Утеплення приватного будинку

В останні два роки природа підносила приємні сюрпризи у вигляді теплих зим. Завдяки цьому, більшості споживачів природного газу вдалося знизити витрату блакитного палива на потреби опалення. Але невблаганне подорожчання газу, прогнози фахівців на холодні зими не дають приводу до подальшого оптимізму. Як зменшити споживання газу і при цьому не втратити в тепловому комфорті?

Спробуємо розібратися в даній статті, не вдаючись до складних розрахунків.

Малюнок 1. 1 - котел, 2 - радіатор, 3 - димова труба, 4 - труби розводки.

Отже, у нас є система опалення у вигляді котла, труб розводки та опалювальних приладів (радіаторів), див. малюнок 1. Газ, згораючи в топці котла, виділяє теплову енергію, позначимо її Qполн. Частина енергії неминуче втрачається з уходящими димовими газами, назвемо цю частину Qпот.кот. Ці втрати безпосередньо залежать від типу котла і температури уходящих газів, чим вище температура тим вище втрати. В ідеалі продукти згоряння необхідно охолодити до температури 0С або нижче, але на практиці цього досягти не можна, адже прохолоджуються продукти згоряння водою системи опалення, а охолодити гази нижче температури зворотної магістралі (зазвичай 60С) фізично неможливо. У сучасних традиційних котлах температура уходящих димових газів знаходиться на рівні 90-130 С, це дозволяє одержати ККД котлів на рівні 89-93%. Формула для розрахунку ККД будь-якого пристрою проста:

ККД = Користь / Витрата, (1)

У випадку котла Користь - це тепло яке сприймається теплоносієм в котлі і потім віддається радіаторами системи опалення у приміщення. Назвемо цю величину Qпольз. Витрати - це природний газ, а іншими словами, тепло яке він виділяє при спалюванні - Qполн. Користь і витрати знаходяться в такій залежності:

Qполн. - Qпот.кот. = Qпольз (2)

тоді ККД котла буде:

КПД = (Qполн. - Qпот.кот.)/Qполн. (3)

Аналізуючи цю спрощену формулу (ми навмисно не беремо до уваги втрати пов'язані з циклічністю роботи котла, з неповним згоранняи палива, недосконалістю системи розподілу та втратами через обшивку котельного агрегату) видно, що знижуючи Qпот.кот. ми тим самим збільшуємо ККД котла. Тобто, більша частина виділеного при спалюванні палива тепла буде передаватися в приміщення і нам буде потрібно менша кількість газу щоб підтримувати комфортні умови в приміщенні - ось вона економія. Як же можна знизити втрати тепла Qпот.кот.? На жаль, без реконструкції котельного агрегату, а швидше за все, заміни, не обійтися. Якщо у Вас, к примеру, встановлений комбінований котел на тверде та газоподібне паливо з ККД близько 60%, то встановлення нового сучасного агрегату з ККД 92% принесе реальну економію палива 32%.

У переважній же більшості як старі котельні агрегати розглядаються вітчизняні напольні сталеві водогрійні котли з типовими ККД близько 75-80%. У цьому випадку заміна котельного агрегату на сучасний принесе економію всього в 10-15%. Наприклад, до заміни котла річне споживання газу становило 5000 м3 після заміни 4500 м3. При цьому, вартість «бюджетного» сучасного двоконтурного котла складає близько 3,5 тисячі гривень, не рахуючи робіт по встановленню та проектної документації. Підсумовуючи витрати, отримаємо цифру на рівні 5,5 - 6 тис гривень. Який же економічний ефект, а ще краще яку окупність ми отримаємо в результаті? Вона безпосередньо залежатиме від вартості природного газу для населення. Наприклад, при вартості в 300 долл/тис.м3 та реальної економії 500 м3/год (тобто економія 150 дол / рік) витрати по заміні котла окупляться не раніше ніж через 7 років. Не потрібно забувати, що ресурс сучасних навісних котлів закладається в районі 10 років, тобто окупність такої реконструкції розтягується мало не на весь термін «життя» котла.

Чи є інші шляхи по зниженню витрат на опалення?

Давайте повернемося до малюнка 1. Система знаходиться в рівновазі, коли тепловтрат об'єкта Qт.п. рівні теплової потужності:

Qт.п. = Qпольз,

На практиці, часто потужність котла вище ніж поточні втрати і котел працює за принципом ВКЛ / ВИКЛ. Але навіть якщо мінімальна потужність котла і дорівнює поточним тепловтрат, фактичне споживання газу при цьому буде практично однаковим.

Будь-яка система опалення працює на підтримку того рівня теплового комфорту в приміщенні який влаштовує господаря, тобто котел і система опалення просто компенсує теплові втрати. Висновок простий - зменшуючи теплові втрати, ми зменшуємо споживання газу. І якщо ми зуміємо зменшити тепловтрати в 2 рази то і економія по газу виявиться теж в 2 рази.

Розглянемо формулу розрахунку тепловтрат через огороджувальні конструкції (стіни, підлога, стеля, вікно ...)

Qт.п. = K * F * dt, Вт (4)

де F - площа огороджувальні конструкції (наприклад стіни) в м2;

dt - різниця температур внутрішнього і зовнішнього повітря, С;

k - коефіцієнт теплопередачі огороджуючих конструкцій.

Аналізуючи формулу (4) бачимо, що зменшити теплові втрати через якусь стіну можна двома способами: зменшивши різницю температур (просто знизивши температуру повітря в приміщенні, так як зовнішню температуру ми змінити не в силах). Але цей варіант неприйнятний, адже навряд чи комусь захочеться жити в приміщенні з температурою +12, навіть значно заощаджуючи при цьому на опаленні. Другий варіант зниження тепловтрат - зменшення коефіцієнта теплопередачі стіни k. Як цього досягти? Дуже просто, потрібно існуючу стіну покрити шаром теплоізоляції.

Формула для розрахунку коефіцієнта теплопередачі:

k = 1 / (1 / α вн + Σd / λ + 1 / α н), Вт / (м2 * З) (5)

де α вн - коефіцієнт тепловіддачі з внутрішньої сторони стіни, дорівнює 8,7 Вт / (м2 * С);

α н - коефіцієнт тепловіддачі із зовнішнього боку стіни, дорівнює 23 Вт / (м2 * С) для нашої кліматичної зони;

d - товщина однорідного шару в багатошаровій стіни, м;

λ - коефіцієнт теплопровідності даного шару, (м * С) / Вт;

Якщо шарів 2 або більше то стільки й буде складових d1/λ1 + d2/λ2 + d3/λ3 + ... та формула прийме вигляд

k = 1 / (1 / α вн + d1/λ1 + d2/λ2 + d3/λ3 + 1 / α н) (5.1)

Збільшуючи товщину шару (товщину стіни) або вибираючи матеріал для шару з меншим значенням коефіцієнта теплопровідності λ, ми зменшуємо коефіцієнт k, а отже, і тепловтрат.

Іншими словами кажучи, якщо нам вдасться знизити коефіцієнт теплопередачі k в два рази, то тепловтрат через дану конструкцію також зменшаться в два рази.

Приклад

Зовнішня стіна довжиною 4м висотою 3м складається з цегляної кладки товщиною 50 см (кладка в дві цегли, цегла червона повнотіла на цементно-піщаному розчині). Шаром внутрішньої цементної штукатурки, товщиною 1 см можна знехтувати. Коефіцієнт теплопровідності такої кладки λ = 0,8 (м2 * С) / Вт Коефіцієнт теплопередачі такої стіни:

k = 1 / (1 / 8, 7 + 0,5 / 0,8 + 1 / 23) = 1,3 Вт / (м2 * С),

Тепловтрати через стіну при різниці температур 40С (на вулиці -20 в приміщенні +20):

Qт.п. = K * F * dt = 1,3 * (3 * 4) * 40 = 624 Вт.

Тепер, якщо розглянуту стіну утеплити за допомогою мінеральної вати або скловати. Утеплення з зовнішнього боку, товщина скловати 5 см, теплопровідність λ = 0045 (м * С) / Вт.

Коефіцієнт теплопередачі утепленої стіни:

k = 1 / (1 / 8, 7 + 0,5 / 0,8 + 0,05 / 0045 + 1 / 23) = 0,53 Вт / (м2 * С),

тепловтрати через утеплення стін:

Qт.п. = K * F * dt = 0,53 * (3 * 4) * 40 = 254 Вт.

Різниця в тепловтратах до утеплення і після:

ΔQ т.п. = 624 - 254 = 370 Вт

Як ми бачимо, утеплення - дуже ефективний спосіб зменшення споживання природного газу. Якщо заміною котельного агрегату ми можемо досягти економії 10 ... 15% (або 20 ... 25% при використанні конденсаційних котлів), то грамотно утепливши будинок, можна зменшити споживання природного газу в 2 а то й у 2,5 рази.

За нормами ДБН В.2.6-31: 2006 «Конструкції будинків і споруд. Теплова ізоляція будівель» для кліматичної зони I (центральна північна та східна частина країни) повинні забезпечуватися наступні коефіцієнти теплопередачі для приватних будинків:

Таблиця 1

Нормативні значення коефіцієнтів теплопередачі і термічного опору для приватних житлових будинків

	Вид конструкції	Значення Rq min, м2 ·С/Вт не менше	Значення k (1/Rq min) Вт/(м2 ·С) не більше
1	Зовнішні стіни	2,8	0,36
2	Дахи та перекриття неопалюваних горищ	4,95	0,2
3	Перекриття над неопалюваними підвалами, розташованими нижче рівня землі	3,75	0,27
4	Перекриття над проїздами і холодними підвалами, які межують із зовнішнім повітрям	3,5	0,29

Яким чином можна досягти потрібних показників коефіцієнтів теплопередачі? Нижче наводимо приклад цегляної однорідної цегляної стіни з товщиною 25 см (кладка в одну цеглину). Матеріал - повнотіла червона цегла на цементно-піщаному розчині.

Таблиця 2

Коефіцієнти теплопередачі при різному утепленні цегляної стіни

	Коефіцієнт теплопередачі Вт/м2С
Вид теплоізоляції	Товщина теплоізоляції, мм
Вид теплоізоляції	0	50	100	150
Пінопласт ПСБ — 25, λ = 0,038 Вт/м*С	2,2	0,56	0,32	0,23
Скловата ISOVER OL-E, λ = 0,041 Вт/м*С	2,2	0,59	0,34	0,24

Як бачимо, товщина теплоізоляції зовнішньої стіни не повинна бути менше 100 мм. Витрати на теплоізоляцію зовнішніх стін складаються з вартості матеріалів (теплоізоляція, штукатурні суміші, сітка, дюбелі, декоративне оздоблення) і вартість робіт. Як показує практика, різниця в загальних витратах при використанні теплоізоляції товщиною 50 мм і 100 мм буде близько 10% а по ефективності відрізнятися в півтора рази. Збільшення товщини теплоізоляції понад 150 мм економічно не вигідно. Загальна вартість буде зростати набагато швидше ніж ефект від економії тепла. Отже, оптимальною товщиною теплоізоляції при утеплення зовнішніх стін (при використанні теплоізоляції з коефіцієнтом теплопровідності λ ≤ 0041 Вт / м * С) є 100 ... 150 мм.

Тепер поговоримо про способи утеплення. Частіше за все мова йде про утеплення вже зведених і обжітих будинків. З якого боку утепляти? Утеплення із зовнішнього боку найбільш підходить для житлових будинків, тому що має ряд переваг:

- використання ефекту акумуляції тепла несучими конструкціями будівлі;

- винос «точки роси» за межі несучої конструкції;

- не зменшується корисний об'єм приміщення.

Зовнішні стіни при цьому можна утеплити за допомогою пінополістирольних або жорстких мінераловатних (скловатних) плит. Цей спосіб зараз дуже поширений у нас завдяки високій технологічності і дешевині основного утеплювача - пінопласту. Але треба усвідомлювати, що пінопласт як матеріал має практично нульове паропроніцаніе. Це призводить до того, що приміщення, утеплені за його допомогою, потрібно ретельно провітрювати та видаляти зайву вологу, інакше вона буде конденсована в найбільш холодних місцях - на шибках, кутах.

Іншим способом є утеплення під сайдінг і так звані «вентильовані фассади». Особливість цього методу - відсутність «мокрих» робіт, тобто його можна проводити навіть при негативній температурі зовнішнього повітря.

В якості покриття, найчастіше використовується вініловий сайдинг. Каркас може кріпитися безпосередньо на стіну, а потім проміжки між профілями або дерев'яними рейками заповнюються утеплювачем. Можливий і варіант коли рейки або профіль зміцнюється на спеціальних куточках (див. рис.4). Цей варіант краще, так як усереднений коефіцієнт теплопередачі при такому способі кріплення каркаса буде нижчою. Якщо використовуються дерев'яні рейки для каркаса, то їх необхідно просочити антисептиком для дерева, який запобіжить від комах і грибків. Під час укладання утеплювач звичайно кріплять за допомогою пластикових дюбелів «парасольок», поверх мінеральних або стекловатних утеплювачів бажано зміцнити вітрозахисною шар. Це або готові вітрозахисних плити RKL, VKL виробництва ISOVER або тканинною ветробарьер, який продається в будівельних гіпермаркетах. При зовнішньому утепленні стін не застосовуються пароізоляційні покриття, адже стіна повинна «дихати» - пропускати через себе водяний пар, що виділяється кімнатними рослинами, людьми, виходить при приготуванні їжі та ін..

Обов'язково потрібно передбачити проміжок між шаром ізоляції та сайдингом не менше 20 мм, а краще 40 мм. Він необхідний для нормальної вентиляції утеплювача. Він також забезпечує добре «просушування» теплоізоляції і не допускає прямого контакту сайдингу, на якому може відбуватися конденсація вологи та теплоізоляційного матеріалу.

а) до утеплення, б) утеплення з боку горища

1 - дерев'яні балки, 2 - глина з наповнювачем, 3 - дошка соснова 20 мм, 4 - дранка, 5 - гіпсова або глиняна штукатурка, 6 - мати утеплювача, 7 - паробар'ер, 8 - профіль, 9 - гіпсокартон.

При утепленні стель, особливо в одноповерхових приватних будинках, досягається дуже хороший ефект з енергозбереження. Так, типове стельові перекриття в будинках старої будівлі складалось з дерев'яних балок (див. малюнок 5), підбитих дошкою з боку приміщення, а потім одранкованних і вкритих глиною або гіпсовими штукатурками. Зверху простір між балками заповнювався сумішшю глини з тирсою, або подрібненої соломою, керамзитом. Коефіцієнт теплопередачі такого стельового перекриття становив 1,6 - 2 Вт/м2С. Після утеплення навіть шаром теплоізоляції в 100мм можна досягти показників 0,4 - 0,6 Вт/м2С. При цьому в гіршому випадку економія для одноповерхового будинку площею 100 м2 з неопалюваних горищ складе 4 кВт (при зовнішньої температурі мінус 20С), а усереднена економія за опалювальний сезон складе до 800м3 природного газу.

Технологія утеплення стельових перекриттів від зовнішніх стін відрізняється в першу чергу тим, що необхідно передбачити пароізоляцію. Для правильного утеплення стелі доведеться демонтувати глиняну (гіпсову) штукатурку з боку приміщення і швидше за все дранку також. Потім дошки стелі ретельно обробляються антисептиком. Після висихання стеля підбиваються з боку приміщення паробар'ером.

Поверх паробар'ера зміцнюється оцинкований профіль або просочені антисептиком дерев'яні рейки. В ході цієї операції зручно вирівняти дефекти стелі якщо вони є. До готовим рейкам кріпляться листи стельового гіпсокартону і ми отримуємо ідеально рівну стелю. З боку неопалюваному горища укладаються теплоізоляційні плити ISOVER KL37, KL34 або м'які рулонні матеріали КТ37, КТ40. Для стельових перекриттів мінімально рекомендована товщина утеплювача (з коефіцієнтом теплопровідності λ ≤ 0041 Вт / м * С) становить 150 мм. При заповненні простору між балками це дозволяє досягти усередненого коефіцієнта теплопередачі 0,4 Вт/м2С, а при укладанні утеплювача поверх дерев'яних балок до 0,26 Вт/м2С. Це дозволить заощадити до 1000 м3 природного газу за опалювальний сезон, при площі стель 100 м2 (справедливо для кліматичної зони 1).

Утеплення підлоги в більшості випадків є заскладним завданням. Адже демонтаж дерев'яної підлоги і влаштування «теплої підлоги» з підігрівом або просто укладання утеплювача в бетонну стяжку є дуже дорогими заходами.

Версія для друку