УТЕПЛЕННЯ ФУНДАМЕНТУ УШП

Утеплена шведська плита (УШП) є не просто несучою конструкцією, а цілісною теплоізоляційною системою, де утеплювач відіграє критичну роль. Основний принцип полягає у створенні суцільного теплового контуру, який повністю відсікає фундамент від холодного ґрунту та атмосферного впливу. Горизонтальний шар теплоізоляції, як правило, з екструдованого пінополістиролу (XPS), укладається безпосередньо під монолітну залізобетонну плиту. Його товщина варіюється від 200 до 300 мм, забезпечуючи коефіцієнт теплопередачі U (Вт/(м²·К)) для основи, що відповідає вимогам ДБН В.2.6-31:2016 ‘Теплова ізоляція будівель’. Зазвичай, для житлових будівель в Україні рекомендоване значення U для підлоги по ґрунту становить не більше 0.2 Вт/(м²·К). Досягнення цього показника в УШП реалізується за рахунок багатошарової структури. Окрім горизонтальної ізоляції, по периметру плити встановлюється вертикальна XPS-ізоляція товщиною 100-150 мм, яка утворює ‘теплий’ цоколь і запобігає втратам тепла через бічні грані, особливо в зоні морозного пучіння. Ця вертикальна частина також виконує функцію незнімної опалубки, що спрощує монтаж. Коефіцієнт теплопровідності XPS становить близько 0.030-0.034 Вт/(м·К), що робить його одним з найефективніших матеріалів для даної мети. Таким чином, УШП формує своєрідну ‘термочашу’, всередині якої температура ґрунту під плитою залишається стабільною, значно вищою за нульову відмітку, що повністю виключає ризик морозного пучіння.

Інтеграція теплої підлоги безпосередньо в тіло плити підсилює цю концепцію, перетворюючи всю масу бетону на єдиний теплоакумулюючий елемент. Таке рішення дозволяє працювати з низькотемпературними джерелами тепла, такими як теплові насоси, що значно підвищує енергоефективності будівлі загалом. Геометричні параметри та розташування шарів ізоляції розраховуються на етапі проєктування з урахуванням кліматичних умов регіону, типу ґрунтів та цільового класу енергоефективності будівлі. ДСТУ Б В.2.6-189:2013 ‘Методи вибору теплоізоляції для будівель’ є ключовим документом, який регулює ці розрахунки, забезпечуючи не тільки тепловий комфорт, а й довговічність конструкції. Важливим аспектом є також використання гідроізоляційної мембрани під шаром XPS для захисту його від капілярного підняття ґрунтової вологи, хоча сам XPS має мінімальне водопоглинання. Унікальність УШП полягає в синергії всіх цих елементів, створюючи надійну, стабільну та високоефективну основу для сучасних енергоефективних споруд.

Процес монтажу теплоізоляції УШП вимагає суворого дотримання технологічної послідовності для забезпечення проєктних показників. Першим етапом після підготовки піщано-щебеневої подушки (мінімальна товщина 200-300 мм, ущільнення коефіцієнтом не менше 0.98 за стандартом ДБН В.2.1-10:2009) є укладання геотекстилю, який запобігає перемішуванню шарів та стабілізує основу. Далі на підготовлену та ретельно вирівняну поверхню розміщуються плити екструдованого пінополістиролу (XPS) – основного утеплювального матеріалу. Зазвичай використовуються плити товщиною від 100 мм, які укладаються в два або три шари зі зміщенням швів, щоб уникнути містків холоду. Загальна товщина горизонтального утеплення, як вже зазначалося, може досягати 200-300 мм, що визначається теплотехнічним розрахунком.

При укладанні XPS важливо забезпечити максимально щільне прилягання плит одна до одної та до основи. Будь-які щілини чи нерівності можуть призвести до конвективних втрат тепла та зниження ефективності утеплення. По периметру майбутньої плити монтується вертикальна незнімна опалубка також з XPS плит, які з’єднуються між собою спеціальними кріпленнями або клеєм-піною. Це забезпечує безперервний теплоізоляційний контур. Важливою деталлю є також обробка стиків між горизонтальними та вертикальними плитами утеплювача. Вони повинні бути надійно загерметизовані, наприклад, монтажною піною низького розширення або спеціальним будівельним скотчем, що створює монолітний тепловий бар’єр. Цей етап критично впливає на загальну повітронепроникність фундаменту, яка є одним з ключових показників для будівель з низьким енергоспоживанням. ДБН В.2.6-31:2016 вимагає, щоб показник повітронепроникності n50 (кратність повітрообміну при різниці тиску 50 Па) для енергоефективних будівель не перевищував 0.6 год⁻¹. Якісний монтаж XPS усуває інфільтрацію повітря через фундамент, сприяючи досягненню цього стандарту. Після укладання XPS та формування опалубки, на утеплювач розміщується гідроізоляційна плівка (наприклад, поліетиленова плівка товщиною 200-250 мкм) із заходом на вертикальну опалубку, яка захищає XPS від цементного молока під час заливки бетонних сумішей та слугує додатковим бар’єром від вологи. Поверх неї вже монтується арматурний каркас та труби системи ‘тепла підлога’.

Вологісний режим є одним із найкритичніших інженерних аспектів при проєктуванні та будівництві УШП, особливо з огляду на довговічність теплоізоляційного шару та загальну енергоефективність фундаменту. Екструдований пінополістирол (XPS), хоч і має низьке водопоглинання (зазвичай не більше 0.2-0.4% за об’ємом за 28 діб при повному зануренні згідно EN 12087), все ж не є абсолютно інертним до води. Тривалий контакт з вологою може незначно погіршувати його теплоізоляційні властивості. Тому ключовим завданням є мінімізація накопичення вологи в підфундаментному просторі.

Для цього передбачається комплексна система дренажу. Перед початком робіт з фундаментом, якщо рівень ґрунтових вод високий або ділянка розташована на схилі, необхідно виконати кільцевий дренаж навколо майбутньої будівлі. Це може бути траншейний дренаж із перфорованими трубами, обсипаними щебенем та обгорнутими геотекстилем. Важливо забезпечити ухил дренажних труб у бік дренажного колодязя або природного стоку. Дренажна система повинна бути розміщена нижче рівня підошви фундаментної плити. Цей захід ефективно відводить надлишкову воду з ґрунту, знижуючи гідростатичний тиск на фундамент та запобігаючи капілярному підняттю вологи до шару утеплювача.

На рівні підготовки основи для УШП, шар щебеню під піщаною подушкою часто слугує додатковим дренажним шаром. Це дозволяє відвести незначну кількість води, що може потрапити під плиту. Поверх цього шару, а також поверх XPS, укладається гідроізоляційна плівка. Плівка, як правило, поліетиленова товщиною 200-250 мкм, виконує дві функції: захист утеплювача від цементного молока під час заливки бетону та запобігання проникненню залишкової вологи з ґрунту до тіла плити. Особливу увагу слід приділяти герметизації швів гідроізоляційної плівки (наприклад, проклеюванням спеціальними стрічками) та її заходу на вертикальну опалубку XPS, що формує безперервний бар’єр. Ефективний контроль вологості не лише захищає теплоізоляцію, але й запобігає можливому розвитку грибків та плісняви, забезпечуючи здоровий мікроклімат у приміщеннях.

Навіть при використанні такої досконалої технології, як УШП, можуть виникнути типові помилки в процесі утеплення, які значно знижують її ефективність та довговічність. Розуміння цих помилок та знання методів їх уникнення є ключовим для успішної реалізації проєкту.

1. Недостатня підготовка основи: Частою помилкою є неякісне ущільнення піщано-щебеневої подушки або її недостатня товщина. Це може призвести до осідання основи під вагою плити, порушення геометрії та, як наслідок, деформації утеплювального шару. Метод уникнення: Суворе дотримання проєктних товщин шарів та контроль коефіцієнта ущільнення (не менше 0.98 для щебеню та 0.95 для піску) за допомогою випробувань. Використання важкої віброплити для пошарового ущільнення є обов’язковим. Також враховуйте геологічні особливості, які диктує фундаментні системи для будівництва.

2. Неправильне укладання XPS: Щілини між плитами утеплювача або неякісне прилягання до основи створюють містки холоду. Також ігнорування зсуву швів при багатошаровому укладанні. Метод уникнення: Укладання плит XPS врозбіжку, з ретельним припасуванням кожної плити та заповненням дрібних щілин монтажною піною низького розширення. Використання XPS з L-подібною кромкою значно покращує герметичність з’єднань.

3. Відсутність або неякісна гідроізоляція: Неправильно укладена або пошкоджена гідроізоляційна плівка дозволяє воді проникати до утеплювача, знижуючи його теплоізоляційні властивості. Метод уникнення: Використання високоякісної поліетиленової плівки товщиною не менше 200 мкм, ретельне проклеювання всіх швів спеціальним скотчем та забезпечення заходу плівки на вертикальну опалубку XPS, формуючи суцільну ‘ванну’. Перевірка цілісності плівки перед заливкою бетону.

4. Недостатня висота вертикальної ізоляції: Якщо вертикальний XPS не перекриває зону промерзання ґрунту, виникають значні тепловтрати по периметру плити та ризик морозного пучіння по краях. Метод уникнення: Товщина та висота вертикальної ізоляції повинні відповідати проєктним значенням, які розраховуються з урахуванням глибини промерзання ґрунту в конкретному регіоні України згідно ДБН В.1.1-12:2014 ‘Будівництво у сейсмічних районах України’. Як правило, мінімальна висота цокольного утеплення становить 600-800 мм.

5. Пошкодження утеплювача під час монтажу: Руйнування XPS під час ходіння робітників, монтажу арматури або прокладки комунікацій. Метод уникнення: Захист укладеного XPS від механічних пошкоджень, використання тимчасових настилів для проходу, обережна робота з інструментами. Постійний контроль якості на всіх етапах монтажу є запорукою уникнення цих типових помилок та забезпечення довговічності та ефективності утеплення УШП.

Вологостійкість екструдованого пінополістиролу (XPS) є ключовою характеристикою, що забезпечує довговічність та стабільність теплотехнічних властивостей УШП у вологому середовищі ґрунту. На відміну від звичайного пінополістиролу (EPS), XPS має закриту комірчасту структуру, де пори заповнені повітрям, що значно знижує його водопоглинання та паропроникність. За даними виробників, водопоглинання XPS за 28 діб повного занурення становить від 0.2 до 0.4% за об’ємом (згідно зі стандартом EN 12087). Для порівняння, для EPS цей показник може досягати 2-5%.

Така низька гігроскопічність XPS гарантує, що його теплопровідність (λ-коефіцієнт) практично не змінюється під впливом ґрунтової вологи. Стандартний коефіцієнт теплопровідності XPS складає 0.030-0.034 Вт/(м·К). Навіть у вологих умовах цей показник залишається стабільним, тоді як для матеріалів з відкритою пористою структурою накопичення вологи в порах призводить до різкого зростання λ-коефіцієнта, оскільки вода має теплопровідність близько 0.6 Вт/(м·К) — у 20 разів вищу, ніж повітря. Це робить XPS ідеальним матеріалом для використання в умовах прямого контакту з ґрунтом під фундаментною плитою.

Проте, незважаючи на відмінні характеристики XPS, інженерний розрахунок вологостійкості та проєктування дренажних систем все одно є обов’язковими. Важливо враховувати точку роси, тобто температуру, при якій водяна пара починає конденсуватися. У конструкції УШП, завдяки значному шару утеплювача, точка роси зміщується в товщу XPS або навіть за його межі, що запобігає конденсації вологи всередині або під плитою. Це критично для запобігання погіршенню теплотехнічних властивостей інших шарів та розвитку мікроорганізмів.

Для додаткового захисту від капілярного підняття вологи та гідростатичного тиску, під XPS часто укладається гідроізоляційна мембрана (наприклад, щільна ПВХ або бутилкаучукова плівка). Ця мембрана слугує подвійним бар’єром, створюючи надійний захист для всього фундаментного вузла. Правильно спроєктована та виконана система утеплення та гідроізоляції УШП забезпечує її стабільну роботу протягом всього терміну експлуатації будівлі, який може перевищувати 100 років, що відповідає найвищим європейським стандартам енергоефективності та довговічності.

Вертикальне утеплення периметра фундаменту УШП є критично важливим елементом, який забезпечує повний тепловий контур і надійний захист від такого явища, як морозне пучіння ґрунту. Морозне пучіння виникає в пучиністих ґрунтах (глини, суглинки, супіски) при їх промерзанні, коли вода в порах ґрунту перетворюється на лід і збільшується в об’ємі. Це може призвести до нерівномірного підняття та деформації фундаментів, що згодом спричиняє тріщини в стінах і руйнування конструкції.

У системі УШП вертикальне утеплення виконується за допомогою плит екструдованого пінополістиролу (XPS) товщиною, як правило, 100-150 мм. Ці плити встановлюються по всьому периметру фундаментної плити, створюючи ‘теплий’ цоколь. Висота вертикальної ізоляції повинна перекривати розрахункову глибину промерзання ґрунту в конкретному регіоні, яка для України варіюється. Наприклад, для північних регіонів України (Київська, Чернігівська області) нормативна глибина промерзання може сягати 0.9-1.2 м згідно з ДБН В.1.1-12:2014 ‘Будівництво у сейсмічних районах України’. Отже, вертикальна ізоляція повинна заходити на глибину не менше 600-800 мм від рівня землі, а в деяких випадках і більше, залежно від типу ґрунту та кліматичних умов.

Основна функція вертикальної ізоляції — відсікти доступ холоду до ґрунту під плитою, підтримуючи його температуру вище нуля. Це ефективно запобігає промерзанню ґрунту під будівлею і, відповідно, його морозному пучінню. XPS плити також виконують роль незнімної опалубки для бічних граней плити, що спрощує процес заливки бетону. Після заливки бетону, верхня частина вертикальної ізоляції, яка виступає над рівнем землі, служить основою для подальшого оздоблення цоколя. Дуже важливо, щоб стики між вертикальними плитами утеплювача та стики між горизонтальним і вертикальним утепленням були максимально герметичними, щоб унеможливити проникнення холодного повітря та вологи. Це досягається шляхом проклеювання спеціальними стрічками або заповненням швів монтажною піною. Якісне виконання вертикального утеплення УШП є фундаментальною передумовою для довговічності та стабільності всієї конструкції, мінімізуючи експлуатаційні ризики, пов’язані з динамікою ґрунтів.

Вибір матеріалів для утеплення УШП є критичним етапом, що безпосередньо впливає на енергоефективність, довговічність та вартість фундаменту. Основним матеріалом для горизонтальної та вертикальної теплоізоляції УШП є екструдований пінополістирол (XPS). Його популярність пояснюється унікальним набором фізико-механічних властивостей.

Екструдований пінополістирол (XPS):

• Низька теплопровідність: Коефіцієнт теплопровідності (λ) XPS становить 0.030-0.034 Вт/(м·К), що є одним з найкращих показників серед масових утеплювачів. Це дозволяє досягати високих значень теплового опору (R) при відносно невеликій товщині.
• Мінімальне водопоглинання: Завдяки закритій комірчастій структурі, водопоглинання XPS не перевищує 0.2-0.4% за об’ємом, що гарантує збереження теплоізоляційних властивостей навіть при тривалому контакті з вологим ґрунтом.
• Висока міцність на стиск: Ця характеристика є критичною, оскільки утеплювач під УШП зазнає значних навантажень від ваги будівлі. Міцність XPS на стиск може варіюватися від 250 до 500 кПа (25-50 тонн/м²), що дозволяє йому витримувати навантаження від більшості малоповерхових будівель без деформації.
• Морозостійкість: XPS демонструє високу стійкість до циклів заморожування та відтавання, що є важливим для кліматичних умов України.
• Стійкість до біологічних факторів: Матеріал не піддається гниттю, не є поживним середовищем для грибків та бактерій, що забезпечує гігієнічність фундаменту.

Обираючи XPS, слід звертати увагу на його щільність (як правило, від 30 до 45 кг/м³), міцність на стиск, а також наявність L-подібної кромки, яка спрощує монтаж та покращує герметичність стиків.

Додаткові матеріали:

• Геотекстиль: Використовується для розділення шарів (пісок/щебінь, щебінь/ґрунт), запобігаючи їх перемішуванню та забезпечуючи стабільність основи. Щільність геотекстилю має бути не менше 150-200 г/м².
• Гідроізоляційна плівка: Поліетиленова плівка товщиною 200-250 мкм слугує для захисту XPS від цементного молока під час заливки та як додатковий бар’єр від вологи.
• Дренажні труби та фільтраційні матеріали: Для системи дренажу використовуються перфоровані гофровані труби діаметром 100-160 мм, геотекстиль для обгортання труб та щебінь фракції 20-40 мм для створення фільтраційного шару.
• Клей-піна та скотч: Для герметизації швів між плитами XPS та для проклеювання гідроізоляційної плівки використовуються спеціальні будівельні клей-піни з низьким розширенням та армовані скотчі.

Кожен з цих матеріалів відіграє свою роль у забезпеченні комплексної ефективності УШП, тому їх вибір повинен ґрунтуватися на проєктних розрахунках та дотриманні діючих будівельних норм України.

Теплотехнічний розрахунок утеплення УШП є фундаментом для забезпечення енергоефективності будівлі, особливо в умовах різноманітного клімату України. Основною метою розрахунку є визначення оптимальної товщини теплоізоляційного шару, що забезпечить нормативні показники теплопередачі через фундамент та мінімізує тепловтрати. Згідно з ДБН В.2.6-31:2016 ‘Теплова ізоляція будівель’, для підлог по ґрунту мінімальний опір теплопередачі (R) повинен становити не менше 3.5 м²·К/Вт. Цьому значенню відповідає коефіцієнт теплопередачі (U) не більше 0.28 Вт/(м²·К) для більшості кліматичних зон України.

Процес розрахунку включає кілька ключових етапів:

1. Збір вихідних даних: Визначаються кліматичні параметри регіону будівництва (середня температура найхолоднішої п’ятиденки, тривалість опалювального періоду, розрахункова глибина промерзання ґрунту). Важливим є аналіз ґрунтових умов на ділянці (тип ґрунту, рівень ґрунтових вод). Також враховується призначення будівлі та бажаний клас енергоефективності.

2. Вибір теплоізоляційного матеріалу: Як правило, для УШП використовується XPS. Необхідно знати його теплопровідність (λ), яка для сучасних марок XPS становить 0.030-0.034 Вт/(м·К).

3. Розрахунок теплового опору шарів: Опір теплопередачі кожного шару (R = δ/λ, де δ – товщина шару, λ – коефіцієнт теплопровідності) підсумовується. Для УШП це включає опір горизонтального XPS, вертикального XPS, шарів бетону та фінішного покриття підлоги. Важливим є також врахування теплового опору ґрунту під плитою, який формується завдяки ‘ефекту теплового акумулятора’ під утепленим фундаментом.

4. Моделювання теплових полів: Для точнішого розрахунку теплових втрат через кути та примикання, де виникають лінійні містки холоду, часто використовується двовимірне або тривимірне теплове моделювання за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення (наприклад, Therm, Ansys). Це дозволяє визначити фактичний загальний коефіцієнт теплопередачі U для всієї конструкції УШП та оптимізувати товщини утеплення.

5. Перевірка на відсутність конденсації: Проводиться перевірка на можливість утворення конденсату в товщі конструкції (зсув точки роси). У правильно спроєктованій УШП точка роси повинна знаходитися або в товщі утеплювача, або за його межами, запобігаючи накопиченню вологи всередині фундаменту.

У підсумку, для типового приватного будинку в Центральній Україні, оптимальна товщина горизонтального XPS під УШП становить 200-250 мм, а вертикального – 100-150 мм. Це дозволяє досягти U-значення для фундаменту в діапазоні 0.12-0.18 Вт/(м²·К), що значно перевищує нормативні вимоги та сприяє створенню високоенергоефективної будівлі.