 |
Квалифицированный мастер окажет услуги по установке, подключению и ремонту бытовой техники: стиральных, посудомоечных и сушильных машин, газовых и электрических плит, проточных и емкостных водонагревателей, электрических и газовых духовых шкафов и многого другого в городе Киев и близлежащих районах. Телефон (099) 406-27-87 Алексей | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Данная статья была написана много лет назад. Со временем статья будет переработана и дополнена. ПОТЕРИ ТЕПЛА И КАК С НИМИ БОРОТЬСЯСамо понятие комфорта имеет очень много параметров, но в рамках данной статьи остановимся всего на трех: температура, влажность, скорость движения воздуха. ТемператураТк = ———— 2 Тв - температура воздуха в помещении. А теперь вынужден Вас огорчить: не спешите к термометру, который стоит у Вас на полке или висит на стене. Он показывает не температуру воздуха в помещении... Для понимания вопроса необходимо сказать несколько слов о лучистой температуре. Из школьного курса физики известно, что все тела излучают тепловую энергию, причем пропорционально 4-й степени своей температуры (температуры в кельвинах, естественно). Таким образом, излучение человеческого тела "нагревает" окружающие поверхности (стены, мебель и т.п.), а, в свою очередь, стены и мебель "нагревают" поверхность человеческого тела. А так как температура стен, окон, мебели существенно ниже температуры человеческого тела, то человек "теряет" тепла больше, чем "получает". При обычном (конвективном) отоплении и неутепленных стенах температура внутренних поверхностей наружных стен обычно составляет 11 - 13 градусов, окон - 4 - 6. При этом человек, находящийся в покое, теряет лучеиспусканием в два раза больше тепла, чем конвекцией. Поэтому в "угловых" квартирах, где площадь наружных стен больше, нормативная температура воздуха увеличена с 18 до 20 градусов. Таким образом, лучистая температура определяется как Тr = ——————————————————, S1+S2+...+Sn где S - площадь ограждающей поверхности, м.кв.; Tв.п. - ее температура. Практически радиационную температуру определяют косвенно, например, парными термометрами, баллон одного из которых посеребрен. Кстати, температуру воздуха правильно покажет как раз таки термометр с посеребренным баллоном. Комфортные условия для человека обусловлены соотношением этих температур и временем года, "зоны комфорта" представлены на рис. 1. 
Считаются допустимыми суточные колебания температуры ± 3 градуса. Кроме того, необходимо учитывать индивидуальные особенности людей. Также на ощущение комфорта сильно влияет температура пола, т.к. на поверхности человеческой стопы расположено множество нервных окончаний, реагирующих на температуру. Скорость движения воздухаВлажностьС влажностью воздуха напрямую связана проблема конденсации влаги. Поскольку теплопроводность воды в 25 раз выше теплопроводности воздуха, а теплопроводность льда в 4 раза выше теплопроводности воды, то конденсация влаги в стене, а тем более ее замерзание резко увеличивают теплопотери, а в местах с повышенной влажностью появляются плесневые грибки. Рассмотрим процесс конденсации влаги более подробно. Температура, при которой влага начинает конденсироваться, называется "точкой росы". Для исключения конденсации влаги на внутренней поверхности стены необходимо, чтобы температура "точки росы" была ниже температуры более холодной поверхности (внутренней поверхности стены, окна и т.п.). Проверить выполнение данного требования можно при помощи рис. 2., на котором приведена зависимость максимальной упругости водяных паров от температуры воздушно-паровой смеси. 
Пример: температура в помещении 18 градусов, влажность 45%. Определить температуру "точки росы". По оси абсцисс находим 18 градусов и двигаемся вверх до пересечения с кривой. Ордината дает максимальную упругость водяных паров - 15 мм. рт. ст. Фактическая упругость е = 15•45(%)/100 = 6.7 мм. рт. ст. Находим на оси ординат это значение. Точка пересечения с кривой дает температуру "точки росы" 6 градусов. Как уже упоминалось выше, температура внутренней поверхности оконного стекла в морозы составляет 4 - 6 градусов. Таким образом, даже при оптимальной влажности возможно образование конденсата на внутренней поверхности окон, и именно по этой причине батареи отопления устанавливаются непосредственно под окнами. Кстати, батарея отопления существенно нагревает стену возле себя. Для снижения нагрева (как конвективного, так и лучистого) на стену за батареей можно наклеить пористый утеплитель, покрытый отражающей фольгой (фольгой в сторону батареи). Таких материалов сейчас на рынке достаточно, и они не очень дорогие. В нижеприведенной таблице представлены некоторые источники влагообразования в доме. Даже при ее беглом анализе становится ясно, почему строительные нормы запрещают устройство ванных комнат с наружными стенами.
Для борьбы с конденсацией влаги на стенах, помимо проветривания, можно использовать увеличение термического сопротивления (т.е. утепление) стен, окон и т.д., непосредственную обдувку или обогрев стен при помощи вентиляторов, установку возле таких мест отопительных приборов и т.п. 
В зимнее время, когда упругость водяных паров в помещении выше, чем на улице, водяной пар диффундирует через наружные ограждающие конструкции в помещение. При этом его влажность, а, следовательно, и "точка росы", меняется. Если в толще ограждающих конструкций встретятся участки с температурой "точки росы" и ниже, то произойдет конденсация влаги в толще ограждения. Примеры распределения упругости водяного пара в толще стены с утепляющим слоем приведены на рис. 3. Из рисунка видно, что теплоизоляционный слой (а также и пароизоляционные слои - битум, рубероид, торкрет, керамическую плитку и т.п.) следует располагать в наружной части стены во избежание образования конденсата. При проектировании трехслойных стен (слой с высокой теплоизоляцией расположен между слоями с низкой) толщина внутреннего слоя должна превышать толщину наружного не менее чем на 20 %. Все перечисленные параметры (температура, влажность и скорость движения воздуха) находятся во взаимной зависимости. Так, например, увеличение скорости движения воздуха в помещении ведет к увеличению конвективной теплоотдачи тела, и, как следствие, к необходимости повышения температуры в помещении для достижения комфортных условий. ТеплопотериТеплопотери через стены Тн - температура наружного воздуха. Здесь сделаем небольшое отступление. Как уже, надеюсь, понятно из вышеизложенного, комфорт очень зависит от температуры внутренней поверхности стен помещения. И когда температура воздуха на улице резко снижается, то в зависимости от теплоемкости материалов наружной стены (а она зависит также и от влажности этих материалов) снижение температуры ее внутренней поверхности происходит не сразу, а спустя какое-то время, необходимое для "остывания" стены. В частности, по моим наблюдениям, в квартире стандартного панельного дома с толщиной стен в 350 мм похолодание на улице начинает чувствоваться примерно через сутки. В расчетах это учитывается коэффициентом теплоусвоения S, посмотреть его можно в СНиП "Строительная теплотехника" (лежит здесь). В связи с этим при определении расчетной температуры уличного воздуха в зависимости от массивности стен принимается средняя температура наиболее холодных суток, наиболее холодной трехдневки либо наиболее холодной пятидневки. Посмотреть их для данного города можно в СНиП Строительная климатология (лежит здесь). αв - коэффициент теплоотдачи конвекцией внутренних стен; αн - коэффициент теплоотдачи конвекцией наружных стен. Нескоолько слов об этих коэффициентах. Они зависят от множества параметров, но реальное влияние на них оказывает скорость движения воздуха у поверхности стены. Эти величины давно посчитаны, усреднены и нормированы: αв = 8.72, αн = 23.26. Для примерных рассчетов -н можно использовать формулу αн = 4.36 + 3.55 - V, где V - скорость ветра, в м/с. δn - толщина n - го слоя стены, метров; λn - коэффициент теплопроводности материала n - го слоя стены; n - коэффициент, учитывающий снижение теплопотерь для ограждений, которые отделяют отапливаемые помещения от неотапливаемых пространств (см. таблицу).
Теплопотери на вентиляциюКоличество уходящего из помещения тепла вышеперечисленными путями не ограничивается. На температуру в помещении влияют и ориентация помещения по отношению к сторонам света, и аэродинамика здания, и возможное "затенение" рядом стоящими зданиями, и многое другое. И хотя в сумме их вклад может быть весьма значителен, повлиять на них рядовой житель вряд ли может, поэтому переходим сразу к насущному вопросу: "Как утеплять?" Снижение теплопотерь через стеныСнижение температуры воздуха в помещении Тв - возможно при соответствующем увеличении Тr. Для этого используют лучисто-панельное отопление (обогрев внутренних поверхностей стен (панельное) или потолка (лучистое) путем заделки в них труб с теплоносителем либо обдува их горячим воздухом). При нагреве потолка доля лучистого тепла составляет более 75 %, при нагреве пола преобладает конвективный теплообмен. Сокращение теплопотерь - порядка 10 %. Тн - повышение температуры наружного воздуха - практически невозможно. Единственный способ - увеличение теплоемкости материалов стены. αв, αн - снижение значений сложно, и, учитывая их относительно низкий вклад в общее термическое сопротивление стены, неэффективно. δn - толщина слоя стены. Чем больше - тем лучше для отопления, и тем хуже по нагрузке на фундамент и материальным затратам. λn - для разных материалов различен. Одно из самых низких значений имеет неподвижный воздух: λ = 0.0259 Вт/(м•ºС) при 20 ºС и давлении 101325 Па. Поэтому наиболее эффективными утеплителями являются материалы с большим количеством маленьких пустот (в маленьких пустотах меньше конвекция). В старых справочниках встречается размерность - в ккал/(м•час•ºС), для перевода в размерность Вт/(м•ºС) значение нужно умножить на 1,163. Выражение, стоящее в знаменателе формулы (3), называют термическим (тепловым) сопротивлением (по аналогии с законом Ома) и измеряют в (м2•ºС)/Вт . Таким образом, наиболее эффективными способами утепления можно считать увеличение толщины стен и уменьшение теплопроводности материала стен. Увеличение толщины при использовании обычных строительных материалов малоэффективно. Так, увеличение толщины стены из красного глиняного кирпича с 51 до 64 см (с "двух кирпичей" до "двух с половиной") позволяет снизить теплопотери через стену всего на 5-8 %. Поэтому для снижения теплопотерь рациональнее всего использовать эффективные утепляющие материалы. Однако и здесь подстерегают проблемы. При использовании для утепления волокнистых материалов (минеральной ваты и т.п., которые склонны к усадке с течением времени) величину λ для данного слоя необходимо увеличить в 1,2 раза при плотности материала менее 400 кг/м.куб. и в 1,1 при большей плотности (т.е. если справочное значение λ равно 0,05, а плотность 350 кг/м.куб., то в расчете следует принять λ = 0.06). Кроме того, при использовании таких материалов необходимо стремиться к возможно меньшей высоте слоя, т.е. "фиксировать" материал по высоте для предотвращения образования (вследствие усадки) больших пустот. Кроме того, в справочниках величина λ указана для сухого материала, а стены всегда имеют определенную влажность. Поэтому при расчетах следует принимать значения по таблицам СНиП (А или Б) с учетом климатических данных для расчетного региона. Величина λ для большинства материалов растет с повышением температуры материала. Справочные данные чаще всего отнесены к температуре 0 градусов, поэтому для точного расчета его необходимо скорректировать в зависимости от температуры. Для пересчета можно считать λт/λф = (tт+273)/(tф+273), где λт - табличное значение, λф - фактическое, tт и tф - соответствующие температуры. В настоящее время существует множество материалов с низкой теплопроводностью (λ = 0,035 - 0,05). В их число входят различные пенопласты, пенополистиролы, пенополиуретаны и т.п. При использовании полимерных материалов необходимо учитывать и некоторые другие параметры: материал должен быть негорючим или трудносгораемым, при его горении не должны выделяться вредные вещества, он не должен повреждаться бактериями, насекомыми и грызунами, не должен гнить при повышенной влажности. Также для теплоизоляции могут применяться засыпные материалы: доменный шлак, керамзитовый гравий, вспученный перлит, вспученный вермикулит и т.д. (λ = 0,1 - 0,2). При использовании дерева необходимо учитывать, что теплопроводность в направлении вдоль волокон примерно в два раза выше, чем поперек волокон. Теплопроводность материалов, как правило, уменьшается с уменьшением их объемного веса, что связано с увеличением количества воздушных пор. Если табличное значение для материала фактического объемного веса отсутствует, то можно воспользоваться значением - для того же материала с другим объемным весом и приблизительно определить теплопроводность фактического материала по формуле: λi/λф = ρi/ρф, где λi и ρi - табличные параметры материала с другим объемным весом. В качестве примера произведем расчет трехслойной стены: внутренний слой 380 мм из кирпича глиняного обыкновенного на цементно-песчаном растворе, утеплитель 150 мм, наружный слой - кирпичная кладка 120 мм. Город Днепропетровск. Для расчета нам понадобятся следующие данные: Коэффициенты теплопроводности и теплоусвоения материалов стены берем из Приложения 3 СНиП II-3-79 "Строительная теплотехника": для кирпичной кладки λ = 0.81, S = 8.36, в качестве утеплителя берем пенопласт ПХВ-1, плотность 100 кг/м3, λ = 0.052, S = 0.7. Тепловая инерция D = δ1/ λ 1•S1 + δ 2/λ2•S2+δ3/λ3•S3 = 0.38/0.81 •8.68 + 0.15/0.052 •0.7 + 0.12/0.81 •8.68 = 7.37. При D>7 за температуру наружного воздуха принимают температуру наиболее холодной пятидневки (по таблице 1 СНиП 23-01-99 "Строительная климатология"), при D<4 - наиболее холодных суток, между 4 и 7 - их среднее арифметическое. В нашем случае для Днепропетровска температура наиболее холодной пятидневки составляет - 21 градус. Считаем термическое сопротивление стены: R = 1/8.72+0.38/0.81+0.15/0.052+0.12/0.81+1/23.26 = 3.66. Для сравнения, без утеплителя получается всего 0.77. Попутно можно сравнить полученную величину с нормативной (таблица 1а СНиП II-3-79 "Строительная теплотехника") в зависимости от величины градусосуток отопительного периода для данного региона. Определим количество тепла, уходящее через квадратный метр стены: q = 18-(-21)/3.66 = 10.65 Вт/м.кв. Без утеплителя - 50.65. Температура на внутренней поверхности любого слоя стены определяется по формуле: 
где Rв = 1/αв, Σ R - сумма термических сопротивлений n-1 слоев стены. 
Таким образом, температура на внутренней поверхности стены составит: Тв.п. = Тв - 1/αн • q = 18 - 1/8,72 • 10,65 = 16,8 градусов. Аналогично для слоев стены: На границе 1 и 2 слоев: Т12 = Тв - (1/αв+δ1/ λ 1)• q = 18 - (1/8.72 +0.38/0.81) • 10.65 = 11.8; Т23 = Тв-(1/αв+δ1/ λ 1+δ2/ λ 2)• q = 18 - (1/8.72 +0.38/0.81 + 0.15/0.052) • 10.65 = -18.9; Тнп = Тв-(1/αв+δ1/ λ 1+δ2/ λ 2+δ3/ λ 3)• q = 18 - (1/8.72 + 0.38/0.81+0.15/0.052+0.12/0.81) • 10.5 = - 20.5. Снижение теплопотерь через полыВ отличие от стен теплопотери через пол зависят от расстояния расчетного участка от наружной среды, от вида и влажности грунта и т.п. Поэтому расчет теплопотерь через полы производится упрощенным образом: пол разделяется на 3 зоны шириной по 2 метра и термическое сопротивление зоны принимается одинаковым по всей площади зоны: 1-я зона - 2,15 м2•ºС)/Вт , 2-я зона - 4,39, 3-я зона - 8, 68. Для оставшейся площади - 14,27. 
В левой части рисунка показано расположение зон в случае, когда уровень пола совпадает с уровнем земли. Следует заметить, что площадь в углах первой зоны учитывается дважды, т.к. теплопотери в углах выше. Если уровень пола ниже уровня земли, то расположение будет аналогично показанному в правой части рисунка 5, т.е. зоны "разворачиваются" по поверхности стены. Если полы утеплены (т.е. в конструкции пола присутствует слой с λ < 1,2), то термическое сопротивление пола зоны возрастает на величину δ1/λ1+δ2/λ2+…+δn/λn, где δ и λ - толщины и коэффициенты теплопроводности утепленных слоев (λ < 1,2). Снижение теплопотерь через окна
Таким образом, даже в результате замены обычного деревянного окна на стеклопакет с И-стеклом теплопотери через остекление снижаются примерно на 45 %, а в сумме (с учетом стен без их утепления) всего на 15-20 %. Учитывая тот факт, что через квадратный метр окна уходит более чем в два раза больше тепла, чем через квадратный метр стены в два кирпича, становится понятно, что вопрос "утепления" окон необходимо серьезно решать. Попробуем определить, что нужно сделать для повышения термического сопротивления окон. В общем виде окно содержит один замкнутый воздушный промежуток. Термическое сопротивление замкнутого воздушного промежутка слабо зависит от его ширины, ориентации (горизонтальный или вертикальный), направления теплового потока (сверху вниз или снизу вверх) и температуры воздуха в промежутке. Данные представлены в таблице.
Из таблицы видно, что увеличение расстояния между стеклами большого эффекта не даст, а вот поставить третье можно. Тем более что деревянные спаренные переплеты прекрасно подходят для этой цели - достаточно раскрутить переплет, выбрать пазы внутри переплета и установить туда на уплотнительной резинке третье стекло. Однако для предотвращения запотевания стекол в зимний период необходимо позаботиться либо об осушении воздуха при герметичной установке стекол (например, при помощи силикагеля), либо о доступе уличного воздуха в пространства между стеклами. Второй путь - снижение конвективного теплообмена. Поэтому предлагается добиться повышения термического сопротивления путем снижения давления воздуха между стеклами (вакуумные стеклопакеты). Ходят разговоры о теоретическом сопротивлении теплопередаче около 2, но в реальной жизни пока встречать не доводилось. Заполнение промежутка между стеклами различными газами с низкой теплопроводностью достаточно дорого и не ахти как эффективно, к тому же газы со временем улетучиваются. Теплопотери излучением можно снизить путем установки стеклопакетов с теплоотражающими покрытиями на стеклах либо поклейки на стекла аналогичных пленок. Можно снизить теплопотери через окна и путем уменьшения времени охлаждения. Действительно, в ночной период окна не нужны, поэтому довольно рациональным может быть их закрытие специальными конструкциями. Любителям старины могут прийтись по вкусу автоматические утепленные ставни (заодно и выполняющие противовзломные функции), любителям "импорта" можно посоветовать автоматические роллеты, внутреннюю поверхность которых необходимо утеплить путем приклеивания гибкого теплоизолирующего слоя (поролон и т.п.). При сворачивании роллета теплоизолирующий слой сжимается и мало влияет на размеры роллетов в свернутом состоянии. Кроме того, не следует забывать и о т.н. "зимних рамах", которые устанавливаются в оконный проем с внутренней части помещения в осеннее время. Недостатком данного способа является необходимость где-то их хранить в летнее время. Интересен вариант монтажа жалюзи непосредственно в оконном проеме внутри помещения таким образом, чтобы при их закрытии образовывался замкнутый воздушный промежуток, что также снизит теплопотери. Если же сторону жалюзи, обращенную к окну, покрыть фольгой или другим отражающим материалом, то термическое сопротивление получившегося промежутка возрастет примерно в 2 раза. То же самое относится ко всем воздушным промежуткам. Снижение теплопотерь на вентиляциюВ настоящее время эффективные и недорогие решения, к сожалению, мне неизвестны. Один из вариантов - рекуперация тепла, т.е. установка теплообменника, который будет нагревать поступающий с улицы воздух за счет охлаждения уходящего из помещения. Но в домашних условиях это вряд ли под силу рядовому квартиросъемщику. Вот, собственно, пока и все. Вопросы, замечания и предложения можно оставить в виде комментария. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||