Отопительные системы

Современный тёплый дом

    В этой статье мы хотели бы подробно остановиться на самых распространенных и порой неисправимых ошибках, которые делаются при строительстве домов самостоятельно. Речь пойдёт о тепловых потерях будущего дома. Мы обсчитываем тепловые потери различных домов и каждый раз сталкиваемся с одними и теми же строительными ошибками. Суть ошибок сводится к двум старым мудростям:

1) Точка 0-градусов должна быть в утеплителе.
2) Платишь один раз за утеплитель, либо всю жизнь за отопление.

   Выбирая тот или иной проект, будущий владелец дома чаще всего руководствуется эстетическими соображениями и соображениями престижа, зачастую не обращая внимание на то, каким будет готовый дом в эксплуатации. И только через несколько лет, когда пройдет эйфория, может выясниться, что дом чрезвычайно дорогой в эксплуатации и требует больших затрат на отопление зимой и кондиционирование летом. Может оказаться, что невзирая на установку теплоизоляции, в помещениях холодно, отопительный котел и кондиционеры не справляются с полноценным обогревом всех помещений, поэтому приходится уменьшать отапливаемую площадь дома или устанавливать существенно более дорогостоящее и энергоемкое оборудование.

Форма дома

   Чтобы "на глаз" оценить объемы тепловых потерь частного дома, достаточно запомнить одну простую вещь: объемы тепловых потерь зависят от площади внешних поверхностей дома (крыши, наружных стен и пола под фундаментом). Чем больше площади внешних поверхностей - тем больше понадобится поточных расходов на отопление и тем мощнее должен быть отопительный котел. По этому первым этапом проектирования дома считается выбор оптимальной формы здания. Как правило, рекомендуется компактная, близкая к квадрату форма плана с минимальным периметром наружных стен.

    Показателем компактности служит коэффициент, равный отношению площади наружных стен к внутреннему объему здания.. Для уменьшения энергопотребления усиливаются теплоизолирующие свойства путем применения более совершенных изоляционных материалов, применения тройного остекления в холодных районах. Большой эффект дает дифференциация помещений по энергопотребностям и режиму эксплуатации. Малоотапливаемые помещения (шкафы, кладовые, санузлы, гаражи и др.) рекомендуется размешать вдоль северной стены как буферные элементы.

 Уровень теплоизоляции

   Не вдаваясь в доказательства и не приводя сложных формул, попробуем взглянуть на вопрос тепловых потерь глазами математической физики. Материал предоставлен в очень доступной форме, поясняет проблему "на пальцах" и не требует никаких специальных знаний.

 

Тепловые потери типичных жилых домов происходят по двум основным причинам:

 • вследствие теплопроводности через стены, крыши и полы, а также вследствие (но в гораздо меньшей степени) излучения и конвекции;

• вследствие теплопроводности и меньшей степени путем излучения и конвекции через окна и двери.

 Посмотрим на проблему оптимизации тепловых потерь со стороны прикладной (математической) физики. Основная формула теплотехника выглядит так:

 Q=k*S*(T1-Т2)/d ,

 Где Q – это тепловой поток Вт/м2 через площадь S (м2)

 k – коэффициент теплопроводности материала Вт /(м*С)

 Т1 – температура с одной стороны материала

Т2 - температура с другой стороны материала

 d – толщина материала, м.

 Если материал однородный , то через него будет проходить тепловой поток прямо пропорциональный разнице температур с обеих сторон, коэффициенту теплопроводности и площади материала. И обратно пропорциональный толщине материала.

Как показано на рисунке.

 

Теперь посмотрим как распределятся температуры если у нас два неоднородных материала с разными коэффициентами теплопроводности.

Например утеплитель с К1=0,04 и кирпич с К2=1,2.

 Для этого перепишем формулу потока иначе:

 (Т1 – Т2) = Q*(d/(k*S))

 если (Т1 – Т2) обозначить как U (напряжение),

 а Q- как ток I,

 то (d/(k*S))= R - будет Тепловым сопротивлением ,

 по аналогии с законом Ома

 U=R*I

 В теплотехнике величину обратную коэффициенту теплопроводности

R= d/(k*S) – называют Тепловым сопротивлением.

Теперь понятно, что падение температур в сэндвиче из разных материалов будет прямо пропорционально Тепловому сопротивлению каждого слоя.

 Как показано на рисунке 2.

 

Если Т1 = +20С – это нормальная температура в доме, а Т2= - 20 это мороз на улице , то как видно из рисунка точка замерзания воды будет в утеплите, и не нанесёт ни какого вреда несущей конструкции, которая вся находится в зоне комфортной положительной температуры.

Всё становится иначе если точка замерзания попадает во внутрь несущей стены. В любом материале присутствует вода, будь то кирпичная кладка, бетон, пенобетон, газобетон, замерзая, вода разрывает даже металл.

Следовательно, если утеплителя с наружи нет, или его очень мало, то со временем вода разрушит несущую конструкцию.

Ремарка:

«Cпособность бетона выдерживать многократные попеременные замораживания и оттаивания вследствие давления на стенки пор, капилляров и микротрещин, создаваемого замерзающей водой, которая при замерзании увеличивается в объеме более чем на 9%, называется Морозостойкостью.

  Оценкой морозостойкости (Мрз) является количество циклов, при которых потеря в массе образца составляет менее 5%, а его прочность снижается не более чем на 25%. Это количество циклов определяет марку бетона по морозостойкости, например Мрз 100, Мрз 200 и т.д.»

  Это так же относится к кирпичу, пенобетону, газобетону и т.д.

  Отдельно следует сказать о толщине утеплителя. Из приведенного выше примера с кирпичем (К2=1,2Вт/м*С) и утеплителем (типа Пенопласт с К1=0,04Вт/м*С), не трудно посчитать, что тепловое сопротивление 100мм утеплителя соответствует 3 м кирпичной кладки.

При разнице температур с наружи и внутри 40С, и толщине несущей кладки 2 кирпича (0,51м), на 100мм утеплителя будет разница температур 34С , а на несущей стене только 6С градусов. То есть несущая стена всегда будет находиться в комфортной положительной части распределения температур в стене.

 Из всего вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

 1) Утеплять дом нужно с наружи.
 

2) Для  дома с несущими стенами из бруса 150мм, необходима дополнительная теплоизоляция снаружи типа Rockwool  минимум 100мм.

 3) Для  дома с несущими стенами из лёгких бетонов или кирпича (включая щелевой) толщиной 50-65см, необходима дополнительная теплоизоляция снаружи типа ЭППС минимум  60мм.

4) Для домов из клееного бруса 210мм и более, Площади внешних стен должны быть минимизированы!!!  геометрией дома.

 5) Отношение площади стен к внутреннему объёму желательно не более 0,75.

 6) Полы и потолки дома должны содержать не менее 200мм утеплителя, цоколь и отмостка не менее 50мм ЭППС. 

7) Остекление должно быть двойными стеклопакетами

8) Входную дверь лучше иметь двойную

 

 

В качестве одного из примеров мы рассмотрим современный тёплый дом от финской кампании Finnlamelli.

Дом изготовлен из клееного бруса толщиной 210мм, при этом площадь стен минимальна!!!

Имеет:

- 2-х камерные стеклопакеты с демпферным стеклом снаружи, двойные двери.

 - Правильную геометрию с приспущенной крышей. Отношение площади наружных поверхностей к внутреннему объёму 0,71.

РЕМ: Полированный брус не требует дополнительной отделки внутри и с наружи.

- 6 слоёв (300мм) утеплителя под крышей и 4 слоя (200мм) в полу.

 - Тепловые потери 5кВт в 30градусный мороз (50Вт/м2)

Отапливается  Геотермальным Тепловым насосом Mammoth LC-024 тепловой мощностью 5кВт c максимальной потребляемой электрической мощностью 1,3кВт.

 В деревянном доме единственным слабым местом является тепловая защита стен. (Деревянная стена толщиной 210мм не дотягивает даже до требований СНиП.) Тем не мене за счёт геометрического решения, доля тепловых потерь через стены сведена к минимуму. В остальном такой дом можно считать идеальным для средней полосы России с точки зрения комфорта, удобства, экологической чистоты, энергопотребления и современных строительных технологий.