Решил прикинуть скорость остывания дома при отключении отопления, а также скорость его нагревания при включении отопления. Исходные данные - дом из утепленного бруса на УШП. Площадь УШП около 170 м2. Утепление по СнИП. Получилось, что полностью закупоренный дом остынет с 20 до 15 градусов за 17 часов при -28 за бортом и за 36 часов при при -3. Если дом остынет до -3, то для прогрева всех конструкций до +20 при температуре за бортом -3 потребуется около суток.
воздух внутри дома
V = 150*3 м3
C = 1 кДж/(кг*C)
Плотность = 1,225
150*1000*1,225=551 кДж/С = 153 (Вт * ч)/C
стены из бруса
V = 50 м3
C = 2,3 кДж/(кг*C)
Плотность = 550 кг/м3
50*550*2300 = 63250 кДж/C = 17570 (Вт * ч)/C
Бетон в плите УШП
V = 0,1*170 + 54*0,1*0,4 = 19,16 м3
C = 0,84 кДж
Плотность = 2500 кг/м3
19,16*2500*840 = 40236 кДж = 11177 (Вт * ч)/C
Суммируя полученные значения для воздуха, бруса и бетона, находим, что
для нагрева/отстывания дома на 1 градус нужно 28900 (Вт * ч)/С
Потери через ограждающие конструкции в результате теплопроводности (без вентиляции и инфильтрации) при утеплении по СнИП будут
3977 Вт * ч (при температуре -3)
8299 Вт * ч (при температуре -28)
7,26 часов чтобы охладить дом на 1 градус при -3 за бортом
3,48 часа чтобы охладить дом на 1 градус при -28 за бортом
для охлаждения с 20 до 15 градусов потребуется
7,22*5 = 36,3 часа, при температуре -3 градуса за бортом
3,48*5 = 17,4 часа, при температуре -28 градусов за бортом
Все это, если дом закупорить, отключить вентиляцию и при минимальный потерях на инфильтрацию. Тут не учтена мебель. Предполагаем, что электричество тоже отключили и никаких источников тепла нет. При обычном режиме эксплуатации эти значения нужно разделить пополам.
Допустим у нас котел мощностью 24 кВт и КПД 90%
Если дом полностью остынет до -3 градусов, то на его нагрев до 20 градусов потребуется
24,9 часов. Воздух можно прогреть быстро, но потом нужно прогревать все конструкции.
Для начального нагрева воздуха в этом случае лучше использовать радиаторы, так теплый пол будет греть массу бетона.
Показаны сообщения с ярлыком теплоизоляция. Показать все сообщения
Показаны сообщения с ярлыком теплоизоляция. Показать все сообщения
пятница, 3 октября 2014 г.
Крафт бумага при утеплении эковатой
В процессе подсчета инфильтрации воздуха осознал важную роль крафт бумаги при утеплении эковатой, проложенной со стороны помещения
Воздухопроницаемость крафт-бумаги где-то в 10 раз меньше, чем у слоя эковаты в 20-40 см.
Крафт-бумага, уложенная под эковату на чердаке, а также между брусовыми стенами и эковатой в 10 раз сокращает количество воздуха, приникающего в утеплитель из помещения. А с воздухом сокращается и количество принесенной влаги, что способствует меньшему намоканию утеплителя, а как следствие и лучшей теплоизоляции.
Воздухопроницаемость крафт-бумаги где-то в 10 раз меньше, чем у слоя эковаты в 20-40 см.
Крафт-бумага, уложенная под эковату на чердаке, а также между брусовыми стенами и эковатой в 10 раз сокращает количество воздуха, приникающего в утеплитель из помещения. А с воздухом сокращается и количество принесенной влаги, что способствует меньшему намоканию утеплителя, а как следствие и лучшей теплоизоляции.
суббота, 6 сентября 2014 г.
Стоимость утепления в УШП
Немного соорентировался со стоимостью УШП. Начну с того, что на заказ УШП предлагают сделать за 6-7 т.р. за м2. У нас с зимним садом и крыльцом получается около 200 м2. И стоимость заказного УШП - под 1.4 млн. Такая цена нас конечно не устраивает :)
При самостоятельном строительстве проскакивает оценка стоимости в 4 т.р. за м2. Итого около 800 т.р. Это конечно лучше, но не идеально.
Стоимость материалов на УШП очень во много определяется стоимостью применяемого утеплителя (почти под 40-50% стоимости материлов). Стоимость м3 ЭППС примерно такая же как у используемого заводского бетона (M300). ЭППС хорош и тем, что держит нагрузки и тем что не впитывает влагу.
Беглое знакомство с вариантами замены ЭППС показало, что для снижения стоимости активно используют наш пенопласт ПСБ-50 (для ребер) и ПСБ-25 (для пола). Последний где-то в два раза дешевле ЭППС и так как по-площади его используется больше всего, это позволяет существенно снизить стоимость фундамента.
Основной минус ПСБ - впитывает влагу и теряет защитные тепловые свойства при намокании. Его нужно гидроизолировать, при этом конечно риски повышаются, по сравнению с ЭППС. Еще есть один риск - купить левый ПСБ, где написано одно, а на практике оказывается друго. На forumhouse вопросу как купить правильный ПСБ посвящен целый раздел. Нужно будет этот вопрос изучать.
И еще УШП - похоже все такие решения для легких домов. Как я понял, плита работает как единое целое и при тяжелом доме в ней возникают плохие нагрузки на сочленених ребер и пола. Но это нас не касается, так как у нас собственно и есть легкий дом (брус+утепление). Тем не менее, как работает плита при нагрузке надо будет разбираться.
При самостоятельном строительстве проскакивает оценка стоимости в 4 т.р. за м2. Итого около 800 т.р. Это конечно лучше, но не идеально.
Стоимость материалов на УШП очень во много определяется стоимостью применяемого утеплителя (почти под 40-50% стоимости материлов). Стоимость м3 ЭППС примерно такая же как у используемого заводского бетона (M300). ЭППС хорош и тем, что держит нагрузки и тем что не впитывает влагу.
Беглое знакомство с вариантами замены ЭППС показало, что для снижения стоимости активно используют наш пенопласт ПСБ-50 (для ребер) и ПСБ-25 (для пола). Последний где-то в два раза дешевле ЭППС и так как по-площади его используется больше всего, это позволяет существенно снизить стоимость фундамента.
Основной минус ПСБ - впитывает влагу и теряет защитные тепловые свойства при намокании. Его нужно гидроизолировать, при этом конечно риски повышаются, по сравнению с ЭППС. Еще есть один риск - купить левый ПСБ, где написано одно, а на практике оказывается друго. На forumhouse вопросу как купить правильный ПСБ посвящен целый раздел. Нужно будет этот вопрос изучать.
И еще УШП - похоже все такие решения для легких домов. Как я понял, плита работает как единое целое и при тяжелом доме в ней возникают плохие нагрузки на сочленених ребер и пола. Но это нас не касается, так как у нас собственно и есть легкий дом (брус+утепление). Тем не менее, как работает плита при нагрузке надо будет разбираться.
суббота, 17 мая 2014 г.
Полы по грунту в роли термо аккамулятора
Сегодня еще более явно осознал преимущества полов по грунту по сравнению с полами, омываемых снаружи воздухом. Полы по грунту используют землю как термо-аккумулятор, снижая тепло потери в самые холодные месяцы и остужая дом в самые жаркие месяцы.
В стандарте ISO 13370 приводится методика расчета тепло потерь через полы по грунту в зависимости от месяца. Ей я и воспользовался для построения диаграммы тепло потерь для полов по грунту (первая диаграмма ниже).
Тепло потери через полы, омываемых воздухом прямо пропорциальны разнице температур воздуха внутри и снаружи дома. Hg*(Tв-Tн). Для расчета я взял среднюю наружную температуру месяца и СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Для внутренней температуры Tв учел ее колебания на протяжении года (от 20 зимой до 25 летом). Результат представлен на второй диаграмме, который отображает тепло потери через перекрытие, омываемое снаружи воздухом.
Эти две диаграммы очень хорошо показывают отличия в поведении двух типов полов. Для данного примера теплоизоляция выбрана так, что суммарные тепло потери (за год) обоих типов полов одинаковы. В случае с полами по грунту тепло потери распределены по году более равномерно и имеют место даже в теплый период года. Чем лучше утеплен пол, тем ближе распределение приближается к равномерному. В обычных полах тепло потери в основном сосредоточены в отопительный период, с максимумом в январе и почти минимумом в июле.
Тепло потери в полах по грунту (Вт)
в зависимости от месяца (1-12)
Тепло потери в полах омываемых воздухом (Вт)
в зависимости от месяца (1-12)
Ниже представлены основные отличия в этих графиках и связанные с ними преимущества полов по грунту:
- Максимальная величина месячных теплопотерь в обычных полах больше (в январе), чем в полах по грунту (в апреле). Значит потребуется более мощный котел для компенсации теплопотерь.
- В янаваре (самый холодный месяц года) теплопотери в полах по грунту меньше благодаря тому, что грунт выступает как теплый буфер (он еще не успел отстыть и промерзнуть), который теплее окружающего воздуха.
- Максимум теплопотерь в полах по грунту смещен относительно самого холодного месяца(янаваря) на апрель. Это обусловлено инертностью земли и циклом промерзания-оттаивания. А в апреле уже начинает светить солнце, которое частично обеспечит теплом дом (через окна) и позволит бесплатно обеспечить эти теплопотери.
- Теплопотери в обычных полах в июле (самый теплый месяц) минимальны, так как средняя температура июля 17.5 близка к внутренней температуре. В полах же по грунту теплопотери в июле существенны, что приводит к непрерывному отстужанию дома и уменьшает затраты на кондиционирование.
суббота, 10 мая 2014 г.
Пол по грунту энергоэффективнее перекрытий с воздушной прослойкой
Полу по грунту гораздо энергоэффективнее полов по перекрытию, омываемых снаружи холодным воздухом. Достигается это за счет добавления к утеплению пола теплового сопротивления грунта. Вопрос был как это посчитать численно. Посвятил этому вопросу некоторое время на первых майских праздниках. Для расчета использовал метод из нашего СнИП и зарубежные стандарты.
Возьмем утеплитель - ЭППС толщиной 10 см. Тепловое сопротивление такого слоя утеплителя составляет 2,5 м2*С/Вт. То есть оно почти в два раз ниже норм СНиП, по которым тепловое сопротивление перекрытий должен быть 4.6. Таким образом, если делать перекрытие не по грунту, то придется добавить еще 10 см ЭППС.
В нашем СНиП предлагается очень простая методика расчета теплового сопротивления полов по грунту. Пол делится на зоны по 2 метра, отстоящие от внешнего периметра здания. И для каждой зоны грунта принимается следующие тепловые сопротивления грунта Rг1= 2.1, Rг2=4.3, Rг3=8.6.
Теплосопротивление пола по грунту в каждой зоне расчитывается отдельно и складывается из сопротивления перекрытия и сопротивления грунта Ri=R0+Rгi. Например, для первой (внешней) зоны получается 2.5+2.1 = 4.6, для второй 6,8 и для третьей 11,1.
Для примера я взял прямоугольный дом размеров 15*12. В таком доме получаются следующие площади зон S1 = 92, S2 = 60, S3 = 28 (всего 180 м2). Суммарные теплопотери через пол по грунту в таком доме получаются 31,34 Вт. Делим суммарные теплопотери на площадь пола 180 м2 и получаем теплопотери через 1м2 U=0,1741 Вт/м2*С. Обратная величина дает приведенное тепловое сопротивление пола по грунту, которое получается R = 5.74 м2*С/Вт.
Как видим, благодаря грунта тепловое сопротивление пола увеличивается более чем в 2 раза (против сопротивления 2.5 слоя ЭППС 10 см). Поэтому создание полов по грунту более энергоэффективно, чем полы с проветриваемой воздушной прослойкой.
В наших стандартах ни слова не говорится о расчете углов примыкания стен и полов по грунту. Через эти ребра происходит существенные потери, как и через всякие углы. Поэтому их тоже нужно считать. В зарубежных стандартах, а также в стандартах расчета пассивных домов этому вопросу уделено гораздо больше внимания. Об этом напишу чуть позже.
Возьмем утеплитель - ЭППС толщиной 10 см. Тепловое сопротивление такого слоя утеплителя составляет 2,5 м2*С/Вт. То есть оно почти в два раз ниже норм СНиП, по которым тепловое сопротивление перекрытий должен быть 4.6. Таким образом, если делать перекрытие не по грунту, то придется добавить еще 10 см ЭППС.
В нашем СНиП предлагается очень простая методика расчета теплового сопротивления полов по грунту. Пол делится на зоны по 2 метра, отстоящие от внешнего периметра здания. И для каждой зоны грунта принимается следующие тепловые сопротивления грунта Rг1= 2.1, Rг2=4.3, Rг3=8.6.
Теплосопротивление пола по грунту в каждой зоне расчитывается отдельно и складывается из сопротивления перекрытия и сопротивления грунта Ri=R0+Rгi. Например, для первой (внешней) зоны получается 2.5+2.1 = 4.6, для второй 6,8 и для третьей 11,1.
Для примера я взял прямоугольный дом размеров 15*12. В таком доме получаются следующие площади зон S1 = 92, S2 = 60, S3 = 28 (всего 180 м2). Суммарные теплопотери через пол по грунту в таком доме получаются 31,34 Вт. Делим суммарные теплопотери на площадь пола 180 м2 и получаем теплопотери через 1м2 U=0,1741 Вт/м2*С. Обратная величина дает приведенное тепловое сопротивление пола по грунту, которое получается R = 5.74 м2*С/Вт.
Как видим, благодаря грунта тепловое сопротивление пола увеличивается более чем в 2 раза (против сопротивления 2.5 слоя ЭППС 10 см). Поэтому создание полов по грунту более энергоэффективно, чем полы с проветриваемой воздушной прослойкой.
В наших стандартах ни слова не говорится о расчете углов примыкания стен и полов по грунту. Через эти ребра происходит существенные потери, как и через всякие углы. Поэтому их тоже нужно считать. В зарубежных стандартах, а также в стандартах расчета пассивных домов этому вопросу уделено гораздо больше внимания. Об этом напишу чуть позже.
Расчет теплопотерь ограждающих конструкций с учетом неоднородных элементов
Наконец разобрался как по-правильному считать теплопотери дома, учитывая не только плоские поверхности стен, но и различные ребра (стен со стенами, стен с перекрытиями, периметры окон и дверей) и примыкания. Путь был достаточно тернист. Запишу чтобы не забыть.
Из-за того, что внешняя поверхность в углах намного больше внутренней, теплопотери через них существенно выше, чем через плоскость стены. Потери через неоднородные поверхности могут составлять до 30-40% общих теплопотерь через ограждающие конструкции.
Начну с того, что так, как теплопотери через ограждающие конструкции прямо пропорциональны разнице между внутренней и наружной температурой воздуха, поэтому при их анализе сначала считают значения теплопотерь, соответствующей разности температур в 1 градус. Чтобы получить значение для реальных температур достаточно умножить полученное значение на разницу температур.
Q = H * (Tн-Tв) [Вт] [Дж/с]
Собственно теоретически посчитать величины H для ограждающей конструкции здания было примерно понятно из СнИП. Теплопотери складываются по участкам ограждающих конструкций различных типов
- по всем плоским участкам (стенам, перекрытиям, прозрачным и непрозрачным элементам окон)
- по всем линейным участкам (углам дома, примыканиям стен, балконов, границам окон и дверей)
- по всем точечным включениям (гвоздям и т.п., их пока отложим)
Что можно записать в виде формулы
H = Сумма(Ui*Ai) + Сумма(Фj * Lj) + Сумма (Xk)
Здесь
H - теплопроводность ограждающей конструкции (Вт/С)
Ui - теплопроводность плоского участка i (через 1м2)
Фj - теплопроводность линейного участка (Psi-value) (через 1 м)
Xk - теплопроводность через точечные включения
Ai - площадь внутренней поверхности i-го плоского участка (м2)
Lj - длина j-го линейного участка
Ui - определеяет количества тепла (Вт / м2*С), проходящего сквозь плоский участок площадью 1 м2 при разности температур воздуха внутри и снаружи 1 С. Например при U= 0,3174 Вт/м2*С и разности температур 48 С, для получения теплопотерь через стену в 10 м2, перемножаем все величины U*10*(Tн-Tв) и получаем 152,3 Вт.
Фj - количество тепла (Вт / м*С), уходящее с одного погонного метра j-го линейного участка (ребра двух стен, примыкании, границах окон и дверей) при разности температур внутри и снаружи в 1 С. Здесь я пишу Ф для обозначения символа Psi, который стандартно используется для этих целей. Например в качестве пессимистичной оценки для периметра окон берут Фj = 0,15. И тогда для окна с периметром 6 метров (1.5*1.5) получаем потери тепла через границу примыкания рамы окна и стены равным 6*0,15 = 0,9 Вт. (при разности температур 1 С ). При разности температур в 48 градусов через примакание окна теряется 0,9 * (20-(-28)) = 43,2 Вт.
Для получения числового значения Фj при расчете теплопотерь через линейные участки (мостики холода) используется построение тепловых полей на компьютере. Для стандартных конфигураций можно тепловые поля не строить, а взять пессимистичные значения. Для нестандартных конфигураций для получения реальных значений нужно строить тепловые поля.
Достаточно долго я мучился с методикой вычислением этих теплопотерь через линейные участки. Все никак дебет не сходился с кредитом. В результате оказалось, что
- существует два способа расчета (по внутренним и внешним стенам), в которых Фj имеют разные значения
- и второе Archicad EcoDesigner 17 (build 5019) отображает не верное значение Ф на основе построенного теплового поля
И только после изучения приличного количества материалов и установки бесплатной программы для построения тепловых полей THERM у меня в голове все сложилось.
На рисунке ниже схематично изображены два способа расчета величины Ф. При расчете по внутренним стенам величина Фint добавляется к теплопотерям через внутренние плоские участки. А при расчете по внешним стенам Фext по сути вычитается из теплопотерь через внешние плоские участки.
В нашем СнИП Тепловая защита зданий используется Фint. А вот за рубежом часто используется Фext. В стандартах проектирования пассивных домов указано требование, что Ф для всех тепловых мостов должно быть меньше 0,01. Здесь речь шла как раз о Фext. А я считал Фint, значения которого ну никак не получались такими малыми при любом утеплении углов. Плюс еще ошибка в EcoDesigner при расчете Ф меня с толку сбивала.
В результате значение Ф я научился считать в бесплатной программе (THERM), которую для этих целей похоже активно используют инженеры по всему миру. Для оценки в THERM берут двумерную область конструкции, содержащий неоднородный участок, к которой примыкают однородные. Собственно THERM позволяет в результате построения теплового поля оценить суммарные теплопотери Qsum через неоднородную и однородные констркции. После этого, зная теплопотери через однородные участки Ufl и Uw, а также их размеры Lint и Hint, легко подсчитать потери через углы.
Фint = Qsum - Ufl * Lint + Uw * Hint
А теперь вернусь к вычислению теплопотерь через плоские участки (стены, перекрытия,..) Теплопотери черед плоские участки Ui можно посчитать аналитически (по формулам).
Теплопотери через плоский участок (стены, перекрытия, ...) характеризует величина теплопроводности U-value, которая измеряется в Вт / м2*С. Теплопотери обратно пропорциональны тепловому сопротивлению участка U = 1 / R. Именно тепловое сопротивление нормируется в СнИП. Для Москвы для стен оно должно быть R >= 3,15, а для перекрытий R >= 4.6
Для многослойной конструкции (например брус, утепление, ...) сопротивления ckjtd складываются R = R1+R2+..... К этом делу добавляются еще тепловые сопротивления слоев воздуха (учитывает теплообмен стены с воздухом за счет конвекции), который примыкает к плоскому участку внутри (1/8.7) и снаружи (1/23). (значения взяты из СнИП, для Москвы).
Rобщее = 1/8,7+ R1+R2+..... Rn + 1/23
Собственно R характеризует тепловое сопротивление слоя некой толщины d и вычисляется на основе коэффициента теплопотерь Lyambda материала, как R = d / Lyambda. Именно значение Lyambda приводится в различных справочниках теплопроводности материалов. Например, коэффициент теплопроводности Lyambda сухой минеральной ваты может быть (зависит от плотности и влажности) 0,04, а Lyambda бруса из сосны равен 0,15. Например для стены из бруса 150мм утепленной 100мм минеральной ваты получаем
Rобщ = 1/8.7 + 0,1/0,04 + 0,15/0,15 + 1/23 = 3,6584
или теплопотери через квадратный метр такой стены Uобщ = 1/Rобщ = 1/3,6584=0,2733 Вт/С
При разности температур внутри и снаружи в 48 градусов получаем теплопотери с квадратного метра такой стену 13,12 Вт
Если плоский участок не совсем однородный, а в нем есть различные включения типа стоек каркаса утепления, приведенное теплопроводность слоя рассчитывается исходя из площадей разнородных элементов Ui = (Ua*Sa + Ub*Sb) / (Sa+Sb). Для примера я посчитал теплопроводность стены (брус 150 + эковата 100 + изоплат 25) с учетом и без учета стоек двойного каркаса. Значение теплопотерь с учетом стоек получилось примерно на 10% больше. При расчете теплопроводности черех перекрытие с использованием деревянных лаг, их тоже необходимо учитывать при расчете. Расчет теплопроводности неоднородных плоских элементов также можно делать с помощью построения тепловых полей.
Следующий мой шаг - это посчитать значения U и Ф для всех типов плоских и линейных участков нашего проекта. После этого я смогу забить их в проекте Archicad EcoDesigner и получить суммарные теплопотери с учетом реальных площадей нашего проекта.
Из-за того, что внешняя поверхность в углах намного больше внутренней, теплопотери через них существенно выше, чем через плоскость стены. Потери через неоднородные поверхности могут составлять до 30-40% общих теплопотерь через ограждающие конструкции.
Начну с того, что так, как теплопотери через ограждающие конструкции прямо пропорциональны разнице между внутренней и наружной температурой воздуха, поэтому при их анализе сначала считают значения теплопотерь, соответствующей разности температур в 1 градус. Чтобы получить значение для реальных температур достаточно умножить полученное значение на разницу температур.
Q = H * (Tн-Tв) [Вт] [Дж/с]
Собственно теоретически посчитать величины H для ограждающей конструкции здания было примерно понятно из СнИП. Теплопотери складываются по участкам ограждающих конструкций различных типов
- по всем плоским участкам (стенам, перекрытиям, прозрачным и непрозрачным элементам окон)
- по всем линейным участкам (углам дома, примыканиям стен, балконов, границам окон и дверей)
- по всем точечным включениям (гвоздям и т.п., их пока отложим)
Что можно записать в виде формулы
H = Сумма(Ui*Ai) + Сумма(Фj * Lj) + Сумма (Xk)
Здесь
H - теплопроводность ограждающей конструкции (Вт/С)
Ui - теплопроводность плоского участка i (через 1м2)
Фj - теплопроводность линейного участка (Psi-value) (через 1 м)
Xk - теплопроводность через точечные включения
Ai - площадь внутренней поверхности i-го плоского участка (м2)
Lj - длина j-го линейного участка
Ui - определеяет количества тепла (Вт / м2*С), проходящего сквозь плоский участок площадью 1 м2 при разности температур воздуха внутри и снаружи 1 С. Например при U= 0,3174 Вт/м2*С и разности температур 48 С, для получения теплопотерь через стену в 10 м2, перемножаем все величины U*10*(Tн-Tв) и получаем 152,3 Вт.
Фj - количество тепла (Вт / м*С), уходящее с одного погонного метра j-го линейного участка (ребра двух стен, примыкании, границах окон и дверей) при разности температур внутри и снаружи в 1 С. Здесь я пишу Ф для обозначения символа Psi, который стандартно используется для этих целей. Например в качестве пессимистичной оценки для периметра окон берут Фj = 0,15. И тогда для окна с периметром 6 метров (1.5*1.5) получаем потери тепла через границу примыкания рамы окна и стены равным 6*0,15 = 0,9 Вт. (при разности температур 1 С ). При разности температур в 48 градусов через примакание окна теряется 0,9 * (20-(-28)) = 43,2 Вт.
Для получения числового значения Фj при расчете теплопотерь через линейные участки (мостики холода) используется построение тепловых полей на компьютере. Для стандартных конфигураций можно тепловые поля не строить, а взять пессимистичные значения. Для нестандартных конфигураций для получения реальных значений нужно строить тепловые поля.
Достаточно долго я мучился с методикой вычислением этих теплопотерь через линейные участки. Все никак дебет не сходился с кредитом. В результате оказалось, что
- существует два способа расчета (по внутренним и внешним стенам), в которых Фj имеют разные значения
- и второе Archicad EcoDesigner 17 (build 5019) отображает не верное значение Ф на основе построенного теплового поля
И только после изучения приличного количества материалов и установки бесплатной программы для построения тепловых полей THERM у меня в голове все сложилось.
На рисунке ниже схематично изображены два способа расчета величины Ф. При расчете по внутренним стенам величина Фint добавляется к теплопотерям через внутренние плоские участки. А при расчете по внешним стенам Фext по сути вычитается из теплопотерь через внешние плоские участки.
В нашем СнИП Тепловая защита зданий используется Фint. А вот за рубежом часто используется Фext. В стандартах проектирования пассивных домов указано требование, что Ф для всех тепловых мостов должно быть меньше 0,01. Здесь речь шла как раз о Фext. А я считал Фint, значения которого ну никак не получались такими малыми при любом утеплении углов. Плюс еще ошибка в EcoDesigner при расчете Ф меня с толку сбивала.
В результате значение Ф я научился считать в бесплатной программе (THERM), которую для этих целей похоже активно используют инженеры по всему миру. Для оценки в THERM берут двумерную область конструкции, содержащий неоднородный участок, к которой примыкают однородные. Собственно THERM позволяет в результате построения теплового поля оценить суммарные теплопотери Qsum через неоднородную и однородные констркции. После этого, зная теплопотери через однородные участки Ufl и Uw, а также их размеры Lint и Hint, легко подсчитать потери через углы.
Фint = Qsum - Ufl * Lint + Uw * Hint
А теперь вернусь к вычислению теплопотерь через плоские участки (стены, перекрытия,..) Теплопотери черед плоские участки Ui можно посчитать аналитически (по формулам).
Теплопотери через плоский участок (стены, перекрытия, ...) характеризует величина теплопроводности U-value, которая измеряется в Вт / м2*С. Теплопотери обратно пропорциональны тепловому сопротивлению участка U = 1 / R. Именно тепловое сопротивление нормируется в СнИП. Для Москвы для стен оно должно быть R >= 3,15, а для перекрытий R >= 4.6
Для многослойной конструкции (например брус, утепление, ...) сопротивления ckjtd складываются R = R1+R2+..... К этом делу добавляются еще тепловые сопротивления слоев воздуха (учитывает теплообмен стены с воздухом за счет конвекции), который примыкает к плоскому участку внутри (1/8.7) и снаружи (1/23). (значения взяты из СнИП, для Москвы).
Rобщее = 1/8,7
Собственно R характеризует тепловое сопротивление слоя некой толщины d и вычисляется на основе коэффициента теплопотерь Lyambda материала, как R = d / Lyambda. Именно значение Lyambda приводится в различных справочниках теплопроводности материалов. Например, коэффициент теплопроводности Lyambda сухой минеральной ваты может быть (зависит от плотности и влажности) 0,04, а Lyambda бруса из сосны равен 0,15. Например для стены из бруса 150мм утепленной 100мм минеральной ваты получаем
Rобщ = 1/8.7 + 0,1/0,04 + 0,15/0,15 + 1/23 = 3,6584
или теплопотери через квадратный метр такой стены Uобщ = 1/Rобщ = 1/3,6584=0,2733 Вт/С
При разности температур внутри и снаружи в 48 градусов получаем теплопотери с квадратного метра такой стену 13,12 Вт
Если плоский участок не совсем однородный, а в нем есть различные включения типа стоек каркаса утепления, приведенное теплопроводность слоя рассчитывается исходя из площадей разнородных элементов Ui = (Ua*Sa + Ub*Sb) / (Sa+Sb). Для примера я посчитал теплопроводность стены (брус 150 + эковата 100 + изоплат 25) с учетом и без учета стоек двойного каркаса. Значение теплопотерь с учетом стоек получилось примерно на 10% больше. При расчете теплопроводности черех перекрытие с использованием деревянных лаг, их тоже необходимо учитывать при расчете. Расчет теплопроводности неоднородных плоских элементов также можно делать с помощью построения тепловых полей.
Следующий мой шаг - это посчитать значения U и Ф для всех типов плоских и линейных участков нашего проекта. После этого я смогу забить их в проекте Archicad EcoDesigner и получить суммарные теплопотери с учетом реальных площадей нашего проекта.
Характеристики минеральной ваты и эковаты по отношению к влаге
То что минеральная вата не есть гуд для утепления брусового дома я давно осознал. Поэтому планировал использовать для утепления эковату. Но для утепления потолка были мысли использовать мин.вату. И тут я натолкнулся на статью (см. по ссылке) по тому как себя ведет влага в различных материалах. В этой статье очень хорошо показаны отличия мин.ваты и эковаты в отношении способности выводить влагу. И отличия эти не в пользу мин.ваты, что заставило меня задуматься а стоит ли ее использовать на потолке.
Ниже я привожу общие рассуждения, описывающие картину так, как я ее понимаю. Для того чтобы все это утверждать наверняка все описанные ниже эффекты нужно посчитать и сравнить количественно, чего я пока не могу сделать.
Утеплители теряют свои тепловые свойства при увлажнении, но теряют они эту способность по разному. В вышеуказанной статье есть график, на котором видно что теплопроводность мин.ваты существенно увеличивается (почти в два раз) уже при 1% увлажнении.
Эковата не теряет своих свойств утепления до более высокой степени увлажнения (до 18%). Плюс эковата имеет целый ряд отличных свойств (описаны ниже), которые способствуют ее более быстрому высыханию. Именно это позволяет использовать эковату для утепления брусовых стен без пароизоляции. В случае с мин.ватой пароизоляция обязательна, что не есть хорошо для брусовой стены, так как это закупоривает в ней влагу. Но дальше я забуду про брусовую стену и буду рассматривать вывод влаги из каркасной стены, утепленной либо мин.ватой, либо эковатой.
Из-за повышения теплопроводности, утеплитель в каркасной стене (или потолке) должен обязательно быть защищен изнутри влагозащитной пленкой. Данная пленка теоретически должна защищать утеплитель от намокания. Но вот на практике сделать эту идеальную влагоизоляцию от внутренней влаги не очень реально. Даже если ее удалось сделать, со временем защита может быть нарушена. На практике влага в утеплитель все равно попадает. В том числе влага попадает в утеплитель при строительстве. А потому очень важно сделать так, чтобы влага из стены быстро выводилась, а сам утеплитель должен этому способствовать.
Вот тут-то и начинаются отличия мин.ваты от эковаты. Благодаря своим полым волокнам и наличию пор необходимых размеров эковата может впитывать водяной пар из воздуха и удерживать ее (гигроскопический эффект). При увеличении относительной влажности воздуха от 50 до 85 %, эковата увеличивается по массе на 9%, а мин.вата только на 1%.
Эковата также способна впитывать жидкость благодаря наличию каппиляров. Эковата способна впитать более 10 кг с м2 воды, мин.вата же только 0.1 кг.
Попав в пирог стены, влага не моментально выводится наружу. На просушку стены нужно время и определенные условия. В случае с мин-ватой влага не удерживается в утеплителе и может накапливаться в несущих конструкциях каркаса, приводя к его быстрому выходу из строя. Этому накапливанию способствует то, что минеральная вата не обладает способность гигроскопичности, то есть способности извлекать влагу из воздуха и удерживать ее, так как это умеет делать эковата. Если в мин.вате влага конденсируется, то она стекает на конструкции каркаса. Либо влага просто засасывается из воздуха в деревянные конструкции каркаса. Эковата благодаря своим полым волокнам имеет очень высокие гигроскопические способности. Она способна забирать влагу из более влажного воздуха и удерживать ее. При этом влага находится в порах эковаты и не уменьшает ее свойств утепления (естественно до некоторого предела, пока капилляры не переполнятся). В результате влага, попавшая внутрь пирога стены с эковатой не накапливается в конструкции каркаса, а удерживается в объеме эковаты в месте проникновения влаги до ее высыхания.
Рис. Поведение влаги в мин.вате с OSB снаружи (слева) и в эковате с изоплатом снаружи (справа)
Для того чтобы стена сохла важно влагу не закупорить снаружи. Однако достаточно часто снаружи каркасной стены, утепленной мин.ватой, устанавливаются листы OSB, у которых достаточно низкая паропроницаемость (типичное значение 216 MNs/gm, примерно такое же значение у сосны попере волокон). Наверное, предполагается, что теоретически влаги в стене нет, ведь стена защищена изнутри влагозащитной пленкой. Сверху OSB еще часто используют полестерол для дополнительного утепления мостиков холода каркаса (типичное значение 150 MNs/gm). В случае каркасных стен с утеплением эковатой снаружи обычно используют древесно-волокнистые плиты, аля изоплат. Последние имеют паропроницаемость в 8 раз лучше (типичное значение 25 MNs/gm), чем OSB и не закупоривают влагу в стене, из которой она легко выходит.
Ниже я привожу общие рассуждения, описывающие картину так, как я ее понимаю. Для того чтобы все это утверждать наверняка все описанные ниже эффекты нужно посчитать и сравнить количественно, чего я пока не могу сделать.
Утеплители теряют свои тепловые свойства при увлажнении, но теряют они эту способность по разному. В вышеуказанной статье есть график, на котором видно что теплопроводность мин.ваты существенно увеличивается (почти в два раз) уже при 1% увлажнении.
Вот тут-то и начинаются отличия мин.ваты от эковаты. Благодаря своим полым волокнам и наличию пор необходимых размеров эковата может впитывать водяной пар из воздуха и удерживать ее (гигроскопический эффект). При увеличении относительной влажности воздуха от 50 до 85 %, эковата увеличивается по массе на 9%, а мин.вата только на 1%.
Эковата также способна впитывать жидкость благодаря наличию каппиляров. Эковата способна впитать более 10 кг с м2 воды, мин.вата же только 0.1 кг.
Попав в пирог стены, влага не моментально выводится наружу. На просушку стены нужно время и определенные условия. В случае с мин-ватой влага не удерживается в утеплителе и может накапливаться в несущих конструкциях каркаса, приводя к его быстрому выходу из строя. Этому накапливанию способствует то, что минеральная вата не обладает способность гигроскопичности, то есть способности извлекать влагу из воздуха и удерживать ее, так как это умеет делать эковата. Если в мин.вате влага конденсируется, то она стекает на конструкции каркаса. Либо влага просто засасывается из воздуха в деревянные конструкции каркаса. Эковата благодаря своим полым волокнам имеет очень высокие гигроскопические способности. Она способна забирать влагу из более влажного воздуха и удерживать ее. При этом влага находится в порах эковаты и не уменьшает ее свойств утепления (естественно до некоторого предела, пока капилляры не переполнятся). В результате влага, попавшая внутрь пирога стены с эковатой не накапливается в конструкции каркаса, а удерживается в объеме эковаты в месте проникновения влаги до ее высыхания.
Рис. Поведение влаги в мин.вате с OSB снаружи (слева) и в эковате с изоплатом снаружи (справа)
Для того чтобы стена сохла важно влагу не закупорить снаружи. Однако достаточно часто снаружи каркасной стены, утепленной мин.ватой, устанавливаются листы OSB, у которых достаточно низкая паропроницаемость (типичное значение 216 MNs/gm, примерно такое же значение у сосны попере волокон). Наверное, предполагается, что теоретически влаги в стене нет, ведь стена защищена изнутри влагозащитной пленкой. Сверху OSB еще часто используют полестерол для дополнительного утепления мостиков холода каркаса (типичное значение 150 MNs/gm). В случае каркасных стен с утеплением эковатой снаружи обычно используют древесно-волокнистые плиты, аля изоплат. Последние имеют паропроницаемость в 8 раз лучше (типичное значение 25 MNs/gm), чем OSB и не закупоривают влагу в стене, из которой она легко выходит.
вторник, 29 апреля 2014 г.
Температура внутренних стен неутепленного брусового дома
Ни один из размеров от 150 до 250 см бруса не обеспечивает требуемую температуру в углах дома при расчетной наружной температуре -28 С. Как следствие в деревянном брусовом доме как минимум необходимо утеплять углы. Утеплять то нужно все стены, но углы просто обязательно.
Один из параметров, которые должны контролироваться при расчете энерго эффективности дома является температура внутренних поверхностей стен. В соответствии с "СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СниП 23-02-2003" температура внутренних поверхностей стен должна удовлетворять следующим требованиям:
Расчет температурного поля с помощью различных программ (Archicad EcoDesigner или бесплатной THERM) позволяет посмотреть температуру на внутренних поверхностях. Для эксперимента я проделал это для угла из бруса различной толщины и при различных наружных температурах.
Вот так выглядит графического отображение распределения температур (левый рисунок) и интенсивности теплового потока (правый) в углах деревянного дома из бруса 150 мм при наружной температуре -28 С и внутренней температуре 20 С.
Внешний коэффициент теплопередачи 23 Вт/м2*C
Внутренний коэффициент теплопередачи 8,7 Вт/м2*C
Один из параметров, которые должны контролироваться при расчете энерго эффективности дома является температура внутренних поверхностей стен. В соответствии с "СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СниП 23-02-2003" температура внутренних поверхностей стен должна удовлетворять следующим требованиям:
- быть выше температуры точки росы (для жилых зданий это около 12 С)
- температурный перепад между внутренней поверхностью стены и внутренней температурой воздуха должен быть не более 4 градусов (требование комфортности).
Самая низкая температура внутренней поверхности наблюдается в различных углах дома (стены-стены, стены-пол, стены-потолок, стены-окна и т.п.). Именно ее необходимо в первую очередь контролировать при расчете утепления дома.
Если температура на внутренней поверхности углов будет меньше или равна температуре точки росы, то на внутренней поверхности будет конденсироваться влага и образовываться плесень, чего необходимо всеми силами избегать.
Если температура на внутренней поверхности углов будет меньше или равна температуре точки росы, то на внутренней поверхности будет конденсироваться влага и образовываться плесень, чего необходимо всеми силами избегать.
Расчет температурного поля с помощью различных программ (Archicad EcoDesigner или бесплатной THERM) позволяет посмотреть температуру на внутренних поверхностях. Для эксперимента я проделал это для угла из бруса различной толщины и при различных наружных температурах.
Вот так выглядит графического отображение распределения температур (левый рисунок) и интенсивности теплового потока (правый) в углах деревянного дома из бруса 150 мм при наружной температуре -28 С и внутренней температуре 20 С.
При проведении всех расчетов температур использовались следующие параметры:
Внутренняя температура воздуха 20 С
Теплопроводность дерева 0,15 Вт/м*СВнешний коэффициент теплопередачи 23 Вт/м2*C
Внутренний коэффициент теплопередачи 8,7 Вт/м2*C
Результаты расчета температуры в углах брусового дома сведены в таблице
| Толщина бруса | -28 С | -15 С | -5 С |
| 150мм | 5 | 9 | 12,2 |
| 200мм | 7 | 10,8 | 13,3 |
| 250мм | 9 | 12,1 | 14,3 |
В следующей таблице приведены результаты расчетов температуры на внутренних поверхностях стен брусового дома в удалении от углов
| Толщина бруса | -28 С | -15 С | -5 С |
| 150мм | 14,2 | 15,4 | 17,1 |
| 200мм | 15,7 | 16,7 | 17,8 |
| 250мм | 16,4 | 17,4 | 18 |
Их этих расчетов вытекают следующие выводы.
В данном расчете не учтен эффект инфильтрации воздуха через стены (проще говоря продувания).
- Все размеры бруса от 150 мм до 250 мм обеспечивают температуру внутренней поверхности стены большую точки росы (+12 С) даже при самой низкой наружной температуре -28 С.
- Ни один из рассмотренных размеров бруса не обеспечивает температуры на внутренней поверхности в углах дома выше точки росы при наружной температуре -28 С, а значит там будет конденсироваться влага, что может приводить к образованию плесени.
- Брус 150 мм не обеспечивает температурный перепад меньше 4 градусов.
В данном расчете не учтен эффект инфильтрации воздуха через стены (проще говоря продувания).
вторник, 25 марта 2014 г.
Теплопотери энергоэффективных домов
Посчитав теплопотери нашего дома решил я посмотреть европейские нормативы на теплопотери энергоэффективного дома. Мягко говоря я был поражен.
Вот требования на годовые удельные теплопотери (посчитанные для 1 м2 площади дома)
По требования нашего СНИП - 150 кВт*ч/м2
По европейским требованиям 60 кВт*ч/м2 (вроде как в Европе даже запрещено строить дома с большими теплопотерями)
Пассивный дом - 15 кВт*ч/м2
Для нашего дома у меня получились удельные тепло потери в час (1 м2 площади дома и для самого холодного дня -28С) в диапазоне от Qчас = от 50 до 85 Вт*ч/м2. Тепло потери можно снизить до 50 Вт*ч/м2 при применении целого ряда мер по обеспечению энергоэффективности. Теплопотери 85 получились у меня без применения каких либо мер.
Для расчета теплопотерь за отопительный период используется формула Qгод = Qчас*214*0,48*2, где
214 - дней отопительного периода
0,48 - коээфициент, позволяющий учесть количество дней с разной температурой
24 - количество часов в сутках
За год для нашего дома получаются удельные теплопотери (пересчитанные на 1м2 площади дома) в диапазоне от 123 до 209 кВт*ч/м2
Получается, что без применения мер по повышению энерго-эффективности наш дом не вписывается даже в нормы нашего СНИП, несмотря на то, что ограждающие конструкции выполнены в соответствии с нормами СНИП по тепло сопротивлению (и даже чуть лучше).
Годовые удельные тепло потери в 123 кВт*ч/м2 - это максимум, что у меня получилось добиться при выбранном уровне утепления. Насколько же толще должны быть стены, чтобы соответствовать европейским требованиям энерго-эффективного дома. Про пассивный дом я вообще молчу.
Да, я забыл учесть еще одну меру - нагрев входящего воздуха в грунтовом теплообменнике. Она должна позволить еще несколько снизить затраты на вентиляцию.
Вот требования на годовые удельные теплопотери (посчитанные для 1 м2 площади дома)
По требования нашего СНИП - 150 кВт*ч/м2
По европейским требованиям 60 кВт*ч/м2 (вроде как в Европе даже запрещено строить дома с большими теплопотерями)
Пассивный дом - 15 кВт*ч/м2
Для нашего дома у меня получились удельные тепло потери в час (1 м2 площади дома и для самого холодного дня -28С) в диапазоне от Qчас = от 50 до 85 Вт*ч/м2. Тепло потери можно снизить до 50 Вт*ч/м2 при применении целого ряда мер по обеспечению энергоэффективности. Теплопотери 85 получились у меня без применения каких либо мер.
Для расчета теплопотерь за отопительный период используется формула Qгод = Qчас*214*0,48*2, где
214 - дней отопительного периода
0,48 - коээфициент, позволяющий учесть количество дней с разной температурой
24 - количество часов в сутках
За год для нашего дома получаются удельные теплопотери (пересчитанные на 1м2 площади дома) в диапазоне от 123 до 209 кВт*ч/м2
Получается, что без применения мер по повышению энерго-эффективности наш дом не вписывается даже в нормы нашего СНИП, несмотря на то, что ограждающие конструкции выполнены в соответствии с нормами СНИП по тепло сопротивлению (и даже чуть лучше).
Годовые удельные тепло потери в 123 кВт*ч/м2 - это максимум, что у меня получилось добиться при выбранном уровне утепления. Насколько же толще должны быть стены, чтобы соответствовать европейским требованиям энерго-эффективного дома. Про пассивный дом я вообще молчу.
Да, я забыл учесть еще одну меру - нагрев входящего воздуха в грунтовом теплообменнике. Она должна позволить еще несколько снизить затраты на вентиляцию.
воскресенье, 23 марта 2014 г.
Расчет тепло потерь нашего дома
Сделал предварительный расчет тепло потерь для нашего дома. Сначала сделал расчет тепло потерь без применения мер для повышения энергоэффективности дома. А затем сделал расчет тепло потерь дома при применении целого ряд мер для повышения энерго-эффективности. В сумме получилось, что при применении рассмотренных мер тепло потери могут быть снижены на 40%.
Характеристики дома, использованые при расчете.
Площадь перекрытий 161,21 м2
Жилая площадь 110 м2
Площадь наружные стен без окон 167,7 м2
Общая площадь окон 28 м2
Температура воздуха в помещении 20 градусов
Термическое сопротивление стен 3,47=1,07 (брус 150 см) + 2*1,2 (два слоя минеральной ваты по 5 см)
Термическое сопротивление перекрытий 4,8 = 4*1,2 (4 слоя ваты по 5 см)
Термическое сопротивление обычных окон 0,525
Расчет выполнен при температуре -28 градусов (стандартная расчетная температура теплопотерь для Москвы). Для начала принял, что температура не неотапливаемом чердаке и неотапливаемом подполе равна температуре на улице (-28 градусов).
Вот результат расчета при использовании обычных окон и естественной вентиляции
- 8039,6 Вт*ч - Расход энергии на восстановление потерь тепла через ограждающие конструкции
- 5720 Вт*ч - Расход энергии на подогрев приточного воздуха при естественной вентиляции
Удельные расходы на отопления получаются 85 Вт*ч / м2
В данном расчете потери на подогрев приточного воздуха меньше потерь через ограждающие конструкции. Это связано с тем, что вентилируется не вся площадь дома, а только жилые комнаты. Для нашего дома это 110 м2 из суммарных 160 м2.
Расходы энергии на отопление могут быть снижены за счет применения следующих мер
- применением окон с лучшим теплосопротивлением (равным 1)
- создание полов по грунту с утепленным фундаментом
- применение механической приточно-вытяжной вентиляции- автоматическая регуляция температур батарей в зависимости от температуры в помещениях
При применении хороших окон (теплосопротивление 1) потери через ограждающие конструкции могут быть снижены до 6823 Вт*ч.
Удельные расходы на отопления получаются 77,8 Вт*ч / м2.
При устройстве утепленных полов по грунту с утепленным фундаментом температура под перекрытием будет выше температуры на улице, что приведет к снижению теплопотерь через нижнее перекрытие. Допустим температура грунта равна 0 градусов. Тогда получим теплопотери через ограждающие конструкции: 5882,6 и удельные теплопотери 72 Вт*ч/м2
Применение приточно-вытяжной вентиляции позволяет переиспользовать до 50% тепла, отбирая его от уходящего воздуха. В результате расход энергии на нагрев поступающего воздуха составит 5720 / 2 = 2860 Вт*ч.
Удельные расходы на отопления составят 54 Вт*ч/м2.
Применение теплодатчиков на батареях позволяет автоматических снижать количество тепла, которые отдают батареи в помещение. Это позволяет задействовать для отопления такие источники тепла, как бытовые поступления и нагрев от солнца через окна.
Жизнедеятельность человека создает дополнительные поступления тепла в дом (от самого человека, а также используемых бытовых приборов, которые выделяют тепло). Для 5 человек и площади жилых помещений 110 м2 можно принять количество поступающего тепла равным 16 Вт *ч /м2 (из рекомендации СНИП). (для жилой площади) В среднем для дома получаем бытовые поступления раными 16*110/160 = 11 Вт*ч/м2 . Если учесть тот факт, что люди не все время находятся дома, а в среднем 8 часов в сутки. В среднем получим среднесуточное поступление тепла от бытовых поступление 11/3 = 3,66 Вт*ч/м2. На практике при работе различных электрических приборов, бытовые выделения могут превышать в отдельные периоды 35 Вт*ч/м2.
Еще одним источником бесплатного тепла является солнце. Расчет количества энергии, поступающей в дом от солнца пока отложу.
Итого рассмотренные меры обеспечения энергоэффективности дома позволяют сократить удельные расходы энергии на отопление с 85 Вт*ч/м2 до примерно 50 Вт*ч/м2 (с учетом бытовых поступлений, но без учета энергии солнца). В относительных величинах суммарные улучшения от рассмотренных выше мер составляют 40%.
Характеристики дома, использованые при расчете.
Площадь перекрытий 161,21 м2
Жилая площадь 110 м2
Площадь наружные стен без окон 167,7 м2
Общая площадь окон 28 м2
Температура воздуха в помещении 20 градусов
Термическое сопротивление стен 3,47=1,07 (брус 150 см) + 2*1,2 (два слоя минеральной ваты по 5 см)
Термическое сопротивление перекрытий 4,8 = 4*1,2 (4 слоя ваты по 5 см)
Термическое сопротивление обычных окон 0,525
Расчет выполнен при температуре -28 градусов (стандартная расчетная температура теплопотерь для Москвы). Для начала принял, что температура не неотапливаемом чердаке и неотапливаемом подполе равна температуре на улице (-28 градусов).
Вот результат расчета при использовании обычных окон и естественной вентиляции
- 8039,6 Вт*ч - Расход энергии на восстановление потерь тепла через ограждающие конструкции
- 5720 Вт*ч - Расход энергии на подогрев приточного воздуха при естественной вентиляции
Удельные расходы на отопления получаются 85 Вт*ч / м2
В данном расчете потери на подогрев приточного воздуха меньше потерь через ограждающие конструкции. Это связано с тем, что вентилируется не вся площадь дома, а только жилые комнаты. Для нашего дома это 110 м2 из суммарных 160 м2.
Расходы энергии на отопление могут быть снижены за счет применения следующих мер
- применением окон с лучшим теплосопротивлением (равным 1)
- создание полов по грунту с утепленным фундаментом
- применение механической приточно-вытяжной вентиляции- автоматическая регуляция температур батарей в зависимости от температуры в помещениях
При применении хороших окон (теплосопротивление 1) потери через ограждающие конструкции могут быть снижены до 6823 Вт*ч.
Удельные расходы на отопления получаются 77,8 Вт*ч / м2.
При устройстве утепленных полов по грунту с утепленным фундаментом температура под перекрытием будет выше температуры на улице, что приведет к снижению теплопотерь через нижнее перекрытие. Допустим температура грунта равна 0 градусов. Тогда получим теплопотери через ограждающие конструкции: 5882,6 и удельные теплопотери 72 Вт*ч/м2
Применение приточно-вытяжной вентиляции позволяет переиспользовать до 50% тепла, отбирая его от уходящего воздуха. В результате расход энергии на нагрев поступающего воздуха составит 5720 / 2 = 2860 Вт*ч.
Удельные расходы на отопления составят 54 Вт*ч/м2.
Применение теплодатчиков на батареях позволяет автоматических снижать количество тепла, которые отдают батареи в помещение. Это позволяет задействовать для отопления такие источники тепла, как бытовые поступления и нагрев от солнца через окна.
Жизнедеятельность человека создает дополнительные поступления тепла в дом (от самого человека, а также используемых бытовых приборов, которые выделяют тепло). Для 5 человек и площади жилых помещений 110 м2 можно принять количество поступающего тепла равным 16 Вт *ч /м2 (из рекомендации СНИП). (для жилой площади) В среднем для дома получаем бытовые поступления раными 16*110/160 = 11 Вт*ч/м2 . Если учесть тот факт, что люди не все время находятся дома, а в среднем 8 часов в сутки. В среднем получим среднесуточное поступление тепла от бытовых поступление 11/3 = 3,66 Вт*ч/м2. На практике при работе различных электрических приборов, бытовые выделения могут превышать в отдельные периоды 35 Вт*ч/м2.
Еще одним источником бесплатного тепла является солнце. Расчет количества энергии, поступающей в дом от солнца пока отложу.
Итого рассмотренные меры обеспечения энергоэффективности дома позволяют сократить удельные расходы энергии на отопление с 85 Вт*ч/м2 до примерно 50 Вт*ч/м2 (с учетом бытовых поступлений, но без учета энергии солнца). В относительных величинах суммарные улучшения от рассмотренных выше мер составляют 40%.
Расходы в системе отопления на подогрев воздуха для вентиляции
Последнее время изучал вопросы энерго-эффективности дома, связанные с
вопросами отопления, вентиляции, кондиционирования. Прочитал две
хорошие книги по этому вопросу.
[1] О.Я. Кокорина Энергосбережение в системах отопления, вентиляции, кондиционирования
[2] В.А. Майоров Передача теплоты через окна
Плюс изучил очень хороший блог www.domeconom.su.
Начну записывать какие моменты меня заставили задуматься.
Я снова задумался о необходимости применения механической приточно-вытяжной вентиляции, даже в доме из бруса ( с утеплением). Ранее я пришел к выводу, что данная система обязательно необходима в каркасном доме. Теперь же я прихожу к мысли, что данная система должна присутствовать в любом современном доме. И в первую очередь это связано с повышением энерго-эффективности дома, так как расходы энергии при отоплении на нагрев воздуха при естественной вентиляции превышает потери тепла через ограждающие конструкции. Но есть и другие за данный тип вентиляциции.
Расходы энергии на отопление идут на
- восстановление потерь через ограждающие конструкции
- нагрев воздуха, поступающего в помещение для вентиляции
Ограждающие конструкции: наружные стены, окна, перекрытия.
По СНиП 2.04.05-91 - 91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» санитарная норма смены воздуха в помещении составляет 3 м3/час на 1 квадратный метр помещения. Другими словами воздух в помещении должен полностью меняться в течении одного часа. Вновь поступивший с улицы воздух необходимо постоянно нагревать до комнатной температуры.
В книге [1] приводится пример расчета теплопотерь для угловой комнаты на третьем этаже трехэтажного дома при естественной вентиляции. Площадь комнаты 20 м2, площадь окна 2,7 м2. Утепление стен и перекрытий выполнено в соответствии со СНИП. Расчет для зоны Москвы делается для температуры -28 градусов. В данном примере теплопотерь через нижнее перекрытия нет, а через верхнее они меньше чем через стены из-за большей температуры на чердаке, чем на улице (-10 градусов).
Потери через ограждающие конструкции составили 617 Вт*ч. Из них 247 Вт*ч - это потери через окно. Расход энергии на подогрев поступающего воздуха составили 1040 Вт*ч.
Теплопотери через окно может быть уменьшено за счет применения лучших окон, что может снизить теплопотери до 130 Вт*ч и суммарные теплопотели через ограждающие конструкции до 500 Вт*ч .
Общий вывод - расход энергии в данном примере для одной жилой комнаты на вентиляцию превышает потери тепла через ограждающие конструкции. Поэтому для повышения энергоэффективности дома необходимо не только утеплять дом и устанавливать хорошие окна, но и задуматься над тем как не терять тепло с уходящим нагретым воздухом.
Механическая приточно-вытяжная вентиляции с рекуперацией позволяет уменьшить потери на подогрев воздуха за счет использования тепла уходящего воздуха для подогрева входящего воздуха. Правда и стоимость данной системы больше, чем системы естественной вентиляции.
Где-то увидел цифру в 12 лет - как ориентировачный период возврата инвестиций в строительстве. Оценивая лучшую технологию стоит оценивать позволит ли эта технология вернуть вложенные инвестиции за 12 лет. Если нет, то и рассматривать ее не стоит.
В случае с приточной вентиляцией кроме энерго-эффективности я вижу еще и другие преимущества для себя. Последнее несколько лет обнаружил у себя аллергию, в результате которой начинаю чихать, когда летом открываем форточки дома. В приточной вентиляции можно организовать очистку приточного воздуха от био-частиц, да и просто от пыли.
[1] О.Я. Кокорина Энергосбережение в системах отопления, вентиляции, кондиционирования
[2] В.А. Майоров Передача теплоты через окна
Плюс изучил очень хороший блог www.domeconom.su.
Начну записывать какие моменты меня заставили задуматься.
Я снова задумался о необходимости применения механической приточно-вытяжной вентиляции, даже в доме из бруса ( с утеплением). Ранее я пришел к выводу, что данная система обязательно необходима в каркасном доме. Теперь же я прихожу к мысли, что данная система должна присутствовать в любом современном доме. И в первую очередь это связано с повышением энерго-эффективности дома, так как расходы энергии при отоплении на нагрев воздуха при естественной вентиляции превышает потери тепла через ограждающие конструкции. Но есть и другие за данный тип вентиляциции.
Расходы энергии на отопление идут на
- восстановление потерь через ограждающие конструкции
- нагрев воздуха, поступающего в помещение для вентиляции
Ограждающие конструкции: наружные стены, окна, перекрытия.
По СНиП 2.04.05-91 - 91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» санитарная норма смены воздуха в помещении составляет 3 м3/час на 1 квадратный метр помещения. Другими словами воздух в помещении должен полностью меняться в течении одного часа. Вновь поступивший с улицы воздух необходимо постоянно нагревать до комнатной температуры.
В книге [1] приводится пример расчета теплопотерь для угловой комнаты на третьем этаже трехэтажного дома при естественной вентиляции. Площадь комнаты 20 м2, площадь окна 2,7 м2. Утепление стен и перекрытий выполнено в соответствии со СНИП. Расчет для зоны Москвы делается для температуры -28 градусов. В данном примере теплопотерь через нижнее перекрытия нет, а через верхнее они меньше чем через стены из-за большей температуры на чердаке, чем на улице (-10 градусов).
Потери через ограждающие конструкции составили 617 Вт*ч. Из них 247 Вт*ч - это потери через окно. Расход энергии на подогрев поступающего воздуха составили 1040 Вт*ч.
Теплопотери через окно может быть уменьшено за счет применения лучших окон, что может снизить теплопотери до 130 Вт*ч и суммарные теплопотели через ограждающие конструкции до 500 Вт*ч .
Общий вывод - расход энергии в данном примере для одной жилой комнаты на вентиляцию превышает потери тепла через ограждающие конструкции. Поэтому для повышения энергоэффективности дома необходимо не только утеплять дом и устанавливать хорошие окна, но и задуматься над тем как не терять тепло с уходящим нагретым воздухом.
Механическая приточно-вытяжная вентиляции с рекуперацией позволяет уменьшить потери на подогрев воздуха за счет использования тепла уходящего воздуха для подогрева входящего воздуха. Правда и стоимость данной системы больше, чем системы естественной вентиляции.
Где-то увидел цифру в 12 лет - как ориентировачный период возврата инвестиций в строительстве. Оценивая лучшую технологию стоит оценивать позволит ли эта технология вернуть вложенные инвестиции за 12 лет. Если нет, то и рассматривать ее не стоит.
В случае с приточной вентиляцией кроме энерго-эффективности я вижу еще и другие преимущества для себя. Последнее несколько лет обнаружил у себя аллергию, в результате которой начинаю чихать, когда летом открываем форточки дома. В приточной вентиляции можно организовать очистку приточного воздуха от био-частиц, да и просто от пыли.
четверг, 16 февраля 2012 г.
Воздушная изоляция этажей дома
Есть желание максимально изолировать воздушные объемы двух этажей дома. Это позволит в различных режимах эксплуатации дома по-разному обогревать этажи. Зачем это может быть нужно? Рассмотрю три разных режима отопления дома: начальный, нормальный, поддержания. И попробую проанализировать какие требования они налагают на утепление этажей, расположение и обустройство лестницы.
Начальный режим эксплуатации начинается с момента въезда в дом и заканчивается обустройством второго этажа. Для более быстрого заселения в дом есть желание на первом этапе обустроить только первый этаж. Соответственно и топить только его. И только после утепления и окончания фасада, начать обустраивать и топить второй этаж. После этого начинается обычный режим эксплуатации. В нем нужно учесть, что теплый воздух и углекислый газ подымаются вверх. И если лестница между этажами не изолирована от помещений первого этажа, на втором этаже будет всегда жарко и душно, а на первом холодно. И наконец режим поддержания становится интересен в те периоды, когда в доме живут мало человек. Не заметишь как вырастут дети и будут приезжать домой только наездами. Топить весь дом для двух человек не имеет смысла. Опять возникает желание отрезать второй этаж и обогревать его только для поддержания минимально необходимой температуры. Это тоже заставляет задуматься о расположении нашей спальни.
Каждый режим налагает свои требования на изоляцию двух этажей. Начальный режим налагает наиболее жесткие требования к утеплению. Для его реализации требуется теплоизолировать перекрытие первого этажа, как для внешних конструкций. Проем в перекрытии для лестницы нужно полностью перекрывать. И еще нужно теплоизолировать все трубы вентиляции, проходящие через второй этаж. В обычном режиме не требуется дополнительного утепления перекрытия и труб. Необходимо только изолировать воздушные помещения первого и второго этажа, чтобы теплый воздух не уходил с первого этажа на второй через проем лестницы. В режиме поддержания будет полезно и дополнительное утепление перекрытия (это вопрос) и возможность минимальными усилиями перекрывать лестницу, чтобы второй этаж не выстужал первый.
Далее я хочу проанализировать возможные варианты размещения лестницы, их плюсы и минусы. Размещение лестницы в воздушном пространстве гостиной однозначно не подходит. Возможны варианты расположения лестницы в прихожей, тамбуре или в отдельной лестничной клетке.
Можно расположить лестницу в прихожей. В этом случае будет лучше, если между прихожей и всеми помещениями первого этажа будут двери, а не свободные проходы. Также нужно подумать и учесть потоки воздуха через двери благодаря вытяжной вентиляции в туалете, кухне... Размещение в прихожей кажется наиболее комфортным для прохода из гостиной и кухни на второй этаж.
Можно расположить лестницу в тамбуре. Воздушная изоляция этажей будет лучше, чем при расположении в прихожей. Однако лестница будет находиться в полу-холодном помещении. Второй этаж будет быстрее выстужаться, соприкасаясь с тамбуром. Проход из гостиной на второй этаж через тамбур может быть не очень комфортным. А вот с улицы проход будет быстрее. Также будет необходимо разнести пути хождения в тамбуре: в обуви с улицы и без обуви с первого на второй этаж. Скорее всего разуваться нужно будет в тамбуре, зимой это может быть не очень приятно. Чтобы ноги не мерзли в тамбуре нужен будет теплый пол. Размещение лестницы в тамбуре делает два этажа более независимыми друг от друга, вплоть до возможности использования двумя семьями. Но при использовании одной семьей это может быть менее удобно.
Лестница может быть размещена в изолированной лестничной клетке. То есть вход и выход на лестницу как на первом, так и втором этаже будут преграждать двери. В этом случае изоляция двух этажей будет наилучшей, однако удобство использования и эффектность лестницы может пострадать. Для улучшения удобства обязательно нужно сделать, чтобы двери на лестничной клетке могли быть постоянно открыты на обоих этажах, когда в их изоляции нет необходимости. Для повышения эффективности стены лестничной клетки должны быть утеплены как внешние конструкции.
Вход на лестничную клетку возможно организовать как из тамбура, так и из прихожей. С лестничной клеткой исчезают некоторые минусы обоих вариантов. В случае входа на лестницу из прихожей, уже не обязательно делать закрывающиеся двери из прихожей в другие помещения. При расположении входа на лестничную клетку в тамбуре также решается проблема с выстужением второго этажа. Остальные плюсы и минусы размещения входа из прихожей и тамбура остаются теми же, что и для открытой лестницы.
Итак,размещение лестничной клетки позволяет очень эффективно изолировать два этажа не только в нормальном режиме, но и на начальном режиме и в режиме поддержания. Правда, из дома исчезает красивый декоративный элемент, украшающий дом, и появляется "подъезд". Надо очень и очень продумать, чтобы сделать его использования удобным и приятным.
Начальный режим эксплуатации начинается с момента въезда в дом и заканчивается обустройством второго этажа. Для более быстрого заселения в дом есть желание на первом этапе обустроить только первый этаж. Соответственно и топить только его. И только после утепления и окончания фасада, начать обустраивать и топить второй этаж. После этого начинается обычный режим эксплуатации. В нем нужно учесть, что теплый воздух и углекислый газ подымаются вверх. И если лестница между этажами не изолирована от помещений первого этажа, на втором этаже будет всегда жарко и душно, а на первом холодно. И наконец режим поддержания становится интересен в те периоды, когда в доме живут мало человек. Не заметишь как вырастут дети и будут приезжать домой только наездами. Топить весь дом для двух человек не имеет смысла. Опять возникает желание отрезать второй этаж и обогревать его только для поддержания минимально необходимой температуры. Это тоже заставляет задуматься о расположении нашей спальни.
Каждый режим налагает свои требования на изоляцию двух этажей. Начальный режим налагает наиболее жесткие требования к утеплению. Для его реализации требуется теплоизолировать перекрытие первого этажа, как для внешних конструкций. Проем в перекрытии для лестницы нужно полностью перекрывать. И еще нужно теплоизолировать все трубы вентиляции, проходящие через второй этаж. В обычном режиме не требуется дополнительного утепления перекрытия и труб. Необходимо только изолировать воздушные помещения первого и второго этажа, чтобы теплый воздух не уходил с первого этажа на второй через проем лестницы. В режиме поддержания будет полезно и дополнительное утепление перекрытия (это вопрос) и возможность минимальными усилиями перекрывать лестницу, чтобы второй этаж не выстужал первый.
Далее я хочу проанализировать возможные варианты размещения лестницы, их плюсы и минусы. Размещение лестницы в воздушном пространстве гостиной однозначно не подходит. Возможны варианты расположения лестницы в прихожей, тамбуре или в отдельной лестничной клетке.
Можно расположить лестницу в прихожей. В этом случае будет лучше, если между прихожей и всеми помещениями первого этажа будут двери, а не свободные проходы. Также нужно подумать и учесть потоки воздуха через двери благодаря вытяжной вентиляции в туалете, кухне... Размещение в прихожей кажется наиболее комфортным для прохода из гостиной и кухни на второй этаж.
Можно расположить лестницу в тамбуре. Воздушная изоляция этажей будет лучше, чем при расположении в прихожей. Однако лестница будет находиться в полу-холодном помещении. Второй этаж будет быстрее выстужаться, соприкасаясь с тамбуром. Проход из гостиной на второй этаж через тамбур может быть не очень комфортным. А вот с улицы проход будет быстрее. Также будет необходимо разнести пути хождения в тамбуре: в обуви с улицы и без обуви с первого на второй этаж. Скорее всего разуваться нужно будет в тамбуре, зимой это может быть не очень приятно. Чтобы ноги не мерзли в тамбуре нужен будет теплый пол. Размещение лестницы в тамбуре делает два этажа более независимыми друг от друга, вплоть до возможности использования двумя семьями. Но при использовании одной семьей это может быть менее удобно.
Лестница может быть размещена в изолированной лестничной клетке. То есть вход и выход на лестницу как на первом, так и втором этаже будут преграждать двери. В этом случае изоляция двух этажей будет наилучшей, однако удобство использования и эффектность лестницы может пострадать. Для улучшения удобства обязательно нужно сделать, чтобы двери на лестничной клетке могли быть постоянно открыты на обоих этажах, когда в их изоляции нет необходимости. Для повышения эффективности стены лестничной клетки должны быть утеплены как внешние конструкции.
Вход на лестничную клетку возможно организовать как из тамбура, так и из прихожей. С лестничной клеткой исчезают некоторые минусы обоих вариантов. В случае входа на лестницу из прихожей, уже не обязательно делать закрывающиеся двери из прихожей в другие помещения. При расположении входа на лестничную клетку в тамбуре также решается проблема с выстужением второго этажа. Остальные плюсы и минусы размещения входа из прихожей и тамбура остаются теми же, что и для открытой лестницы.
Итак,размещение лестничной клетки позволяет очень эффективно изолировать два этажа не только в нормальном режиме, но и на начальном режиме и в режиме поддержания. Правда, из дома исчезает красивый декоративный элемент, украшающий дом, и появляется "подъезд". Надо очень и очень продумать, чтобы сделать его использования удобным и приятным.
Подписаться на:
Сообщения (Atom)