Не разделяя на главное или второстепенное, рассмотрим, из какого материала можно строить стены. Возможности современных строительных технологий таковы, что вопрос о конструкционной прочности стены уже не является неразрешимым. Стена из соломы может иметь такую же прочность, как и стена из дерева, поскольку и в том, и в другом случае можно применять одни и те же армирующие материалы. Рассмотрим более детально теплоизоляционные свойства материалов, используемых для возведения стены.
Разумность такого подхода очевидна, ведь именно стены задают тон всему сооружению. От выбора материала стен напрямую зависит выбор фундамента, ограничения по виду кровли и вариантов отделки.
Рассмотрим наиболее часто применяемые материалы. Стены строят из керамического или силикатного кирпича, керамических или газобетонных блоков и уже потом утепляют их снаружи теплоизоляционными материалами. Характеристики этих материалов приведены ниже.
|
Материал |
Кирпич
керамический |
Кирпич
силикатный |
Керамический
блок |
Газобетонный
блок |
|
Плотность материала, кг/м3 |
1350 |
1750 |
830 |
400 |
|
Теплопроводность материала, Вт/(м∙оК) |
0,4 |
0,95 |
0,21 |
0,1 |
|
Водопоглощение, % |
13 |
13 |
12 |
30 |
|
Толщина стены, при сопротивлении теплопередаче 1 (м2∙оК)/Вт, мм |
400 |
950 |
210 |
100 |
|
Вес квадратного метра стены, кг |
540 |
1662,5 |
174,3 |
40 |
|
Скорость возведения стены, час/м2 |
4 |
4 |
2 |
1 |
Максимальные нагрузки на фундамент оказывают материалы с высокой плотностью материала (силикатный кирпич). Газобетонный блок имеет самый низкий вес квадратного метра стены, но высокий коэффициент водопоглощения - требует тщательной гидроизоляции. Водопоглощение - способность материала впитывать и удерживать влагу при непосредственном контакте с водой.
Утепляем стены так, чтобы сопротивление теплопередаче стены вместе с теплоизоляцией составляло 3 (м2∙оК)/Вт. Сопротивление теплопередаче нормируется государственными строительными нормами (ДБН В.2.6-31-2006) и в зависимости от температурной зоны эксплуатации дома составляет для центральных областей Украины (I и II зоны) 2,8 м2∙оК/Вт и 2,5 м2∙оК/Вт соответственно. Необходимая толщина изоляции и характеристики некоторых теплоизоляционных материалов приведены ниже.
|
Материал |
минеральная
вата |
Стекловата |
Пенополистирол
(пенопласт) |
Экструдированный
пенополистирол |
|
Плотность материала, кг/м3 |
20-200 |
20 |
25 |
35 |
|
Теплопроводность материала, Вт/(м∙оК) |
0,042 |
0,041 |
0,035 |
0,03 |
|
Водопоглощение, % |
70 |
70 |
3,5 |
0,3 |
|
Толщина изоляции, при сопротивлении теплопередаче 2 (м2∙оК)/Вт,
мм |
84 |
82 |
70 |
60 |
|
Вес квадратного метра изоляции, кг |
0,84 -
8,4 |
0,82 |
0,875 |
1,05 |
|
Материал каркаса |
дерево |
сталь |
|
Ширина каркаса на 1м2, мм |
100 |
1 |
|
Теплопроводность материала каркаса, Вт/(м∙оК) |
0,09 |
45 |
|
Толщина изоляции пенопласта, мм |
70 |
70 |
|
Потери тепла через каркас, Вт/м2∙оК |
0,1 |
0,6 |
|
Потери тепла через теплоизоляцию (пенопласт), Вт/м2∙оК |
0,45 |
0,50 |
|
Суммарные потери тепла, Вт/м2∙оК |
0,58 |
1,14 |
|
Приведенное сопротивление теплопередаче, м2∙оК/Вт |
1,73 |
0,88 |
|
Снижение сопротивления теплопередаче, % |
13,6% |
56,2% |
|
Необходимое увеличение толщины изоляции с учетом теплопроводности
каркаса, мм |
81 |
160 |
Какая должна быть толщина теплоизоляции, если мы решим строить Энергопассивный дом?
Требования к сопротивлению теплопередаче Энергопассивного (Пассивного) дома выше, чем требования украинских норм, и составляют R = 10 м2∙оК/Вт.
Какая же должна быть толщина теплоизоляции, чтобы выполнить эти требования?
|
Материал каркаса |
дерево |
сталь |
|
Ширина каркаса на 1м2, мм |
200 |
1 |
|
Теплопроводность материала каркаса, Вт/(м∙оК) |
0,18 |
45 |
|
Толщина изоляции пенопласта, мм |
315 |
315 |
|
Потери тепла через каркас, Вт/(м∙оК) |
0,1 |
0,1 |
|
Потери тепла через теплоизоляцию (пенопласт), Вт/(м∙оК) |
0,089 |
0,111 |
|
Суммарные потери тепла, Вт/(м∙оК) |
0,20 |
0,25 |
|
Приведенное сопротивление теплопередаче, м2∙оК/Вт |
4,92 |
3,94 |
|
Снижение сопротивления теплопередаче, % |
45,3% |
56,2% |
|
Необходимое увеличение толщины изоляции с учетом потерь на каркасе,
мм |
576 |
720 |
Изготовить стены с такой толщиной теплоизоляции возможно, но обеспечить прочность конструкции, не создав дополнительных теплопроводящих включений - «мостиков холода» - очень трудно.
Давайте рассмотрим следующую ситуацию. Сравним два дома одинаковой площади, построенные по технологии Энергопассивного дома и согласно требованиям ДБН В.2.6-31-2006.
Периметр дома – квадрат со сторонами 10м, высота стен – 3м, площадь окон – 30м2. Для Энергопассивного дома сопротивление теплопередаче стен, потолка и пола примем R=10 м2∙оК/Вт. Сопротивление теплопередаче окна принимаем с учетом прихода солнечного тепла R=1,3 м2∙оК/Вт.
Результаты расчетов сведены в таблицу.
|
|
Энерго- пассивный
дом |
Дом,
согласно требованиям ДБН В.2.6-31-2006 |
Энерго- пассивный дом |
|
Площадь периметра дома (10х10х3), м2 |
120 |
120 |
120 |
|
Площадь дома, м2 |
100 |
100 |
100 |
|
Площадь стен, м2 |
90 |
90 |
90 |
|
Площадь окон, м2 |
30 |
30 |
30 |
|
Сопротивление теплопередаче стен, м2∙оК/Вт |
10 |
2,8 |
10 |
|
Сопротивление теплопередаче окон, м2∙оК/Вт |
1,3 |
1,3 |
1,3 |
|
Приведенное сопротивление теплопередаче стен и окон дома, м2∙оК/Вт |
3,74 |
2,17 |
3,74 |
|
Сопротивление теплопередаче потолка, м2∙оК/Вт |
10 |
4,95 |
4,95 |
|
Сопротивление теплопередаче пола, м2∙оК/Вт |
10 |
3,75 |
3,75 |
|
Приведенное сопротивление теплопередаче дома, м2∙оК/Вт |
6,27 |
3,22 |
4,20 |
Вывод напрашивается сам собой.
Построить Энергопассивный дом путем традиционного наращивания толщины теплоизоляции очень сложно. Необходимо искать другие возможности.
Решением, устраняющим недостаток низкого сопротивления теплопередаче окна, является установление вокруг стен дома еще одного слоя теплоизоляции, который увеличивает приведенное сопротивление теплопередаче.
Rпр.доп = Rпр.дома + d/λдоп,
где Rпр. доп – приведенное сопротивление теплопередаче дома с дополнительной теплоизоляцией, Rпр.дома - приведенное сопротивление теплопередаче дома без дополнительной теплоизоляции, d – толщина дополнительной теплоизоляции в метрах, λдоп – теплопроводность дополнительной теплоизоляции (Вт/м∙оК).
Необходимо выполнить только одно условие – дополнительный слой теплоизоляции должен быть прозрачным для света. Лучшим теплоизолятором является сухой воздух, теплопроводность λ=0,022 Вт/м∙оК. Прозрачным материалом для внешнего слоя дополнительной теплоизоляции может быть стекло. Рассмотрим следующую конструкцию дополнительной теплоизоляции.
Вокруг стен дома строим галерею. Для этого увеличиваем вылет крыши за стены дома на расстояние полтора метра. Этого расстояния достаточно, чтобы летнее солнце не нагревало стены дома. Зимой, когда солнце ходит низко, до 17о к горизонту, галерея не мешает доступу солнца к стенам дома. Галерею закрываем стеклом. Для защиты от солнечного перегрева летом выбираем солнцезащитное стекло. Для того чтобы сохранить чистоту поверхности стекла и очистить воздух, попадающий в дом от вирусов и бактерий компания «Технолуч» разработала солнцезащитное самоочищающееся и бактерицидное стекло. Такое стекло идеально подходит для остекления галереи. Для проверки выполненных расчетов за 2,5 месяца был построен дом площадью 395 м2 с галереей, закрытой самоочищающимся бактерицидным стеклом.
Зима 2010 года позволила в полном объеме испытать построенный дом и экспериментально определить потери тепла.
Приведенное сопротивление теплопередаче составило R=10 м2∙оК/Вт.
Измерения проводились при температуре наружного воздуха – минус (20…25) градусов Цельсия.
Для поддержания постоянной температуры внутри дома достаточно источника тепла мощностью до 2 кВт. При этом потери тепла на первых двух этажах, площадью 233 м2 составили 900 Вт/час, потери тепла на третьем этаже, площадью 39,6 м2 – 600 Вт/час. Столь разительное отличие в потере тепла на квадратный метр площади дома объясняется тем, что первые два этажа закрыты галереей. Третий этаж не защищен галереей, а вытянутая форма с большой площадью стен способствует дополнительному увеличению потерь тепла.
Для строительства дома мы выбрали самую простую форму дома и галереи. Размер галереи был увеличен до трех метров на первом этаже с западной стороны дома, выходящей к озеру. Стена дома, выходящая на эту галерею, была выполнена полностью из стекла от пола до потолка. Такое решение не «отделяет» гостиную дома от озера.
Человеческая фантазия безгранична и архитектор может выбирать любую форму дома и галереи. Мы, через галерею, соединили гостиную дома с пляжем и озером. С помощью галереи можно сделать детскую площадку, где будет комфортно и летом и зимой.
В одной статье трудно показать все достоинства и преимущества дома, утепленного с помощью стеклянной галереи, но, возможно, она поможет вам найти и более совершенные решения.
