ВЕНТИЛИРУЕМАЯ КРОВЛЯ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ В УСЛОВИЯХ УЗБЕКИСТАНА: ОСОБЕННОСТИ, ПРЕИМУЩЕСТВА И РЕКОМЕНДАЦИИ

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена анализу применения вентилируемых кровельных систем в жилых зданиях Узбекистана с учетом особенностей местного климата. Страна характеризуется долгим жарким летом, низкими температурами зимой, что требует применения конструктивных решений, соответствующих этим условиям. Крыша здания выполняет функцию защиты от воздействия внешней среды. Вентилируемая кровля является одним из решений, обеспечивающих оптимальные условия внутри помещения, снижая затраты на отопление и охлаждение.

В статье рассматривается влияние климатических и географических факторов на эксплуатационные характеристики кровельных конструкций. Особое внимание уделено их долговечности, энергоэффективности, а также способности приспосабливаться к резким перепадам температуры. Цель работы — определить актуальность использования вентилируемых крыш в строительных проектах Узбекистана, выявить факторы, которые влияют на их эффективность в условиях жаркого, сухого климата.

Методология работы основана на сравнении различных типов кровельных конструкций, моделировании процессов теплообмена и влагообмена в системах вентилируемых крыш. Результаты показали, что такие конструкции повышают теплоизоляцию зданий, стабилизируют температуру внутри помещений, способствуют нормализации уровня влажности. Также отмечено снижение риска образования конденсата, что увеличивает срок службы строительных материалов.

Статья ориентирована на специалистов в области проектирования и строительства: архитекторов, инженеров, проектировщиков. В условиях Центральной Азии внедрение вентилируемых крыш в новые объекты и реконструкцию существующих зданий позволяет повысить их эксплуатационные качества, улучшить комфорт.

Вывод: Вентилируемые кровельные системы в жилых зданиях Узбекистана представляют собой эффективное решение, соответствующее требованиям энергоэффективности, долговечности.

ABSTRACT

The article is devoted to the analysis of the use of ventilated roofing systems in residential buildings in Uzbekistan, taking into account the peculiarities of the local climate. The country is characterized by long hot summers and low temperatures in winter, which requires the use of constructive solutions that meet these conditions. The roof of the building performs the function of protection from the external environment. Ventilated roofing is one of the solutions that provide optimal indoor conditions, reducing heating and cooling costs.

The article examines the influence of climatic and geographical factors on the performance characteristics of roofing structures. Special attention is paid to their durability, energy efficiency, and ability to adapt to sudden temperature changes. The purpose of the work is to determine the relevance of the use of ventilated roofs in construction projects in Uzbekistan, to identify factors that affect their effectiveness in a hot, dry climate.

The methodology of the work is based on comparing different types of roofing structures, modeling the processes of heat exchange and moisture exchange in ventilated roof systems. The results showed that such structures increase the thermal insulation of buildings, stabilize the temperature inside the premises, and contribute to the normalization of humidity levels. There was also a decrease in the risk of condensation, which increases the service life of building materials.

The article is aimed at specialists in the field of design and construction: architects, engineers, designers. In the conditions of Central Asia, the introduction of ventilated roofs into new facilities and the reconstruction of existing buildings makes it possible to improve their operational qualities and improve comfort.

Conclusion: Ventilated roofing systems in residential buildings in Uzbekistan are an effective solution that meets the requirements of energy efficiency and durability.

Ключевые слова: вентилируемая кровля, жилые здания, климатические особенности, энергоэффективность, строительство, аэрация, теплотехнический расчет, кровля.

Keywords: ventilated roof, residential buildings, climatic features, energy efficiency, construction, aeration, thermal engineering calculations, roofing, Residential buildings.

Введение

Современные тенденции в строительстве жилых зданий направлены на повышение энергоэффективности, долговечности, комфорта. Важным элементом для достижения этих целей является внедрение вентилируемых кровельных конструкций. В таких системах между слоями гидро- и теплоизоляции формируется воздушный зазор, который обеспечивает циркуляцию воздуха, улучшая теплообмен. В условиях Центральной Азии, в частности в Узбекистане, где летние температуры высокие, а перепады температур между днем и ночью существенные, такие решения актуальны.

В последние годы в Узбекистане активно строятся жилые объекты. Это связано с ростом спроса на жилье, развитием инфраструктуры. В таких условиях вопросы повышения теплоизоляции, управления влагой, продления срока службы зданий приобретают особое значение. Вентилируемые кровли, благодаря конструктивным особенностям, обеспечивают комфортный микроклимат внутри помещений, увеличивают устойчивость крыш к температурным колебаниям и воздействию осадков.

Применение вентилируемых кровель в Узбекистане требует более глубокого анализа. Несмотря на существование работ, посвященных строительным технологиям в разных климатических зонах, внедрение таких кровель в Центральной Азии недостаточно охвачено. Учитывая климатические особенности региона, экономическую ситуацию, строительные реалии, требуется внимательное изучение как положительных аспектов, так и возможных трудностей при применении таких систем в жилом строительстве.

Цель статьи — анализ применения вентилируемых кровельных систем в жилых зданиях Узбекистана, выявление их особенностей эксплуатации в жарком климате, разработка рекомендаций по проектированию, строительству таких конструкций.

Материалы и методы

Определение термина вентилируемая кровля представлено в работе Емельянова В.М., Коханова В.Н., Некрасова П.А. [1]. Под ней понимается кровельная конструкция, включающая вентиляционные зазоры и системы отведения влаги. Основная идея — создание воздушного пространства между утеплителем и внешним покрытием крыши, что обеспечивает свободное движение воздуха. Такая кровля минимизирует риск конденсации влаги и позволяет эффективно регулировать температуру в помещении [1]. 

В свою очередь нормативное закрепление требований по устройству вентилируемых кровель отражено в государственных нормативных актах республики Узбекистан, а именно в КМК 2.03.10-2019 «Крыши и кровли» [2]. В данном нормативном правовом акте указано, что для жилых зданий не допускается применять невентилируемые и вентилируемые бесчердачные кровли.  Однако, в пункте 2.4 есть оговорка что для зданий с особыми архитектурно-планировочными решениями допускается устройство бесчердачных вентилируемых крыш [2].

Проблемы вентиляции кровли связаны с разработкой инженерных решений, направленных на повышение комфорта, снижение тепловой нагрузки, снижение энергозатрат. Kindangen J. I. et al. [3] рассматривают значение вентиляции кровли в тропическом климате, выделяя её роль в понижении температуры внутри помещений. Авторы отмечают, что грамотно спроектированные системы кровельной вентиляции не только улучшат условия для проживания, но также позволят уменьшить эксплуатационные расходы.

Работа Rincón-Casado A. et al. [5] концентрируется на аэродинамической оптимизации воздушных потоков в вентилируемых кровлях. Анализ показывает, что правильная настройка воздушных потоков способствует снижению потребности в охлаждении, что актуально для жарких климатических зон. Chen L. et al. [10] изучают возможности радиационного охлаждения. Результаты экспериментов подтверждают, что такие системы снижают температуру в помещениях, используя пассивное тепловое управление.

Зеленые кровли играют важную роль в устойчивом строительстве. В научной работе Elantary A., Saleem M. [4] рассматривается эффективность зеленых кровель в Саудовской Аравии, где они помогают снижать температуру внутри зданий, что важно для жаркого, сухого климата. В то же время авторы подчеркивают важность оценки затрат на установку и эксплуатацию таких систем. Zaid S. et al. [8] исследуют эксплуатационные аспекты зеленых кровель в тропиках. В статье акцентируется внимание на необходимости регулярного ухода за растительностью, а также на интеграции систем полива, мониторинга состояния растений, чтобы продлить срок службы конструкций.

Научные работы, посвященные применению инновационных материалов, предлагают решения для повышения энергоэффективности. Baccega E. et al. [6] исследуют материалы с фазовым переходом, которые накапливают и выделяют тепло, обеспечивая стабильность температурного режима. Эти материалы показывают эффективность в регионах с колебаниями температур. Li H. et al. [9] проводят численное и экспериментальное моделирование многослойных кровельных систем с применением фазовых материалов. Результаты показывают, что такие решения уменьшают тепловую нагрузку на здания, однако их эффективность зависит от условий эксплуатации.

Вопросы применения вентилируемых фасадов касаются повышения энергоэффективности, адаптации к изменениям. В статье Corrao R., La Placa E. [11] рассматривается использование вентилируемых фасадных систем при реконструкции исторических, современных зданий. Результаты показывают, что такие системы помогают сочетать современные технологии с сохранением архитектурных традиций, улучшая термическую устойчивость. Gagliano A., Aneli S. [12] проводят анализ термической эффективности вентилируемых фасадов, приходя к выводу, что такие системы снижают теплопередачу, обеспечивая повышение энергоэффективности. При этом авторы отмечают, что такие системы требуют значительных инвестиций на этапе проектирования.

Работы, освещающие общие вопросы вентиляции, подчеркивают её значение как для проектирования новых зданий, так и для модернизации существующих. В статье Sakiyama N. R. M. et al. [7] рассмотрены возможности естественной вентиляции, которая снижает энергозатраты, улучшает качество воздуха. В то же время авторы отмечают, что для успешной реализации таких систем необходимо учитывать климатические, архитектурные особенности. G Fobiri, G. , Nana-Addy, E. , Adjei, O.K., Morgan, D. [13] обращают внимание на проблемы естественной вентиляции, выявляя факторы, препятствующие воздухообмену, такие как неправильное расположение окон, вентиляционных каналов.

Общий анализ литературы показывает, что в области вентиляции и энергоэффективности кровель, фасадов достигнуты важные результаты, однако остаются несколько нерешенных вопросов. Во-первых, большинство научных работ ориентированы на специфические климатические условия, что ограничивает возможность их применения в других регионах. Во-вторых, вопросы долговечности и технико-экономической эффективности инновационных решений, таких как системы с фазовым переходом, радиационное охлаждение, требуют дальнейшего изучения. Наконец, необходимо больше данных о влиянии климатических изменений на долговечность зеленых кровель, вентилируемых фасадов. Эти аспекты требуют дополнительных научных работ для более глубокого решения задач устойчивого строительства и энергоэффективности.

Методология работы основана на сравнении различных типов кровельных конструкций, моделировании процессов теплообмена и влагообмена в системах вентилируемых крыш.

Результаты и обсуждения

Климат Узбекистана характеризуется резкими колебаниями температур, что накладывает требования к эксплуатационным свойствам строительных конструкций. Летние температуры достигают 40-45°C, зимой в северных областях температура опускается до -15°C. Такой климат требует от кровельных систем высокой термостойкости, способности предотвращать конденсацию влаги, исключать избыточное тепловое накопление [1].

На выбор кровельных конструкций влияют несколько факторов:

Температурные колебания: Летний жар вызывает интенсивный нагрев крыш, что может привести к перегреву помещений. Зимой резкие перепады температур между внешней и внутренней средой увеличивают вероятность образования конденсата.

Конденсация влаги: Влага, которая скапливается в подкровельном пространстве, способствует образованию плесени, грибка, ускоряет разрушение кровельных материалов.

Ветровые нагрузки: Песчаные бури, часто происходящие в регионе, требуют от кровли устойчивости к механическим повреждениям, выгоранию.

Вентилируемая кровля позволяет эффективно решать эти проблемы. Специальный воздушный зазор между основным покрытием и кровельной конструкцией создает циркуляцию воздуха, снижая нагрузку на внутренний климат здания, увеличивая срок службы кровельных материалов. Конструкция вентилируемой кровли обычно включает несколько слоев [3,5]. Ниже на рисунке 1 будет представлена конструкция и материалы вентилируемой кровли.

Рисунок 1. Конструкция и материалы вентилируемой кровли [3,5,6,9,10]

Сам процесс вентиляции основан на разнице температур, теплый воздух, подниматься по крыше, вытягивает холодный, влажный воздух, создавая естественную тягу. Для Узбекистана важно выбирать материалы с устойчивостью к высоким температурам и агрессивному солнечному излучению. Эффективная вентиляция кровли возможна при наличии правильно организованных зазоров. В кровельных системах обычно выделяют вентиляционный зазор между гидроизоляцией и утеплителем, обеспечивающий вывод влаги [12].

Установка вентиляционных элементов, таких как аэраторы, парапетные выходы, обеспечивает беспрепятственный обмен воздуха и защищает утеплитель от увлажнения. Основные факторы для вентилируемой кровли в Узбекистане представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Основные факторы для вентилируемой кровли в Узбекистане (составлено автором)

На основе опыта передовых застройщиков Узбекистана и доступных материалов была разработана система пирога кровли для жилых зданий без чердаков, с вентиляционными зазорами на плоских неэксплуатируемых кровлях.

Общий принцип вентиляции кровли заключается в следующем: по сформированному слою основного утеплителя раскладывается еще один слой утеплителя для создания диффузионных каналов. По последнему слою утеплителя создается ровное основание из плит ЦСП, далее по ровному основанию готовится слой пенобетона, выполняющий роль разуклонки к воронкам ливнестока. И по слою разуклонки уже готовится гидроизоляционный слой. Получившиеся карты разуклонок формируют уклон, в высших точках устанавливаются вытяжные аэраторы, а в нижних точках (ближе к воронкам) приточные аэраторы. Таким образом, происходит проветривание за счет разницы в высоте расположения аэраторов [7,13]. 

Для того чтобы избежать неприятных погодных условий во время подготовки к раскладке утеплителя основание покрывается параизоляцией. Слой пенобетона способствует облегчению веса кровли и является достаточно жестким, заменяя традиционные материалы разуклонки – стяжка, гравий и др.

С точки зрения затрат данный пирог оптимален с точки зрения стоимости материалов.

Для устройства фундаментов под оборудование кровли (вентиляция, солнечные панели и коллекторы и др.) по финишному слою гидроизоляции кровли выполняется заливка по месту оснований. Таким образом исключаются мостики холода  пересекающие слои кровли [4,7,8].

Пирог кровли представлен на рисунке 2

Рисунок 2. Схема кровли [1,2]

Вентканалы в данном пироге выполняются из слоя утеплителя толщиной 50мм плотностью, соответствующей основному утеплению 120кг/м3. Общая раскладка верхнего слоя утеплителя формирует вентканалы шириной 50мм и 100мм. Ниже на рисунке 3 будет продемонстрировано расположение аэраторов, аэрационных и диффузионных каналов.

 Рисунок 3. Расположение аэраторов, аэрационных и диффузионных каналов [1,2].

Далее в таблице 2 будут описаны преимущества и проблемы использования вентилируемой кровли.

Таблица 2.

Преимущества и проблемы использования вентилируемой кровли (составлено автором)

Таким образом, вентилируемая кровля — это не просто комфорт, но и экономия в условиях жаркого узбекского климата. Она защищает здание от перегрева и конденсата, улучшает долговечность материалов и снижает затраты на поддержание комфортного микроклимата.

Заключение

Научная работа, проведенная в Узбекистане, показала эффективность применения вентилируемых кровельных систем в жилых зданиях, с учётом климатических условий региона. Эти конструкции способствуют поддержанию стабильного температурного и влажностного режима в помещениях, что улучшает условия для проживания. Воздушный зазор, присутствующий между слоями кровельной системы, предотвращает образование конденсата, что исключает повреждение материалов вследствие воздействия влаги и температурных колебаний.

Вентилируемые кровли влияют на энергосбережение. Системы уменьшают потребность в охлаждении летом, зимой обеспечивают достаточную теплоизоляцию. В условиях высоких температур, характерных для Узбекистана, внедрение таких конструкций снижает эксплуатационные расходы, повышая устойчивость зданий к климатическим воздействиям.

Применение вентилируемых кровель требует тщательной проработки проектных решений. Важно учитывать климатические особенности, требования строительных норм, а также правильно выбирать материалы, проектировать вентиляционные каналы, обеспечивать нужный уровень тепло- и гидроизоляции.

Внедрение вентилируемых кровель в жилое строительство Узбекистана представляет собой эффективное решение для улучшения эксплуатационных характеристик, повышения энергоэффективности зданий. Применение новых технологий в проектировании и строительстве откроет возможности для оптимизации использования строительных материалов, улучшения условий проживания.

Список литературы:

1. Емельянов В.М., Коханов В.Н., Некрасов П.А. Защита населения и территорий в чрезвычайных ситуациях: Учебное пособие для высшей школы / под ред. В.В. Тарасова. — 2-е изд. — М.: Академический Проект: Трикста, 2004. — 480 с.
2. КМК 2.03.10-2019 «Крыши и кровли» 
3. Kindangen J. I. et al. Presence and Function of Roof Ventilation in Housing Estates in the Humid Tropics //Int. J. Adv. Res. Sci. Technol. Volume. – 2024. – Т. 13. – №. 1. – С. 1225-1231.
4. Elantary A., Saleem M. The Energy-Saving Potential of a Green Roof on Existing Residential Buildings. A Case Study of Jubail Industrial City, Saudi Arabia //Journal of Engineering Research. – 2023. – Т. 7. – №. 2. – С. 125-132.
5. Rincón-Casado A. et al. Reducing the Cooling Energy Demand by Optimizing the Airflow Distribution in a Ventilated Roof: Numerical Study for an Existing Residential Building and Applicability Map //Applied Sciences. – 2024. – Т. 14. – №. 15. – С. 6596.
6. Baccega E. et al. Improving thermal performance of a ventilated tiled roof by using phase change materials //International Journal of Low-Carbon Technologies. – 2023. – Т. 19.
7. Sakiyama N. R. M. et al. Perspectives of naturally ventilated buildings: A review //Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2020. – Т. 130. – С. 109933.
8. Zaid S. et al. Green roof maintenance for non-residential buildings in tropical climate: case study of Kuala Lumpur //Environment, Development and Sustainability. – 2022. – С. 1-26.
9. Li H. et al. Experimental and numerical study on the thermal performance of ventilated roof composed with multiple phase change material (VR-MPCM) //Energy conversion and management. – 2020. – Т. 213. – С. 112836.
10. Chen L. et al. Study on the cooling performance of a radiative cooling-based ventilated roof for its application in buildings //Building Services Engineering Research and Technology. – 2022. – Т. 43. – №. 6. – С. 685-702.
11. Corrao R., La Placa E. Plaster ventilated façade system for renovating modern and ancient buildings. A CFD analysis //IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – IOP Publishing, 2021. – Т. 863. – №. 1. – С. 012046.
12. Gagliano A., Aneli S. Analysis of the energy performance of an Opaque Ventilated Façade under winter and summer weather conditions //Solar Energy. – 2020. – Т. 205. – С. 531-544.
13. Fobiri, G. , Nana-Addy, E. , Adjei, O.K., Morgan, D. Critical Factors Contributing to Poor Natural Ventilation of Residential Buildings // International Journal of Advanced Engineering and Management Research. 2023 Vol. 8 (3). С. 65-84.