Итак, в этой первой, вводной главе мы рассмотрели градостроительные и архитектурно-планировочные решения по энергосбережению и в заключение привели пример того, как могут выглядеть эскизные проекты пассивных и "зеленых" домов. В дальнейших главах все энергосберегающие решения и технологии, направленные на их реализацию, будут рассмотрены более подробно и проиллюстрированы конкретными примерами.

Глава 2

Общетеоретические принципы функционирования энергосберегающих и пассивных домов

Пассивный дом (нем. - Passivhaus, англ. - Passive house) - это строительный стандарт, который не только позволяет строить энергетически эффективные и экономичные в эксплуатации здания, но и создает комфортные условия проживания, а также оказывает минимальное негативное влияние на окружающую среду. Пассивный дом - это не бренд, а целая строительная концепция, которая явилась результатом совершенствования технологий строительства и теплозащиты за последние 30 лет. В схематичном виде история развития строительных стандартов и технологий, начиная с 1980-х годов прошлого века и до наших дней, а также на ближайшую перспективу, представлена на рис. 2.1.

Как уже отмечалось ранее в главе 1, энергосбережение является лишь частью еще более общей и важной концепции - экологического, или так называемого "зеленого" строительства. Динамика развития одного из "зеленых стандартов", DGNB, который считается наиболее прогрессивным, так как является рейтинговой системой второго поколения, с момента его публикации и до настоящего времени, представлена на рис. 2.2.

При этом строительная концепция не просто пассивного, но и экологически чистого дома доступна для всех и убедительно доказала свое преимущество на практике. Под пассивным домом понимается дом, который теплоизолирован настолько эффективно, что на его отопление требуется не более 15 кВтч/(м2*год).

Рис. 2.1. История развития строительных стандартов и соответствующих им законодательных актов, принятых правительством Германии, с точки зрения потребностей в энергии на нужды отопления. Цитируется по следующему источнику: "Материалы Фраунгоферовского института строительной физики" (Fraunhofer Institut fQr Bauphysik)

Рис. 2.2. Динамика развития стандарта экологического строительства DGNB с момента публикации и до настоящего времени

При таком низком потреблении энергии (фактически, это означает, что на отопление одноквартирного дома в течение года сжигается от 200 до 300 л жидкого котельного топлива) оставшиеся потребности в обогреве могут быть удовлетворены за счет подогрева свежего воздуха, поступающего в дом через управляемую вентиляционную систему. Владельцы многих пассивных домов полностью отказались от традиционных отопительных котлов и обеспечиваемых ими систем парового отопления и горячего водоснабжения. В Германии и других европейских странах стандарт на "пассивный дом" в будущем должен вытеснить строительные стандарты, действующие на текущий момент.

Примечание

В то же самое время в США действует система оценки энергетического рейтинга дома - так называемый индекс HERS (Home Energy Rating System). Индекс HERS представляет собой рейтинговую систему, разработанную сетью энергетических компаний Residential Energy Services Network (RESNET) . В соответствии с этой рейтинговой системой дом, возведенный по спецификации типового дома HERS, построенной на основе Международного кодекса по энергосбережению (International Energy Conservation Code) , получает рейтинг HERS, равный 100, а "нулевой дом" (Zero Energy House, ZEH) - индекс, равный нулю (рис. 2.3). Таким образом, чем ниже рейтинг HERS, тем выше энергетическая эффективность дома. Снижение индекса HERS на один пункт соответствует снижению потребления энергии на один процент по сравнению с типовым домом HERS. Для коммерческих зданий и многоквартирных домов в США действует система оценки COMNET, которую можно рассматривать в качестве аналога RESNET, только для коммерческого сектора. Система состоит из технического компонента, который занимается разработкой правил и процедур для энергетического моделирования, а также аттестацией и контролем качества среди разработчиков энергетической модели и аудиторов. Рейтинг COMNET позволяет владельцам зданий претендовать на льготное налогообложение.

Разумеется, принципы строительства пассивных зданий в том виде, в котором они изначально были представлены Вольфгангом Файстом, справедливы для стран с умеренным климатом. Применительно к суровым климатическим условиям России некоторые из этих положений требуют пересмотра или коррекции. Естественно, "пассивный дом", оптимизированный для климатических условий Германии и Средней Европы, нельзя непосредственно и без доработки применить для той части России, где проживает большинство ее жителей. Например, согласно СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий", требуемый удельный расход тепловой энергии на отопление за отопительный период для одноквартирных отдельно стоящих и cблокированных домов этажностью от 1 до 4 этажей, а также многоэтажных зданий, должен составлять от 95 до 195 кВтч/(м2*год). Реальный же расход, особенно для старых зданий, превышает даже эти показатели в несколько раз.

И хотя, например, такой низкий показатель, как расход энергии на отопление не более 15 кВтч/(м2*год), в наших условиях достижим со значительными оговорками, но вполне реально стремиться к таким величинам удельного расхода на ото-

Рис. 2.3. Оценка энергетической эффективности дома по рейтингу HERS

пление, как 25 -35 кВтч/(м2*год), что примерно соответствует так называемому стандарту "трехлитрового дома" (см. рис. 2.1). Даже этот показатель существенно лучше, чем требования нашего СНиП, и уже это позволит добиться значительной экономии энергии. В настоящее время в России энергетические паспорта в том виде, в котором они используются, рассматривают только нормы по теплозащите, включая ограждающие конструкции, и в целом энергетическую эффективность всей системы доставки тепла, однако не учитывают освещение и вентиляцию.

Но основные принципы энергетически эффективного строительства универсальны, и богатый опыт Института пассивного дома, безусловно, следует изучать и осваивать. На сегодняшний день в России этим занимается НП ("Некоммерческое партнерство") АВОК (http://www.abok.ru/), профессиональное сообщество "Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике".

Вкратце концепция пассивного дома выглядит следующим образом (рис. 2.4):

П снижение тепловых потерь за счет улучшенной теплоизоляции стандартных строительных элементов (кровля, стены, полы), уменьшение или полная ликвидация "тепловых мостиков"1, герметизация оболочки здания, формируемой его ограждающими конструкциями, применение специальных окон, предназначенных именно для пассивного дома;

П оптимизация тепловых поступлений за счет применения вентиляционной системы с рекуперацией тепла из вытяжного воздуха, а также использования альтернативных источников энергии (тепловых насосов, грунтовых теплообменников, солнечных коллекторов и др.).

Рис. 2.4. Разрез пассивного дома, иллюстрирующий принципы его функционирования - массивная теплоизоляция, специальные окна, сертифицированные для пассивных домов, система вентиляции с рекуперацией тепла и использование альтернативных источников энергии

Чтобы обеспечить столь жестко заданную требуемую величину удельного расхода тепловой энергии на отопление, равную 15 кВтч/(м2*год), для пассивных домов в климате Средней Европы со временем был установлен ряд обязательных требований:

П коэффициенты теплопередачи U для наружных стен, кровли и полов первого этажа должны составлять менее 0,15 Вт/(м*К) (или R1
0 > 6,7 (м2*°С)/Вт, где R0 = 1/U);

П для остекления иост < 0,7 Вт/(м*К) или R0 >1,4 (м2*°С)/Вт);

П для оконного профиля ипроф < 0,8 Вт/(м*К) или R0 > 1,25 (м2х°С)/Вт;

П приведенный коэффициент теплопередачи окна с учетом монтажа в стену иокн < 0,85 Вт/(м*К) или R0 > 1,2 (м2*°С)/Вт;

П максимально возможное снижение негативного эффекта от "тепловых мостиков". Это влияние можно не учитывать, если линейный коэффициент теплопередачи < 0,01 Вт/(мхК);

П чтобы обеспечивался эффективный возврат тепла, КПД рекуператора должен составлять не менее 75% (рекомендованные значения - 80% и более);

П должна обеспечиваться герметичность наружной оболочки здания. Кратность воздухообмена1 при разности давлений 50 Па наружного и внутреннего воздуха должна составлять n50 < 0,6 ч-1.

В этой главе мы рассмотрим такие важные разделы, касающиеся строительства зданий с низким потреблением энергии и пассивных домов, как:

П конструирование без "тепловых мостиков";

П воздухонепроницаемость;

П контроль уровня влажности.

Общие понятия тепловой защиты зданий

Задачи тепловой защиты зданий не сводятся только к экономии энергии. Энергетически эффективные здания должны обеспечивать комфортные условия проживания и здоровый микроклимат в помещениях. Но что конкретно подразумевается под комфортными условиями, и каково их точное определение?

Ощущение комфорта в помещениях

В общем случае комфорт в помещении зависит от следующих факторов:

П температуры внутреннего воздуха в помещениях;

П температуры внутренних поверхностей стен, ограждающих помещение;

П температуры поверхности пола;

П относительной влажности воздуха в помещениях;

П скорости движения воздуха;

П вида деятельности человека.

Температурные режимы в помещении

Стандартные показатели микроклимата в помещении, обеспечивающие комфортное самочувствие человека, перечислены в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Параметры окружающей среды, обеспечивающие комфортное самочувствие человека

Тип здания

Температура воздуха в помещении ti, °C

Суммарная температура tM,

°C

Относительная влажность воздуха ф, %

Скорость воздуха, м/с

Жилые и общественные

20 -22

38

40-60

< 0,1

Производственные (в зависимости от вида работы)

Сидячая

18-20

36

50-60

< 0,15

Легкая

16-18

32-36

50-60

< 0,15

Средняя

14-16

26-32

50

< 0,2

Тяжелая

12-14

20-26

45

< 0,2

В общем случае, чтобы микроклимат в помещении воспринимался как благоприятный, там не должно быть ни слишком жарко, ни слишком холодно. Кроме того, повышенная влажность воздуха (относительная влажность воздуха свыше 70%) воспринимается как неприятные условия, и наоборот, жильцы начинают жаловаться, если воздух в занимаемых ими помещениях слишком сухой (т. е. его относительная влажность составляет менее 40%). Летом небольшой сквознячок воспринимается как приятная прохлада, в то время как в более холодные времена года он вызывает неприятное ощущение озноба. Тем не менее, до известной степени проветривать помещения необходимо и зимой - чтобы удалять из воздуха неприятные запахи и избыточную влагу. Небольшие колебания температуры способствуют кругообороту воздуха, в то время как слишком большие температурные скачки вызывают цепную реакцию простудных заболеваний.

Таким образом, условия, приведенные в табл. 2.1, являются необходимыми, но недостаточными условиями комфортности микроклимата. Важную роль играют не только эти параметры, но и разница между температурой воздуха в помещении и температурами внутренних поверхностей ограждающих конструкций. Эти значения, в зависимости от типа конструкций и их назначения, приведены в табл. 2.2.

На диаграмме, представленной на рис. 2.5, показана зависимость комфортности микроклимата в жилом помещении от температур поверхностей и температуры воздуха. На диаграмму нанесены температуры внутренних поверхностей наружной стены и окна с двойным стеклопакетом в холодный зимний день. Как видите, при более высокой температуре поверхности стены (выше 18 °C) необходимый уровень комфорта достигается при более низких температурах воздуха в помещении.

Таким образом, человек и зимой и летом чувствует себя комфортно в помещении, где температура воздуха составляет от 20 до 22 °C, относительная влажность воздуха - от 40 до 60%, и температуры стен и потолков зимой не более чем на 4-6 °С ниже, а летом - не более чем на 4-6 °C выше температуры воздуха в помещении.

Таблица 2.2. Допустимые перепады температур между внутренним воздухом и поверхностями строительных конструкций

Тип здания

Конструкции

Наружные

Внутренние

Вертикальные

Горизонтальные

Вертикальные

Горизонтал ьные

Плоские кровли

Полы

Потолки

Полы

Жилые и общественные

4

2,2

3

4

4

3

Производственные (в зависимости от вида работы)

Сидя чая

6

4

3

6

6

3

Лег кая

6

5

3

6

6

3

Рис. 2.5. Влияние температуры поверхности стен и воздуха в помещении на общую комфортность микроклимата (источник: Humm, O.: Niedrigenergie- und Passivhauser. Staufen 1998)

Рис. 2.6. График распределений комфортных температур пола в зависимости от продолжительности пребывания человека в помещении

Что касается температур полов, то, вследствие непосредственного контакта с телом человека через подошвы ног, справедливы другие значения. Чтобы не отбирать у человека слишком много тепла, температура пола не должна быть ниже 15 -20 °C, а оптимальной и приятной считается температура пола от 22 до 24 °C. Согласно рис. 2.6, температура пола 15 °C ощущается еще приемлемой, если человек пребывает в помещении не более трех часов, затем пол начинает казаться прохладным, а через 3,8 часа - уже холодным.

С другой стороны, в случае применения напольного отопления (теплые полы), температура пола не должна превышать 30 °C.

Относительная влажность воздуха в помещениях

Что касается относительной влажности воздуха, то рис. 2.7 показывает, что человек чувствует себя некомфортно, когда температура воздуха падает ниже 16 °C или возрастает выше 26 °C, независимо от относительной влажности воздуха. В пределах относительно комфортного диапазона температур мы ощущаем меньшие значения относительной влажности как более комфортные.

Рис. 2.7. Относительная влажность воздуха и ощущение комфорта

Циркуляция воздуха в помещениях

Движение воздуха в помещениях может происходить через проколы, щели и разрывы в оболочке здания (крыши, щели в окнах, негерметичные двери), а также за счет конвекции внутри здания. Если внутренние поверхности стен имеют низкие температуры, то из-за большой разницы между температурой воздуха в помещении и температурами поверхности стен, вблизи стен происходит конвекция, которая ощущается человеком как сквозняк.

Теплоизоляция здания

Более 70% всех тепловых потерь существующих зданий, построенных до разработки концепции энергетически эффективных и пассивных домов, приходится на утечки тепла через наружные стены и крыши. Поэтому совершенствование теплоизоляции является важнейшим мероприятием по сбережению энергии. Оно приводит к значительному повышению комфорта и прекрасно защищает от воздействия атмосферных явлений. Причем качественная и высокоэффективная теплоизоляция играет важную роль не только для пассивных домов. За счет осознанного проектирования новых домов с усиленной теплоизоляцией, а также реконструкции зданий старой постройки путем усиления существующей теплоизоляции можно добиться значительной экономии энергии.

Пассивный дом просто не смог бы функционировать, если бы тепловые потери через наружные конструкции не были сокращены до минимума. Только при этих условиях даже в самые холодные дни значение отопительной нагрузки можно будет снизить настолько, чтобы стало возможным отопление дома только с помощью нагрева приточного воздуха (либо с помощью небольших отопительных приборов). Чтобы этого добиться на практике, необходимо составление энергетического баланса здания. Такие балансы подтверждаются прямыми измерениями в сотнях зданий.

Принципиальная схема теплоизоляции энергетически эффективного здания показана на рис. 2.8. Главным принципом для энергетически эффективных зданий является то, что теплоизоляционная оболочка, устроенная вокруг всего здания, не должна иметь разрывов. Она уменьшает тепловые потери точно так же, как, например, теплое пальто, в котором человек выходит зимой на улицу. Поскольку большинство теплоизоляционных материалов не являются герметичными, кроме теплоизоляционной оболочки необходимо создавать и воздухонепроницаемую оболочку по всей внутренней поверхности ограждающих конструкций здания.

Рис. 2.8. Принципиальная схема устройства теплоизоляции энергетически эффективного здания

Рис. 2.9. Проблемный случай: направление теплого воздушного потока с водяными парами изнутри наружу через разрыв в герметичной оболочке (щель) в строительной конструкции

Наружная оболочка здания тоже должна быть, по возможности, герметичной. Это относится не только к пассивным зданиям. Лишь благодаря герметичности наружной оболочки можно предотвратить нарушения и повреждения строительных конструкций, возникающие при истечении теплого воздушного потока с водяными парами изнутри наружу (рис. 2.9). Продуваемые, негерметичные жилые помещения сегодня являются проблемными. Требуемая в настоящее время повышенная герметичность зданий должна соответствовать применяемым строительным технологиям, что является правильным и положительным явлением. А для комфорта пассивного дома эти требования должны соблюдаться тем более.

Примечание

Воздухонепроницаемость (герметичность) нельзя путать с теплоизоляцией. Оба этиx показателя важны для оболочки здания, но они должны удовлетворять предъявляемым к ним требованиям независимо друг от друга.

На рис. 2.10 показаны ограждающие конструкции типичного сборно-щитового дома, нуждающиеся в теплоизоляции.

Рис. 2.10. Ограждающие конструкции типичного сборно-щитового дома, в первую очередь нуждающиеся в теплоизоляции

В неотделанных чердачных помещениях необходимо установить теплоизоляцию между балочными перекрытиями и поверх полов (1), чтобы отделить от чердака расположенные ниже жилые помещения. Дополнительно необходимо теплоизолировать двери, ведущие в чердачные помещения (1A). В отделанных (жилых) чердачных помещениях необходимо установить теплоизоляцию между стойками деревянных каркасов короткой чердачной стены (2A), между стойками деревянных каркасов наружных стен и между стропилами (2B), а также утеплить потолки, отделяющие жилое пространство от неотапливаемых помещений, расположенных выше (2С). Кроме того, необходимо продлить слой теплоизоляции между несущими балками перекрытия, чтобы избежать появления сквозняков (2D).

Далее, должны быть теплоизолированы все наружные стены (3), в том числе: стены, отделяющие жилые помещения от неотапливаемых пристроек, складских помещений, односкатных ше-довых крыш (3А), фундаментные стены над уровнем земли (3B), а также все наружные стены отапливаемых подвальных помещений (3С) либо изнутри, либо снаружи. Что касается полов над неотапливаемыми пространствами (4), то теплоизолировать необходимо любые области пола, выступающие за пределы расположенной ниже несущей наружной стены (4А), полы над плитами основания, расположенными на уровне земли (4B), или несущие стены невентилируемых полупроходимых технических подполий (4C). Слой теплоизоляции должен быть продолжен в межбалоч-ные пространства перекрытий с тем, чтобы избежать сквозняков (4D). Наконец, необходимо теплоизолировать балки (5), а также окна и двери (6).

Расчет теплоизоляции

Чтобы самостоятельно выполнить расчет теплоизоляции, необходимо разобраться с основными понятиями, которые имеют разный физический смысл, хотя на первый взгляд означают одно и то же. Именно поэтому и следует рассмотреть их максимально внимательно.

Коэффициент теплопередачи U

Коэффициент теплопередачи U показывает, какое количество тепловой энергии (Вт*с) проходит через один квадратный метр поверхности однородной ограждающей конструкции за 1 секунду при заданной разности внешней и внутренней температур в 1 K. Размерность этого показателя: Вт/(м2*К). Коэффициент теплопередачи показывает, насколько хорошо элемент конструкции (крыша, стена, пол) проводит тепло. Чем ниже этот показатель, тем хуже пропускается тепло и тем лучше теплоизоляция. Коэффициент теплопередачи - это предпочтительный способ сравнения энергетической эффективности строительных конструкций.

Пример

Физический смысл коэффициента теплопередачи можно пояснить следующим примером. В начале XX века внешние стены дома строили из полнотелого кирпича. Как правило, такая стена имела толщину 24 см, с двух сторон она покрывалась слоем штукатурки толщиной 1,5 см. Коэффициент теплопередачи такой стены составляет примерно 2 Вт/(м2*К). При разности температур в 1 K (например, 21 °С внутри помещения и 20 °С - снаружи)1 потеря энергии составляет 2 Вт на 1 квадратный метр поверхности. Стена площадью 30 м2 (12*2,5) теряет примерно б0 Вт. При понижении внешней температуры соответственно увеличивается и потеря энергии. При внешней температуре 0 °С, разница составит 21 градус, а потеря тепла за 1 час будет равна 1 ч*21 K*60 Вт/К = 1260 Вт*ч или 1,26 кВтч. За 24 часа получается 24 ч*1,26 кВт=30 кВтч, что соответствует сжиганию топлива объемом 3 литра.

Сопротивление теплопередаче R

Сопротивление теплопередаче (R) представляет собой величину, обратную коэффициенту теплопередачи (U), и, соответственно, описывает, насколько хорошо конкретный материал сопротивляется передаче тепла. Чем выше сопротивление теплопередаче, тем лучше теплоизоляция. Размерность этого показателя: (м2*К)/Вт.

Коэффициент теплообмена а

Коэффициент теплообмена а выражает количество тепла, которое за одну секунду обменивается между 1 м2 твердой поверхности и касающимся его воздухом, когда разница температур между поверхностью и воздухом составляет 1 К. Единица измерения: Вт/(м2*К).

Рис. 2.11. Нормированные значения коэффициента сопротивления теплопередаче для различных регионов России в соответствии с действующими СНиП

Тепловые потери через расчетные строительные конструкции, а именно наружные стены, пол, верхнее междуэтажное перекрытие или крышу, характеризуются коэффициентами теплопередачи U, Вт/(м2*К) (в действующих СНиП РФ используется обратная величина R02*°С)/Вт). Эта величина показывает, сколько тепла отдается строительной конструкцией наружу в единицу времени при изменении температуры на 1 °С (или 1 К).

Для расчета тепловых потерь через стену необходимо перемножить коэффициент U, площадь и разность температур. Например, типичный коттедж имеет снаружи площадь стен 100 м2. При суровых условиях в зимнее время в Средней Европе наружная температура составляет -12 °C, а требуемая внутренняя температура 21 °C. При различных значениях коэффициентов теплопередачи получается следующая мощность тепловых потерь (тепловой поток) через наружные стены при "расчетных условиях" (см. табл. 2.3).

Таблица 2.3. Расчетная мощность тепловых потерь 1

через наружные стены

U, Вт/(м2хК) или Ro, (м2х°С)/Вт

Мощность тепловых потерь, Вт

Нормируемый годовой расход тепла на отопление, КВтч/(м2хгод)

В Средней Европе

В России

1,00 (1,00)

3300

5100

78

0,80 (1,25)

2640

4080

62

0,60 (1,67)

1980

3060

47

0,40 (2,5)

1320

2040

31

0,20 (5,00)

660

1020

16

0,15 (6,67)

495

765

12

0,10 (10,00)

330

510

8

Тепловые потери являются решающей составляющей энергетического баланса здания. Любые тепловые потери необходимо компенсировать соответствующими тепловыми поступлениями. В противном случае произойдет падение температуры в доме.

С помощью компактной типовой системы отопления для пассивного дома можно выработать около 1000 Вт мощности (это мощность обычного фена для сушки волос). Так как большая часть этой мощности пойдет на компенсацию тепловых потерь от наружных стен, то, конечно же, коэффициент теплопередачи стены U должен быть действительно очень низким (или должно быть очень высокое значение сопротивления теплопередаче R0).

Что же это означает для теплоизоляционной оболочки здания? В первую очередь становится ясно, что достижения таких низких величин U (или высоких R0) возможно только благодаря материалам с высокими теплоизоляционными характеристиками. В табл. 2.4 приведена информация о том, какой толщины должны быть однослойные наружные конструкции, чтобы достичь стандартных характеристик ограждающих конструкций дома с величиной U< 0,13 Вт/(м2хК) (или R0 > 7,7 (м2*0С)/Вт).

Таблица 2.4. Данные о толщине однослойных наружных конструкций, позволяющих достичь стандартных характеристик ограждающих конструкций пассивного дома1

Материал

Коэффициент теплопроводности,

Вт/(м°хС)

Требуемая толщина в м для достижения U = 0,13 Вт/(м2хК) или Ro = 7,7 (м2х°С)/Вт

Стандартный бетон

2,1

15,80

Полнотелый кирпич

0,800

6,02

Пустотелый кирпич с вертикальными пустотами

0,400

3,01

Древесина хвойных пород

0,13

0,98

Пористый кирпич, ячеистый бетон

0,11

0,83

Таблица 2.4 (окончание)

Материал

Коэффициент теплопроводности,

Вт/(м°хС)

Требуемая толщина в м для достижения U = 0,13 Вт/(м2хК) или Ro = 7,7 (м2х°С)/Вт

Тюки из соломы

0,055

0,41

Эффективный утеплитель

0,04

0,30

Высокоэффективный утеплитель

0,025

0,19

Нанопористый суперутеплитель с нормальным давлением

0,015

0,11

Вакуумная теплоизоляция (кремнезем)

0,008

0,06

Вакуумная теплоизоляция (глубокий вакуум)

0,002

0,015

В таблице наглядно показано, что разумные границы по толщине наружной оболочки здания возможны только в том случае, если достигается существенный теплоизоляционный эффект с использованием утеплителей с низкими значениями коэффициентов теплопроводности. Для этого подходят все материалы, расположенные в табл. 2.4. Конечно же, комбинация с другими материалами не только возможна, но и во многих случаях необходима. Например: утепленная снаружи бетонная стена или монолитная стена из пенобетона с теплоизоляционными плитами из силиката кальция. Конструкция наружной оболочки будет тем тоньше, чем ниже коэффициент теплопроводности используемой теплоизоляции. Так, для пассивного дома (в условиях Германии) при применении в качестве наружных стен блоков из прессованной соломы необходимая толщина составит около 50 см или более. При применении более эффективных утеплителей (минеральная вата, пенополистирол, целлюлозная теплоизоляция) толщина теплоизоляции составит около 30 см. При использовании высокоэффективных утеплителей, таких как пенополиуретан, толщина теплоизоляции снизится до 20 см. Есть и еще более эффективные виды теплоизоляции. Так, например, в Германии в настоящее время допущена к применению вакуумная теплоизоляция. С использованием вакуумных изоляционных панелей (ВИП) можно действительно получить очень эффективную и одновременно тонкую наружную оболочку. Не менее успешно зарекомендовал себя и другой вариант - "полупрозрачная теплоизоляционная оболочка". При этом суммарная солнечная радиация абсорбируется не на поверхности оболочки, а проходит в глубину теплоизолированной конструкции, чтобы снизить разность температур и достичь низкого значения коэффициента теплопередачи U, эквивалентного требуемым значениям.

Опыт строительства первых пассивных домов показал, что увеличение толщины эффективной теплоизоляции можно реализовать в большинстве случаев:

П Во многих случаях при строительстве предусмотрена площадь под теплоизоляцию. Если площади не хватает или это требует больших финансовых затрат, то можно применить высокоэффективные теплоизоляционные материалы.

П Увеличение толщины теплоизоляции со строительной точки зрения не представляет проблем. При правильном применении затраты на монтаж теплоизоляции не выше, чем при меньших толщинах. Остаются только повышенные затраты на закупку большего количества теплоизоляционного материала, который все же сравнительно недорог. Как на практике выглядят конструкции оболочки пассивного дома с использованием различных материалов, будет показано далее на примерах.

П Все применяемые сегодня стандартные элементы ограждающих конструкций зданий адаптированы и для пассивных домов. Существуют разнообразные варианты: кирпичные стены, двухслойные или со скрепленной теплоизоляцией (система теплоизоляции с тонким штукатурным слоем) или с навесным фасадом (фасадная система с вентилируемым зазором), сборные строительные элементы из легких бетонов, сборные железобетонные элементы, деревянные конструкции (классические или с использованием легких балок), несъемная опалубка, металлические конструкции и полупрозрачные элементы.

П Результаты измерений в построенных пассивных домах показали, что увеличение толщины теплоизоляции оправдывает ожидания. Фактические значения тепловых потерь совпадают с расчетными. Строительные элементы с увеличенным слоем теплоизоляции, применяемые в пассивных домах, имеют значительное преимущество по сравнению с традиционными.

П Благодаря низким тепловым потерям автоматически повышаются значения температур на внутренних поверхностях наружных стен зимой, даже без применения отопительных приборов. Благодаря этому снижается интенсивность конвективного теплообмена в помещении, что является хорошей предпосылкой для создания комфортного микроклимата. Высокие значения температур на внутренних поверхностях наружных стен приводят, кроме того, к снижению уровня влажности на поверхностях строительных конструкций, что практически исключает их повреждение вследствие увлажнения.

П В летнее время температуры на внутренних поверхностях наружных стен примерно совпадают с температурой воздуха в помещениях. Иначе говоря, они ниже, чем при плохо теплоизолированных строительных конструкциях. При плохой теплоизоляции в жаркое время года тепловая энергия интенсивно переносится внутрь помещения, что приводит к летнему перегреву. Хорошо утепленные конструкции имеют значительное уменьшение амплитуды колебания температуры уже при незначительном весе (например, двойной гипсокартон в качестве несущей части). Уже благодаря этому достигается оптимальный температурный режим конструкции в летний период. Очень важной является продолжительная постоянная времени здания (инерционность здания). Она получается благодаря усиленной теплоизоляции и позволяет эффективно использовать открытые (без отделки материалами с низкими значениями теплоусвоения) внутренние поверхности массивных конструкций здания (стены, полы, потолки). Вследствие этого пассивный дом можно достаточно эффективно охладить благодаря ночному проветриванию и удерживать прохладу в течение дня. "Летние условия" должны быть точно так же запроектированы, как и зимние. Для этого используется специальная рас четная программа "Пакет проектирования пассивного дома" (PHPP)1.

П Строительные конструкции с усиленной теплоизоляцией лучше сглаживают влияние "тепловых мостиков" (по наружным размерам), чем стандартно утепленные. Это особенно важно при капитальном ремонте и реконструкции старых зданий. Так как несущие конструкции и внутренний несущий слой ограждающих конструкций расположены за толстой теплоизоляцией, то они (за исключением стыковых и прочих соединений) находятся полностью в "теплой" области (т. е. их температуры практически равны внутренним температурам в помещениях).

Тепловые мостики

В первую очередь, разберемся с тем, что представляют собой так называемые "тепловые мостики" (англ. - thermal bridges, нем. - Warmebrucken), называемые также "мостиками холода". Это - такие участки в ограждающих конструкциях зданий (локальные, обширные), в которых вследствие геометрических условий, а также в результате совместного применения различных по своим параметрам материалов создаются условия для распространения тепла в двух или трех измерениях. Обобщенно говоря, такие участки являются "слабыми звеньями" в теплоизоляции, и в этих областях происходит утечка большого количества тепла через участок небольшой площади.

На рис. 2.12 представлены наиболее типичные "тепловые мостики", возникающие по следующим причинам:

П отдельные участки ограждающих конструкций или их частей, где имеются слои, неоднородные по материалу. В качестве примера можно привести ситуацию, когда в стену встроены колонна или железобетонное ребро жесткости (рис. 2.12, а) или же ситуации, когда теплоизоляционный слой имеет неодинаковую толщину);

П исследуемая конструкция или конструктивный элемент ограничиваются непараллельными плоскостями. В качестве примеров можно привести, например, углы помещения, пересечения стен, стыки стен с перекрытиями (рис. 2.12, b);

П участки ограждающих конструкций, где на одном участке совпадают уменьшенное поперечное сечение, изменение профиля и однородности. В качестве примера можно привести, например, стыки стен из разных материалов или места стыка окон и стен (рис. 2.12, с).

Рис. 2.12. Типичные "тепловые мостики", изменяющиеся в зависимости от материала и формы конструкции

Вывод

"Тепловые мостики" возникают там, где стыкуются друг с другом строительные материалы с различной теплопроводностью, там, где неизолированные детали входят в изолированные площади, или там, где стеновые зоны расположены структурно и, следовательно, термически слабее.

Необходимость устранения "тепловых мостиков" следует принимать во внимание не только из-за потерь тепла. На практике их наличие приводит к следующим негативным последствиям: П температура внутренних поверхностей помещений в этих местах ниже температуры сплошных ограждающих конструкций, а понижение температур внутренних поверхностей из-за наличия холодных стыков отрицательно влияет на комфорт внутри помещения;

П ухудшается состояние конструкции, снижается ее термосопротивление, более того, возникает даже опасность. Если "тепловой мостик" находится на холодной поверхности, то в этом месте происходит конденсация влаги в форме росы. В результате появляются такие повреждения, как, например, образование трещин, рост плесени или пропитывание стен влагой в углах;

П совместное действие нескольких неблагоприятных факторов приводит к более выраженным неприятным последствиям. Например, углы здания являются не только геометрическими "тепловыми мостиками", но зачастую оказываются слабыми местами и с конструктивной и теплотехнической точек зрения. В сочетании с недостаточной вентиляцией это приводит к повреждениям, вызванным сыростью.

"Тепловые мостики", чаще всего образующиеся в жилых зданиях, показаны на рис. 2.13.

Чтобы избежать появления "тепловых мостиков", необходимо принимать следующие меры:

П Теплоизоляция должна устанавливаться так плотно, чтобы избежать утечек, причем особое внимание следует уделять утеплению стыков, где конструктивные элементы соединяются между собой или проходят друг через друга;

Рис. 2.13. "Тепловые мостики", наиболее часто встречающиеся в жилых домах. В этих местах требуется предпринимать особые меры предосторожности и обращать на них особое внимание при проектировании

П Взаимопроникающие и выступающие конструктивные элементы (например, балконные плиты) в любом случае должны быть покрыты изолирующим материалом со всех сторон;

П Несущие конструкции, подвергающиеся повышенной тепловой нагрузке (изготовленные из стали, бетона или древесины), должны быть снабжены дополнительной теплоизоляцией. Чтобы добиться соответствия строящегося здания стандартам "пассивного дома", его изначально следует проектировать в соответствии с принципом конструирования зданий без "тепловых мостиков". Это обеспечивает следующие преимущества:

П позволяет экономить энергию (потери тепла можно уменьшить не менее чем на 10%);

П предотвращает ряд структурных проблем, таких как: поверхностная конденсация влаги, образование трещин и связанное с ними нарушение эстетического вида здания;

П позволяет избежать роста плесени;

П повышает комфорт.

Конструирование зданий без "тепловых мостиков"

Считается, что оболочка здания не имеет "тепловых мостиков", если тепловые потери через наружные ограждения здания (с учетом всех имеющихся "тепловых мостиков") не превышают значения тепловых потерь, которые рассчитываются с учетом наружной площади ограждающих конструкций и коэффициентов теплопередачи этих конструкций.

Снизить тепловые потери, возникающие из-за "тепловых мостиков", поможет соблюдение следующих четырех простых правил: П правило избегания "тепловых мостиков" - не следует делать отверстий в теплоизоляционной оболочке здания;

П правило прохождения теплоизоляции - если без отверстий в теплоизоляционном слое обойтись нельзя, то в местах нарушения целостности теплоизоляционной оболочки следует максимально повысить сопротивление теплопередаче, например, за счет применения таких материалов, как пенобетон, древесина и др.;

П правило для стыков - утеплитель следует располагать так, чтобы в стыках не было полых пространств, стремясь к полной теплоизоляции стыка;

П правило геометрии - при проектировании по возможности выбирать грани с тупыми углами.

Обычные "тепловые мостики" в расчетных строительных конструкциях должны быть учтены при этом уже в расчетных коэффициентах теплопередачи - в дальнейшем это должно учитываться в расчетных формулах.

С помощью упрощенных критериев проектирование зданий значительно ускоряется. Для некоторых видов соединений конструкций в самом начале должен быть подтвержден факт их соответствия критерию (2.7). Это может, например, осуществляться с помощью расчетов всех важных узлов оболочки здания. Многие производители, предлагающие системные решения, уже следуют этим расчетам и проверили соблюдение критерия для изготавливаемых ими элементов. Если проектировщик использует эти решения, то при проектировании пассивного дома ему уже не нужно будет самому учитывать влияние "тепловых мостиков" и, таким образом, он экономит много времени на расчеты.

Например, на рис. 2.14 показан пример соединения каменной стены (из силикатных блоков) и утепленной фундаментной плиты с помощью термовкладышей (блоков из ячеистого бетона) таким образом, чтобы ликвидировать "тепловой мостик". Для этого узла были рассчитаны значения линейных коэффициентов теплопередачи у в зависимости от используемого материала термического вкладыша (согласно методике конструирования "без тепловых мостиков").

Рис. 2.14. Пример соединения каменной стены с утепленной фундаментной плитой без "теплового мостика"

Рис. 2.15. Зависимость линейных коэффициентов теплопередачи Ф от коэффициента теплопроводности А термовкладыша

Существует зависимость линейных коэффициентов теплопередачи ¥ от коэффициента теплопроводности X термовкладыша. Если X меньше, чем 0,25 Вт/(м*К), то ¥ < 0,01 Вт/(м*К), и конструкция может рассматриваться как не имеющая "тепловых мостиков" (рис. 2.15). На рис. 2.15 этот критерий показан жирной горизонтальной линией. Кроме того, известно, что с помощью "нормальных" блоков, коэффициент теплопроводности X для которых превышает значение 0,8 Вт/(м*К), за счет возникновения линейных "тепловых мостиков" можно получить существенные тепловые потери. Этот пример наглядно демонстрирует, что принцип "конструирования без тепловых мостиков" может быть реализован за счет очень незначительных, совсем простых изменений конструктивных деталей.

Примеры решения проблемы "тепловых мостиков"

Практика показала, что для проблемы "тепловых мостиков" всегда можно найти отличные практические решения.

Тепловые мостики между подвальными перекрытиями или грунтом и внешними стенами

Рассмотрим пример возникновения "теплового мостика" между однооболочной наружной стеной и подвальным перекрытием или плитой основания, изолированной сверху и снизу (рис. 2.16).

Рис. 2.16. "Тепловой мостик" в месте стыка наружной стены с подвальным перекрытием и подвальной стеной или с плитой основания и фундаментной стеной

Тепловая защита будет недостаточной, если в месте стыка наружной стены с подвальным перекрытием и подвальной стеной или с плитой основания и фундаментной коэффициент теплопроводности материалов X превышает значение 0,12 Вт/(м*К).

Однако проблема может быть решена, а "тепловой мостик" ликвидирован, если в местах стыка установить термовкладыш, для которого X < 0,12 Вт/(м*К), как показано на рис. 2.17 (см. также рис. 2.14).

Рис. 2.17. Ликвидация "теплового мостика" в месте стыка наружной стены с подвальным перекрытием и подвальной стеной или с плитой основания и фундаментной стеной за счет установки термовкладыша

Аналогичный пример "теплового мостика", возникающего между полой (двухслойной, изначально имеющей воздушную прослойку) наружной стеной (стеной и подвальным перекрытием или плитой основания, изолированной сверху и снизу), показан на рис. 2.18.

Здесь, как и в предыдущем случае, "тепловой мостик" ликвидируется за счет того, что в местах стыка устанавливается термовкладыш, для которого X < 0,12 Вт/(м*К), как показано на рис. 2.19.

На рис. 2.20 и 2.21 показаны конструктивные решения по ликвидации "тепловых мостиков", возникающих в местах стыка внутренних стен с подвальными перекрытиями и фундаментными стенами.

Рис. 2.18. "Тепловой мостик" в месте стыка полой наружной стены с подвальным перекрытием и подвальной стеной или с плитой основания и фундаментной стеной

Рис. 2.19. Ликвидация "теплового мостика" в месте стыка полой наружной стены с подвальным перекрытием и подвальной стеной или с плитой основания и фундаментной стеной за счет установки термовкладыша

Рис. 2.20. "Тепловые мостики" в местах стыка внутренних стен с плитой основания

Рис. 2.21. "Тепловые мостики" в месте стыка внутренних стен с фундаментными стенами и подвальным перекрытием

"Тепловые мостики" между лестничными пролетами и теплоизолированными стенами или плитой основания

Еще один тип "тепловых мостиков" - это "тепловые мостики" между "теплым" лестничным пролетом (температура поверхности лестницы и температура воздуха в помещении лестничной клетки должна составлять не менее 20 °С, со стороны помещения установлен слой теплоизоляции) и "холодным" подвальным перекрытием или плитой основания (температура в подвальном помещении и температура нетеплоизолированной поверхности составляет 7 °С). Этот вид "теплового мостика" показан на рис. 2.22.

Как и в предыдущем случае, устранения "теплового мостика" можно добиться за счет установки термовкладыша между несущей поверхностью "теплого" лестничного пролета и "холодной" плитой основания. В качестве термовкладыша используется фундаментный камень с низкой теплопроводностью. Далее, слой теплоизоляции между лестничным пролетом и фунд а-ментной стеной должен быть непрерывным, с тем чтобы обеспечить полное отделение лестничного пролета от подвальной стены (рис. 2.23).

Рис. 2.22. Типичные "тепловые мостики" между "теплым" лестничным пролетом и "холодной" плитой основания, а также между лестничным пролетом и подвальной стеной

Рис. 2.23. Ликвидация "теплового мостика" между лестничным пролетом и плитой основания

Примечание

Установка термовкладышей - это весьма эффективное решение проблемы "тепловых мостиков". В этой области очень хорошо себя зарекомендовали термовкладыши Schock Isokorb®, которые обеспечивают термическое разделение конструкций и при этом являются частью статической конструкции, поэтому они представляет собой несущие теплоизолирующие элементы (см. http://www.schoeck.ru/ru/67/--2).

"Тепловые мостики" на вертикальных поверхностях пересечения теплых и холодных стен

"Тепловые мостики" возникают и в местах стыка внешней стены с чердачным перекрытием, отделяющим отапливаемое жилое помещение от неотапливаемого чердака (рис. 2.24), при том условии, что теплопроводность материала наружной стены X > 0,12 Вт/(мхК).

Устранить этот "тепловой мостик" поможет либо установка термовкладышей в наружной стене с высокой теплопроводностью на уровне стыка с чердачным перекрытием (это могут быть блоки из материала с низкой теплопроводностью X < 0,12 Вт/(м*К) - напри мер, пенобетона, пеностекла, базальтовой ваты или пурена1). Еще один вариант - установка вертикальной внутренней теплоизоляции наружной стены неотапливаемого чердака на высоту не менее 60 см (рис. 2.25).

Рис. 2.24. "Тепловой мостик" в месте стыка внешней стены и чердачного перекрытия

Рис. 2.25. Устранение "теплового мостика" в месте стыка наружной стены с чердачным перекрытием за счет установки вертикальной внутренней теплоизоляции в чердачном помещении

Такое решение справедливо не только в отношении наружных стен, но и в отношении внутренних (рис. 2.26 и 2.27). Ликвидация этого "теплового мостика" достигается аналогичными методами.

Рис. 2.26. "Тепловой мостик" в месте стыка внутренней стены с чердачным перекрытием возникает, если теплопроводность материала вертикальной стены А > 0,12 Вт/(м*К)

Рис. 2.27. Устранение "теплового мостика” в месте стыка внутренней стены с чердачным перекрытием за счет установки вертикальной внутренней теплоизоляции в чердачном помещении

"Тепловые мостики" на пересечениях "теплых" и "холодных" стен

Примеры "тепловых мостиков", возникающих на пересечениях "теплых" и "холодных" стен, а также методы борьбы с ними показаны на рис. 2.28-2.30.

Рис. 2.28. "Тепловой мостик" на пересечении "теплых" и "холодных" стен

Рис. 2.29. Удовлетворительное решение проблемы "теплового мостика"

Рис. 2.30. Отличное решение проблемы "теплового мостика"

Сама проблема иллюстрируется схемой, приведенной на рис. 2.28. Стены теплоизолированы частично с теплой стороны и частично - с холодной. Однако на стыках возникают "тепловые мостики". На рис. 2.29 показано удовлетворительное решение проблемы за счет установки теплоизоляции на всех стенах с "холодной стороны". Дополнительно установлена теплоизоляция на уровень не менее 60 см на все стыки, контактирующие с "холодной стороной". Отличным можно признать решение, когда слои теплоизоляции пересекаются без разрывов.

"Тепловые мостики" на стыках "теплых" и "холодных" стен

Аналогичным образом решается и проблема "тепловых мостиков" на стыках "теплых" и "холодных" стен (рис. 2.31 и 2.32). На рис. 2.31 представлено удовлетворительное решение проблемы, когда обе стены отапливаемого помещения теплоизолированы, но с разных сторон. Для ликвидации "теплового мостика" слой теплоизоляции с холодной стороны стен продлен на 60 см. В идеальном же случае (рис. 2.32) слой теплоизоляции должен быть непрерывным.

Рис. 2.31. Удовлетворительное решение

Рис. 2.32. Отличное решение

Решение проблемы "тепловых мостиков" для балконов и выступающих элементов конструкции

Еще один распространенный источник возникновения "тепловых мостиков" - это различные выступающие строительные конструкции, такие как балконы, козырьки, ступеньки перед входом и т. п. Для их ликвидации тоже предусмотрены типовые решения, показанные на рис. 2.33 и 2.34.

Рис. 2.33. Удовлетворительный вариант решения проблемы "тепловых мостиков" для балкона

Рис. 2.34. Вариант решения проблемы, полностью ликвидирующий "тепловые мостики"

Вариант, представленный на рис. 2.33, заключается в точечном креплении балкона или другого выступающего элемента строительной конструкции стальными скобами и обеспечении дополнительной поддержки балкона отдельными колоннами, расположенными перед домом. Если поперечное сечение стальных крепежных элементов невелико, то количество "тепловых мостиков" будет сведено к минимуму. Но по-настоящему свободное от "тепловых мостиков" решение показано на рис. 2.34. На этой схеме конструкция, поддерживающая балкон или другой выступающий элемент, полностью изолирована от здания (рис. 2.34).

Герметичность здания

Помимо устранения "тепловых мостиков", еще одним важным аспектом теплоизоляции здания является обеспечение его герметичности.

Рис. 2.35. Воздушные потоки и тепловые потери в домах за счет негерметичностей

Хорошо утепленные стены - это лишь часть того, что требуется для по-настоящему энергетически эффективного дома. Существенная доля тепловых потерь в домах приходится на всевозможные щели и дыры. Небольшая щель в перекрытии, плохо заделанные стыки между стенами, некачественная герметизация вентиляционных шахт или дымоходов могут служить скрытой причиной постоянного выхолаживания домов даже с очень "теплыми" стенами (рис. 2.35).

Примечание

Обратите внимание на то, что подсос холодного воздуха происходит через щели и негерметичности в подвалах и нижних этажах здания (стрелки, направленные внутрь дома), а вот теплый воздух "улетучивается" через крышу (стрелки, направленные наружу). Это приводит к возникновению проблемы обледенения крыш, к которой мы обязательно вернемся чуть далее.

Проблемы обеспечения герметичности зданий

Часто высказывается мнение о том, что стены и другие ограждающие конструкции здания должны "дышать". При этом многие исходят из ложного представления о том, что "дышать" означает "пропускать воздух", и видят в этом противоречие с необходимостью герметизации. В реальности же ситуация такова: действительно, наружные элементы здания должны быть паропроницаемыми, чтобы избежать повреждения здания сыростью и обеспечить комфортный микроклимат. Когда речь идет о герметизации, то имеется в виду необходимость сделать оболочку здания непроницаемой для воздуха, а не для пара. Например, чтобы выполнить требование герметизации наружной стены, ее покрывают минерализированной штукатуркой. Проветривание помещений по желанию жильцов должно осуществляться не за счет воздухопроницаемости наружных элементов оболочки дома, а за счет проветривания через окна или (в домах с низким энергопотреблением) за счет механической вентиляционной установки. Негерметичности (в местах установки окон и дверей, как и в местах стыков и переходов между конструктивными элементами здания), которые часто встречаются в старых домах, на самом деле приводят не к проветриванию, а к тому, что микроклимат в доме будет зависеть от погоды на улице. При сильном ветре и существенных перепадах температур на улице и в помещении скорость воздухообмена повышается (настолько, что это становится заметно и достаточно неприятно), в то время как в безветренные дни и при незначительных перепадах температур на улице и в помещении ощущается недостаток свежего воздуха даже при открытых окнах.

Элементы конструкции здания, где наиболее часто встречаются негерметичности, показаны на рис. 2.36.

Рис. 2.36. Негерметичности чаще всего встречаются на стыках и переходах между конструктивными элементами здания, особенно в тех случаях, когда не предпринимается никаких специальных мер по их уплотнению (штукатурные работы, проклеивание, изолирующие ленты и т. д.)

Поиск утечек воздуха

Основные рекомендации по поискам негерметичностей сводятся к следующему: во-первых, начните с осмотра всех элементов конструкции, где контактируют между собой разные строительные материалы: например, кирпичная кладка и деревянная обшивка, стыки между фундаментом и стенами и т. д. Затем проинспектируйте следующие области с тем, чтобы выявить наличие щелей, трещин и зазоров:

П места установки дверей и окон;

П проколы для домовых подключений (к сетям центрального электро- и газоснабжения, а также к телефонным сетям и сетям кабельного телевидения);

П водовыпускные краны;

П вентиляционные отверстия и кондиционеры;

П кирпичную кладку, сайдинг, штукатурку, фундамент;

Наиболее сильные утечки можно почувствовать руками, или же обнаружить по отклонению пламени свечи.

Однако наиболее надежным методом поиска негерметично-стей является так называемый "тест давлением" (нем. - Drucktest, англ. - "Blower-Door-Test"), также известный под названием теста с помощью "ветровой двери", схема проведения которого показана на рис. 2.37.

Тест с помощью "ветровой двери" (blower door test) позволяет выявлять малейшие бреши в герметичности здания. Ветровая или вентиляторная дверь представляет собой специализированное диагностическое оборудование, предназначенное для измерения герметичности зданий. При проведении теста давлением ("Blower-Door-Test") используется специальная герметичная дверь (рис. 2.37) с встроенным в нее мощным вентилятором (3) с регулируемой скоростью вращения, которая устанавливается в проеме входной или балконной двери тестируемого здания (4). Вентилятор снабжен зондом для измерения скорости воздушного потока (2) и подключен к пульту, снабженному приборами для измерения перепадов давления (1). При этом в здании закрываются все окна и двери, каминные и печные трубы, а также вентиляционные каналы. Все устройства и приборы, подключенные к подводящим (5) и выводным трубопроводам (6), должны быть уплотнены. Путем нагнетания или откачки воздуха через вентилятор производится поиск и обнаружение неплотностей (щелей или неплотных примыканий), через которые происходит проникновение воздуха в помещение или отток воздуха из помещения. Обнаружение неплотностей и их визуализация могут производиться при помощи дыма (применяется для выявления дефектов фасада здания), газа-носителя и детектора или же с помощью ручного анемометра. Выполняется проверка, не поддувает ли воздух в районе наиболее вероятных неплотностей (оконных и дверных проемов, электрических розеток и выключателей, обогревателей и т. д.). Это можно сделать, подставив руку. Кроме того, можно использовать специальную пудру или дымогенераторы. Высота перепада давлений устанавливается за счет регулировки скорости вращения вентилятора, и производятся замеры объемов закачиваемого воздуха.

Рис. 2.37. Схема проведения теста давлением ("Blower-Door-Test")

При откачке воздуха в здании создается мини-вакуум (перепад давлений составляет 50 Па, что соответствует силе ветра в 5 баллов1, и замеряется объемный расход воздуха через вентилятор и время, за которое был достигнут такой перепад давления. При таком перепаде будут обнаружены все критические места утечки или подсоса воздуха. Использование электронных измерительных приборов (ручных термоанемометров) позволяет измерить скорость ветра в метрах в секунду (м/с) в местах утечки или подсоса. Возможен и другой, правда, более дорогой, метод, при котором дополнительно применяется термографическая камера, с помощью которой визуализируются потоки холодного воздуха в местах протечки. В дополнение к этому, использование термографии позволяет определить и конструктивные "тепловые мостики".

Герметизации подлежат все места утечки/подсоса, где замеренная скорость ветра составляет 2 м/с или более. Разумеется, соответствующие меры по герметизации очень важны и при слишком высокой кратности воздухообмена в целом.

До последнего времени тест с помощью ветровой двери в России практически не применялся. Однако 7 октября 2010 года на выставке "Свой дом" состоялся первый в России тест энергетической эффективности дома с использованием "ветровой двери" (см. http://tinyurl.com/4r2djxv). В день открытия этой выставки в режиме "живого шоу" был подвернут этому испытанию демонстрационный дом от завода "Тамак" (http://tamak.ru/news/view/129.html), причем одновременно с этим велась съемка дома при помощи тепловизора. Двухэтажный коттедж под названием "Лагуна" (загородный коттедж для семьи из 4-5 человек, рассчитанный на круглогодичное проживание) успешно прошел это испытание. Надо надеяться, что этот первый в России тест заложит основы новых традиций контроля качества в строительстве, поскольку подобные тесты широко используются в Европе и США и убедительно доказали свою эффективность. Рекомендации, которые даются производителям домов по итогам таких тестов, позволяют значительно повышать качество жилья.

Помимо теста вентиляторной дверью большинство программ сертификации зданий по "зеленым стандартам" требуют также проведения теста герметичности системы воздуховодов. Требования "зеленых стандартов" предписывают, чтобы общий объем утечек из системы воздуховодов составлял не более 6 кубических футов в минуту (0,0238 м3/мин) на каждые 100 квадратных футов (1 кв. фут ~ 0,0929 м2).

Широко применяются следующие виды тестов:

П Только с помощью вентиляторной двери - самый простой тест, при котором производится два замера. Первый замер производится обычным образом, а второй - при всех отверстиях и вентиляционных решетках, заклеенных бумагой и изолентой. Разница двух замеров дает приблизительные утечки системы воздуховодов.

П Тест с помощью вентиляторной двери и специальных диагностических заглушек (pressure pans), устанавливаемых на вентиляционные отверстия и снабженных датчиками давления (рис. 2.38). При этом вентиляторная дверь используется для откачивания воздуха из дома при выключенной системе кондиционирования, все вентиляционные отверстия в помещении поочередно закрываются диагностической заглушкой, и с них считываются показания манометра, который показывает давление воздуха, проникающего в вентиляционную систему. Обычно это бывают значения от 1 Па до 45 Па (чем выше эти показания, тем ниже герметичность воздуховодов).

Рис. 2.38. Диагностическая заглушка для проверки герметичности воздуховодов систем вентиляции и кондиционирования

Рис. 2.39. Метод тестирования системы воздуховодов вентиляционной системы

П Тестирование с помощью специального калиброванного вентилятора (Duct Blaster). Диагностическая установка напоминает небольшую "вентиляторную дверь (рис. 2.39).

Проведение тестирования включает следующие шаги:

П Все приточные и вытяжные решетки запечатываются полиэтиленом и скотчем (как показано на рис. 2.40), кондиционер (если есть) выключается.

П Устанавливается диагностическое оборудование (недалеко от отопительной установки или большой рециркуляционной вентиляционной решетки).

П Датчик манометра вводится в камеру обработки воздуха.

П Калиброванный вентилятор включается и начинает нагнетать давление воздуха до 25 Па (типичное рабочее значение для систем механической вентиляции). Воздушный поток через вентилятор (отображается манометром в кубических футах в минуту) соответствует воздушному потоку, просачивающемуся через негерметичности в системе воздуховодов.

Рис. 2.40. Тестирование герметичности воздуховодов

Обеспечение герметичности здания при строительстве новых домов

Перед выбором стратегии герметизации необходимо учесть взаимодействие между любыми герметизирующими материалами и остальными компонентами здания и его инженерных систем, в том числе:

П теплоизоляцией;

П системами по контролю уровня влажности;

П системами вентиляции.

Герметичность поверхностей лучше всего обеспечивать с внутренней стороны каждого из конструктивных элементов здания.

Для кирпичных и каменных зданий для этой цели применяется штукатурка. Для легких строительных конструкций используются древесные материалы или фанера, полиэтиленовые пленки, прессованная сухая штукатурка или армированный строительный картон, с тщательным проклеиванием соединительных швов. Для склеивания листов из полиэтиленовой пленки применяются специальные бутилкаучуковые клейкие ленты. Строительный картон обрабатывается клеем на основе акрилата или натурального каучука. Стыки между деревянными или фанерными листами можно проклеивать бутилкаучуковыми лентами или нарезать ленты из строительного картона и обработать их соответствующими клеями. Труднее всего обеспечить герметичные стыки в форме линий там, где оштукатуренная стена стыкуется с пленками или плитами:

П Если герметизируемая поверхность с одной стороны покрывается полиэтиленовой пленкой, то место стыка с оштукатуренной поверхностью следует либо армировать с помощью тянутой цельнорешетчатой металлической сетки и заштукатурить или проклеить клеем на основе акрилата или полиуретановым клеем-затиркой для швов и стыков.

П Листы из армированного строительного картона можно приклеивать каучуковым клеем к гладкому подстилающему слою. П Стыки между деревянными или фанерными плитами и штукатуркой следует проклеивать бумажными или картонными лентами.

Особенно сложно устранять негерметичности в местах точечных проколов, иначе говоря, обеспечить герметичные подводы в местах, через которые проходят кабели или трубопроводы. Каждый элемент, проходящий через герметизируемую поверхность (к таким элементам относятся балки, вентиляционные и другие трубопроводы и т. д.), представляет собой разрыв в герметизируемой поверхности и должен быть надлежащим образом изолирован. При использовании легких строительных конструкций при проколе герметизируемых плоскостей для провода через них проникающих элементов можно использовать манжеты из герметизирующих пленок или картона и герметизировать места стыков уже описанным методом. Можно использовать и герметизирующие клейкие ленты. Места прокола для проводки трубопроводов через оштукатуренные каменные или кирпичные стены можно герметизировать специальными круглыми резиновыми уплотняющими прокладками или герметизирующими пастами, долгое время сохраняющими эластичность.

Особую проблему представляет каминные дымоходы. Пористая каменная облицовка представляет собой нарушение герметичности. Поэтому каминный дымоход должен быть полностью оштукатурен, в том числе и там, где он проходит через (неуплотненное) перекрытие из деревянных балок. Стык между герметизирующими материалами при прохождении как через внутренние, так и через внешние стены должен быть герметизирован либо путем оштукатуривания, либо путем проклеивания. Все соединения, стыки и проколы следует тщательно планировать, и после выполнения работ обеспечивать их герметизацию. В случае обнаружения мест утечки или подсоса не существует другого варианта, кроме их проклеивания или уплотнения пастообразным герметиком.

Образование плесени на стенах и перекрытиях

Образование плесени на стенах и перекрытиях, особенно в углах комнат и на откосах окон, в старых зданиях является проблемой, встречающейся довольно часто. Причины образования плесени - это не только привычки жильцов, но и недостаточная теплоизоляция наружной стены, в том числе - и образование "тепловых мостиков".

Для роста плесневых грибков необходима влага. Стены в жилищах становятся влажными из-за конденсации влаги из воздуха, когда температура поверхности стены оказывается ниже, чем температура точки росы при заданной относительной влажности воздуха. Диаграмма, представленная на рис. 2.41, показывает общую зависимость между температурой воздуха в помещении, относительной влажностью воздуха в этом же помещении и температурой точки росы. Если температура воздуха в помещении составляет 20 °С при относительной влажности воздуха 60%, то температура точки росы на поверхности стены равняется примерно 12 °C, а при температуре воздуха 15 °С и относительной влажности 70% - 9,5 °C. В качестве других причин появления плесени можно назвать влагу, поднимающуюся из цоколя, ливневые дожди, пропитывающие наружную штукатурку внешних стен и, наконец, негерметичные водосточные трубы и желоба.

Рис. 2.41. Общая зависимость между температурой воздуха в помещении, относительной влажностью воздуха в этом же помещении и температурой точки росы (цитируется по книге: Recknagel-Sprenger: Handbuch der Heizungs- und Klimatechnik)

Если температура внутренней поверхности стены оказывается ниже, чем температура точки росы, вследствие недостаточной теплоизоляции, из-за наличия "тепловых мостиков" и/или вследствие недостаточной конвекции (в углах, за шторами, за шкафами и другой массивной мебелью), то избыточная влага из воздуха будет конденсироваться и осаждаться в холодной зоне. С течением времени длительное пропитывание покрытий (ковровых, лакокрасочных), содержащих питательные органические вещества, приводит к образованию плесени. Если окна в помещении герметичны, и оно недостаточно хорошо проветривается, это приведет к тому, что влажность воздуха в нем будет повышена постоянно. В результате выделение конденсата в таких холодных зонах усиливается до такой степени, что, в конце концов, конденсат появляется даже на относительно теплых поверхностях стен.

Таким образом, во многих случаях недостаточная теплоизоляция и плохое проветривание служат причинами образования плесени. В рассматриваемом примере одна из стен имеет теплоизоляцию, и ее коэффициент теплопроводности U = 0,25 Вт/м2*К, в то время как другая стена теплоизоляции не имеет, и ее коэффициент теплопроводности U = 1,45 Вт/м2*К. В результате температура поверхности в углу падает до 10 °C, так что образование плесени начинается уже при относительной влажности воздуха 52% (см. рис. 2.42).

Средства борьбы с образованием плесени сводятся к следующему: во-первых, необходимо усилить теплоизоляцию наружной стены (или другого конструктивного элемента здания), чтобы повысить температуру внутренней поверхности стены и предотвратить образование конденсата. Во-вторых, по возможности, в хорошо теплоизолированных зданиях рекомендуется применять систему вентиляции с автоматическим управлением влажностью воздуха, что позволяет снизить относительную влажность воздуха до тех значений, когда она становится некритичной.

Рис. 2.42. Причины образования плесени в угловом помещении.

Цитируется по учебным материалам для сотрудников Международного энергетического агентства (МЭА)1: "Schulungsmaterial der Energieagentur NRW, Impuls-Programm"

Диффузия пара

В связи с мерами по теплоизоляции часто всплывает и такое понятие, как "диффузия пара". Это явление не поддается визуализации, так как водяной пар, как и другие вещества, просачивающиеся через элементы конструкции здания, невидим. В первую очередь, в холодное полугодие (осень - зима), когда снаружи здания воздух охлаждается до низких температур, а внутри здания при комнатных температурах наблюдается высокая влажность, водяной пар конденсируется на внутренних сторонах стен. При долго временном воздействии этот конденсат может полностью пропитать стены и привести к их повреждению. Чтобы ослабить образование конденсата или, в идеальном случае, сделать его невозможным, применяются теплоизоляционные и пароизоляционные материалы.

Большинство строительных материалов могут впитывать влагу и затем ее выделять, по этой причине они более или менее проницаемы для влаги. При этом в холодные сезоны теплый воздух внутри здания, как правило, содержит больше водяного пара, нежели холодный уличный воздух (иными словами, относительная влажность воздуха в помещениях выше, чем на улице). В результате этого перепада давления водяных паров они просачиваются наружу через массивные стены здания. Так как тепло утекает из помещений наружу, и температуры снижаются в направлении изнутри наружу, может случиться так, что в некоторых строительных материалах водяной пар будет конденсироваться. В однослойных гомогенных кирпичных стенах конденсат зимой образуется часто, но это не сильно заметно, потому что количество конденсата очень мало. Кроме того, в теплые сезоны (весна - лето) кирпичные стены, как правило, полностью просыхают.

Чтобы избежать повреждения конструкций вследствие пропитывания их влагой, предлагаются две стратегии:

1. На теплую и влажную внутреннюю сторону наружной стены необходимо нанести пароизоляцию из строительных материалов, замедляющих диффузию, а на наружную, сухую и холодную - теплоизолирующий слой из материала, не препятствующего диффузии.

2. Утеплить внешнюю стену снаружи, тогда температура внутри стены повысится, потому что слой теплоизоляции покроет большую часть конструктивного элемента. Поэтому, как правило, риск выпадения конденсата при внешней теплоизоляции снижается (кроме случаев установки паронепроницаемой наружной облицовки). Напротив, при установке внутренней теплоизоляции температура в расположенных за теплоизоляцией слоях снижается, и опасность выпадения конденсата возрастает, особенно если внутренняя теплоизоляция не защищена пароизолирующими слоями (например, парозащитной прокладкой).

Рис. 2.43, а и б. Диффузия тепла и водяного пара через одно- и многослойные внешние стены здания.

Источник: Arndt, H.: "Warme- und Feuchteschutz in der Praxis”. Berlin 1996

Рис. 2.43, в и г. Диффузия тепла и водяного пара через одно- и многослойные внешние стены здания.

Источник: Arndt, H.: "Warme- und Feuchteschutz in der Praxis". Berlin 1996

Вывод

Внешняя теплоизоляция не только позволяет экономить энергию, но и поддерживает здание в тепле и сухости. По этой причине внешней теплоизоляции в большинстве случаев следует отдать принципиальное предпочтение перед внутренней. Тем не менее, в некоторых случаях можно установить и внутреннюю теплоизоляцию, выполнив реконструкцию таким образом, чтобы конструктивные элементы здания не подвергались опасности выпадения конденсата.

Масштабы переноса влаги путем диффузии часто переоцениваются, и при этом совершенно не учитывается тот факт, что влаго-обмен возможен и через конвекцию (т. е. путем переноса с воздухом). Если в конструктивном элементе имеются полости и пустоты, то влагообмен может происходить и через них, и тогда влага в действительности переносится намного быстрее и в гораздо больших количествах.

Особенности диффузии тепла и водяного пара через одно-и многослойные внешние стены здания показаны на рис. 2.43.

Принцип оптимизации теплоизоляции

Применение усиленной теплоизоляции возможно при любом строительстве: в кирпичных, деревянных зданиях, зданиях из сборных элементов, зданиях с использованием различных видов несъемных опалубок, зданиях из металлических конструкций и в смешанных вариантах.

Из опыта строительства энергетически эффективных новостроек можно вывести следующий важный принцип: при устройстве теплоизоляционной оболочки не следует экономить на толщине. Этот принцип относится в особенности к пассивным домам, так как хорошая теплоизоляционная оболочка является экономически оправданным путем по экономии энергии.

Выбор теплоизолирующих материалов

Осуществление теплоизоляции и герметизации оболочки здания при реконструкции старых домов позволяет снизить энергетические затраты здания и уменьшить выбросы CO2 в атмосферу.

С другой стороны, при изготовлении теплоизолирующих и уплотняющих материалов тоже расходуется энергия, а в атмосферу выбрасывается углекислота. Тем не менее, теплоизоляция и герметизация оболочки существующих зданий всегда окупается. Кроме того, необходимо уделить внимание и аспектам экологической безопасности и защиты окружающей среды. В этой книге предпочтение будет отдаваться таким теплоизолирующим материалам, использование которых с точки зрения экологии считается рекомендованным. При выборе строительных материалов рекомендуется руководствоваться следующими соображениями:

П Доступность сырья

Идет ли речь о доступных видах сырья или, например, о вторичном сырье? Ограничены ли источники сырья, насколько велики их запасы? Наносит ли добыча этого сырья вред окружающей среде?

П Расход энергии

Насколько высоки затраты первичной энергии на добычу сырья, его производство, транспортировку, переработку, производство конечной продукции и ее доставку потребителю? Расходуется ли дополнительная энергия в тех случаях, когда материал требуется утилизировать?

П Нагрузка на окружающую среду

Какую нагрузку на окружающую среду представляют собой добыча сырья, производство продукции, ее транспортировка. Использование в строительстве и, наконец, утилизация? Происходят ли при этом выбросы вредных веществ (пыль, летучие соединения, радиоактивные вещества)? Сильно ли при этом страдает экология?

П Сроки эксплуатации

Насколько долговечен продукт, в течение скольких лет он может эксплуатироваться и оставаться сохранным? Какие затраты (материалы, энергия, работа) требуются на поддержание конструкции?

П Оказывает ли материал вредное влияние на здоровье жильцов домов, в строительстве которых использовался данный материал? Страдает ли здоровье рабочих, занятых добычей и переработкой сырья?

П Полностью ли раскрыт химический состав материала? Нет ли в составе стройматериала компонентов, вредное влияние которых на организм человека хорошо известно и подтверждено? Не выделяются ли при переработке и изготовлении материала вредные вещества или яды? Не происходит ли выделения летучих веществ в окружающую среду в процессе эксплуатации? Не наблюдается ли посторонних или просто неприятных запахов?

Об экологически вредных материалах

Одной из причин пристального внимания к этой теме послужила медицинская статистика - участились факты обращения врачам людей с жалобами на головную боль, тошноту, раздражение глаз и другими аллергическими проявлениями. Первая острая реакция на токсичные вещества, выделяемые такими материалами, называется "жилищным синдромом", симптомы которого со временем исчезают. Если человек продолжает жить в таком жилище, состояние его здоровья может постепенно ухудшаться из-за накопления в организме вредных веществ.

Естественно, что чаще всего застройщики в нашей стране при возведении дома и выборе строительных материалов руководствуются их относительно низкой стоимостью. Ведь не секрет, что большинству приходится при строительстве экономить практически на всем. К сожалению, лишь по прошествии некоторого времени может прийти понимание того, что дешевые стройматериалы все равно "возьмут свое", нанеся вред вашему здоровью.

Поэтому предпочтение всегда следует отдавать экологически чистым строительным материалам. Для начала внимательно ознакомьтесь с характеристиками строительного материала, который собираетесь использовать при строительстве дома, узнайте его потребительские свойства и качества. В принципе, вредные вещества при большом желании можно найти почти в любом строительном материале, особенно это касается тех материалов, при изготовлении которых использовались химические добавки для придания изделию необходимых характеристик, например, прочности. Но без них в производстве, например, битума, ДВП, ДСП, полимерных материалов обойтись нельзя, поэтому подоб ные материалы находятся в "группе риска". Главное, что вы должны иметь в виду - любой из приобретаемых вами строительных материалов должен обладать санитарно-эпидемиологическим заключением. Это требование касается абсолютно всей продукции, реализуемой как на строительных рынках, так и в магазинах. Такой сертификат выдается после исследования материала, в ходе которого выявляется его соответствие санитарным нормам и безопасность для здоровья. С этим документом можно ознакомиться у продавца или фирмы-поставщика. Следует также отметить и то, что продукция известных фирм в этом плане более надежна.

Обычно при строительстве "каркаса" дома выбор останавливается на двух стройматериалах - кирпич или дерево. Каждый из них имеет как преимущества, так и недостатки. Дерево является одним из самых экологически чистых материалов. Но кроме вас дерево стремятся сделать своим домом множество паразитов, попутно уничтожая его, поэтому без обработки специальными составами древесина долго не продержится. Кроме того, нужно помнить, что древесина подвержена процессам гниения, это значит, что нужно позаботиться о средствах против гниения. Но ведь эти средства и составы не могут защищать дерево вечно? Они в процессе эксплуатации дома испаряются и теряют свою защищающую способность, поэтому обработка дерева носит достаточно регулярный характер.

Такой строительный материал, как кирпич, не страдает от этих проблем, но если дом возведен в условиях повышенной влажности, то даже при хорошем отоплении его стены довольно трудно прогреть. А если отопление некачественное или происходят сбои, то жители дома обречены на частые простуды.

Следующим по экологической безопасности стройматериалом является бетон, со своими производными: газобетоном и пенобетоном. Такой материал, как асбест, который используется в производстве шифера, является запрещенным во многих странах. Многие, экономя на качественном покрытии из черепицы, покрывают крышу шифером. Но, пожалуй, стоит не один раз задуматься, ведь асбест выделяет в атмосферу вредные частицы, что может вызвать болезни легких, более того, горячий шифер еще опасней и может спровоцировать рак легких. Это же можно сказать и об изделиях из пластмассы, которая применяется при производстве канализационных труб и фитингов.

Если говорить о внутренней отделке интерьера, то здесь вред здоровью могут нанести очень много материалов. В первую очередь это относится к лакам и краскам, использующимся как для наружных, так и для внутренних отделок. Краски, лаки, паркетные пропитки - все они несут опасность, как сразу после окраски, так и длительное время после нее. Самым распространенным действием этих материалов является ожог дыхательных путей. В число опасных красок входят синтетические и те, которые выпускают с растворителями. Эти краски токсичны и источают резкий запах. Металлосодержащие краски также могут быть опасны, высыхая, ее частицы могут попасть на мебель, в воздух, в пищу, и затем в организм, нанося вред здоровью.

Сегодня стремительную популярность набирают окна из ПВХ. Поливинилхлорид (ПВХ) является веществом, которое часто используется в изготовлении различных предметов отделки внутренних помещений (плинтусы, уголки, молдинги). Данное вещество при разложении может выделять в атмосферу вредные компоненты. Полистирол и пенополистирол, из которых изготавливаются многие отделочные материалы, ничем не уступают поливинилхлориду по вредности.

Очень популярный материал ДСП, широко применяется в производстве и отделке мебели. Если в помещении температура воздуха выше 20 градусов, фенол, который содержится в ДСП, активно испаряется. Часто материал, которым обклеена мебель из ДСП, не имеет достаточной пропускной способности, и фенол скапливается под ним в опасной концентрации. Фенол является признанным канцерогеном, который активно влияет на центральную нервную систему. Единственным выходом является проветривание мебели из ДСП в разобранном виде.

Экологически чистый паркет, считающийся безвредным, можно опрометчиво покрыть токсичным лаком, что сделает его крайне опасным. Из этого следует, что нужно знать, какие строительные и отделочные материалы вы покупаете, их свойства, и что с ними делать можно, а что нельзя.

Общие рекомендации по выбору утеплителей могут быть сведены к следующему:

П Керамзит (керамзитовый гравий) - экологичный, долговечный, но малоэффективный и трудоемкий в работе. Не используется для внутренних помещений.

П Стекловата - эффективный утеплитель, но сильно "сыплется", кроме того, со временем она может "просесть" и оставить неутепленные участки.

П Пенопласт, пенополистирол прочны, доступны, но плохо выводят пары из помещений наружу, вследствие чего на стенах выпадает конденсат и начинается рост плесневых грибков. Кроме того, эти материалы горючи и при пожаре выделяют вредные вещества.

П Каменная вата (минеральная вата на основе базальта) хорошо защищает от жары и холода, безопасна для здоровья, рекомендована к применению в детских, оздоровительных учреждениях и жилых помещениях. Это негорючий материал, не выделяющий при пожаре токсичных газов.

Базы данных с информацией о классах экологического качества строительных материалов в виде справочных информационных карточек можно найти здесь: http://art-con.ru/node/1016.

Качество теплоизоляции для пассивных домов

Тепловые потери зимой в пассивном доме пренебрежительно малы. Температуры на внутренней поверхности наружных стен почти равны температуре внутреннего воздуха и не зависят от вида системы отопления. Это приводит к очень комфортному микроклимату и не допускает повреждения наружных конструкций под воздействием влажного воздуха.

Летом хорошая теплоизоляция защищает от перегрева. Для комфорта внутренних помещений в летнее время необходима хорошая защита от солнца на окнах и вентиляция в достаточном количестве. Хотя в нашем климате защите от летнего перегрева уделялось крайне мало внимания, но аномальная жара, стоявшая в России летом 2010 года, заставляет учитывать и эту проблему.

Для этой цели применяются специальные отражающие изоляционные материалы (reflective insulation), которые, как правило, состоят из тонкой алюминиевой фольги на разнообразных подложках.

В пассивных домах качество теплоизоляционной оболочки и герметичность здания проверены временем. Следующий принцип - это конструирование без "тепловых мостиков". Теплоизоляционная оболочка устраивается вокруг всего здания без разрывов и без уменьшения толщины. Благодаря этому не остается ни холодных углов, ни высоких тепловых потерь.

Наиболее рациональными видами энергетически эффективных наружных ограждающих конструкций являются многослойные композитные конструкции стен и покрытий с использованием минеральных материалов.

Основные резервы экономии тепла можно реализовать при утеплении существующих жилых домов. Утепление наружных стен - самый дорогостоящий и трудоемкий процесс - обеспечивает снижение тепловых потерь примерно на 12-15%.

Заключение

Итак, в этой главе мы рассмотрели общетеоретические принципы функционирования пассивных и энергетически эффективных домов, а также взаимосвязь аспектов энергосбережения и комфортного, экологически благоприятного микроклимата внутри помещения. В следующих главах мы рассмотрим как уже апробированные, так и инновационные решения по теплоизоляции современных домов.

Глава 3

Обзорная информация о конструктивных решениях по теплоизоляции зданий

Основные элементы здания можно подразделить на следующие группы:

П несущие, воспринимающие основные нагрузки, возникающие в здании;

П ограждающие, разделяющие помещения, а также защищающие их от атмосферных воздействий и обеспечивающие сохранение в здании определенной температуры;

П элементы, совмещающие и несущие, и ограждающие функции.

К основным конструктивным элементам здания относятся: фундаменты, стены, перекрытия, отдельные опоры, крыша, перегородки, лестницы, окна, двери.

Фундаментом называется подземная конструкция, основным назначением которой является восприятие нагрузки от здания и передача ее основанию.

Стены отделяют помещения от внешнего пространства (наружные стены) или от других помещений (внутренние стены), выполняя тем самым ограждающую функцию. Кроме того, стены могут нести нагрузку не только от собственного веса, но и от вышележащих частей здания (перекрытий, крыши и др.), осуществляя несущую функцию. Стены, воспринимающие, кроме собственного веса, нагрузку и от других конструкций и передающие ее фундаментам, называют несущими. Стены, опирающиеся на фундаменты и несущие нагрузку от собственного веса по всей высоте, но не воспринимающие нагрузки от других частей здания, носят название самонесущих.

Перекрытиями называют конструкции, разделяющие внутреннее пространство здания на этажи. Перекрытия ограничивают этажи и расположенные в них помещения сверху и снизу (ограждающие функции) и несут, кроме собственного веса, полезную нагрузку, т. е. вес людей, оборудования и предметов, находящихся в помещениях (несущие функции). Кроме того, перекрытия играют весьма существенную роль в обеспечении пространственной жесткости здания, т. е. неизменяемости его конструктивной схемы под действием всех возможных нагрузок. Перекрытия, в зависимости от их расположения в здании, бывают междуэтажные, разделяющие смежные по высоте этажи; чердачные, отделяющие верхний этаж от чердака; нижние, отделяющие нижний этаж от грунта, и надподвальные, отделяющие первый этаж от подвала. По верху междуэтажных перекрытий настилают полы в зависимости от назначения и режима эксплуатации помещения, а нижняя поверхность перекрытия (или покрытия) образует потолок для нижележащего помещения. Перекрытия могут опираться или непосредственно на колонны, или на уложенные по ним балки (прогоны).

Отдельными опорами называют стойки (столбы или колонны), предназначенные для поддержания перекрытий, крыши, а иногда и стен, и передачи нагрузки от них непосредственно на фундаменты. Колонны и прогоны образуют так называемый внутренний каркас здания.

Крыша является конструкцией, защищающей здание сверху от атмосферных осадков, солнечных лучей и ветра. Верхняя водонепроницаемая оболочка крыши называется кровлей. Крыша вместе с чердачным перекрытием образует покрытие здания. Мансардным этажом (или мансардой) называется этаж в чердачном пространстве, фасад которого полностью или частично образован поверхностью (поверхностями) наклонной или ломаной крыши. В том случае, если в здании отсутствует чердак, функции чердачного перекрытия и крыши совмещаются в одной конструкции, которая называется бесчердачным покрытием.

Перегородками называют сравнительно тонкие стены, служащие для разделения внутреннего пространства в пределах одного этажа на отдельные помещения. Перегородки опираются в каждом этаже на перекрытия и никакой нагрузки, кроме собственного веса, не несут.

Лестницы служат для сообщения между этажами. Из противопожарных соображений лестницы, как правило, заключаются в специальные, огражденные стенами, помещения, которые называются лестничными клетками.

Для освещения помещений естественным светом и для их проветривания (вентиляции) служат окна, а для сообщения между соседними помещениями или между помещением и наружным пространством - двери. В некоторых случаях, при необходимости ввоза или проноса в помещение крупногабаритного оборудования или транспортных средств, помимо дверей устраивают еще и ворота.

Кроме только что перечисленных, существует еще ряд конструктивных элементов (например, балконов, входных площадок, приямков у окон подвала и др.), которые нельзя отнести ни к одной из указанных групп.

Наиболее животрепещущий вопрос, который стоит в малоэтажном строительстве, как перед владельцами уже имеющихся домов, так и перед застройщиками, сводится к следующему: как быстро и качественно утеплить ограждающие конструкции здания, создать комфортные условия для проживания и снизить затраты на отопление загородного дома? Ведь можно много лет строить дом на массивном фундаменте со стенами метровой толщины, а можно вместо этого применить современные технологии строительства и системы теплоизоляции.

Если застройщик сделал выбор в пользу современных решений по теплоизоляции, то далее перед ним встают следующие вопросы:

П Как правильно выбрать материал?

П Сколько материала приобрести?

П Как его правильно установить?

Типовые варианты теплоизоляции различных конструктивных элементов здания

В данном разделе будут вкратце рассмотрены типовые решения по теплоизоляции ограждающих конструкций здания, наиболее часто применяющиеся в современной практике малоэтажного и коттеджного строительства. Типовые решения, касающиеся утепления фудаментов и цоколей, а также защиты от промерзания, рассматриваются в главе 4.

Комплексная система термоизоляции

Комплексная система термоизоляции (термооболочка) (рис. 3.1) может применяться как при новом строительстве, так и при реконструкции или капитальном ремонте уже существующих зданий. Она предназначается для всех оштукатуренных фасадов, но подходит и для сильно поврежденных кирпичных фасадов,

Рис. 3.1. Комплексная система термоизоляции (термооболочка):

1 - наружная стена, 2 - теплоизолирующие плиты (1 или 2 слоя);

3 - слой штукатурки; 4 - штифт или дюбель;

5 - армирующая стеклоткань, 6 - наружная штукатурка в 2 слоя имеющих запущенный внешний вид. На наружную поверхность стены (при реконструкции - непосредственно на старый слой наружной штукатурки) наклеивается слой термоизоляционного материала, который затем дополнительно крепится к стене на штифтах, укрепляется тканой арматурой и покрывается двумя слоями штукатурки.

Эта система утепления фасадов применяется в Германии с 1957 года. В Республике Беларусь с 1996 года к массовому применению рекомендована похожая система многослойного утепления "Термошуба" производства компании "Сармат" (http://tinyurl.com/4r7rg65).

Навесные вентилируемые фасады

Навесные фасады с системой выходных вентиляционных каналов (рис. 3.2) применяются, когда кирпичные фасады подвер-

Рис. 3.2. Навесной фасад с системой выходных вентиляционных каналов: 1 - наружная стена; 2 - вертикальные деревянные рейки;

3 - теплоизоляционные плиты; 4 - диффузионно-проницаемый лист; 5 - деревянная обрешетка; 6 - вентилируемый воздушный зазор;

7 - наружная деревянная обшивка гаются эрозии из-за интенсивного воздействия солнца, дождя и ветра, а также в тех случаях, когда требуется сделать акцент на художественном оформлении фасада. Навесные фасады конструктивно сложнее, их проектирование представляет собой трудоемкий процесс, и поэтому они стоят дороже, чем системы термоизоляции типа "термооболочка". Зато их преимущество заключается в том, что они предлагают большее количество разнообразных возможностей по архитектурно-художественному оформлению фасадов, нежели предыдущий вариант.

Теплоизоляция с внутренней стороны наружных стен здания

Вариант с установкой термоизоляции с внутренней стороны наружных стен здания показан на рис. 3.3. При новом строительстве обычно предпочтение отдается наружной теплоизоляции,

Рис. 3.3. Внутренняя теплоизоляция наружной стены:

1 - наружная стена; 2 - вертикальные деревянные рейки;

3 - теплоизолирующие плиты; 4 - пароизоляционная прокладка; 5 - внутренняя обшивка поскольку установка теплоизоляции изнутри уменьшает жилую площадь. Но вариант с внутренней теплоизоляцией подходит для реконструкции зданий, являющихся памятниками старины или просто имеющих красивые, хорошо сохранившиеся фасады. Установка внутренней теплоизоляции может выполняться при масштабном ремонте внутренних помещений. Это решение следует выбирать в тех случаях, когда установка наружной теплоизоляции не представляется возможной.

Теплоизоляция двойных стен

Двухоболочные стены - двойные стены с вертикальным воздушным зазором (рис. 3.4) часто встречаются в Северной Германии, где являются традиционным методом строительства. Применяется такой метод кладки и в России, о чем будет рассказано далее в главе 5. Такие двухоболочные конструкции позволяют встраивать дополнительный теплоизолирующий слой между

Рис. 3.4. Теплоизоляция в двойной наружной стене:

1 - внутренний слой кладки; 2 - наружный слой кладки; 3 - металлические анкеры; 4 - сыпучий утеплитель оболочками стены путем закачивания уплотняющего материала, так, чтобы ликвидировать воздушные зазоры. При новом строительстве полости в облегченной кладке рекомендуется заполнять сыпучим утеплителем сразу же по мере строительства. При реконструкции и капитальном ремонте существующих зданий практика показала, что при сохранной наружной оболочке стены (без трещин) и диффузионно-проницаемых поверхностях (без использования облицовочного паронепроницаемого клинкерного кирпича или краски) имеющаяся вентиляция наружной оболочки стены не является строго обязательной.

Теплоизоляция скатов крыши

Теплоизоляция скатов крыши путем установки теплоизолирующего слоя (рис. 3.5) между стропилами может быть выполнена изнутри, если чердачное помещение еще не оборудовано.

Рис. 3.5. Теплоизоляция скатов крыши путем установки теплоизоляции между стропилами: 1 - внутренняя обшивка; 2 - парозащитная мембрана; 3 - теплоизоляционные плиты; 4 - стропила;

5 - вертикальная обрешетка; 6 - горизонтальная обрешетка;

7 - подкровельная гидроизоляция; 8 - вентилируемый зазор;

9 - кровельное покрытие (например, черепица)

При условии, что кровельное покрытие нуждается в обновлении, установка теплоизолирующего материала может быть выполнена снаружи. Если кровельное покрытие находится в хорошем состоянии и заслуживает сохранения, как и внутренняя обшивка, можно осуществить теплоизоляцию путем вдувания насыпных теплоизолирующих материалов в межстропильное пространство из чердачного помещения над стропильной стяжкой. В любом случае должны быть сохранены выходные вентиляционные каналы между кровлей и чердаком.

Теплоизоляция скатов крыши под стропилами

Теплоизоляция скатов крыши под стропилами (рис. 3.6) рекомендуется в качестве дополнения к теплоизоляции между стропилами по предыдущему варианту. Дополнительный слой теплоизоляции под стропилами ослабляет влияние "тепловых мостиков", которые все еще остаются после установки утеплителя между стропилами.

Рис. 3.6. Теплоизоляция скатов крыши под стропилами:

1 - кровельное покрытие; 2 - вентилируемый зазор; 3 - стропила; 4 - межстропильная теплоизоляция; 5 - подкровельная гидроизоляция; 6 - дополнительная внутренняя теплоизоляция;

7 - парозащитная мембрана; 8 - внутренняя обшивка

Установка теплоизоляции поверх стропил

Альтернативой или дополнением к установке утеплителя в межстропильном пространстве является установка теплоизоляции поверх стропил (рис. 3.7), которая в любом случае требует разборки и перекрытия кровли. Такое решение позволяет в существенной степени устранить "тепловые мостики", и, кроме того, необшитые стропила могут использоваться в качестве декоративного элемента в дизайне интерьера чердачного помещения.

Рис. 3.7. Теплоизоляция скатов крыши путем установки теплоизолирующего слоя над стропилами: 1 - стропила;

2 - внутренняя обшивка; 3 - пароизоляционная прокладка;

4 - утеплитель; 5 - подкровельная гидроизоляция;

6 - вертикальная обрешетка; 7 - горизонтальная обрешетка;

8 - кровельное покрытие; 9 - вентилируемый воздушный зазор

Утепление плоской кровли

Если в рамках реконструкции предстоит выполнить герметизацию невентилируемой плоской кровли, то невентилируемая плоская крыша тоже может быть снабжена более мощным слоем теплоизоляции (рис. 3.8). Для усиления теплоизоляции можно на герметизированную кровлю уложить дополнительный слой из теплоизолирующих плит, а затем защитить изоляцию от подсоса ветром слоем гравийной засыпки.

Рис. 3.8. Утепление плоской крыши: 1 - железобетонная плита;

2 - подкровельная гидроизоляция; 3 - теплоизолирующие плиты;

4 - дополнительная теплоизоляция; 5 - подкровельная гидроизоляция; 6 - слой гравия

Теплоизоляция межэтажных перекрытий

При теплоизоляции межэтажных перекрытий верхних этажей и чердачных перекрытий можно без особых сложностей выполнить путем укладки теплоизолирующих матов или плит толщиной до 40 см. Утеплитель должен повсюду герметично прилегать к полу. Если чердак должен быть проходимым, этого можно добиться путем укладки простого плитного напольного покрытия, хотя, конечно, это повлечет за собой дополнительные затраты (рис. 3.9). Если оборудование чердака под полезное помещение не планируется, достаточно убедиться в том, что проходимой является хотя бы одна часть поверхности.

Рис. 3.9. Теплоизоляция межэтажных перекрытий верхних этажей и чердачных перекрытий: 1 - железобетонная плита;

2 - гидроизоляция; 3 - теплоизолирующие плиты или маты;

4 - напольное плитное покрытие

Теплоизоляция подвальных перекрытий

Теплоизоляцию пола нижнего этажа (рис. 3.10) лучше всего осуществить путем теплоизоляции подвального перекрытия с внутренней стороны подвала. Тогда все перекрытие будет лежать в теплой области. Обычно бывает достаточно просто наклеить теплоизолирующие плиты. При условии, что высота помещения это позволяет, толщина теплоизолирующего слоя должна составлять не менее 10 см. Естественно, если какая-нибудь часть подвального помещения должна регулярно отапливаться, то теплоизолировать следует и стену, отделяющую отапливаемую часть подвального помещения от неотапливаемой.

Рис. 3.10. Теплоизоляция подвальных перекрытий:

1 - плита перекрытия; 2 - утеплитель; 3 - штукатурка; 4 - стяжка;

5 - гидроизоляция; 6 - утеплитель; 7 - рулонное напольное покрытие

Выбор остекления

На сегодняшний день выбор окон достаточно широк, включая окна со стеклопакетами и теплоизолирующим остеклением. Высококачественные стеклопакеты с теплоизоляцией (двойное остекление) имеют коэффициент теплоизоляции от 1,5 до 0,9 Вт/(м2*К). Поскольку по весу и толщине теплоизолирующие стеклопакеты идентичны старым стеклопакетам без теплоизоляции, можно ограничиться заменой стеклопакетов, сохранив имеющиеся рамы.

Характеристики различных видов остекления вкратце перечислены в табл. 3.1 и рис. 3.11.

Архитектурно-художественное оформление наружных стен играет особенно важную роль, более существенную, чем в отношении других элементов ограждающих конструкций здания. Следовательно, систему теплоизоляции для них следует выбирать так, чтобы были, по возможности, учтены все пожелания к архитектурному решению и, соответственно, приняты в расчет все существующие правила и технические нормы. При этом для старых домов, как правило, возможны два подхода: во-первых, можно максимально сохранить стиль имеющейся постройки, а во-вторых, радикально изменить архитектурное решение, использовав для этого новые материалы. Но при этом фасады всегда должны рассматриваться взаимосвязано с окнами, и их обновление должно осуществляться в комплексе.

Рис. 3.11. Варианты остекления

Таблица 3.1. Характеристики распространенных типов остекления

Простое остекле

ние

Двойное остекление

(стеклопакет)

Двойное остекление (стеклопакет с теплоизоляцией)

Тройное остекление (двойной стеклопакет с теплоизоляцией)

Коэффициент теплоизоляции (остекление)

X

со™ LO 51- СО

3,0

Вт/(м2*К)

1,1

Вт/(м2*К)

0,4-0,7

Вт/(м2*К)

Температура внутренней поверхности при различных наружных температурах

Наружная температура: 0 °С

+6 °С

+ 12 °С

+ 17 °С

+18 °о

Наружная температура -11 °С

-2 оо

+8 °С

+ 15 °С

+17 °о

При планировании и осуществлении работ необходимо соблюдать все технические нормы и требования, относящиеся к несущей способности, звуко- и теплоизоляции. Далее, с учетом местных традиций и требований, необходимо решить вопросы с предельными расстояниями между соседними участками и постройками, возможностями изменения архитектурного ландшафта, а также определиться с требованиями противопожарной безопасности. С требованиями противопожарной безопасности вопрос решается проще всего - они четко определены в местных правилах застройки. В зависимости от высоты здания, использования прилегающих территорий и расстояний от расположенных по соседству зданий элементы ограждающих конструкций здания должны быть выполнены из материалов с нормальной возгораемостью (строительный класс B2), трудновозгораемых (строительный класс B1) или негорючих (строительный класс A1).

Выбор строительных материалов и их экологическая оценка

При экологической оценке строительных материалов учитывается влияние на окружающую среду не только самого материала, но и всех процессов, сопровождающих его по жизненному циклу - от добычи сырья для его изготовления, до уничтожения, захоронения или, что намного более предпочтительно, повторного его использования для изготовления новых материалов. Это позволяет "замкнуть" жизненный цикл материала и решить экологические задачи - сократить количество отходов и обеспечить ресурсосбережение. Экологическая безопасность материалов рассматривается и оценивается не по принципу "здесь и сейчас", а по принципу "везде и всегда". При этом оцениваются не только прямые и явные негативные воздействия на окружающую среду, такие как эмиссия вредных веществ, образование отходов и т. п., но и косвенные эффекты (например, дефицит сырья). В обязательном порядке учитывается и комплекс нагрузок на окружающую среду и здоровье человека, за счет транспортировки материала. Предпочтение отдается местным строительным материалам, произведенным в непосредственной близости от добычи сырья, и т. п.

Принципиальная схема оценки экологических эффектов по жизненному циклу материала включает анализ следующих его этапов:

П добыча сырья;

П изготовление материалов и изделий;

П этап строительства (применение материала);

П эксплуатация ("жизнь" материала в объекте, необходимость ухода за ним для поддержания его качества, совместимость с материалами, которые используются для продления этапа эксплуатации - ремонта, реставрации, реконструкции);

П утилизация или повторное использование (при замене материала, сносе здания, сооружения).

На этапе строительства важно предварительно определить срок пригодности различных материалов, строительных элементов и всего здания, а также оценить долговечность материала.

Высокий показатель долговечности означает, что материал долго сохраняет все свои свойства и характеризуется длительным сроком использования до ремонта или замены изделия. Благодаря продлению периода использования материала нагрузка на окружающую среду на этот период уменьшается. Важно, чтобы долговечность материалов отдельных строительных узлов всегда соответствовала жизненному циклу всего здания. При экологической оценке материала на каждом конкретном этапе его жизненного цикла учитывается количество отходов и возможность выброса в окружающую среду вредных веществ при производстве строительных работ. Акцент при оценке отделочной продукции делается на анализ влияния материала на здоровье человека. По результатам экологической оценки нежелательными к использованию могут стать даже материалы, прошедшие гигиеническую сертификацию. Критерием для отбраковки является наличие в их составе вредных для здоровья веществ. Целесообразно избегать применения таких материалов в жилых и общественных зданиях. Под ограничение к использованию попадают древесностружечные материалы на фенолоформальдегидном связующем; материалы, в которых в качестве вяжущего применен фосфогипс, клеи и краски на органических растворителях; материалы, содержащие ПВХ (PVC) и т. д. Отказ от использования может быть основан на показателях, характеризующих качество внутренней среды в здании (эмиссия из них вредных веществ в воздух помещений, влажность и т. д.).

На этапе эксплуатации экологическая нагрузка в большой мере определена выбором, сделанным на предыдущих этапах, и здесь дополнительно необходимо определить эксплуатационные затраты на уход за материалом для сохранения его свойств.

У нас в стране пока не внедрена система экологической оценки строительных материалов по их жизненному циклу, поэтому актуальным остается тщательное экологическое исследование и оценка безопасности всех строительных материалов, могущих содержать в своем составе вещества, опасные для здоровья. Часто эта проблема незаслуженно остается вне поля зрения не только специалистов в области жилищного строительства, но даже экологов. Отсутствие строгого экологического контроля в жилищном строительстве - пробел, который требует срочного восполнения.

Сводная информация о строительных материалах, применяющихся в теплоизоляции

В данном разделе и табл. 3.2 будут вкратце рассмотрены основные строительные материалы, применяющиеся для теплоизоляции.

Льняное волокно

Льняное волокно представляет собой экологически чистый и гибкий материал, легко делящийся на тончайшие волокна при чесании. К его преимуществам относятся большая прочность на разрыв и гигроскопичность. Обладает хорошими теплоизолирующими свойствами и возможностями по регуляции влажности; характеризуется умеренными возможностями по защите от летнего перегрева.

Материал хорошо держит форму, устойчив к образованию плесени; не повреждается насекомыми.

Льняное волокно изготавливается из выращиваемого сырья, при этом 8% низкокачественных волокон используется для изготовления теплоизоляционных материалов. С целью защиты от пожаров пропитывается пироборнокислым натрием (бурой) или силикатом натрия ("жидкое стекло").

Льняное волокно устойчиво к действию микроорганизмов, поэтому традиционная льняная пакля всегда являлась незаменимым средством утепления срубов. Однако чтобы льняное волокно было долговечным, оно должно быть чистым и иметь длинные волокна. Органические примеси и использование в утеплителе повторно переработанного натурального сырья резко снижает его долговечность. Этих распространенных сегодня проблем не имеет изготовленный из льняного волокна утеплитель ТермоЛЕН, так как он производится только из первичного льняного волокна высокой степени очистки - именно такое сырье сохраняет деревянные дома столетиями. Кроме того, технология так называемого

"термобондинга" позволяет еще более увеличить срок службы утеплителя, так как при термообработке погибают все микроорганизмы. Параметры процесса производства утеплителя ТермоЛЕН контролируются компьютерами, так что человеческий фактор здесь исключен. В результате утеплитель имеет стабильно высокое качество и геометрически точные размеры полос. Исходное сырье - первичное (полученное из растительного льна, а не переработанное из мешков и т. д.) льноволокно высокой степени очистки. Под действием температуры 1500 °С волокна скрепляются, образуя пышную и упругую массу. Внешний вид готового утеплителя - чистый, однородно-золотистый - является свидетельством высокого качества исходного сырья и совершенства технологии термобондинга.

Льняное волокно применяется при утеплении крыш (заполнение межстропильного промежутка) и стен (межвенцовый утеплитель в деревянных домах, заполнение воздушного зазора между каркасными деревянными стенами). При утеплении полов используется для заполнения полых пространств (войлоком или волокнистыми матами) с целью защиты от ударного шума.

Пенька (лубяное волокно)

Пенька (лубяное волокно) производится из выращиваемого сырья - конопли (в России в промышленных масштабах не производится). В настоящее время, в связи с борьбой с наркоманией, даже распространенные в советские времена пенькозаводы либо закрываются, либо перепрофилируются в льнозаводы. В настоящее время в России лубяное волокно производится из свежесобранного льна. Изначально короткий луб использовался в ткацком производстве, куда поставлялся в виде сырья для получения светлых льняных тканей. Но способ их производства по ряду причин оказался нерентабельным, поэтому с середины 90-х годов прошлого века применение этого сырья было переориентировано с текстильной промышленности на строительную.

Материал обладает хорошими теплоизолирующими свойствами и регуляцией влажности, хорошо держит форму, устойчив к образованию плесени; не повреждается насекомыми, но в нем могут поселиться грызуны.

Технология изготовления короткого луба такова, что собранный лен не лежит в поле, благодаря чему остается светлым, но само льноволокно плохо отделяется. По этим причинам засоренность короткого луба в 1,5 раза выше, чем у самого дешевого льноволокна. В результате короткий луб имеет значительную жесткость, что мешает при его укладке в процессе утеплительных работ. Основным достоинством короткого луба является его экологическая чистота. К недостаткам лубяного волокна можно отнести его легкую возгораемость: так же, как и льноватин1, он может даже самовоспламениться. К тому же, лубяное волокно способно впитывать влагу, хотя присутствие в его составе лигнина все же обеспечивает ему со временем, после уплотнения, водоотталкивающие свойства. Для противопожарной защиты лубяное волокно обрабатывается содой, в качестве поддерживающего материала используется полиэстер.

При утеплении крыш применяется для заполнения межстро-пильного промежутка; при утеплении стен - для заполнения воздушного зазора между каркасными деревянными стенами. Используется также при утеплении полов для заполнения полых пространств (войлоком или волокнистыми матами) с целью защиты от ударного шума.

Прессованные соломенные блоки

Прессованные соломенные блоки - это экологически чистый строительный материал, который в настоящее время набирает популярность. Готовый соломенный блок имеет прямоугольную форму со стандартной шириной 450 мм, длиной от 900 до 1125 мм и высотой 350 мм. Вес одного прессованного соломенного блока составляет 16-30 кг. Каждый соломенный блок обычно обвязан и прошит двумя-тремя полипропиленовыми шнурами. В некоторых случаях используется стальная проволока и натуральное волокно, но в строительной практике их лучше не применять, т. к. проволока подвержена ржавчине, а натуральные волокна обладают невысоким пределом прочности и подвержены гниению. Требования к соломенным блокам сводятся к следующему:

П Солому для строительства лучше брать ржаную либо рисовую;

П Ржаную солому лучше брать озимую: она более высокая, плотная, у нее полный цикл и ее убирают немного раньше;

П Солома для строительства должна быть совершенно сухой, поэтому при сборе и хранении это надо обязательно учитывать. Совершенно сухой соломенный блок довольно легкий, поэтому его можно поднять рукой. Проверить соломенные блоки на влажность тоже несложно - при прощупывании их пальцем влажность не должна ощущаться, и не должен чувствоваться запах гнили;

П Соломенные блоки должны быть хорошо спрессованы - блок мало деформируется, когда его поднимают за шнур, при этом под шнур трудно просунуть больше 2-3 пальцев.

При использовании в строительстве прессованные соломенные блоки могут укладываться на раствор или использоваться в качестве самонесущего наполнителя каркасных стен. Стены из прессованных соломенных блоков толщиной 40-45 см обладают такой же теплоизолирующей способностью, как кирпичные толщиной 0,7 м, кроме того, они решают проблему радона, не испускают вредных веществ, связанных с тепловой обработкой, и т. д. Если говорить о долговечности, то в Германии такие дома стоят по 300 - 400 лет, и при сносе не создают проблем с утилизацией строительного мусора. Энергии для строительства таких домов тратится в тысячи раз меньше по сравнению с кирпичными, а эксплуатационные затраты на их отопление - значительно ниже. При строительстве с применением соломенных блоков применяются две технологии - "мокрая" немецкая, обобщающая опыт фахверкового строительства за более чем 400-летний период, и более современная "сухая" американская. Если гово рить об огнестойкости, то согласно международным стандартам DIN 4102 и DIN 18951(21/51) глиносоломенные смеси являются негорючими материалами вплоть до 5% содержания глины при условии, что минеральное связующее (глина) равномерно распределено по объему. Объяснить это легко: глины содержат большое количество калийных соединений, являющихся антипиренами. По международным нормам оштукатуренные стены, построенные по технологии "straw-bаlе" , можно отнести к классу F45, т. е. сопротивляемость огню не менее 45 минут. Соломенные блоки, положенные на цементный раствор с последующим оштукатуриванием, имеют еще более высокий класс, вплоть до F1202.

Если все только что сказанное вас не убеждает, прочтите статью о распространенных мифах и предубеждениях против применения соломы в строительстве: http://tinyurl.com/2ee784n.

Древесная стружка

Древесные стружки и опилки представляют собой отходы лесопильных работ. Как материал они характеризуются крайне малым расходом энергии на производство, для пропитки используется сода, для противопожарной защиты применяется цемент.

Материал характеризуется средними теплоизоляционными свойствами, но очень хорошей защитой от летнего перегрева и хорошей регуляцией влажности. Может применяться для утепления стен, полов, потолков путем засыпания или вдувания в полые пространства.

Аморфный древесно-волокнистый теплоизолятор

Сырье доступно в достаточных количествах; используются отходы переработки древесины пихты, ели, сосны, борная кислота. Затраты энергии на производство невысоки.

Материал характеризуется хорошими теплоизоляционными свойствами и защитой от ударного шума; хорошей регуляцией влажности, обеспечивает хорошую защиту от летнего перегрева.

С его помощью можно утеплять стены, полы, потолки методом заполнения конструктивных полостей, засыпания или вдувания в полые пространства.

Древесно-волокнистые плиты

Сырье доступно в достаточных количествах; используется вторсырье из древесины. Энергетические затраты на производство довольно высоки. Для производства древесно-волокнистых плит используются отходы переработки древесины пихты, ели, сосны, с добавлением или без добавления латекса, парафина, органических смол. Теплоизоляционные свойства - от средних до хороших, очень хорошая защита от летнего перегрева, хорошая регуляция влажности, защита от ударного шума, хорошая фор-моустойчивость, способность выдерживать нагрузку давлением. Материал устойчив к образованию плесени, не подвержен повреждению насекомыми, но возможно поселение грызунов.

При утеплении крыши используется для заполнения межстро-пильного промежутка и теплоизоляции поверх стропил. При утеплении перекрытий возможно свободное укладывание плит. При утеплении стен плиты могут привинчиваться и применяться в комплексных системах теплоизоляции.

Легкие строительные древесно-стружечные плиты

Сырье доступно в достаточных количествах; используется вторсырье из древесины (в основном, отходы переработки ели и пихты), цемент, магнезит. Отличительные свойства этого материала - незначительные теплоизоляционные свойства, очень хорошая защита от летнего перегрева, хорошая защита от ударного шума, хорошая регуляция влажности, высокая формоустойчивость, долговечность, способность выдерживать нагрузку давлением. Материал устойчив к образованию плесени и повреждению насекомыми, защищен от грызунов.

При утеплении стен и крыши легкие древесно-стружечные плиты в основном применяются в качестве обшивки под штукатурку для обшивки перекрытий и потолка чердачного помещения (звукопоглощающие изоляционные плиты).

Силикатно-кальциевые плиты

Сырье доступно в достаточных количествах, в том числе применяются отходы строительных материалов, кварцевый песок, известь, целлюлозное волокно.

Для материала характерны средние теплоизолирующие свойства, очень хорошая регуляция влажности, хорошая защита от ударного шума, хорошая формоустойчивость, высокий показатель PH (предотвращает образование плесени). Материал устойчив против гниения, не поддается старению.

Применяется для внутренней отделки с целью теплоизоляции и борьбы с сыростью; шпаклюется замазкой по проклеенной поверхности.

Кокосовое волокно

Сырье доступно в достаточных количествах и представляет собой ценный материал. Однако его применение связано с большими транспортными расходами. Для изготовления применяются лубяной слой кожуры кокосовых орехов, сульфат аммония.

Для материала характерны теплоизоляционные свойства - от средних до хороших, хорошая регуляция влажности, защита от ударного шума. Материал устойчив к воздействию влаги, хорошо держит форму; не подвержен повреждению насекомыми, долговечен; устойчив против плесени; но в нем могут поселиться грызуны.

Основные области применения: при теплоизоляции крыши - укладка теплоизоляции между стропилами; при утеплении стен - установка теплоизоляции в полостях стен; при утеплении перекрытий - укладка в полых пространствах.

Пробка

Кора пробкового дуба представляет собой исключительно ценное сырье, ресурсы которого ограничены. Пробковый дуб произрастает в 7 странах Средиземноморья: Португалии (более 50% всех мировых запасов), Испании, Италии, Франции, Марокко, Алжире и Тунисе. Так, производство изделий из пробки дает Португалии около 30% национального дохода и примерно 35% всего объема экспорта. Технология снятия с деревьев этого цен ного материала, "пробки", уникальна. Первый раз кору можно получить через 25 лет после посадки желудя в землю, а второй и последующий "урожаи" получают один раз в девять лет. Снятие коры - наиболее деликатная из всех проводимых над пробкой операций, которая существенно и, главное, положительно влияет на жизнеспособность дерева и дает ему новый импульс роста. Таким образом, пробковый дуб является возобновляемым источником сырья.

Процесс выращивания пробковых дубов, рекультивация их плантаций, создание и совершенствование высоких технологий производства финансируются должным образом (в том числе и властями, несмотря на то, что все пробковые дубы находятся в частной собственности). В бюджете Португалии, а также Евросоюза предусмотрены для этих целей специальные статьи расходов.

Общий объем ежегодно снимаемой пробки невелик - "всего" 160-170 тыс. тонн сырья (в зависимости от урожая). Поэтому изделия из пробки очень высоко ценятся во всем мире, ведь аналогов этому материалу практически не существует. Недостаток сырьевых ресурсов ограничивает применение пробки в теплоизоляции. Основным поставщиком теплоизоляционных пробковых панелей является португальская компания Amorim Group (http://www.amorim.com/en/home.php).

Материал обладает хорошими теплоизоляционными свойствами, обеспечивает защиту от летнего перегрева, характеризуется хорошей регуляцией влажности. Кроме того, изделия из натуральной пробки долговечны, устойчивы к образованию плесени, не подвержены повреждению насекомыми.

Пробковые материалы для теплоизоляции получаются следующим образом:

П пробка получается путем крошения;

П вспенивается под давлением при температуре 300 °С, при этом могут выделяться вредные для здоровья вещества;

П прессуется с добавлением синтетических смол.

Пробковая крошка может вдуваться в полости при утеплении крыш, перекрытий, стен. Пробковые плиты могут привинчиваться или закрепляться на шпонках и штифтах, либо прибиваться гвоздями при утеплении крыш (между стропилами и поверх стропил), перекрытий. При утеплении стен пробковые плиты применяются в комплексных системах теплоизоляции и навесных вентилируемых фасадах.

Минеральное волокно

Сырье имеется в достаточных количествах. На изготовление минерального волокна идут:

П силикаты, бакелитовая смола, стеклянное вторсырье;

П базальтовые горные породы.

Для материала характерны высокие энергетические затраты на производство. В процессе производства при высоких температурах (1200 °С) наблюдается пылеобразование.

Минеральное волокно - влагоустойчивый, долговечный материал, характеризующийся хорошими теплоизолирующими свойствами и умеренной защитой от летнего перегрева (регуляция влажности отсутствует). Для материала характерна хорошая формоустойчивость, он не подвержен повреждению насекомыми и устойчив к образованию плесени.

Области применения:

П крыша: теплоизоляция между стропилами и поверх стропил;

П перекрытия: защита от ударного шума;

П стены: комплексные системы теплоизоляции (WDVS), навесные фасады с вентиляционными каналами. Плиты крепятся к фасаду на штифтах или приклеиваются к нему

Экспандированный (вспененный) перлит

Перлит - это природный материал, горная порода, представляющая собой вулканическое стекло, в состав которого входят 70-75% SiO2, 12-14% Al2O3, 3-5% NaO, примерно столько же К2О, до 1% Fe2O3, CaO, МgО. Отличительной особенностью перлитовой породы является содержание в ней от 2 до 5% связанной воды.

В силу своей природы и химического состава перлит инертен, химически и биологически стоек. При резком нагреве до температур 1100-1150 °С частицы этой породы поризуются. Резко увеличивается объем внутренних пор, приобретающих сферо видную форму. Легкий пористый песок в насыпанном слое может достигать плотности 50 и менее кг/м3. Ресурсы доступны в достаточном количестве. Наиболее крупными производителями вспененного перлита в мире являются США, Германия, Франция, Италия, Греция, Испания, Израиль, Китай и Россия. Иногда вспененный перлит дополнительно пропитывается синтетическими смолами или битумами.

Для материала характерны хорошие теплоизолирующие свойства и защита от ударного шума; он обеспечивает хорошую защиту от летнего перегрева. Кроме того, материал устойчив против гниения и не подвержен повреждению насекомыми. Применяется в качестве заполняющего утеплителя в труднодоступных местах при утеплении крыши, перекрытий и стен.

Полистирол

Сырье для изготовления полистирола (сырая нефть) является ограниченно доступным; в процессе производства выделяются опасные продукты реакции - бензол и стирол; кроме того, производство этого материала сопряжено с высокими энергетическими затратами.

Материалу присущи очень хорошие теплоизолирующие свойства; хорошая защита от ударного шума; умеренная защита от летнего перегрева. Регуляция влажности отсутствует.

Это долговечный материал с хорошей формоустойчивостью, хорошо держит нагрузку давлением, обладает хорошей влагостойкостью и устойчивостью к образованию плесени.

Области применения:

П крыша: уплотнение поверх стропил;

П перекрытия: защита от ударного шума;

П стены: теплоизоляция в составе комплексных систем (WDVS), теплоизолирующие плиты закрепляются на штифтах или наклеиваются на стены; в качестве заполняющего теплоизолято-ра применяется для теплоизоляции полостей;

П уплотнение по периметру: например, подвалы и подвальные перекрытия.

Полиуретан

Сырье для производства полиуретана (сырая нефть) явялется ограниченно доступным. Импортная продукция может содержать галогенизированные фторхлоруглеводороды (H-FCKW). Процесс производства сопряжен с высокими энергетическими затратами.

Материалу присущи очень хорошие теплоизолирующие свойства, он обеспечивает хорошую защиту от ударного шума и умеренную защиту от летнего перегрева. Регуляция влажности отсутствует.

Это долговечный материал с хорошей формоустойчивостью, он хорошо держит нагрузку давлением, обладает хорошей влагостойкостью и устойчивостью к образованию плесени.

Области применения:

П крыша: уплотнение поверх стропил;

П перекрытия: защита от ударного шума (свободная укладка плит);

П стены: применяется в комплексных системах теплоизоляции (WDVS), плиты крепятся к стенам на штифтах либо приклеиваются.

Овечья шерсть

Доступный в достаточных количествах натуральный продукт; иногда может содержать остаточные пестициды; производится обработка бурой (Borax).

Для этого материала характерны хорошая теплоизоляция и защита от ударного шума, очень хорошая регуляция влажности (может впитывать до 30% влаги), умеренная защита от летнего перегрева, хорошая формоустойчивость. Материал защищен от повреждения грызунами и насекомыми, устойчив к образованию плесени.

Области применения:

П крыша: укладка теплоизоляции в межстропильных промежутках; П стены: заполнение конструктивных полостей;

П перекрытия: защита от ударного шума (свободная укладка), заполнение полостей;

П теплоизоляция трубопроводов, теплоизоляция стыков и швов.

Пеностекло

Сырье (Силикаты и/или стеклянное вторсырье) доступно в достаточных количествах. Производственный процесс протекает при температурах свыше 1600 °С и отличается высокой энергоемкостью.

Для данного материала характерны хорошая теплоизоляция, надежная защита от летнего перегрева; паронепроницаемость. Материал влагоустойчив и хорошо выдерживает нагрузки давлением. Пеностекло отличается хорошей формоустойчивостью, герметичностью, устойчиво к гниению, не подвержено повреждению насекомыми и грызунами, механически долговечно.

Материал применяется для теплоизоляции плоских крыш и теплоизоляции по периметру, используется в виде плит, наклеиваемых битумом. При утеплении подошвы здания укладывается в песок или строительный раствор.

Целлюлозный теплоизолятор

В обиходе на территории стран СНГ этот материал получил известность под названием "эковата". По структуре целлюлозный утеплитель представляет собой рыхлый, легкий волокнистый изоляционный материал серого или светло-серого цвета. Этот материал предоставляет хорошие возможности по утилизации макулатуры. Применяется пропитка солями бора, благодаря чему достигаются очень высокий уровень противопожарной защиты.

Материал характеризуется хорошими теплоизоляционными свойствами; обладает очень хорошей влагорегуляцией1, обеспечивает хорошую защиту от летнего перегрева и надежную защиту от ударного шума.

Таблица 3.2. Сводная информация о свойствах теплоизолирующих материалов

Материал

Тепло провод

ность

Плот ность

сырья

Сопро тивление

диффузии

Класс пожаро

безопас ности

Толщина

[см]

Стоимость

[€/м2]

Расход первичной

энергии

X, [Вт/м* К]

[кг/м3]

Ц

Для U = 0,3 [Вт/м2хК]

[кВтч/м3]

Льняное волокно

0,040

20-40

1

В2

20

25-30

70-80

Пенька, лубяное волокно

0,045

20-25

1-2

В2

22,5

20-30

Нет данных

Деревянная стружка

0,055

90-110

1

В2

27,5

15-23

50

Древесно волокнистый

теплоизолятор, аморфный

0,045

30-60

1-2

В2

22,5

15-23

600-785

Древесноволокнистые плиты

0,040-0,060

170-230

5-10

В2

20-30

40-50

600-785

Легкие строительные древесностружечные плиты

0,093

360

2-5

В1

45

79-95

35

Силикатнокальциевые плиты

0,065

300

5-10

А1

См. сноску*

» 25 (50 мм)

Данные отсутствуют

Кокосовое волокно

А) в виде рулонов

А) 0,050

А) 75

1

В2

22,5-25

44-50

95

Б) в виде матов

Б) 0,045

Б) 125

Пробка

А)гранулят

0,040-

0,050

А) 55-60

А) 1-2

В2

20-25

А) 2-25

А) 90

Б) экспаццированная гранулированная

пробка

Б) 80-500

Б) 5-10

Б) 35-65

В) Пробковые плиты

В) 80-500

В) 40-50

В} 360

Минеральное волокно:

А) Стекловата

0,032-

0,040

15-80

1

А2

17,5-25

1-30

100-700

Б) Минеральная вата

Экспандиро ванный

(вспененный)

перлит

А) Теплоизоляция

А) 0,045- 0,050

А) 50-100

А) 2-3

А2

22,5-30

10-40

90-235

Б) Защита от ударного шума

Б)

0,060-

0,073

Б) 130-490

Б) 4-5

Для внутренней теплоизоляции чаще всего используется толщина изолирующего слоя от 50 до 100 мм.

Таблица 3.2 (окончание)

Материал

Тепло провод

ность

Плот ность

сырья

Сопро тивление

диффузии

Класс пожаро

безопас ности

Толщина

[см]

Стоимость

[€/м*]

Расход первичной

энергии

X, [Вт/м*К]

[кг/м3]

ц

Для 0,3 [Вт/м2хК]

[кВтч/м3]

Жесткий вспененный полистирол

A) EPS, вспененный полистирол с частицами

0,025-

0,04

А) 5-30

А) 30-70

В1 или В2

12,5-20

А) 10-15

А) 530-1050

Б) XPS, экструдированный полистирол

Б) 25-40

Б) 80-300

Б) 40-50

Б) 400-600

Полиуретан (твердые плиты из вспененного материала)

0,020

30

30-100

В1 или В2

10-12,5

20-30

840-1330

Овечья шерсть

0,040

20-25

1-2

В2

20

35-60

70-80

Пеностекло

0,040-

0,055

110-160

Практическая паронепроницаемость

А2

20-22,5

75-100

320-975

Целлюлозный теплоизолятор

А) Аморфный

0,040- 0,045

А) 25-60

1-2

В2

20-22,5

А) 15-20

55-80

Б) Плиты

Б) 70-100

Б) 25-30

Возможно монолитное строительство; материал устойчив к повреждениям плесенью и грызунами.

Применяется для теплоизоляции крыш, стен, перекрытий. Заполнение конструктивных полостей выполняется специализированными фирмами.

Краткая сводка информации о свойствах перечисленных теплоизолирующих материалов приведена в табл. 3.1.

Заключение

В данной главе была приведена обзорная информация о конструктивных решениях по теплоизоляции в малоэтажном строительстве. В следующих главах эти решения, а также применение современных энергосберегающих технологий в строительстве будут рассмотрены более подробно и в комплексе.

Глава 4