Утепление. Утеплительные материалы

Утепление дома

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

С древних времен человек строил жилье для защиты от непогоды. Люди жили в пещерах, шалашах из веток и стволов деревьев, обмазанных глиной, землянках, домах из бревен и бруса, а позже из кирпича и бетона. В зависимости от климата возводились здания с различными конструктивными и архитектурными решениями. В холодных регионах дома строились с толстыми стенами и небольшими окнами, хорошо защищающими их обитателей от холода, ветра, снега, а в более теплых — с тонкими стенами и окнами большого размера.

Все строительные конструкции, огораживающие и защищающие внутренние помещения от атмосферных воздействий: холода, дождя, снега, ветра и пр., называются ограждающими. К ним относятся наружные стены, окна, двери, крыша. А конструкции, воспринимающие нагрузку и обеспечивающие прочность здания, называются несущими. Это колонны, балки, перекрытия, стропила. И чтобы сделать дом теплым необходимо правильно выбрать материал, учитывая его теплозащитные свойства именно для ограждающих конструкций.

При строительстве теплого дома в первую очередь надо учитывать особенности климата той местности, где строится здание и в соответствии с этим выбирать форму дома и его планировку, строительные материалы, приемлемые конструкции и необходимую теплозащиту. При этом такие требования к дому, как — тепло, сухо и уютно — остаются решающими в большинстве случаев.

Многие стремятся построить дом оригинальной конструкции, забывая порой о том, что необычность архитектурного решения должна сочетаться с тепловым комфортом.

Какие же из физико-климатических факторов — температура и влажнось, скорость и направление ветра, высота снежного покрова и количество выпадающих осадков, глубина промерзания грунта, количество солнечных и пасмурных дней в году — следует учитывать при строительстве теплого дома? Разумеется, те, которые непосредственно влияют на изменение температуры и влажности конструкций здания и в той или иной мере определяют выбор материала и тип конструкций. Прежде всего это расчетная температура наружного воздуха в районе строительства в холодный период года.

Как известно, температура воздуха в одной и той же местности ее бывает одинаковой каждый год. На смену слякотной, серой зиме с моросящим дождем на следующий год приходит крепкий мороз с хрустящим снегом и ясной солнечной погодой. Поэтому для теплотехнических расчетов ограждающих конструкций применяют осредненные температуры наружного воздуха: среднюю температуру наиболее холодной пятидневки, среднюю температуру наиболее холодных трех суток, наиболее холодных суток и абсолютную минимальную температуру наружного воздуха.

Средняя температура наиболее холодных суток всегда бывает ниже, чем средняя температура наиболее холодной пятидневки (табл. 1.1). Наименьшая разница между этими температурами, около 4°С, характерна для большей части Сибири, где зимы суровы и устойчивы, и перепады между этими температурами значительно меньше, чем в европейской части России. Здесь из-за довольно частых циклонов и антициклонов, сопровождающихся резким повышением температуры, сильной облачностью и даже оттепелями, эта разница составляет 6°С, а иногда и превышает эту цифру.

Климат России, отличающийся редким разнообразием природных условий, куда более суров, чем Западной Европы и Северной Америки (за исключением Аляски). Считается, что в США значительно холоднее, чем на соответствующих параллелях в большинстве европейских стран, но следует помнить, что их северная граница проходит на 49° северной широты, т.е. южнее, чем Волгоград и Саратов.

Различия между расчетными температурами наружного воздуха надо знать, чтобы правильно выбрать теплозащиту ограждения. Ведь потери тепла конструкцией в течение суток происходят неравномерно. В ночное время, когда воздух наиболее холодный, температура наружной поверхности стены снижается максимально, и постепенно стена начинает охлаждаться 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: низкие температуры наружного воздуха вызвали резкое уменьшение температуры внутренней поверхности ограждающей конструкции. Поэтому остывший за зиму дом приходится протапливать несколько дней.

В связи с этим для ограждающих конструкций большой инерционности (Д> 7) расчетная температура наружного воздуха принимается равной средней температуре наиболее холодной пятидневки. Период в пять суток принят потому, что его длительность достаточна для того, чтобы низкая температура наружного воздуха, установившаяся в течение этого периода, вызвала максимальное уменьшение температуры на внутренней поверхности стены.

К ограждающим конструкциям с большой инерционностью относятся стены, выполненные из полнотелого глиняного и силикатного кирпича и бревенчатые срубы.

Степень тепловой инерции стены или покрытия определяют как сумму произведений термических сопротивлений отдельных слоев на коэффициент теплоусвоения материала каждого слоя. По степени тепловой инерции строительными нормами и правилами устанавливаются время, необходимое для охлаждения или прогревания конструкции, и расчетная температура наружного воздуха.

Для охлаждения ограждения малой инерционности до

статочно одних суток, поэтому для их теплотехнического

расчета принимается средняя температура наиболее холод

ных суток.

Ограждающие конструкции средней инерционности (Д изменяется в пределах 4—7) занимают промежуточное положение. Они могут быть изготовлены из легковесного и многодырчатого кирпича, пустотной керамики. Для этих ограждений расчетной является средняя температура наиболее холодных трех суток.

Помимо расчетных температур наружного воздуха необходимо учитывать и влажность воздуха в районе строительства. Следует отметить, что влага оказывает огромное влияние, очень часто негативное, на теплозащитные качества ограждений. Известно, что вода прекрасно проводит тепло, а воздух, особенно сухой, обладает теплоизоляционными качествами. Поэтому строительные материалы с большим количеством пор, заполненных воздухом, имеют хорошие теплозащитные свойства. Однако, если поры заполняются влажным воздухом или в них проникает влага, теплоизоляционная способность любого материала ухудшается. Кроме того, влага растворяет химические вещества (кислоты, соли, щелочи), которые приводят к быстрому разрушению материалов. Стены отсыревают, резко ухудшается микроклимат помещений, человек зябнет и часто простужается.

В воздухе всегда содержится некоторое количество влаги в виде водяного пара. Ее количество, содержащееся в 1 м воздуха, измеряется в граммах и называется его абсолютной влажностью (г/м3). 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 вводится понятие относительной влажности, которая выражается в процентах, как отношение действительной упругости водяного пара е в воздухе к максимальной его упругости Е при этой температуре.

От относительной влажности воздуха зависит количество влаги, испаряющейся с поверхности ограждения. Чем больше относительная влажность воздуха, тем медленнее происходит испарение. Эта величина является очень важной для проектной и строительной практики к поэтому значение Е приводится в справочниках.

Чрезмерно быстрое высыхание наружных слоев ограждающих конструкций и изделий, например бетонных, в начальный период схватывания бетона может вызвать образование трещин и тем самым понизить прочность изделий. При малой относительной влажности воздуха высыхание наружных слоев бетона происходит быстрее, чем протекает процесс постепенного химического связывания при его твердении, что приводит к ухудшению структурно-механических свойств наружных слоев изделия или конструкции. Эти климатические особенности приходится учитывать в южных и юго-восточных регионах.

При повышении температуры воздуха данной влажности его относительная влажность понижается. Это объясняется тем, что упругость водяного пара е остается без изменения, а максимальная упругость Е увеличивается. Совсем противоположное наблюдается при охлаждении воздуха: увеличивается его относительная влажнось вследствие уменьшения максимальной упругости Е. При некоторой температуре значение е достигнет величины Е, и воздух приобретет относительную влажность V7. равную 100%, т.е. достигнет полного насыщения.

Температура Тр, при которой воздух с данной упругостью водяного пара достигает полного насыщения, называется точкой росы. Если продолжать охлаждение воздуха ниже точки росы, то предельная упругость водяного пара будет понижаться, и излишнее количество водяного пара, фактически имеющегося в охлаждаемом воздухе, будет конденсироваться, т.е. превращается в капельно-жидкое состояние.

В природе такие условия можно наблюдать в летнее время при образовании туманов около рек, когда с заходом солнца воздух охлаждается, его относительная влажность повышается и температура воздуха падает ниже точки росы. По мере согревания воздуха, вызванного восходом солнца, снижается его относительная влажность. При этом капельки влаги, образующие туман, испаряются и туман рассеивается.

В зимнее время затяжные оттепели могут возникнуть при вторжении массы теплого влажного воздуха. При смешивании его с холодным воздухом он постепенно охлаждается, конденсирует влагу, что приводит к образованию тумана. Такое преобладание оттепелей, вызванных вторжениями с юга теплого и влажного воздуха, характерно для юга европейской части России.

В зависимости от влажностной характеристики климата в зоне строительства производят выбор материала для утепления существующего или строящегося дома. Следует знать, что теплоизоляционные материалы обладают способностью поглощать влагу, находящуюся в парообразном состоянии, из окружающего воздуха. Это явление называется сорбцией. Наибольшей сорбционной способностью обладают органические материалы — древесина, древесноволокнистые плиты, фибролит, а сравнительно небольшой — кирпич, керамзитобетон, цементный раствор, мине-раловатные плиты, минеральная вата, минеральный войлок, пенопласты. Хотя проникновение водяных паров вглубь материала происходит достаточно медленно и зависит от плотности материала и температуры воздуха, тем не менее это необходимо учитывать в районах с влажным климатом, когда из года в год будут постепенно снижается не только теплозащитные качества утеплителя с высокими сорбционными характеристиками, но и долговечность ограждающих конструкций.

Рассматривая влияние климатических факторов на теплозащиту дома, нельзя не упомянуть о ветре, который в холодное время года приносит много неприятностей. Действительно,  при температуре воздуха порядка минус пять градусов и сильном ветре человек мерзнет так же, как и при двадцатипятиградусном морозе.

Влияние ветра на дома 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 или ветровой подпор, 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.

Эти явления очень хорошо заметны, если дом находится на территории, свободной от застройки ( 1.2). Поэтому при проектировании зданий, а также при планировке территории, особенно в районах с сильными ветрами, зная направление господствующих ветров, необходимо защитить дом от их неблагоприятного воздействия живой изгородью или деревьями, спланировать помещение так, чтобы в одной комнате окна не выходили на наветренную и заветренную стороны, использовать для наружных стен мало воздухопроницаемые материалы и особенно тщательно уплотнить окна и их сопряжения со стенами.

Если здание расположено в жилой застройке, то движению ветра препятствует не один, а несколько домов. Каждый дом в зависимости от своего положения изменяет направление ветрового потока ( 1.3) и часто бывает трудно определить, на какие части наружных ограждений и с какой силой будет воздействовать ветер, какие конструкции будут испытывать ветровой подпор и отсос.

При строительстве и проектировании отдельных поселков и микрорайонов надо учитывать, что не только ветер воздействует на внутренний микроклимат жилища, но и характер жилой застройки оказывает влияние на ветер, изменяя его направление, распределяя области повышенного и пониженного давления в ветровом потоке. В результате изменяются характер воздействия ветра на здание и потери тепла.

Для примера рассмотрим картины обтекания жилого здания прямоугольного профиля и обтекание профиля группы зданий, расположенных параллельными рядами ( 1.4).

Поток ветра, встречая на своем пути здание, не доходя до него, поднимается вверх, проходит над зданием, продолжает подъем и, достигнув определенной высоты, начинает постепенно опускаться вниз. Позади здания образуется область, которая называется областью возникновения и интенсивного движения вихрей. Кроме того, вихревая зона образуется не только позади преграды, но и перед ней.

По результатам аэродинамических исследований модели жилого микрорайона, при скорости ветрового потока v = 3,5 м/с в определенном направлении (юго-западном) построены кривые относительных скоростей воздуха ( 1.5). Из рисунка видно, что наибольшие скорости воздуха в приземном слое наблюдаются с наветренной стороны микрорайона, а также в узких местах разрывов, в своеобразных "коридорах" между зданиями внутри застройки и по периметру микрорайона. Наименьшие скорости воздуха отмечены в основном на заветренной стороне зданий и в защищенных участках вблизи более низких зданий.

Таким образом, характер застройки вносит существенное изменение в ветровой режим. Поэтому при проектировании и строительстве домов очень важно учитывать особенности движения ветра, чтобы взаимно расположить дома и ориентировать их по отношению к ветрам различных направлений так, чтобы ветровое давление на ограждающие конструкции было минимальным.

Знание основных климатических факторов и особенностей их влияния на эксплуатационные качества строительных материалов и конструкций позволит всем желающим построить дом своими силами и сделать его теплым, сухим и уютным.