Теплотехнические свойства :

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

Табл. 1
Внешняя несущая стена ВЕЛОКС, толщина утеплителя (ПСБС) 0,10 м
МатериалыТолщина
(м)
Тепло-
проводность
(Вт/м0С)
Термо-
сопротивл.
2 0С/Вт)
Температура
(0C)
 -10,2
Коэф.теплоотдачи наружн.п.  0,043-10,20
Штукатурка цем.-песч.0,0150,870,017-9,74
Панель ВЕЛОКС WS350,0350,1950,179-9,56
ПСБ С350,1000,052,000-7,65
Монолит. бетон0,1501,860,08113,66
Панель ВЕЛОКС WSD350,0350,1950,17914,52
Штукатурка гипс-цем.0,0150,80,03216,43
Коэф.теплоотдачи внутр.п.  0,11516,77
 18
Толщина стены, м0,35 
СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ СТЕНЫRо (м2 0С/Вт)2,64
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ k (Вт/м2 0С)0,38
РАЗНОСТЬ ТЕМПЕРАТУР, 0T 28,20
ПЛОТНОСТЬ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА(Вт/м2)10,654


Табл. 2
Внешняя несущая стена ВЕЛОКС, толщина утеплителя (ПСБС) 0,10 м
МатериалыТ
(0C)
Давл.
нас.пара
Е
Коэф.
паропр.
Сопротивл.
паропрониц.
Rп
Упруг.
пара
e
Отн
влажность
 -10,21,91  1,6586,00%
Коэф.теплоотдачи наружн.п.-10,201,91    
Штукатурка цем.-песч.-9,742,000,0131,15условия января
москов.регион
Панель ВЕЛОКС WS35-9,562,030,0142,50
ПСБ С35 -7,65 2,51 0,008 12,50
Монолит. Бетон 13,65 11,31 0,004 37,50
Панель ВЕЛОКС 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 0С/Вт, (4 943 градусо-суток отопительного периода), допустимое сопротивление теплопередаче стен при потребительском подходе не менее: Rmin= 1,97 м2 0С/Вт.

Сопротивление теплопередаче стены должно удовлетворять условиям: Rreq>=R0>= Rmin

Конструкция наружной стены Толщина, мм R0
м2 0С/Вт
Соответствие СНИП
Стена Велокс WS-EPS135мм-Бетон150мм-WS35, штукатурка 15 мм с обеих сторон 350 2,64 Соответствует
(потреб.подход)
Пластбау опалубка ПСБС 2х50 мм+Бетон 150 мм, штукатурка 20 мм с наружной стороны+ ГКЛ 2x12,5мм+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 150мм, внутри вагонка 12,5мм, 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 0С/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 0С/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 0С):

Конструкция наружной стены Толщина,
мм
Количество тепла,
кДж
Стена Велокс WS-EPS135мм-Бетон150мм-WS35, штукатурка 15 мм с обеих сторон 350 368
Пластбау ПСБС 2х50 мм+Бетон 150 мм, штукатурка 20 мм с наружной стороны+ ГКЛ 2x12,5мм+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 150мм, внутри вагонка 12,5мм, 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 0С.

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



При остывании отдает тепло внутрь помещения


При остывании отдает тепло наружу


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.


Стена WS-EPS135-Бетон150-WS35
Нормативные условия января для Москвы:
Внутри помещения: +18 0С, ф = 55%,
e = 8,51 мм рт.ст.
(+18 0С - минимальная допустимая
внутренняя температура жилого помещения)

Снаружи: -10,43 0С, ф = 86%,
e = 1,65 мм рт.ст.
E(x) - кривая изменения упругости
   насыщенного пара
e(x) - прямая изменения упругости

"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 (http://www.viceroyhomes.ru/).
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)
Тепло-
проводность
(Вт/м0C)
Термо-
сопротивл.
(м2 0C/Вт)
Температура
(0C)
  -10,2
Коэф.теплоотдачи наружн.     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 16,17
Коэф.теплоотдачи внутр.     0,115 16,79
  18
Толщина стены, м 0,19  
СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ СТЕНЫ Ro (м2 0C/Вт) 2,69
КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ k (Вт/м2 0C) 0,37
РАЗНОСТЬ ТЕМПЕРАТУР, 0T 28,20
ПЛОТНОСТЬ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА (Вт/м2 ) 10,498
СОПРОТИВЛЕНИЕ ПАРОПРОНИЦАНИЮ 9,92

Сопротивление теплопередаче R0 = 2,69 м2 0С/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 0С/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 0С): 29,6 кДж/м2 0С. 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 2х12мм, 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 кв.м 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 0С). Эта технология плохо подходит для круглогодичного проживания с печным или электрическим отоплением, поскольку зимой электричество часто и надолго отключается.

Скажем также несколько слов об экологических проблемах плит OSB.
По мнению В.В. МАЛЬЦЕВА, зам. ген. директора по науке ОАО "Гипролеспром", д.х.н., академика РАЕН:

Первые плиты OSB появились в нашей стране в 1986 году. На одном из предприятий Белорусской ССР был организован первый советский цех по выпуску ориентированно-стружечных плит. Но в конце 80-х годов прошлого века, после скандала, связанного с отравлением людей формальдегидом, эти плиты в СССР были запрещены к применению в строительстве. Запрещение исходило от Минздрава СССР, а представление к запрету сделал "Междуведомственный комитет по санитарно-гигиенической регламентации применения полимерных материалов в строительстве и на транспорте". Этот запрет действителен и в настоящее время.
В соответствии с технологией производства плит ОSВ для внутреннего и внешнего слоев чаще всего используют разные типы смол. Причем для наружного слоя используется клеевая смесь на основе карбамидно-формальдегидной или меламиноформальдегидной смолы, в то время для внутреннего слоя используется мочевиноформальдегидная смола, но может применяться и фенолформальдегидная смола. Мочевиноформальдегидная смола в части хорошей адгезии с деревом и их низкой стоимости, является в настоящее самым востребованным продуктом для деревообрабатывающей промышленности. Концентрация смол составляет от 12 до 14% массовых от исходной композиции. Все эти смолы имеют высокую токсичность. Но если три первых вида смол при использовании в готовых плитах ДСП и OSB выделяют в воздух помещений формальдегид и метанол, которые относятся к высокотоксичным веществам и присутствуют в воздухе помещений в концентрациях, значительно превышающих предельно-допустимые концентрации среднесуточные для атмосферного воздуха и воздуха помещений (ПДКсс всего 0,003 мг/куб.м)), то фенолформальдегидная смола выделяет еще и фенол.

Источники и причины выделения формальдегида из OSB-плиты и его токсическое действие на организм человека подробно расписаны в документе.
Полная версия: http://www.ecrushim.ru/documents/osb.php


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".