Теплотехнические свойства системы VELOX

Расчет сопротивлений теплопередаче и паропроницанию стены Велокс с утеплителем толщиной 100 мм в Московском регионе (зона влажности Б).

Сравнение теплоизолирующих свойств наиболее распространенных ограждающих конструкций в малоэтажном строительстве.

В соответствии со СНиП 23-02-2003, сопротивление теплопередаче для Москвы согласно предписывающему подходу должно быть не менее: R_req=3,13 м²°С/Вт, (4 943 градусо-суток отопительного периода), допустимое сопротивление теплопередаче стен при потребительском подходе не менее: R_min= 1,97 м²°С/Вт.

Сопротивление теплопередаче стены должно удовлетворять условиям: R_req≥ R0≥ R_min.

Расчеты сделаны в соответствии с Приложением Д свода правил СП 23-101-2004 для зоны влажности Б.

При использовании элемента WS-EPS 160 (ПСБ С толщиной 125 мм) стена Велокс отвечает условию предписывающего подхода: R0 = 3,14 м²°С/Вт > R_req. В реальности используется утеплитель толщиной 130 мм (кратно 10 мм) и сопротивление теплопередаче стены Велокс (WS-EPS 165-Бетон 150-WS35) R0 = 3,24 м²°С/Вт. Отметим, что разница в стоимости 1 м² такой стены Велокс будет составлять не более 150 руб. в сравнении со стеной с утеплителем 100 мм.

Для сравнения: при утеплении 1 м² стены из газо-, пенобетонных или арболитовых блоков до требуемого значения R_req только минеральные плиты Роквул Венти Баттс толщиной 50-100 мм обойдутся дороже 400-700 рублей, а утепление деревянных стен плитой 130 мм - дороже 900 рублей! Кроме утеплителя необходимо дополнительно установить несущий каркас, использовать ветрозащитную и парозащитную пленки, ну и, естественно, заплатить за работу строителям.

Другая важнейшая тепловая характеристика стен: теплоемкость.

При печном отоплении или в случае периодических отключений электрического или газового отопления (что характерно для загородных домов) время остывания помещений обратно пропорционально теплоемкости стен и существенно зависит от конструкции стены.

Оценим количество тепла 1 м² стены, идущего на поддержание температуры в помещении (при изменении Т стены на 1°С):

Расчеты сделаны на основании значений удельных теплоемкостей материалов из Прил.3 СНиП II-3-79.

Теплоемкость стен важна также для поддержания постоянной температуры в помещении при суточных изменениях наружной температуры, кроме того, для поддержания постоянной температуры в помещении (эффект: «в жару прохладно, в холод тепло»).

Чтобы накопленное в стенах тепло шло на поддержание среднесуточной температуры в помещении необходимо кроме высокой теплоемкости стен выполнение еще одного условия: утеплитель должен находиться в наружном слое стены. Эти два условия: высокая теплоемкость и положение утеплителя в наружном слое соблюдаются в стенах, выполненных по технологии ВЕЛОКС (VELOX).

Ниже представлены графики суточных изменений температур наружной и внутренней поверхностей стен ВЕЛОКС (VELOX):

Температура наружной поверхности стены меняется в соответствии с изменением солнечной энергии: с восходом солнца температура увеличивается, достигая максимума к 16 часам, и падает ночью до минимума к 4 часам утра.

За счет высокой теплоемкости стен ВЕЛОКС (VELOX) амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности стены значительно меньше и, кроме того, наблюдается разность фаз колебания температур.

Именно за счет разности фаз в помещении возникает ощущение прохлады, когда на улице жарко (то есть с 10-00 до 16-00) и ощущение тепла, когда холодно (то есть с 22-00 до 04-00).

Конструкция стены ВЕЛОКС (VELOX) обеспечивает постоянную среднесуточную температуру в помещении и создает ощущение комфорта также за счет того, что температура внутренней поверхности стены отличается от температуры воздуха внутри помещения всего на 2°С.

Рассмотрим подробнее механизм накопления и возврата тепла в помещение нагретыми стенами:

Влажностный режим наружных стен Velox (Велокс)

Рассчитаем влажностный режим в стене Велокс с утеплителем 100 мм в соответствии с процедурой, описанной в пособии К.Ф.Фокина «Строительная теплотехника ограждающих частей здания» для стационарных условий диффузии водяного пара.

«Зона конденсации» находится в наружной плите WS 35 и имеет толщину всего 0,5 см.
Несущее бетонное ядро и утеплитель в течение всей зимы находятся в благоприятном влажностном режиме.
Количество пара, поступающего в «зону конденсации»: P1= (8,51-2,63)/53,44 = 0,11 г/м² ч
Количество выходящего пара: P2 = (1,95-1,65)/3,65 = 0,09 г/м² ч
Количество пара, конденсирующего в стене: P1-P2 = 0,02 г/м² ч
За сутки в наружной плите WS35 накопится 0,02*24 = 0,48 г
За 3 холодных зимних месяца накопится 43,2 г воды, влажность плиты Велокс WS35 увеличится всего на 0,18%.

Для сравнения рассчитаем влажностный режим в стене из пенобетонных блоков D600 с отделкой в полкирпича, внутри - штукатурка 20 мм, при тех же нормативных условиях:
«Зона конденсации» находится в кирпичной кладке и имеет толщину примерно 3 см.
Количество пара, поступающее в зону конденсации:
Р1 = (8,51-2,25)/(0,2+1,76+0,2)=2,9 г/м2 ч
Выходящее из зоны конденсации количество пара: P2 = (1,9-1,65)/0,8 = 0,31 г/м2 ч
Количество конденсируемого пара: P1 - P2 = 2,6 г/м2 ч

За сутки накопится 62,4 г, а за 3 холодных месяца в 1 м² кладки в полкирпича может конденсироваться до 5,6 кг воды. В сравнении со стеной Велокс количество конденсата увеличилось в 130 раз! По этой причине добавим с внутренней стороны стены пароизоляционную пленку, например толстый и герметичный рубероид (сопротивление проницанию 8,3). В этом случае количество конденсата Р = (8,51-2,25)/10,46 - 0,31 = 0,29 г/м² ч, за сутки накопится 7 г, за 3 холодных месяца 0,63 кг влаги.

Даже с плотной пароизоляционной пленкой (типа рубероид) количество конденсата в стене из пеноблоков в 14,6 раза больше, чем в стене Велокс.

Вывод: стены из блоков необходимо защищать пароизоляционными материалами. Дома из пеноблоков необходимо хорошо протапливать зимой и не допускать резкого снижения температуры в помещении.

В заключение исследуем теплотехнические характеристики стены по каркасной технологии, например, истинно канадской Viceroy Homes

Наружная стена Viceroy состоит из двух плит OSB с утеплителем между ними из стекловолокна.

Рассчитаем сопротивление теплопередаче, теплоемкость и влажностный режим такой стены.

Сопротивление теплопередаче R0 = 2,69 м²°С/Вт неплохое, практически как у стены Велокс с утеплителем ПСБС толщиной 0,1 м, и соответствует потребительскому подходу R0>= R^min однако меньше R^req=3,13 м²°С/Вт требуемое по СНиП 23-02-2003, согласно предписывающему подходу. В нашей таблице сравнения сопротивлений теплопередаче канадская технология заняла бы вместе со стеной Велокс с утеплителем 100 мм первое место.

Оценим количество тепла 1 м² стены, идущего на поддержание температуры в помещении (при изменении Т стены на 1°С): 29,6 кДж/м²°С. А вот здесь беда! Собственно, это было понятно и без расчетов, ничего теплоемкого, кроме внутреннего листа ГКЛ в стене нет - однозначно последнее место в таблице сравнения теплоемкостей. Хуже стены Велокс в 12,4 раза.

Отсюда вывод: дома по канадской технологии лучше строить в Канаде, США и в других странах с хорошо развитой инфраструктурой. В России, особенно в глубинке даже магистральный газ каждую зиму не по разу отключают, в таких домах при периодическом обогреве сохранить тепло невозможно.

Теперь рассчитаем влажностный режим стены: две плиты OSB 2×12мм, стекловолокно 150 мм, снаружи сайдинг, изнутри лист гипсокартона 13 мм.

Расчетная «зона конденсации» расположена на границе между утеплителем и плитой OSB. Толщина «зоны» 0,5 см.
Сопротивление паропроницанию стены без пароизоляционной пленки очень низкое, всего 1,62.
Количество водяного пара, поступающего в «зону конденсации»: Р1 = (8,51-2,08)/1,02 = 6,3 г/м² ч.
Количество водяного пара, выходящего из «зоны»: Р2 = (1,97- 1,91)/0,6 = 0,1 г/м² ч
Количество конденсируемого пара Р=Р1-Р2 =6,3 г/м² ч, за сутки накопится в 1 м² стены 151,2 г (очень много!). Повышаем сопротивление паропроницанию слоем рубероида (R^п=8,3) на внутренней поверхности стены, тогда Р1 = (8,51-2,08)/9,92 = 0,65 г/м² ч, Р = 0,54 г/м² ч, за сутки 15,6 г, за 3 холодных месяца 1,4 кг.

Даже с пароизоляцией, количество конденсата в «канадской» стене выше, чем у Велокс в 30 раз! Однозначно самое последнее место среди 3 исследуемых нами технологий!

Вывод: Внутреннюю поверхность стены необходимо тщательно пароизолировать, лучше двойной плотной пароизоляционной пленкой. Дома, построенные по канадской технологии, необходимо постоянно отапливать, лучше иметь централизованное отопление, причем в холодные месяцы поддерживать высокую температуру в помещении (не менее 22°С). Эта технология плохо подходит для круглогодичного проживания с печным или электрическим отоплением, поскольку зимой электричество часто и надолго отключается.

О рекламе «дышащих» стен.

Некоторые производители стройматериалов для продвижения продукции используют понятие «дышащие» стены. Например, рекламный слоган производителей арболита: «Не бетонная коробка, а дышащая стена!». Сказано сильно, давайте разбираться.

Если понимать свойства «дышащий», как имеющий хорошее воздухопроницание, то давайте позавидуем нищим в Африке или Латинской Америке! Они живут в идеально экологичных и дышащих домах из картонных коробок. Воздухопроницание классное, во все щели свищет. Если же серьезно подходить к вопросу, посмотрим, что об этом говорит строительная физика: на первый взгляд воздухопроницание стены свойство положительное, поскольку обеспечивает естественную вентиляцию помещения. Однако инфильтрация наружного воздуха существенно увеличивает потери тепла, а эксфильтрация внутреннего воздуха приводит к накоплению и конденсации влаги в стене. Фильтрация воздуха через наружные стены вызваны двумя причинами: наличием теплового напора (разницей температур и, соответственно, давлений наружного и внутреннего воздуха) и ветрового напора (избыточное давление на одной стороне и разрежение воздуха на другой).

Если ветровой напор приводит к равномерной фильтрации воздуха по площади стены («стены продувает»), то тепловой напор - к неравномерной: у пола — инфильтрация («дует по ногам»), у потолка — эксфильтрация, как на схеме из пособия К.Ф. Фокина «Строительная теплотехника ограждающих частей зданий».

Если стены дома хорошо «дышат» (то есть имеют высокое воздухопроницание) в помещении наблюдается крайний дискомфорт («ветер гуляет») и внутренняя температура быстро падает. Кроме того, накапливаемая в результате эксфильтрации влага быстро разрушает стену («плесень под потолком», разрушение несущего и отделочного слоев снаружи).

По этой причине СНиП определяют, что сопротивление воздухопроницанию ограждающей конструкции, за исключением проемов, должно быть не менее требуемого сопротивления R^тр и устанавливают минимальную воздухопроницаемость для разных конструкций (G). Например, для наружных стен и перекрытий жилых зданий G бльше или = 0,5 кг/м²ч и чем меньше, тем лучше. Все четко и никаких «дышащих» свойств!

Излишне говорить, что стены Велокс соответствуют требованиям СНиП и по этому параметру, поскольку монолитный бетон (без швов) имеет высокое сопротивление воздухопроницанию.

Вентиляция дома или квартиры осуществляется за счет современных конструкций окон (приточная) и вентиляционных каналов (вытяжная) или кондиционирования помещений. Стены же должны выполнять свое дело: иметь хорошие несущие, ограждающие и изолирующие свойства.

Некоторые строители говорят, что «дышащие стены» это стены с хорошей паропроницаемостью: влага через стены уходит наружу. Опять обратимся к строительной теплотехнике, и опять наука утверждает совершенно противоположное: чем больше влаги проходит в стену, тем хуже! Дело в том, что в стене имеется некоторая точка (правильнее плоскость) в которой упругость водяного пара в стене сравнивается с упругостью насыщенного пара - «точка росы» (при наружных отрицательных температурах). В этой плоскости конденсируется влага, и чем больше пара пройдет в стену, тем больше влаги конденсируется. Намокание стены сильно уменьшает ее термоизолирующие свойства, при замерзании конденсат постепенно разрушает стену. СНиП задают определенное минимальное сопротивление паропроницанию стен. Примеры расчета зоны конденсации и количества конденсируемой влаги в разделе «Влажностный режим наружных стен Велокс».