и по месту склейки

Недавняя горячая поддержка жилищного проекта со стороны Президента и партии власти напрямую была связана с избирательной компанией, в которой даже безосновательное, неаргументированное декларирование реализации чаяний большинства электората – капитал политический. Вполне объяснимо и грандиозное оживление множества строительных союзов, ассоциаций и конфедераций – под проект заложены миллиардные денежные суммы. Активность некоммерческих объединений завершилась принятием подпрограммы по малоэтажному строительству с привлечением бюджетных средств для создания индустриальной базы по выпуску прогрессивных стройматериалов.

И никого из участников процесса зодчества не смутил и не остановил тот факт, что за два десятилетия после существенного упрощения процедуры индивидуального жилищного строительства (согласно норматива РСН-70-88) в стране не подготовлен ни один инженер, ни один квалифицированный рабочий для малоэтажного строительства. Потому, что в стране нет ни преподавателей, ни учебников для этой подотрасли. В конце прошлого года в Петербурге, правда, издано два первых учебных пособия для факультативного изучения курса студентами колледжа, написанные аторами, игнорирующими элементарные законы строительной физики и акустики, но активно продвигающими самые худшие западные технологии.

Ирония индустриализации

Примечательно, что интенсификация городского и загородного домостроения многими видится в модернизации индустриальных методов. Я не владею вопросами стратегии градостроительства, но как инженер знаю, что индустриализация любой отрасли предпочитает иметь дело с массовой, в крайнем случае, с крупносерийной продукцией, ей чужды интересы индивидуума. Более того, она навязывает человеку стандартную красоту, типовой набор, например, мебели, планировки жилья и т.д.

В подтверждение сказанного всего две ссылки. Директор отдела архитектуры и проектирования Музея современного искусства в статье, в частности, отмечал:Остаётся неразрешённой проблема, как достичь того, чтобы высокое эстетическое качество стало не исключительным, а повсеместным явлением в архитектуре. Автор утверждает, что эта проблема будет существовать всегда и добавляет:Новые промышленные методы, как например, массовое производство сборных строительных элементов, лишь усугубляет эту проблему. Массовость ведёт к распространению по всей стране плохих образцов архитектуры чаще, чем хороших. Более того, даже наиболее удачное по своей красоте или функциональности решение утратит первоначальную прелесть, если оно станет попадаться на глаза, куда ни посмотришь (Дрекслер А. Архитектура США, 1965).

Вербальное крещендо

Апофеоз индустриализации жилищного строительства великолепно изобразил в замечательной рождественской сказке для взрослых Эльдар Рязанов в Иронии судьбы (1975). Несомненно, что все апологеты модернизации индустриальных методов за прошедшие годы, многократно просмотрев фильм, до мельчайших деталей запомнили похождения трезвенника-стоматолога, но, скорее всего, мимо их внимания прошла немая трёхминутная анимация перед титрами. А жаль…

В дополнение к ссылкам предлагаю три снимка: фото 1 – вид с балкона моего дома, характерный для многих городов мира за последние полвека; фото 2 – унылое однообразие 21-го века в черте Петербурга, благословенное премьером России (Российская газета, 19 июня 2008, № 130(4687), которое не становится оживлённым даже в многоцветном проспекте Группы компаний «Балтросс»(фото 3).

Проблемы в жилищном секторе можно рассматривать с политических или макроэкономических позиций, что и являет собой кремлёвский продукт, мало отличающийся по декларативности от аналогичного, созданного там же 50 лет назад съездом строителей коммунизма, один из пунктов которого звучал примерно так: каждой советской семье – бесплатную отдельную квартиру. А можно оценить ситуацию с точки зрения потребителя жилья. Взгляд этот будет не поверхностным, по возможности, объективным, основанным на законах строительной физики и акустики, анализе результатов исследований строительных материалов и конструкций, научно-нормативно-технической литературы и проспектов производителей.

Если для Правительства России Указ Президента от 4 июня 2008 г №889, предусматривающий снижение к 2020 г энергоемкости ВВП не менее чем на 40% и, в частности, повышение энергетической и экологической эффективности строительной отрасли, обязателен для исполнения, то, возможно, Оно обратит внимание на предлагаемое комплексное решение проблем жилищного строительства, включая малоэтажное, с реальным экономическим положительным эффектом в несколько сот процентов и представляющее практический интерес для всех развитых стран.

Когда есть о чем поговорить – лучше это делать маленькими порциями,- высказался герой Харуки Мураками в романе Dance. Dance. Dance. Эта реплика в полной мере относится к накопившимся вопросам в строительстве и смежных сферах знаний за многие десятки лет. Именно поэтому я намерен в форме небольших сюжетов, используя принципы системного подхода, изложить анализ проблем и варианты их решения.

ПРОГРЕСС – ДВИЖЕНИЕ. НО ЧЕГО И КУДА?
429. Когда кричат: «Да здравствует прогресс!»-
Всегда уточняй: «Прогресс чего?»
183. Если людоед пользуется ножом и вилкой – это прогресс?
Станислав Ежи Лец из «Непричёсанных мыслей»

Отталкиваясь от опыта проектирования и строительства экспериментальных энергосберегающих зданий, опираясь на нормативную базу, разработанную к середине 80-х годов рядом европейских государств, мировое и отечественное зодчество приступило к теоретическому обоснованию и отработке технологий создания так называемых пассивных домов. Авторитетные ученые и не менее авторитетные НИИ не только объявили о прогрессивности данных инноваций, но призвали все страны содействовать возведению к концу XXI века целых городов с нулевым потреблением энергии, построенных по этим технологиям.

Экономические парадоксы экспериментальных и пассивных построек обескураживают, я это докажу ниже. Но большее беспокойство вызывают химическое загрязнение среды, в том числе жилья, высокоопасными веществами, выделяющимися из применяемых строительных материалов на всей технологической цепи – от получения сырья до ликвидации здания, и их смертельная опасность при пожарах. И происходит это из-за безответственности производителей стройматериалов, безответственности разработчиков технологий с применением этих материалов, абсолютной безграмотности потребителей прогрессивных зданий.

Серое море панельной посредственности

Для взаимопонимания, предлагаю уточнить понятие прогресс. К примеру, Чарльз Р. Дарвин (1871), ссылаясь на мнение авторитетных учёных своего времени, приводит такую реплику:мы склонны считать прогресс естественным законом человеческого общества; но история опровергает это верование. Древние не были даже знакомы с этим понятием и современные восточные нации тоже совершенно не знают его. А если источники, привлеченные для раскрытия семантики прогресса, расположить в хронологическом порядке, то обнаруживается чудовищная трансформация его смысла за последние сто с лишним лет.

Даль В. И.Толковый словарь…(1882):Прогресс – умственное и нравственное движение вперед, сила образования, просвещения.

Большая советская энциклопедия (1955):Прогресс в обществе – поступательное развитие, движение общества вперед, изменение к лучшему, более передовому и совершенному…

Современный словарь иностранных слов (1994):Прогресс – направление развития от низшего к высшему, движение вперед к более совершенному и передовому, переход на более высокую ступень развития, изменение к лучшему.

Черных П. Я.Историко-этимологический словарь…(1994):Прогресс - закономерный переход от низшей ступени к высшей в процессе развития;движение вперед, к лучшему, совершенствование. В русском языке слово появилось с начала VIII в со смыслом - прибыль, прибыток, преуспеяние (Удивительное совпадение с основой мировоззрения дня сегодняшнего. Прим. В.И.) В русском литературном языке 2-й четверти в это слово было вторично заимствовано с Запада с новым значением:движение вперед, к лучшему, от низшего к высшему.

Кузнецов С. А.Современный толковый словарь… (2004):Прогресс – 1. Поступательное движение, совершенствование в процессе развития. 2. Разг. Улучшение в чем-либо”.

Если не обращать внимания на далевские умственные и нравственные движения, силу образования и просвещения, то можно выделить этимологическую общность всех толкований: их первоисточник – латинское progressus - движение вперед, продвижение; развитие. Возникает невольная ассоциация с афоризмом Эмиля Кроткого:Надо всегда идти вперёд, за исключением тех случаев, когда перед тобой пропасть! Но это уже прямое обращение к Непричёсанным мыслям, взятых в качестве эпиграфа. Итак, я берусь раскрыть негативную сущность прогрессивных пассивных зданий, показать сопутствующие проблемы и сохранить надежду: если проблемы разбираются так детально, следовательно имеются их определённые решения на практике и у автора.

Может для военных и сгодится?

Может ли деревянный дом не вредить человеку?

Знакомство с элементарными законами строительной теплофизики и акустики, литературными источниками убедительно показывает, что в инновационном жилье, независимо от материалов ограждающих конструкций, комфорт по теплу и шумам сопровождается биологической и химической агрессивностью к человеку, а рубленные дома по тепло- и шумозащите абсолютно не удовлетворяют требованиям нормативов.

Ни у кого не вызывает сомнений, что древесина – наилучший конструктивный материал, имеющий определённые недочёты: низкие био- и теплостойкость, горючесть, усушечные растрескивание и коробление. Однако при известных мероприятиях и правильной эксплуатации деревянные постройки служат человеку сто и более лет. Уместно напомнить, что все химические способы борьбы с гниением и горючестью носят относительно кратковременный характер и, по данным испытаний, отрицательно влияют на механическую прочность древесины, которая в результате химического воздействия понижается до 15% (Павлов А.П. Деревянные конструкции и сооружения, 1955).

Сушить или не сушить?

Очевидны и общеизвестны преимущества строительства домов из свежесрубленной древесины, но она содержит много влаги (в среднем не менее 300 литров воды на кубометр древесины). Поэтому традиционно дом строился в два этапа: ставился сруб без прокладки уплотнителя между венцами, выдерживался до воздушно-сухого состояния древесины 6-9 месяцев, разбирался и вторично собирался с уплотнителем, как правило, из волокнистой растительной органики, которая имеет три неустранимых недостатка: гигроскопичность, слёживаемость и низкую биостойкость.

Заверения некоторых поставщиков, что древесина зимней заготовки практически не содержит влаги, не находит подтверждения у исследователей. Так, например, европейский специалист показывает, что влажность свежесрубленной древесины сосны или ели в зависимости от места замера в стволе составляет: в ядре – 30-40 %, заболони – 100-120 %, а в среднем – 60-100 %. По времени рубки процент соков в хвойных породах изменяется мало и достаточно высокий: декабрь-январь – 60, февраль – 56, март – 59, апрель – 54, май – 60, июнь – 61, июль – 60, август-ноябрь – 58 (Мейер-Бое В. Строительные конструкции зданий и сооружений, 1993).

Строительство возможно и в один этап, если в качестве уплотнителя применять прессованную пробку, на которую сравнительно недавно ещё были нормативы (СНиП I-В.25-62 и ГОСТ 4.201-79) и изготавливалась она из местного сырья. Но не подвергать древесину принудительному освобождению от излишней влаги. Сторонники принудительной сушки, в большинстве своём производители сушильных камер, голословно утверждают, что их древесина не растрескивается и не даёт усадки. А древесиноведы на основании многолетних и многочисленных исследований заявляют, что задача высушивания без растрескивания толстых сердцевинных сортаментов и сегодня относится к актуальным проблемам теории и техники сушки древесины (Кречетов И.В. Сушка древесины, 1980).

За прошедшие тридцать лет после этого заявления человечество не нашло путей устранения остаточных напряжений при любых видах сушки, включая атмосферную.

Исследования же показывают, что жёсткие режимы сушки провоцируют растрескивание древесины уже в камере и даже при использовании пара имеют место остаточные напряжения, которые долго сохраняются и проявляются во время эксплуатации здания в растрескивании и короблении деревянных элементов.

Происходит это потому, что сторонники камерной сушки забывают или не знают об анизотропности свойств и свойстве равновесной влажности древесины.

Теоретически в сушильной камере можно получить материал даже с нулевой влажностью, но как только камера раскроется, то, в зависимости от соотношения температуры и относительной влажности окружающей среды, в древесине установится равновесная влажность. Например, в жилом доме при нормальных условиях эксплуатации влажность древесины в стенах и перекрытиях колеблется от 8 до 18%.

Природную способность впитывать и отдавать влагу, в зависимости от градиента влажности, древесина сохраняет многие десятки лет, а соответственно за это же время будет происходить разбухание и усадка стен и проявляться действие внутренних напряжений, которые и вызовут усушечные растрескивания и коробления элементов дома. В этом можно убедиться, внимательно изучив проспекты известной компании HONKA, использующей древесину камерной сушки, и фотографию выставочного образца клееного бруса, противоречищаю заявлениям некоторых производителей, что брус может трещать скорее по массиву, чем по месту склейки (фото 4). Декларации же, что стены из клееного бруса не имеют усадки, опровергаются финскими компаниями.

Так, например, фирма Rovaniemi, без ссылок на исследования, признает, что стены из их бруса дают усадку в 1см на метр высоты, а фирма Vuokatti подстраховывается усадкой даже в 1,5см, а это уже уменьшение высоты стены двухэтажного дома почти на 10 см.

Следует отметить, что вертикальные трещины в деревянных элементах практически не снижают добротности дома, а горизонтальные не только снижают прочность конструктивных элементов и их теплосопротивление, но и являются каналами проникновения грибной инфекции во внутренние слои древесины. Между прочим, до настоящего времени российские древесиноведы принимают за эталонное значение эксплуатационной прочности прочность древесины, прошедшей атмосферную сушку и не подвергавшейся воздействию высоких температур (Серговский П.С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины, 1975).

Кстати, созданная вовремя, в нужном месте и нужных размеров искусственная трещина в бревне или брусе не менее чем на 90% снижает проявление остаточных напряжений. Этот способ, упоминаемый в литературе полтора века назад, проверен на практике. Не стоит забывать и экономический аспект сушки и склеивания древесины. Принудительная сушка увеличивает стоимость пиломатериала по сравнению с брусом естественной влажности в 1,5 раза, а клееный брус поднимает цену ещё более чем в 2 раза.

От серости не спасает даже полноцветная печать

Может ли деревянный дом быть комфортным по теплу…

Наибольшая толщина массивного или клееного бруса на рынке Северо-Запада России и в скандинавских странах порядка четверти метра (0.27 м). Архитекторы, проектировщики, производители материалов и строители на выставках, форумах, конференциях, в публикациях единогласно заверяют, что дом, построенный из бруса такой толщины, пригоден для постоянного проживания в Северо-Западном регионе и даже севернее. Но подобные заявления абсолютно не согласуются с нормативом, определяющим комфорт жилья по теплу, содействующим энергосбережению и экономии на расходах при отоплении дома.

В строительной теплофизике известна прямая зависимость между тепловым сопротивлением и толщиной ограждающей конструкции. С допустимым приближением сопротивление можно определить через отношение толщины однослойного ограждения к коэффициенту теплопроводности материала ограждения. Если толщину рыночного бруса разделить на коэффициент теплопроводности сосны, то получится, что по российским нормативам дом из бруса в четверть метра не пригоден для постоянного проживания даже в районе… Новороссийска (44° 43" с.ш.). Конечно, в таком доме можно создать комфорт по теплу, если увеличить время или мощность отопления. Правда, одновременно увеличатся не только эксплуатационные расходы, но и тепловое загрязнение среды, а расходоваться будут не только деньги, но и кислород. Таким образом, из-за безграмотного, безответственного подхода разумного существа деревянный дом представляет угрозу для окружающей среды и для самого человека.

И всё-таки вопрос остался открытым: какой толщины должна быть стена рубленного дома пригодного для постоянного проживания в районе Петербурга (59° 56" с.ш.), чтобы выполнялись требования норматива по теплозащите зданий в начале века? Элементарные расчёты показывают, что таким условиям удовлетворит профилированный брус толщиной почти полметра. Отмечу для поклонников бревенчатых срубов, что именно такой ширины следует выбирать паз между венцами, который возможно сделать, если представится случай приобрести брёвна диаметром не менее 65 см в отрубе.

Хочу подчеркнуть, что вполне естественно открывать природные законы, снижать их неблагоприятные проявления, но никому не дано их отменять. На практике же российские строители слепо подражают европейским и заокеанским, а те, в свою очередь, абсолютно игнорируют известные законы строительной физики.

…А по шумам?

Так же, как и загрязнение окружающей среды, обременительные и всепроникающие шумы – спутники нашей цивилизации. Расчёты и практика показывают, что существует зависимость между так называемым индексом изоляции воздушного шума и массой квадратного метра однородной конструкции. Данная зависимость у специалистов носит название закона масс. Этот закон и следствия из него лучше всего понятны из примеров.

Если некая бетонная плита дает некое снижение уровня звука, то удвоение её толщины приведет к ослаблению уровня звука не в два раза, а лишь на 5 дБ. Подобный эффект можно получить заменой массивного элемента двумя самостоятельными, с меньшей объёмной массой, и с воздушным зазором между ними, полностью или частично заполненного, например, дроблёным экспанзитом.

Принципиально существует два типа стен: однородная тяжёлая (из бетона, цельного кирпича или каменной кладки) либо двойная, стены которой выполнены из материалов разной плотности или толщины, чтобы исключить или снизить резонанс между ними. Данное правило часто игнорируется проектировщиками и строителями при создании межквартирных перегородок в монолитно-бетонных и панельных домах.

Разработано множество рекомендаций по созданию конструкций, способных препятствовать или снижать распространение структурных и ударных шумов: гибкие связи между перекрытиями и стенами, подвесные потолки, плавающие полы и т.д. Но на практике эти рекомендации применяются редко, и в этом трудно упрекнуть проектировщиков и строителей. На сегодняшний день мировая строительная практика разрабатывает и реализует проекты, как правило, ориентированные на ликвидность и экономию средств на стадии возведения объектов, а время требует другого подхода, ориентированного на комфортность жилья и минимизацию затрат в эксплуатационный период. Когда совершится подобный переход, то, наверное, и покупатели жилья с пониманием отнесутся к увеличению стоимости квадратного метра не менее чем на 50%. Пришла пора осознать парадокс третьего тысячелетия: отходы цивилизации всё больше снижают комфортность среды обитания, комфорт ценится всё выше, а за него надо платить.

В деревянном доме борьба с шумами ещё более осложнена. Мало того, что древесина легче бетона в 4-5 раз, но, как известно, она прекрасно проводит звук: скорость звука в древесине больше чем в кирпичной кладке, бетоне, мраморе, граните; всего на 10% меньше чем в железобетоне и на 20% - чем в стали. Именно хорошая звукопроводность древесины была использована при создании больших групп музыкальных инструментов: струнных, щипковых, духовых, ударных.

Если воспользоваться формулой ориентировочных инженерных расчётов индекса изоляции воздушного шума (Боголепов И.И. Архитектурная акустика, 2001), то требования норматива по шумам в жилых помещениях (52 дБ), удовлетворит однородная стена или перекрытие из дерева толщиной… почти в два метра!!!

Если же в эту формулу подставить толщину рыночного бруса в четверть метра, то индекс изоляции шума стеной из него будет чуть больше 40 дБ.

Любопытно ответить на вопрос: с какими параметрами по шумоизоляции следует применить дополнительный материал, чтобы создать комфорт по шумам в доме из бруса в четверть метра? Решая задачу по тепловому комфорту, достаточно произвести арифметическое сложение сопротивлений теплопередачи каждого слоя комбинированной конструкции. Акустические же законы имеют логарифмические зависимости, а правила логарифмического сложения значительно отличаются от арифметического. Поэтому в данном примере введение дополнительной изоляции с индексом, равным 12 дБ, не даст существенного снижения уровня шумов, но норматив будет выполнен, если индекс дополнительного слоя будет не менее 50 дБ.

Таким образом, несложные расчёты и приведённые примеры убедительно показывают, что рубленные дома из хвойных пород со стенами толщиной в четверть метра, а тем более тоньше, не обеспечивают нормативных значений комфорта по теплу и шумам в домах для постоянного проживания в подавляющем большинстве регионов России.

Напрашивается логическое решение, реализованное на практике: либо рубленные стены дополнительно утеплять, либо стены делать каркасными, с заполнением эффективными теплоизоляционными материалами (ТИМ). Малоэтажное строительство широко заимствовало ТИМ, давно применяемые в жилищном и промышленном. Объемы выпуска строительной изоляции в развитых странах представляют следующую структуру (в %): минераловатные и пенопластовые – 95, ячеистые бетоны – 3, прочие – 2.

Безопасным деревянный дом может быть

Для объективности изложения и расширения кругозора хочется показать, что теоретически стены брусового дома для постоянного проживания в районе Петербурга в соответствии с нормативом по теплозащите зданий на начало XXI века могли бы иметь толщину даже в пятнадцать сантиметров, если бы древесина, из которой будут изготовлены брусья, имела коэффициент теплопроводности не более 0.05 Вт/м·°С.

И растение с такой древесиной в природе есть. Эта культура имеет естественный ареал в тропической Америке от Кубы до Тринидада. А на континенте – от южной Мексики до Бразилии включительно. Успешные интродукции её осуществлены в Индии и Индонезии. Это быстрорастущая порода с очень коротким жизненным циклом. Нередко деревья всего за семь лет достигают высоты 21-го метра и диаметра полуметра. Зрелость приходит в 12-15 лет, после чего растение быстро деградирует. Плотность древесины в центре ствола составляет 120кг/м³ и увеличивается к наружной поверхности почти в три раза. Коэффициент теплопроводности – 0.045 Вт/м·°С.

Прекрасные плавучие свойства этого дерева известный норвежский этнограф и археолог Тур Хейердал использовал при строительстве не менее известного плота. В качестве подтверждения своей теории первоначального заселения островов Полинезии из Америки, Хейердал организовал экспедицию и проплыл в 1947 году с экипажем на плоту «Кон-Тики» от Перу до Полинезии.

Наверняка все вспомнили представительницу семейства бомбаксовых – бальзу (бальсу), древесина которой обладает эффективной тепло-, шумоизоляцией и применяется соответственно в жилых перегородках морских судов…

Валерий Иванович Лудиков, дипломированный инженер