Утеплити будинок і зберегти тепло
Як відомо, тепло завжди передається від тіла більш теплого до більш холодного. І якщо взимку в будинку, немає центрального опалення, то ви повинні регулярно топити піч, інакше будинок охолоне достатньо швидко. Не важливо як ви будете опалювати будинок – дровами або вугіллям, використовувати автономний котел на газі або мазуті, або використовувати електро обігрів, але в будь-якому випадку для підтримки комфортної температури в приміщенні необхідно підводити тепло. І чим більше його губиться назовні, тим більше його потрібно. Отже, чим більше втрачаємо тепла, тим більше витрачаємо кошти на оплату енергоносія. І якщо ваш будинок побудований, не у відповідності з будівельними нормами, ви будете витрачати грошей тим більше, чим швидше тепло буде йти з дому.
Питання стоїть в тому, що робити? Яку ж конструкцію стіни і який утеплювач використовувати при зведенні будинку? Ціни на енергоносії (електроенергію, газ, мазут та ін.) Стрімко зростають.
Будинок в цілому можна подати як якусь систему, в якій відбувається безперервний процес передачі тепла (рис. 1).
Енергоносій надходить в будинок, де він перетвориться в тепло. Якщо система знаходиться в рівновазі (температура повітря всередині будинку постійна), то для скорочення витрат на обігрів необхідно зменшити втрати тепла з будинку. Всі процеси в системі відбуваються за рахунок обміну енергією при тепловому русі молекул і є процесами теплопередачі. Теплопередача здійснюється трьома способами:
- теплопровідністю – обміном енергією між хаотично рухаються молекулами тіла;
- конвекцією – переміщенням маси рідини або газу, що призводить до теплообміну;
- випромінюванням – за допомогою електромагнітних хвиль (наприклад, інфрачервоних).
У теплових процесах всередині будинку присутні всі три види. Наприклад, в теплогенераторі за рахунок теплопровідності нагрівається поверхню, далі конвекцією тепло подається до опалювального приладу.
В опалювальному приладі тепло за рахунок теплопровідності переноситься на зовнішню поверхню, де нагріває повітря кімнати: виникає конвекція повітря, при якій в радіаторах значна частина тепла передається випромінюванням, а в конвекторах – лише кілька відсотків. За рахунок конвекції повітря нагріває стіни. Крізь товщу стіни тепло переходить за рахунок теплопровідності на її зовнішню сторону, а з неї – конвекцією – в атмосферу. Усередині подвійний рами вікна тепло також передається конвекцією (з умовою того, якщо між стеклами є досить великий простір).
Для розрахунків втрат тепла необхідно знати не просто кількість теплоти (вимірюється в джоулях), яке теплогенератор віддає дому і далі будинок втрачає на “нагрів вулиці”, а кількість теплоти в одиницю часу (Джоуль / секунду = Ватт). Тому потужність генераторів (АОГВ, піч, котел з ТЕНами), як і втрати тепла будинком, вимірюється в Ватах.
Теплотехнічні властивості будівельних матеріалів в основному визначаються коефіцієнтом теплопровідності. Він залежить від щільності матеріалу, вологості повітря, виду пір будівельного матеріалу, заповнених повітрям, від середньої температури, при якій відбувається теплопередача і т.д. Чим більше цей коефіцієнт, тим інтенсивніше передається (а в нашому випадку втрачається) тепло.
Найбільш характерна його залежність від щільності (кг / м3) – чим щільніше матеріал, тим краще він передає тепло. Пухкі, пористі матеріали – хороші утеплювачі. Зволоження матеріалу також підвищує коефіцієнт теплопровідності, тобто погіршує теплоізоляційні властивості матеріалів. Для приміщень з нормальною вологістю повітря (50-60%), розташованих в нормальній зоні вологості, значення коефіцієнта теплопровідності деяких матеріалів представлені в таблиці.
Основний показник якості захисної конструкції (стіни, перекриття) – величина опору матеріалу теплопередачі Р, вимірюється в м2 ° С / Вт. Термоопір визначають за формулою: В = CxA де C – товщина шару матеріалу, (м); А, – коефіцієнт теплопровідності матеріалу, (Вт / м ° С).
Чим більше значення В, тим краще теплозахисні властивості матеріалів, тим будинок тепліше. Щоб збільшити опір, потрібно або збільшити товщину огороджувальної конструкції або застосовувати матеріал з меншим коефіцієнтом теплопровідності, що очевидно з формули (1).
Термосопротивления деяких однорідних будівельних матеріалів представлені на рис. 2 (а-г).
З малюнка видно, що якщо взяти аркуш пінополістиролу товщиною всього 3 см, то приблизно таке ж опір теплопередачі має цегляна стіна товщиною 510мм (в дві цеглини) або стіна з бруса товщиною 100 мм.
Зрозуміло, що за вартістю ці матеріали сильно розрізняються. Конструкція огородження може складатися з декількох шарів. Як і в електротехніці опору послідовно розташованих шарів підсумовуються. Опору двох шарів стійок каркаса (балок) і утеплювача між ними (рис. 3, в) визначаються за формулою:
Р=(Р1+Р2)/(Р1/В1+Р2/В2)
де Р – загальне термоопір стіни, Р1 – площа шару дерева, Р2-площа шару утеплювача, Р1 – термоопір дерева, Р2 – термоопір утеплювача.
На рис. 3 (а-в) показані 3 фрагмента стіни рівної товщини (спрощення обшивка на них виключена).
Видно, що за рахунок внесення в стіну теплопровідного матеріалу (дерево, в порівнянні з мінеральною ватою) – термоопір стало вище, ніж у чистого утеплювача. Але тим не менше, опір каркасної конструкції (при щільному приляганні утеплювача до стійок і відсутності щілин) більше, ніж у конструкції цільної стіни з бруса.
Каркасний будинок тепліше будинку з бруса, і стіни у них однакової товщини. Часто в рекламі фірм, що продають будматеріали (зокрема – утеплювачі), наводиться показник, що дає зрозуміти, у скільки разів матеріал по теплопровідності ефективніше повнотілої цегли.
Наприклад, пінополістирол ефективніше силікатної цегли приблизно в 17 разів. При товщині матеріалу 5 см його термоопір В = 1,0 м20С / Вт. Це еквівалентно суцільній стіні із силікатної цегли товщиною 0,87 м. З усього цього можна зробити висновки:
• тепло варто “дорого”, і його треба берегти;
• треба створювати конструкції з великим термічним опором, тобто витратитися один раз на хороший матеріал при будівництві, ніж “топити” вулицю постійно в майбутньому;
• прагнути отримати більше термоопір меншими витратами, застосовуючи ефективні утеплювачі.