Умнякова - Как сделать дом теплым (1996)

ПРЕДИСЛОВИЕ

Эта книга поможет читателю самому с минимумом затрат построить  добротный теплый дом, рационально используя те строительные материалы,  которые имеются в его распоряжении. В ней затрагиваются вопросы передачи тепла через различные строительные конструкцию, предложены варианты выбора типа стен, перекрытий, крыш, окон в зависимости от климатических условий района строительства.

Знание основ тепло- и влагопередачи позволит начинающему строителю не только выбрать материалы, но и правильно разметить тепло-, паро и гидроизоляцию, защитить свой дом от отсыревания и поражения грибками, сделать его надежным, долговечным, теплым.

Помимо советов, как возвести ту или иную конструкцию дома, в книге  даны рекомендации по утеплению существующих стен, окон, перекрытий,  изложены также возможные варианты отопления садовых домиков—от  использования солнечной энергии с помощью достаточно простых конструкций до традиционных печей и каминов. Все это можно сделать своими руками.  Расходы, связанные с созданием теплового комфорта в помещениях в зимнее время и в холодную, ненастную погоду, вскоре себя оправдают, так как позволят  сберечь значительные средства на отопление.

ГЛАВА 1. КЛИМАТ И ТЕПЛОЗАЩИТА ЖИЛОГО ДОМА

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 влажность, 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.

В табл. 1.2 приведено сопоставление климатических данных для некоторых пунктов России и зарубежных стран, показаны средние годовые температуры, средние температуры наиболее холодного и наиболее теплого месяцев, средние температуры условного отопительного сезона, т.е. времени года с температурами 5 °C и ниже, и  продолжительность условного отопительного периода. 

Суровость зимнего периода выражается произведением  продолжительности отопительного периода на среднюю  температуру отопительного периода (в тысячах градусодней).

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. Для охлаждения ограждения малой инерционности  достаточно одних суток, поэтому для их теплотехнического расчета принимается средняя температура наиболее  холодных 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/м ). 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 троительной 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 влажность вследствие уменьшения максимальной упругости Е. При некоторой температуре значение е достигнет величины Е, и воздух приобретет относительную влажность φ, 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, минераловатные 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 (рис. 1.1), 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.