Основы энергоэффективности, расчёты утепления для загородного дома.

Это часть учебного курса по «Утеплению экструдированным пенополистиролом». Полностью пройти курс можно в Академии FORUMHOUSE.

Постоянное увеличение цен на энергоносители, желание возвести комфортный и экономичный дом привело к всплеску интереса к строительству энергоэффективного жилья. Но как разобраться в море утеплителей, ведь у каждого из них есть свои особенности? Экструзионный пенополистирол — материал, неизменно набирающий обороты на рынке утепления, и в этой статье при помощи специалистов мы поможем разобраться, как сделать расчёты при утеплении этим материалом.

Экструзионный пенополистирол (XPS) — это эффективный полимерный теплоизоляционный материал, изготавливаемый методом экструзии из полистирола с добавлением газообразного порообразователя и технологических добавок.

Итак, мы рассмотрим:

• Базовые принципы энергоэффективного (энергопассивного) строительства.
• Расчёты необходимой толщины экструзионного пенополистирола (XPS).
• «Дышащие» стены — миф или реальность.
• Какие инженерные системы нужны энергоэффективному дому.

Энергоэффективность: базовые принципы

У обычного, неподготовленного застройщика при упоминании словосочетания «энергоэффективное жилище» в голове возникает образ коттеджа премиального класса, требующего значительных вложений. Отсюда — нежелание вкладываться в строительство хорошо утеплённого и энергоэффективного дома.

Практика говорит об обратном. Если обобщить опыт, то можно сказать, что строительство энергоэффективного дома увеличивает смету строительства на 15-20%. При этом эксплуатация такого жилища, в среднем, обходится на 50-75% дешевле в сравнении с традиционным строительством.

Антон БорисовСпециалист Корпорации ТехноНИКОЛЬ

Если построить энергоэффективный дом, то  экономия вложенных в его строительство средств начинается уже в первый отопительный сезон.

Отопительный сезон (в зависимости от климатической зоны) в нашей стране, в среднем, длится от 6 до 8 месяцев. Стоимость эксплуатации жилища в долгосрочной перспективе — ключевой фактор, влияющий на решение построить энергоэффективный, а главное — экономичный дом.

Чтобы разобраться в базовых принципах строительства энергоэффективного дома, надо понять, на что в доме тратится энергия.

Основные потребители энергии — электроприборы, система ГВС и система отопления. Т.к. на территории нашей страны превалирует холодный климат, то львиная доля расходов (до 70%) в стандартном доме, с большими теплопотерями, уходит на отопление.

Энергоэффективный дом — это строение, в котором все энергопотери и уровень энергопотребления снижены примерно на 30-70% от уровня потребления в обычном доме.

Антон БорисовСпециалист Корпорации ТехноНИКОЛЬ

Основные источники теплопотерь в здании — пол, стены, окна, двери, кровля и система вентиляции.

Базовый принцип строительства энергоэффективного здания заключается в минимизации всех теплопотерь через ограждающие конструкции. Для этого возводится замкнутый и герметичный теплоизоляционный контур и устраняются все «мостики холода».

«Мостик холода» — это конструкционная часть здания (бетонные перемычки, стыки в стенах и т.д.), через которые, из-за низкого термического сопротивления этого узла или материала, происходят теплопотери.

Для наглядности процентное соотношение теплопотерь представлено на следующем рисунке.

Об энергоэффективности дома можно судить по коэффициенту сезонного использования тепловой энергии – Е.

В европейских странах для определения класса энергоэффективности дома используется коэффициент ЕР. За отправную точку берётся ЕР = 1 и энергетический класс D, т.е. стандартный.

Основная задача по дополнительной теплоизоляции здания — повышение энергоэффективности и, как следствие, снижение затрат на отопление. Это приводит к экономии средств и снижению стоимости владения домом в долгосрочной перспективе.

Как выбрать утеплитель и рассчитать его толщину

Разобравшись в базовых характеристиках энергоэффективного дома, можно перейти к определению оптимальной толщины утеплителя. Судя по запросам на портале, это один из лидирующих вопросов среди наших пользователей при строительстве тёплого и комфортного дома.

Ivan1985 Пользователь FORUMHOUSE

У меня построен дом в Минске из силикатного кирпича. Толщина стены — 0.5 метра. Если температура на улице падает до — 25°C, то дом остывает до 14-15°C. Дом построен ещё в начале 90-х годов. Судя по кладке, дом строили с нарушениями технологии, даже раствор не везде был положен. Затем я дом достроил и отштукатурил. Теперь хочу его утеплить. Думаю взять утеплитель толщиной в 100 мм. Строители же говорят, что и 50 мм хватит. Как правильно  рассчитать необходимую мне толщину утепления?

Как уже говорилось выше, теплопотери через стены составляют около 20% от всех теплопотерь. Поэтому, чтобы утеплить дом, нужен качественный и долговечный утеплитель, который со временем не потеряет своих свойств. Чтобы его выбрать, нужно понять, какими качествами он должен обладать.

Антон Борисов

Эффективный утеплитель – это теплоизоляционный материал, который, обладая малой толщиной, повышает сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (обозначается R), т.е. препятствует переносу тепла из помещения с более высокой температурой (из комнаты) во внешнюю среду с более низкой температурой (на улицу).

Коэффициент (R) измеряется разностью температур в градусах Цельсия (или в Кельвинах), необходимой, чтобы перенести 1 Вт тепла через 1 кв.м. площади, если разность температур по обе стороны составляет 1°С. Единица измерения R — (м²*°С)/Вт.

Отталкиваясь от этого определения, мы переходим к теплопроводности, т.к. это — основная характеристика утеплителя. Коэффициент теплопроводности выражается в способности материала проводить тепло от более нагретой части к менее нагретой. Рассмотрим этот параметр более подробно.

Любой материал пропускает через себя тепловую энергию. Хороший пример – дерево и сталь. Если нагреть эти два материала, то сталь, из-за высокой теплопроводности, быстро нагреется, в то время как дерево, из-за более низкого коэффициента, останется тёплым. Для наглядности этого процесса представим себе сковородку с деревянной ручкой, поставленную на газовую плиту.

Идём далее. Коэффициент теплопроводности обозначается как λ. У каждого строительного материала – свой коэффициент теплопроводности. Этот коэффициент определяет количество тепловой энергии, проходящей за 1 секунду через 1 кв. м площади материала при разнице температуры в 1°С. λ измеряется — Вт/(м*°С).

Антон Борисов

Чем меньше коэффициент теплопроводности — (λ), тем меньше теплопередача, т.е.  выше термическое сопротивление конструкции — (R). Это напрямую влияет на теплоизоляционные качества ограждающей конструкции.

Зная нормы по теплосопротивлению (R) для разных регионов России (в зависимости от климатической зоны) и коэффициент теплопроводности материала (λ), используемого при возведении стен, можно высчитать необходимую толщину утеплителя.

Таблица. Нормируемое тепловое сопротивление стен.

Примечание: для перекрытий и покрытий нормируемое тепловое сопротивление имеет другие значения. По нормам СП 50.13330  «Тепловая защита зданий» расчёт требуется делать для температуры + 20 °С. (В зимний период в жилых помещениях температура должна поддерживаться на уровне 18…22 °С).

Пример расчёта утепления дома экструзионным пенополистиролом (XPS)

За счёт своих характеристик — низкого коэффициента теплопроводности (0.028-0.034 Вт/(м*°С), высокой прочности на сжатие (200-1000 кПа) и минимального коэффициента водопоглощения (0.2-0.4%) – этот материал применяется для утепления следующих конструкций:

• Пол и перекрытия.
• Фундаменты и цокольные этажи.
• Кровли.

Антон Борисов

Зная, какие материалы применяются в конструкции стены, можно рассчитать её термическое сопротивление и соответствие нормам.

Например, возьмём стену, сложенную из полнотелого кирпича толщиной в 0.3 метра. По нормативам термическое сопротивление для стен в Московском регионе должно быть: R — 3.065 (м²*°С)/Вт. Отсюда, по формуле находим фактическое сопротивление теплопередачи кирпичной кладки.

R= d/λ, где:

d — толщина материала;

λ — коэффициент теплопроводности материала.

Rф = 0.3/0.81= 0.37 (м²*°С)/Вт

Отталкиваясь от этого значения, определяем разницу между нормативным и фактическим сопротивлением теплопередачи (Rт):

Rт = Rн – Rф = 3.065 — 0.37 = 2.69 (м²*°С)/Вт

Теперь находим необходимую нам толщину утеплителя, которая компенсирует эту разницу. Расчётный  коэффициент теплопроводности экструзионного пенополистирола (XPS) — 0.03 Вт/(м*°С). Ставим его в следующую формулу:

d = Rт * λ, где:

d — толщина утеплителя;

Rт — сопротивление теплопередаче;

λ — коэффициент теплопроводности утеплителя.

d = Rт * λ = 2.69 * 0.03 = 0.08 м

Переводим в см, округляем в большую сторону (с учетом кратности толщины выпускаемой теплоизоляции 10 мм) и получаем – 8 см.

Вывод: для приведения значения теплосопротивления кирпичной стены до нормируемого необходимо снаружи стены смонтировать слой экструзионного пенополистирола (XPS) толщиной в 80 мм.

В долговременном периоде эксплуатации здания следует учитывать, что XPS не накапливает влагу, а значит, не теряет своих теплоизоляционных характеристик.

Антон Борисов

Используя этот упрощённый алгоритм, можно самостоятельно рассчитать необходимую толщину утеплителя. Если конструкция стены состоит из нескольких слоёв, например – штукатурка-газобетон-теплоизоляция-облицовочный кирпич и т.д., то для расчёта и получения общего значения теплосопротивления стены (R) нужно сложить показатели каждого слоя.

Таким образом, тонкий слой утеплителя позволяет достичь требуемого норматива по теплосопротивлению ограждающих конструкций (R). А при утеплении изнутри, за счёт применения эффективного утепления, мы можем уменьшить общую толщину наращиваемой конструкции стены, при этом не «съедая» внутреннюю полезную площадь дома.

Инженерные системы энергоэффективного дома

Главный принцип строительства энергоэффективного дома — это сооружение герметичной (замкнутой), воздухонепроницаемой оболочки внутри здания. Т.е. — строительство своего рода дома-термоса, в котором всё тепло сохраняется и не выводится наружу за счет теплопереноса, который возможен при миграции воздушных масс в так называемых «дышащих стенах». Таким образом, предвидя вопрос застройщиков, можно сразу сказать, что т.н. «дыхание стен», т.е. воздухообмен, между внутренней и наружной средой, который якобы обеспечивает здоровый микроклимат в доме — миф! Несущие конструкции не должны «дышать» и пропускать воздух, они должны сохранять наше тепло внутри. За «дыхание дома» (удаление отработанного и поступление свежего воздуха) должны отвечать соответствующие системы.

Виниловые обои, слой штукатурки, ламинат, клинкерный кирпич и прочие отделочные материалы, даже простая масляная краска — уже сами по себе являются хорошими слоями, обеспечивающими герметичность системы. Поддерживать микроклимат в доме и обеспечивать приток свежего воздуха должна вентиляции, которую, к сожалению, забывают закладывать в проекты. Ведь от качества воздуха и скорости воздухообмена зависит самочувствие человека и уровень комфорта в доме. В коттедже с правильно смонтированной вентиляцией легко дышится.

Антон Борисов

Современные стандарты регламентируют: весь объём воздуха в жилом помещении должен полностью обновляться один раз за 60 мин.

Здесь кроется «подводный камень». Потери тепла через неэффективную систему вентиляции могут составлять свыше 30%. Т.е. — обеспечивая приток необходимого нам объёма воздуха зимой, мы «выбрасываем» наружу тепло и тратим дополнительную энергию на нагрев вновь поступившего воздуха.

Как поступить? Чтобы не сокращать объём поступающего воздуха, монтируем систему, которая станет подогревать холодный уличный воздух за счет отработанного воздуха, удаляемого из помещений. Эта система называется рекуператор, и она является одним из возможных вариантов устройства системы вентиляции в энергоэффективном доме.

Рекуператор – это устройство, где за счёт теплообмена осуществляется передача тепла от исходящего нагретого воздуха холодному входящему потоку. За счёт этого уменьшаются теплопотери и снижаются затраты на отопление.

 Это часть учебного курса по «Утеплению экструдированным пенополистиролом». Полностью пройти курс можно в Академии FORUMHOUSE.

—

Источник