Климат и энергосбережение
В течение десятков тысяч лет человек строил жилье для защиты от непогоды. Где только не жили люди: в пещерах, шалашах, землянках, домах из бревен и бруса, а затем из кирпича и бетона.
В холодных регионах дома строились с толстыми стенами и небольшими окнами, которые хорошо защищали их обитателей от холода, ветра, снега, а в более теплых регионах — с тонкими стенами и окнами большого размера.
Какие же из физико-климатических факторов — температура и влажность, скорость и направление ветра, высота снежного покрова и количество выпадающих осадков, количество солнечных и пасмурных дней в году — следует учитывать при строительстве теплого дома? Главные факторы — это те, которые непосредственно влияют на изменение температуры и влажности конструкции здания. Они в основном и определяют выбор материала и конструкции. Прежде всего это расчетная температура наружного воздуха в районе строительства в холодный период года. Температура воздуха в одной и той же местности бывает одинаковой каждый год. Поэтому для теплотехнических расчетов ограждающих конструкций применяют определенные температуры наружного воздуха: среднюю температуру наиболее холодной пятидневки и абсолютную минимальную температуру наружного воздуха. Естественно, средняя температура наиболее холодных суток всегда ниже, чем средняя температура наиболее холодной пятидневки. Суровость зимнего периода выражается произведением продолжительности отопительного периода на среднюю температуру отопительного периода. Это произведение для Самарской области определяется величиной 5000 градусо-дней.
Чтобы правильно выбрать теплозащиту ограждающих конструкций дома, надо знать различия между расчетными температурами наружного воздуха. Ведь потери тепла строительной конструкции в течение суток происходят неравномерно. В ночное время, когда воздух наиболее холодный, температура наружной поверхности стены снижается максимально, и постепенно стена охлаждается по толщине. Быстрота охлаждения конструкции зависит от ее способности усваивать и отдавать тепло или от тепловой инерции.
В бревенчатом срубе или в здании с массивными кирпичными стенами в самый морозный день человек не ощущает холода. Но в том же помещении, если оно плохо отапливается, через несколько дней после наступления оттепели становится холодно, промозгло и неуютно, т.к. низкие температуры наружного воздуха вызвали резкое уменьшение температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции. Поэтому остывший за зиму дом приходится протапливать несколько дней.
К ограждающим конструкциям с большой инерционностью относятся стены, выполненные из полнотелого глиняного и силикатного кирпича, и бревенчатые срубы. Ограждающие конструкции средней инерционности изготовлены из легковесного кирпича, пустотной керамики.
Значительное влияние на теплозащитные качества ограждающих конструкций оказывает влажность воздуха в районе строительства. Влага оказывает огромное влияние, чаще очень негативное, на теплозащитные качества ограждений. Известно, что вода прекрасно проводит тепло, а воздух, особенно сухой, обладает теплоизоляционными качествами. Поэтому теплоизоляционные материалы с большим количеством пор, заполненных воздухом, имеют прекрасные теплозащитные свойства. Лучшим и ярким представителем теплоизоляционных материалов, имеющих до 95 — 98% закрытых пор, является пенополиуретан. Однако, если поры заполняются влажным воздухом или в них проникает влага, теплоизоляционная способность любого материала резко ухудшается. Кроме того, влага растворяет химические вещества (кислоты, щелочи, соли), которые приводят к быстрому разрушению теплоизоляционных материалов. Стены отсыревают, резко ухудшается микроклимат помещений.
В воздухе всегда содержится некоторое количество влаги в виде водяного пара. Ее количество, содержащееся в 1 куб. м воздуха, измеряется в граммах и называется его абсолютной влажностью (г/куб. м). Однако абсолютная влажность не характеризует степень насыщения воздуха влагой, так как при разных температурах максимальное содержание влаги в воздухе неодинаково: чем выше температура воздуха, тем больше влаги может в нем находиться. Поэтому и введено понятие относительной влажности, которое выражается в процентах, как отношение действительной упругости водяного пара «е» в воздухе к максимальной его упругости «Е» при данной температуре.
От относительной влажности воздуха зависит количество влаги, испаряющейся с поверхности строительной конструкции. Чем больше относительная влажность воздуха, тем медленнее идет испарение. При повышении температуры воздуха данной влажности его относительная влажность понижается, так как действительная упругость водяного пара остается без изменения, а максимальная упругость увеличивается. При некоторой температуре действительное значение упругости водяного пара достигнет величины максимальной упругости, т.е. достигается полное насыщение — относительная влажность 100%. Температура, при которой воздух с данной упругостью водяного пара достигает полного насыщения, называется точкой росы.
В зависимости от влажности климата при строительстве производят выбор материала для теплоизоляции существующего или строящегося дома. Теплоизоляционные материалы обладают способностью поглощать влагу, находящуюся в парообразном состоянии, из окружающего воздуха. Это явление называется сорбцией. Наибольшей сорбционной способностью обладают органические материалы: древесина, древесно-волокнистые плиты, фибролит. Меньше впитывают влагу из окружающего воздуха кирпич, керамзитобетон, минераловатные плиты, минеральная вата, минеральный войлок, полистирол.
Практически не впитывает влагу пенополиуретан , так как покрывается в процессе полимеризации защитной пленкой, не пропускающей влагу.
При теплоизоляции зданий сорбционные характеристики материалов необходимо учитывать, в противном случае из года в год будут постоянно снижаться не только теплозащитные качества утеплителя, но и долговечность ограждающих конструкций. Проникновение влаги в глубь материала происходит достаточно медленно и зависит от плотности материала и температуры воздуха. Естественно, чем плотнее материал, тем медленнее идет проникновение влаги.
Рассматривая влияние климатических факторов на теплозащиту дома, нельзя не упомянуть о ветре, который в холодное время года приносит массу неприятностей. Действительно, при температуре воздуха порядка минус пять градусов и сильном ветре человек мерзнет так же, как и при двадцатипятиградусном морозе. Влияние ветра на здания и жилую застройку сказывается довольно сильно. При приближении ветрового потока к зданию он начинает оказывать давление на ту часть фасада, которая обращена к нему. В результате с этой стороны здания образуется зона повышенного давления, при котором холодный воздух более интенсивно начинает проникать через стены, окна, стыки, щели внутрь жилых помещений, сильно их охлаждая. Это явление называется инфильтрацией. Обогнув здание, ветровой поток продолжает свое движение, образуя с противоположной стороны наветренного фасада зону пониженного давления, или ветровой отсос. В результате этого возникает значительный перепад давлений с двух противоположных сторон дома, что способствует проникновению холодного воздуха в помещение, более интенсивному движению воздуха внутри дома от наветренной стороны к противоположной, сильные сквозняки, выветривающие тепло из комнат, понижение температуры внутреннего воздуха и резкое увеличение теплопотерь зимой.
Характеристика ветра определяется шкалой Бофорта. В этой шкале каждое действие ветра определяется скоростью ветра (в м/с), или баллом Бофорта. Шкала подразделяется на 18 баллов с соответствующими изменением скорости ветра от 0 (ноль) м/с до 58,6 м/с. Например, при действии ветра, приведшему к колебанию мелких сучьев, скорость ветра будет соответствовать 4,4 м/сек., т.е. 3 баллам Бофорта. Характер такого ветра — «слабый».
Когда качаются стволы небольших деревьев, то это «крепкий» ветер, что соответствует скорости 15,6 м/сек., 7 баллам Бофорта.
В этой статье мы получили основные сведения о том, как климатические условия (температура, влажность, ветер) влияют на комфортность проживания, долговечность ограждающих конструкций. Зная вышеизложенное, нам будет несложно сформулировать основные требования к теплозащите наружных ограждений, защите их от сырости, оптимальный выбор теплоизоляционных материалов при строительстве дома.
Авторы: В.Гизатулин, директор департамента строительства и архитектуры г. Самары, член комиссии по энергосбережению и содействию в жилищно-коммунальной реформе СОРОИС / Л.Евсеев, директор компании «Ритм», председатель комиссии по энергосбережению и содействию в жилищно-коммунальной реформе СОРОИС
