Теплотехнические свойства системы VELOX

Расчет сопротивлений теплопередаче и паропроницанию стены Велокс с утеплителем толщиной 100 мм в Московском регионе (зона влажности Б).

Табл. 1 Внешняя несущая стена VELOX, толщина утеплителя (ПСБС) 0,10 м
Материалы Толщина (м) Теплопроводность (Вт/м°С) Термосопротивл. (м² °С/Вт) Температура (°C)
-10,2
Коэф.теплоотдачи наружн.п. 0,043 -10,20
Штукатурка цем.-песч. 0,015 0,87 0,017 -9,74
Панель VELOX WS35 0,035 0,195 0,179 -9,56
ПСБ С35 0,100 0,05 2,000 -7,65
Монолит. бетон 0,150 1,86 0,081 13,66
Панель VELOX WSD35 0,035 0,195 0,179 14,52
Штукатурка гипс-цем. 0,015 0,8 0,032 16,43
Коэф.теплоотдачи внутр.п. 0,115 16,77
18
Толщина стены, м 0,35
СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ СТЕНЫ Rо (м² °С/Вт) 2,64
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ k (Вт/м² °С) 0,38
РАЗНОСТЬ ТЕМПЕРАТУР, °T 28,20
ПЛОТНОСТЬ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА (Вт/м²)r 10,654
Табл. 2 Внешняя несущая стена ВЕЛОКС, толщина утеплителя (ПСБС) 0,10 м
Материалы Т(°C) Давл. нас.пара Е Коэф. паропр. Сопротивл. паропрониц. Rп Упруг. пара e Отн. влажность
-10,2 1,91 1,65 86,00%
Коэф.теплоотдачи наружн. п. -10,20 1,91
Штукатурка цем.-песч. -9,74 2,00 0,013 1,15 условия января москов. регион
Панель VELOX WS35 -9,56 2,03 0,014 2,50
ПСБ С35 -7,65 2,51 0,008 12,50
Монолит. бетон 13,65 11,31 0,004 37,50
Панель VELOX WSD35 14,52 11,91 0,014 2,50
Шпатлевка гипс-цем. 16,43 13,90 0,016 0,94
Коэф.теплоотдачи внутр.п. 16,77 14,26
18 15,48 57,09 8,514 55,00%
Толщина стены, м 0,35
СОПРОТИВЛЕНИЕ ПАРОПРОНИЦАНИЮ, Rп 57,09

Сравнение теплоизолирующих свойств наиболее распространенных ограждающих конструкций в малоэтажном строительстве.

В соответствии со СНиП 23-02-2003, сопротивление теплопередаче для Москвы согласно предписывающему подходу должно быть не менее: Rreq=3,13 м²°С/Вт, (4 943 градусо-суток отопительного периода), допустимое сопротивление теплопередаче стен при потребительском подходе не менее: Rmin= 1,97 м²°С/Вт.

Сопротивление теплопередаче стены должно удовлетворять условиям: Rreq≥ R0≥ Rmin.

Конструкция наружной стены Толщина, мм R0 м² °С/Вт Соответствие СНИП
Стена VELOX WS-EPS135мм-Бетон150мм-WS35, штукатурка 15 мм с обеих сторон 350 2,64 Соответствует (потреб.подход)
Пластбау опалубка ПСБС 2×50 мм+Бетон 150 мм, штукатурка 20 мм с наружной стороны+ГКЛ 2×12,5мм+шпатлевка 10 мм 305 2,47 Соответствует (потреб.подход)
Газосиликатные блоки (автоклав) D500 300мм, отделка в полкирпича 120 мм, внутри штукатурка 20 мм 440 1,84 Не соответствует
Пенобетонные блоки D600 300мм, отделка в полкирпича 120 мм, внутри штукатурка 20 мм 440 1,5 Не соответствует
Арболит D600 300 мм, штукатурка 20 мм с обеих сторон 340 1,51 Не соответствует
Деревянный брус 150 мм, внутри вагонка 12,5 мм, снаружи виниловый сайдинг 1,2 мм 164 1,2 Не соответствует

Расчеты сделаны в соответствии с Приложением Д свода правил СП 23-101-2004 для зоны влажности Б.

При использовании элемента WS-EPS 160 (ПСБ С толщиной 125 мм) стена Велокс отвечает условию предписывающего подхода: R0 = 3,14 м²°С/Вт > Rreq. В реальности используется утеплитель толщиной 130 мм (кратно 10 мм) и сопротивление теплопередаче стены Велокс (WS-EPS 165-Бетон 150-WS35) R0 = 3,24 м²°С/Вт. Отметим, что разница в стоимости 1 м² такой стены Велокс будет составлять не более 150 руб. в сравнении со стеной с утеплителем 100 мм.

Для сравнения: при утеплении 1 м² стены из газо-, пенобетонных или арболитовых блоков до требуемого значения Rreq только минеральные плиты Роквул Венти Баттс толщиной 50-100 мм обойдутся дороже 400-700 рублей, а утепление деревянных стен плитой 130 мм - дороже 900 рублей! Кроме утеплителя необходимо дополнительно установить несущий каркас, использовать ветрозащитную и парозащитную пленки, ну и, естественно, заплатить за работу строителям.

Другая важнейшая тепловая характеристика стен: теплоемкость.

При печном отоплении или в случае периодических отключений электрического или газового отопления (что характерно для загородных домов) время остывания помещений обратно пропорционально теплоемкости стен и существенно зависит от конструкции стены.

Оценим количество тепла 1 м² стены, идущего на поддержание температуры в помещении (при изменении Т стены на 1°С):

Конструкция наружной стены Толщина, мм Количество тепла, кДж
Стена VELOX WS-EPS135мм-Бетон150мм-WS35, штукатурка 15 мм с обеих сторон 350 368
Пластбау ПСБС 2×50 мм+Бетон 150 мм, штукатурка 20 мм с наружной стороны+ ГКЛ 2×12,5мм+шпатлевка 10 мм 318 182
Газосиликатные блоки (автоклав) D500 300мм, отделка в полкирпича 120 мм, внутри штукатурка 20 мм 440 92
Пенобетонные блоки D600 300мм, отделка в полкирпича 120 мм, внутри штукатурка 20 мм 440 104
Арболит D600 300 мм, штукатурка 20 мм с обеих сторон 340 207
Деревянный брус 150 мм, внутри вагонка 12,5 мм, снаружи виниловый сайдинг 1,2 мм 164 93

Расчеты сделаны на основании значений удельных теплоемкостей материалов из Прил.3 СНиП II-3-79.

Теплоемкость стен важна также для поддержания постоянной температуры в помещении при суточных изменениях наружной температуры, кроме того, для поддержания постоянной температуры в помещении (эффект: «в жару прохладно, в холод тепло»).

Чтобы накопленное в стенах тепло шло на поддержание среднесуточной температуры в помещении необходимо кроме высокой теплоемкости стен выполнение еще одного условия: утеплитель должен находиться в наружном слое стены. Эти два условия: высокая теплоемкость и положение утеплителя в наружном слое соблюдаются в стенах, выполненных по технологии ВЕЛОКС (VELOX).

Ниже представлены графики суточных изменений температур наружной и внутренней поверхностей стен ВЕЛОКС (VELOX):

Температура наружной поверхности стены меняется в соответствии с изменением солнечной энергии: с восходом солнца температура увеличивается, достигая максимума к 16 часам, и падает ночью до минимума к 4 часам утра.

За счет высокой теплоемкости стен ВЕЛОКС (VELOX) амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности стены значительно меньше и, кроме того, наблюдается разность фаз колебания температур.

Именно за счет разности фаз в помещении возникает ощущение прохлады, когда на улице жарко (то есть с 10-00 до 16-00) и ощущение тепла, когда холодно (то есть с 22-00 до 04-00).

Конструкция стены ВЕЛОКС (VELOX) обеспечивает постоянную среднесуточную температуру в помещении и создает ощущение комфорта также за счет того, что температура внутренней поверхности стены отличается от температуры воздуха внутри помещения всего на 2°С.

Рассмотрим подробнее механизм накопления и возврата тепла в помещение нагретыми стенами:

Влажностный режим наружных стен Velox (Велокс)

Рассчитаем влажностный режим в стене Велокс с утеплителем 100 мм в соответствии с процедурой, описанной в пособии К.Ф.Фокина «Строительная теплотехника ограждающих частей здания» для стационарных условий диффузии водяного пара.

«Зона конденсации» находится в наружной плите WS 35 и имеет толщину всего 0,5 см.
Несущее бетонное ядро и утеплитель в течение всей зимы находятся в благоприятном влажностном режиме.
Количество пара, поступающего в «зону конденсации»: P1= (8,51-2,63)/53,44 = 0,11 г/м² ч
Количество выходящего пара: P2 = (1,95-1,65)/3,65 = 0,09 г/м² ч
Количество пара, конденсирующего в стене: P1-P2 = 0,02 г/м² ч
За сутки в наружной плите WS35 накопится 0,02*24 = 0,48 г
За 3 холодных зимних месяца накопится 43,2 г воды, влажность плиты Велокс WS35 увеличится всего на 0,18%.

Для сравнения рассчитаем влажностный режим в стене из пенобетонных блоков D600 с отделкой в полкирпича, внутри - штукатурка 20 мм, при тех же нормативных условиях:
«Зона конденсации» находится в кирпичной кладке и имеет толщину примерно 3 см.
Количество пара, поступающее в зону конденсации:
Р1 = (8,51-2,25)/(0,2+1,76+0,2)=2,9 г/м2 ч
Выходящее из зоны конденсации количество пара: P2 = (1,9-1,65)/0,8 = 0,31 г/м2 ч
Количество конденсируемого пара: P1 - P2 = 2,6 г/м2 ч

За сутки накопится 62,4 г, а за 3 холодных месяца в 1 м² кладки в полкирпича может конденсироваться до 5,6 кг воды. В сравнении со стеной Велокс количество конденсата увеличилось в 130 раз! По этой причине добавим с внутренней стороны стены пароизоляционную пленку, например толстый и герметичный рубероид (сопротивление проницанию 8,3). В этом случае количество конденсата Р = (8,51-2,25)/10,46 - 0,31 = 0,29 г/м² ч, за сутки накопится 7 г, за 3 холодных месяца 0,63 кг влаги.

Даже с плотной пароизоляционной пленкой (типа рубероид) количество конденсата в стене из пеноблоков в 14,6 раза больше, чем в стене Велокс.

Вывод: стены из блоков необходимо защищать пароизоляционными материалами. Дома из пеноблоков необходимо хорошо протапливать зимой и не допускать резкого снижения температуры в помещении.

В заключение исследуем теплотехнические характеристики стены по каркасной технологии, например, истинно канадской Viceroy Homes

Наружная стена Viceroy состоит из двух плит OSB с утеплителем между ними из стекловолокна.

Рассчитаем сопротивление теплопередаче, теплоемкость и влажностный режим такой стены.

Наружная несущая стена Viceroy, утеплитель (Стекловолокно) 0,15 м
Материалы Толщина (м) Теплопроводность (Вт/м°С) Термосопротивл. (м² °С/Вт) Температура (°C)
-10,2
Коэф.теплоотдачи наружн.п. 0,043 -10,20
Панель OSB 0,012 0,192 0,063 -9,75
Плиты из стеклянного волокна 0,150 0,064 2,344 -9,09
Панель OSB 0,012 0,192 0,063 15,51
ГКЛ 0,013 0,21 0,060 16,79
Коэф.теплоотдачи внутр. 0,115 16,79
18
Толщина стены, м 0,19
СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ СТЕНЫ Rо (м² °С/Вт) 2,69
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ k (Вт/м² °С) 0,37
РАЗНОСТЬ ТЕМПЕРАТУР, °T 28,20
ПЛОТНОСТЬ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА (Вт/м²)r 10,498
СОПРОТИВЛЕНИЕ ПАРОПРОНИЦАНИЮ 9,92

Сопротивление теплопередаче R0 = 2,69 м²°С/Вт неплохое, практически как у стены Велокс с утеплителем ПСБС толщиной 0,1 м, и соответствует потребительскому подходу R0>= Rmin однако меньше Rreq=3,13 м²°С/Вт требуемое по СНиП 23-02-2003, согласно предписывающему подходу. В нашей таблице сравнения сопротивлений теплопередаче канадская технология заняла бы вместе со стеной Велокс с утеплителем 100 мм первое место.

Оценим количество тепла 1 м² стены, идущего на поддержание температуры в помещении (при изменении Т стены на 1°С): 29,6 кДж/м²°С. А вот здесь беда! Собственно, это было понятно и без расчетов, ничего теплоемкого, кроме внутреннего листа ГКЛ в стене нет - однозначно последнее место в таблице сравнения теплоемкостей. Хуже стены Велокс в 12,4 раза.

Отсюда вывод: дома по канадской технологии лучше строить в Канаде, США и в других странах с хорошо развитой инфраструктурой. В России, особенно в глубинке даже магистральный газ каждую зиму не по разу отключают, в таких домах при периодическом обогреве сохранить тепло невозможно.

Теперь рассчитаем влажностный режим стены: две плиты OSB 2×12мм, стекловолокно 150 мм, снаружи сайдинг, изнутри лист гипсокартона 13 мм.

Расчетная «зона конденсации» расположена на границе между утеплителем и плитой OSB. Толщина «зоны» 0,5 см.
Сопротивление паропроницанию стены без пароизоляционной пленки очень низкое, всего 1,62.
Количество водяного пара, поступающего в «зону конденсации»: Р1 = (8,51-2,08)/1,02 = 6,3 г/м² ч.
Количество водяного пара, выходящего из «зоны»: Р2 = (1,97- 1,91)/0,6 = 0,1 г/м² ч
Количество конденсируемого пара Р=Р1-Р2 =6,3 г/м² ч, за сутки накопится в 1 м² стены 151,2 г (очень много!). Повышаем сопротивление паропроницанию слоем рубероида (Rп=8,3) на внутренней поверхности стены, тогда Р1 = (8,51-2,08)/9,92 = 0,65 г/м² ч, Р = 0,54 г/м² ч, за сутки 15,6 г, за 3 холодных месяца 1,4 кг.

Даже с пароизоляцией, количество конденсата в «канадской» стене выше, чем у Велокс в 30 раз! Однозначно самое последнее место среди 3 исследуемых нами технологий!

Вывод: Внутреннюю поверхность стены необходимо тщательно пароизолировать, лучше двойной плотной пароизоляционной пленкой. Дома, построенные по канадской технологии, необходимо постоянно отапливать, лучше иметь централизованное отопление, причем в холодные месяцы поддерживать высокую температуру в помещении (не менее 22°С). Эта технология плохо подходит для круглогодичного проживания с печным или электрическим отоплением, поскольку зимой электричество часто и надолго отключается.

О рекламе «дышащих» стен.

Некоторые производители стройматериалов для продвижения продукции используют понятие «дышащие» стены. Например, рекламный слоган производителей арболита: «Не бетонная коробка, а дышащая стена!». Сказано сильно, давайте разбираться.

Если понимать свойства «дышащий», как имеющий хорошее воздухопроницание, то давайте позавидуем нищим в Африке или Латинской Америке! Они живут в идеально экологичных и дышащих домах из картонных коробок. Воздухопроницание классное, во все щели свищет. Если же серьезно подходить к вопросу, посмотрим, что об этом говорит строительная физика: на первый взгляд воздухопроницание стены свойство положительное, поскольку обеспечивает естественную вентиляцию помещения. Однако инфильтрация наружного воздуха существенно увеличивает потери тепла, а эксфильтрация внутреннего воздуха приводит к накоплению и конденсации влаги в стене. Фильтрация воздуха через наружные стены вызваны двумя причинами: наличием теплового напора (разницей температур и, соответственно, давлений наружного и внутреннего воздуха) и ветрового напора (избыточное давление на одной стороне и разрежение воздуха на другой).

Если ветровой напор приводит к равномерной фильтрации воздуха по площади стены («стены продувает»), то тепловой напор - к неравномерной: у пола — инфильтрация («дует по ногам»), у потолка — эксфильтрация, как на схеме из пособия К.Ф. Фокина «Строительная теплотехника ограждающих частей зданий».

Если стены дома хорошо «дышат» (то есть имеют высокое воздухопроницание) в помещении наблюдается крайний дискомфорт («ветер гуляет») и внутренняя температура быстро падает. Кроме того, накапливаемая в результате эксфильтрации влага быстро разрушает стену («плесень под потолком», разрушение несущего и отделочного слоев снаружи).

По этой причине СНиП определяют, что сопротивление воздухопроницанию ограждающей конструкции, за исключением проемов, должно быть не менее требуемого сопротивления Rтр и устанавливают минимальную воздухопроницаемость для разных конструкций (G). Например, для наружных стен и перекрытий жилых зданий G бльше или = 0,5 кг/м²ч и чем меньше, тем лучше. Все четко и никаких «дышащих» свойств!

Излишне говорить, что стены Велокс соответствуют требованиям СНиП и по этому параметру, поскольку монолитный бетон (без швов) имеет высокое сопротивление воздухопроницанию.

Вентиляция дома или квартиры осуществляется за счет современных конструкций окон (приточная) и вентиляционных каналов (вытяжная) или кондиционирования помещений. Стены же должны выполнять свое дело: иметь хорошие несущие, ограждающие и изолирующие свойства.

Некоторые строители говорят, что «дышащие стены» это стены с хорошей паропроницаемостью: влага через стены уходит наружу. Опять обратимся к строительной теплотехнике, и опять наука утверждает совершенно противоположное: чем больше влаги проходит в стену, тем хуже! Дело в том, что в стене имеется некоторая точка (правильнее плоскость) в которой упругость водяного пара в стене сравнивается с упругостью насыщенного пара - «точка росы» (при наружных отрицательных температурах). В этой плоскости конденсируется влага, и чем больше пара пройдет в стену, тем больше влаги конденсируется. Намокание стены сильно уменьшает ее термоизолирующие свойства, при замерзании конденсат постепенно разрушает стену. СНиП задают определенное минимальное сопротивление паропроницанию стен. Примеры расчета зоны конденсации и количества конденсируемой влаги в разделе «Влажностный режим наружных стен Велокс».

Запрос на встречу