Применение энергоэффективных технологий и материалов при проектировании индивидуального жилья



Теплоизоляция – это создание максимально комфортного микроклимата в сооружениях, поступление избыточного тепла снаружи и снижение тепловых потерь внутри. Еще на этапе строительных работ утеплитель дает возможность значительно снизить расходы на газобетон, кирпич, раствор, а уже в процессе эксплуатации готового объекта – на отопление здания или сооружения.

В строительстве теплоизоляционные материалы используются для утепления перекрытий, наружных стен, чердачных помещений, кровель. В последнее время наблюдается очень резкое ужесточение требований, предъявляемых к теплотехническим характеристикам ограждений. Все актуальнее становиться тема о возведении домов с энергосберегающими материалами.

Энергосберегающий дом – это независимая энергосистема, которая требует мало либо, в идеале, вообще не требует расходов на поддержание комфортной температуры для жизнедеятельности. Дом отапливается теплом, которое выделяют люди и бытовые приборы. Строительство энергосберегающих домов распространено в США и Западной Европе, в связи с дорогими коммунальными услугами. Для сравнения: в России стоимость природного газа на душу населения – 4 руб./м³, в Европе, в среднем, – 28,5 руб./м³. На теплопотери дома влияют его расположение и компактность.

Как известно, фундамент является несущей частью любого строения. Чаще всего промерзание фундамента происходит по причине неправильного расчета глубины заложения. Еще одна распространенная причина промерзания фундамента – это недостаточно утепленное подвального помещения.

Важно отметить, что многие из теплоизоляционных материалов имеют ряд существенных недостатков, в частности вероятность образования щелей в процессе монтажа, высокие расходы, связанные с перевозкой теплоизоляционного материала большого объема, в местах крепления теплоизоляционного материала возникновение мостиков холода.

Самый оптимальный вариант утепления – это напыление пенополиуретаном, с помощью которого можно создавать бесшовный, монолитный и полностью герметичный слой теплоизоляции практически любой толщины при отсутствии каких-либо «мостиков холода».

Пенополиуретан представляет собой материал, имеющий ячеистую структуру и на 85% – 97% объёма, состоящий из воздуха или газов, находящихся в порах. Он имеет самую низкую теплопроводность среди всех теплоизоляционных материалов (0,019 – 0,03 Вт/м ^оC).

Если рассматривать вертикальные ограждающие конструкции, такие как стены, то здесь утеплителем послужит пеноизол. Пеноизол получают путём вспенивания и последующей полимеризации карбамидоформальдегидной смол смолы. Уникальность данной технологии в том, что процесс производства происходит непосредственно на объекте утепления, где продукт в жидком виде и под давлением подаётся в утепляемые полости, позволяя полностью заполнить их утеплителем.

Как утеплитель, пеноизол может иметь плотность 10 – 30 кг/м³ и обладает замечательными теплоизоляционными свойствами с теплопроводностью – 0,028-0,038 Вт/м ^оC. Пеноизол достаточно дешевый материал, используя его, вы экономите на стадии строительства, но ещё большую экономию получите в процессе эксплуатации дома на отоплении.

Крыша – это несущая ограждающая конструкция, которая, несомненно требует утепления. Лучший утеплитель длякрыши – жесткий пенополиуретан. Этот полимер обладает низкой теплопроводностью и паропроницаемостью, обеспечивает высокую адгезию к разным материалам. Он прочен, безопасен и долговечен, а кроме того – экологичен. Срок эксплуатации теплоизолирующего покрытия превышает 30 лет.

Так кактеплоизоляция наносится более тонким слоем, ее вес будет меньше. В результате нагрузка на кровлю и несущие балки будет не слишком большой, что немаловажно. Есть и другие факторы, среди которых не последнее место занимают безопасность и экологичность материала.

Также огромное влияние на теплопотери оказывает выбор размеров и расположения оконных блоков.

Сегодня одним из наиболее популярных видов окон признаны пластиковые окна. Они защищают от шума, пыли, сквозняков, экологичны, не требуют тщательного ухода, современны, красивы, надежны.

По результатам многочисленных исследований достоинств и недостатков самым оптимальным в настоящее время в нашем регионе (Оренбургская область) является ПВХ профиль Favorit Space. Один из старейших и крупнейших производителей ПВХ-систем в мире Концерн Deceuninck и один из учредителей Союза производителей ПВХ-профиля России. Владеет небезызвестной компанией ThyssenPolymer, экструзией ПВХ занимается с 1965 года, на российском рынке – с 1997 года.

При своей разумной цене выдает высокие качества:

- тепло: ширина 76 мм и 6 воздушных камер профиля Favorit Space сохраняет тепло в помещении, а три контура уплотнения защищают от сквозняков;

- долговечность: профиль окна Favorit Space рассчитан на эксплуатацию сроком более 60 лет, а уплотнение – более 20 лет в условиях северного и умеренного климата;

- безопасность: окна Favorit Space совместимы со всеми видами противовзломной фурнитуры. Штапик с двумя "ножками" препятствует выдавливанию стеклопакета;

- защита от шума: в окнах Favorit Space высота притвора снаружи 8мм, изнутри 9мм. Такая высота притворов гарантирует надёжное прилегание створки к раме и улучшает шумоизоляцию;

- прочность: благодаря повышенным моментам инерции стальных усилителей и прочности самого ПВХ-профиля, окна Favorit Space получают высокую статистическую надёжность и формоустойчивость;

- комфорт: в холодный период года края стеклопакета остаются сухими, не запотевают благодаря более глубокой посадке стеклопакета в 25мм.

Помимо оконных проемов большое количество тепла уходит через дверные проемы. Как правило, при изготовлении полотна, а именно коробки, обвязки и ребер жесткости, используют так называемый замкнутый профиль (полый металлический профиль замкнутого сечения). Из-за этого происходит быстрое промерзание, так как сталь имеет высокую теплопроводность.

Для максимально возможной теплоизоляции индивидуального дома приняты двери, утепленные из швейцарского непромерзающего профиля «Sonex».

«Sonex» предлагает революционное решение для входных групп и дверей в загородные дома. Помимо теплоизоляционных свойств они помогают избежать обледенения в периоды оттепелей и заморозков. Замкнутый контур деталей коробки и обвязки, как правило, и являющийся причиной промерзания, в нашей конструкции «разделен» специальной термо-вставкой.

Все выше подобранные конструкции и их качества послужили основой для теплотехнического расчета, с помощью которого можно будет понять правильность своего выбора.

Рис. 1 – Проектируемое здание

Теплотехнический расчет

Общие исходные данные:

район строительства – г. Оренбург;

зона влажности – 2-нормальная;

назначение здания – жилое.

Двухэтажный коттедж с размерами в плане 10х8м.

Индивидуальное жилье проектируется в Оренбургской области, вдали от городской среды

n – коэффициент, который отличен от 1 для отдельных помещений которые имеют отличную среднюю температуру внутреннего или наружного воздуха;

Δt^н – нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, ºC;

_i –коэффициент теплопроводности материала в i-слое, Вт/(м²∙ºC);

α_в – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м²∙ºC);

α_н – коэффициент теплоотдачи для зимних условий, Вт/(м∙ºC).

Рис. 2 – Конструкция стены

Вспомогательные расчеты опущены и представлен конечный результат.

Наружные стены.

Определение термического сопротивления стены с утеплителем – пеноизол.

Конструкция наружной стены принята в соответствии с рисунком 2.

В результате расчета с выбранным утеплителем пеноизол, и другими утеплителями (пенопласт, минеральная вата) для сравнения, были рассчитаны теплопотери стены, а именно:

- пеноизол Q =3141 Вт;

- минеральная вата Q = 3214 Вт.

Рис. 3 – Расчётная схема конструкции

Стены подвала.

Конструкция стены подвала принята в соответствии с рисунком 3.

Теплопотери конструкции:

- пенополиуретан Q= 1133 Вт;

- минеральная вата Q = 1133 Вт;

- Крыша.

- Конструкция плиты покрытия принята в соответствии с рисунком 4.

Рис.4 – Расчётная схема конструкции

Теплопотери конструкции:

- пенополиуретан Q = 1368Вт;

- минеральная вата Q = 1320 Вт;

Результаты выполненных выше расчетов сведены в таблицу:

Таблица 1

Результаты теплотехнического расчета

	S, м2	I вариант			II вариант
		Ширина утеплителя , м	Утеплитель	Теплопотери ,Вт	Ширина утеплителя, м	Утеплитель	Теплопотери, Вт
Наружные стены	206,9	0,1	Минвата	3214	0,04	Пеноизол	3141
Перекрытие	87,36	0,12	Минвата	1320	0,055	Пенополиуретан	1368
Пол 1 этажа	87,36	0,12	Минвата	204	0,055	Пенополиуретан	207
Стены фундамента	78,96	0,6	Керамзит	1133	0,055	Пенополиуретан	1133,2
Окна	29,1	-	-	1059	-		1059
Двери	2,1	-	-	274,4	-		274,4
			Qобщ=7204,4 Вт			Qобщ=7182,6 Вт

Чтобы определить и оценить, насколько экономически выгодно выполнение работ по энергетическому улучшению, необходимо проанализировать данные приведенные ниже.

Таблица 2

Стоимость утеплителя

	S, м2	I вариант			II вариант
		Ширина утепл, м	Утеплитель	Стоимость, руб	Ширина утепл, м	Утеплитель	Стоимость, руб
Наружные стены	206,9	0,1	Минвата	28000	0,04	Пеноизол	13000
Перекрытие	87,36	0,12	Минвата	14000	0,055	Пенополиуретан	40000
Пол 1 эт	87,36	0,12	Минвата	14000	0,055	Пенополиуретан	40000
Стены фундамента	78,96	0,6	Керамзит	66326	0,055	Пенополиуретан	35000
Окна	29,1	-	-		-
Двери	2,1	-	-		-
			Qобщ=7204,4	∑123000		Qобщ=7182,6	∑128000

Основной показатель экономической эффективности сокращения теплопотерь – срок окупаемости системы утепления, рассчитываемый по формуле (1)

, (1)

где n – срок окупаемости, лет; Ст – стоимость утеплителя за м3; d – толщина утеплителя, см; Z_ht – количество дней отопительного сезона; R – сопротивление теплопередаче существующей ограждающей конструкции, (м2·С)/Вт; λ – теплопроводность утеплителя в Вт/(м·К) или в Вт/(м*С); Δt – средняя разница между наружней и внутренней температурой ограж дающей конструкции за отопительный сезон; Ст_эн – стоимость тепловой энергии за 1 кВт*ч.

Для примера рассчитываем срок окупаемости утеплителя наружной стены:

а) I вариант (Минвата)

б) II вариант (пеноизол)

Также к плюсам использования данных материалов можно отнести:

- минимальные теплопотери;

- начальные затраты окупаются в дальнейшем быстрее конкурентов;

- нет необходимости в складском помещении;

- экономия на транспортировке;

- не требует большого количества рабочих;

- приемлемые сроки установки и нанесение утеплителя;

В результате анализа выявлено, что при практически одинаковых затратах на утепление конструкций окупаемость более энергоэффективного материала происходит быстрее. Также учитывая ряд плюсов, касающихся транспортировки, хранения и др. можно сделать вывод о том, что энергоэффективный утеплитель более экономичен.

В результате анализа было выявлено, что использование энергоэффеткивных теплоизоляционных материалов в значительной степени уменьшают теплопотери здания при наименьшей толщине и нагрузки на конструкции.

Также эти материалы имеют ряд плюсов: короткие сроки монтажа, не требуют отдельного помещения для хранения, помимо энергоэффективных свойств облают шумоизоляцией и гидроизоляцией. Что делает их наиболее подходящими для строительства «теплого» дома.

Литература:

1. СП 131.13330.2012. «Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*».
2. СП 50.13330.2012. «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003».
3. http://teplo-info.com/otoplenie/raschet_teplopoter_online
4. http://plusteplo.ru/uteplenie/fundament/chem-i-kak-uteplit-fundament-snaruzhi-svajnyj-stolbchatyj-lentochnyj.htm
5. http://www.4living.ru/items/article/rascet-sistemi-otoplenia/
6. http://avtonomnoeteplo.ru/otopitelnye_kotly/389-kakoy-kotel-ekonomichnee-gazovyy-ili-elektricheskiy.html
7. http://stroy-aqua.com/vodosnab_otopl/raschet/raschet-moshhnosti-kotla-otopleniya.html
8. http://megakotel.ru/raschet-moshhnosti-ehlektricheskogo-kotla.html
9. http://aqua-rmnt.com/otoplenie/raschety/raschet-rasxoda-elektroenergii-elektricheskogo-kotla.html
10. http://www.okotlah.ru/elektrokotly-zatraty.html