Теплосопротивление материалов - практические расчеты

construction-cottages2-aВесна всегда наблюдается всплеск строительства индивидуальных домов и коттеджей. Как избежать  главных строительных рисков и успешно построить дом в наше экономически нестабильное время? Ведь что будет с ценами в марте (тем более в августе) никто предсказать не может, но скорее всего колебания курсов валют приведут к подорожанию стройматериалов, поэтому долгосрочное строительство будет еще менее выгодным.

Сначала сформулируем основные риски:

  1. Отсутствие проекта;
  2. Затягивание сроков строительства;
  3. Нехватка денег;
  4. Неквалифицированные рабочие;
  5. Отсутствие постоянного контроля за исполнением технологии;
  6. Отсутствие проекта по инженерии;
  7. Изменение проекта на этапе строительства;
  8. Замена материала по ходу строительства.

Теперь подробнее

construction-cottages3-a
1. Строить без проекта не только трудно, но и затратно — даже опытные строители не всегда могут вовремя сориентироваться, нарежут проемов, а потом их заделывают и просят за это деньги. Заказчику и доказать что-то трудно — нет чертежей, по которым ведется стройка, значит нужно стоять над рабочими и контролировать каждый шаг.

Если нет такой возможности, результат не гарантирован, можно получить совсем не тот дом, который планировали, да еще нарушение технологий, норм и правил строительства, которые снизят эксплуатационные характеристики жилья — ремонтировать придется раньше и чаще. Дома из СИП панелей строят строго по проекту, цена его существенно меньше затрат на непредвиденные расходы слепого фантазийного творчества прошлого века.

2. Увеличиconstruction-cottages8-aвать сроки строительства дорого. Планировать на 2 месяца вперед проще, чем на 6, тем более на 10 месяцев.

3. Из всего этого возрастает риск незавершенного строительства, хотя для домов из СИП панелей «незавершенка» —  нехарактерное явление. Заказчик до копейки знает свои затраты на этапе строительства, да и занимает оно 3-4 недели и дом под крышей с окнами и дверями готов. Дальше, при отделке и проведении коммуникаций могут быть превышения планируемых затрат, если смета на эти работы не была тщательно проверена или вообще была недостоверна. Как правило, люди, которые быстро и без особых проблем  построили дом, немного расслабляются, хотя главные затраты у них впереди. Не ослабляйте внимания, отделка дома потребует от вас больше самостоятельного контроля над процессом и полной погруженности в тему, зато избежите перерасходов и нехватки денег на завершение строительства.

http://www.dreamstime.com/stock-photography-handsome-skilful-woodworker-image162517124. Опасность нарваться на дилетантов есть всегда, тем более сейчас, когда многие строительные компании решили строить из СИП панелей. Решить, то решили, но от этого не стали специалистами. Попробуйте выяснить не специализировалась ли компания на строительстве домов из блоков или профилированного бруса еще в прошлом году. Попросите свозить на построенный объект и поговорите с хозяевами. Ну а если это сделать невозможно, обращайтесь к фирмам, про которые достоверно известно, что опыт строительства из СИП больше 2 лет. Не удивляйтесь такому сроку, в нем есть резон. Первые компании начали строить дома из СИП панелей около 5 лет тому назад, сейчас у них уже есть опыт и они могут построить любой дом. Как могут конкурировать с ними более молодые компании? Только предложив такое же качество по более низким ценам.  «Старые» компании», видя отток клиентов, начинают повышать цены и берутся только за выгодные заказы, а их более молодые конкуренты «роют носом землю» и стараются угодить своим заказчикам. Компании с опытом менее 2 лет рассматривать нужно очень внимательно, здесь можно налететь на большие неприятности.

construction-cottages5-a5. Технологии при строительстве дома из СИП панелей просты и проконтролировать их исполнение может сам заказчик, для этого достаточно приехать на объект к завершению возведения стен и увидеть, как запенены стыки панелей. При строительстве из блоков, кирпича или дерева проконтролировать качество клея, раствора или прилегания бревен сложнее, тем более, что сроки строительства очень большие, ездить нужно много раз, но и это не гарантирует соблюдения правильной технологии.

6. Строительство из СИП панелей невозможно без проекта. Хороший архитектор на этапе обсуждения первоначального эскиза проекта с заказчиком подсказывает, какие минусы есть у данного проекта (у каждого проекта есть свои достоинства и недостатки, все зависит от приоритетов заказчика). Кроме того, нужно заранее определить, где будут проходить стояки коммуникаций.

Angry builder7. Вы никогда не видели, как рабочие по ходу строительства меняют обговоренный проект, мотивируя это «нестыковками», которые сподвигли их найти «выход из положения» путем пристройки, надстройки, переноса стены, окна или двери? Слабонервные заказчики ругаются, выгоняют, заменяют рабочих, но вред уже принесен, лишние деньги потрачены и нужно принять это или сломать и строить заново. Такая ситуация невозможна для домов из СИП, т.к. без проекта их не строят и любое нарушение проекта будет исправлено засчет строителей. Они это прекрасно понимают и не проявляют самодеятельности.

8. Бывает и такое, но чаще это относится к материалам, которыми кроют крышу.  Заказчику нужно понимать, что разные кровельные материалы предполагают специальную укладку обрешетки, я уже не говорю о том, что замену можно производить, проанализировав нагрузку, которую будет оказывать новый материал на уже существующую стропильную систему. Вы уже поняли, что строя из СИП панелей по проекту профессионального архитектора, вы никогда не окажетесь в ситуации авральной замены материала кровли и риска обрушения крыши в дальнейшем.

Это основные риски, список может быть дополнен, выводы делайте сами, хотя они очевидны, пришло время строить из СИП.

 

Теплосопротивление материалов - практические расчеты

Теплосопротивление — (R-value) характеристика ограждающего слоя (стены, перекрытия и пр.), показывающая, насколько данный материал сопротивляется потерям тепла. Теплосопротивление R и теплопроводность k — обратные величины, большое теплосопротивление означает, что слой сопротивляется потерям тепла и у него маленькая теплопроводность. Однако теплосопротивление учитывает еще и толщину конструкции

R = d / k (град/Вт), где d — это толщина слоя (в метрах), а k — теплопроводность (Вт*м/град).

Теплосопротивление — очень удобная величина, т.к.

  1. Легко посчитать, сколько тепла уходит через стены или перекрытия: Q = (площадь) * (разница температур) / R
  1. При многослойных стенах величины R нужно просто сложить: Rобщ = R1+R2+R3…

По современным стандартам для каждого региона РФ определены минимальные значения R для стен и перекрытий жилого дома. Например, для Московской области это: R-стен=3,0 град/Вт, R-пер=3,9 град/Вт, R-окон=0,5 град/Вт (СНиП 23-01-99).

Как практически использовать теплосопротивление

Домик для расчетовПосмотрим, сколько реально тепла будет терять ваш дом при соблюдении стандартов. Возьмем небольшой уютный 2-этажный домик размером 8,12х9,25 метров (см.рисунок). Будем считать, что температура внутри дома везде равна +20 градусов, снаружи -30 градусов, т.е. разница температур равна 50 градусов.

Посчитаем вначале самый простой вариант, где стены и перекрытия соответствуют госту, а потом учтем некоторые «хитрости».

Без окон без дверей, но по ГОСТам

Сначала мы не будем учитывать окна, двери и вентиляцию и будем считать, что тепло уходит только через стандартные стены и перекрытия.

Площадь всех внешних стен равна периметру, умноженному на высоту: S=34,75 x 5,54=192,5 кв.м. Площадь нижнего и верхнего перекрытий 2 х 75 = 150 кв.м.  Теплосопротивление берем по госту: R-стен=3,0; R-перекр=3,9. Потери тепла Qоб=(192,5/3+150/3,9)х50=102,63х50=5131 Вт. При -30 градусах на улице мощность отопительных приборов должна превышать 5 кВт. При цене 4 руб/кВт*час за 1 день мы потратим 492 рубля, а за месяц — аж 15000 рублей!

Люди, которые никогда не топили большой дом в лютые морозы, ужаснутся от этих цифр, те же, кто жил в плохо утепленных домах зимой, посмотрят на эти расчеты с оптимизмом и потребуют доказательств.

Будем оптимистами

Прежде всего -30 градусов С — температура, которая бывает не каждый год. Средняя месячная температура в Московской области показана в таблице:

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Год
Дмитров -10,4 -9,5 -4,4 4,3 11,5 15,7 17,5 15,7 10,3 4,0 -2,4 -7,2 3,8
Кашира -10,9 -9,8 -4,6 4,6 12,2 16,3 17,8 16,5 11,0 4,1 -2,3 -7,0 4,0
Москва -8,4 -7,8 -2,5 6,0 12,8 16,9 18,5 16,6 11,1 5,0 -1,6 -5,9 5,1

 

Сам город Москва теплее, чем область, поэтому лучше брать среднее между Дмитровым и Каширой. Усредняя и суммируя от мая по сентябрь, получаем за зиму:

   месяц    средн. темп разница с +20  Ср.мощность  кВт    кВт*час в месяц
сентябрь 10,6 9,4 0,96 695
октябрь 4,0 16,0 1,64 1222
ноябрь -2,4 22,4 2,30 1655
декабрь -7,1 27,1 2,78 2069
январь -10,7 30,7 3,15 2344
февраль -9,7 29,7 3,05 2048
март -4,5 24,5 2,51 1871
апрель 4,4 15,6 1,60 1153
май 11,8 8,2 0,84 626
ВСЕГО       13683

За 8 месяцев отопительного сезона мы потратим 4*13683=54732 рублей, в пересчете на 12 месяцев — 4560 руб/мес.
Для тех, кто думает, что это много, можно сказать, что деревянный дом со стенами толщиной 20 см (R=1,54) и перекрытиями, утепленными минватой толщиной 15 см (R=2,50+0,35+0,19=3,04) потребует на 70% больше, т.е. 92976 рублей/год или 7750 руб/мес.

Плохая новость: окна пожирают тепло

По стандарту окна должны иметь теплосопротивление 0,5, т.е. они теряют тепло в 6 раз больше, чем стены (в расчете на 1 кв.м). В нашем домике 10 больших окон (1,25х1,4), 3 маленьких (0,6х1,0) и входная дверь, всего 21,3 кв.м. Потери при -30 градусах: Qокон=(21,3/0,5)х50=2130 Вт. Если быть точным, то мы должны уменьшить площадь стен, но все равно получится 1775 Вт, т.е. окна и входная дверь увеличивают теплопотери еще на 35%.

Производители современных окон стараются улучшать конструкции для уменьшения потерь тепла. Некоторые утверждают, что их окна имеют теплосопротивление R=0,7 или даже 1,0 хотя независимые испытания у нас в России проводят редко.

Плохая и хорошая новость: вентиляция

Человек в процессе своей деятельности выделяет очень много вредных веществ. Даже когда он спит, он дышит и выделяет углекислый газ и еще около 400 вредных веществ. Когда он готовит еду, использует воду или занимается спортом, он загрязняет окружающую среду еще больше. Основная задача — выкинуть все это подальше, прежде всего воздух, заменив его на чистый.

При правильной вентиляции в нашем домике, если в нем живут 3 человека, потребуется заменять около 100 куб.м воздуха в час. Многие скажут, что нужно гораздо больше, но тут я готов поспорить. Удаляемый воздух уходит вместе с теплом, а новый воздух надо подогревать, а это при -30 градусах Qвент=100х50/2,98=1678 Вт, т.е еще 33% дополнительной мощности.

Где же тут хорошая новость, скажете вы. Их целых две. Первую я уже упомянул, нормы и принципы расчета вентиляции, принятые в СНиПах, безнадежно устарели, по ним вам пришлось бы тратить в 3-5 раз больше энергии на вентиляцию. Вторая новость: современные системы вентиляции умеют возвращать часть тепла, которая уходит с удаляемым воздухом (это называется рекуперация) и уменьшать мощность для нагрева воздуха в 2-4 раза.

Еще одна хорошая новость: СИП-панели

СИП-панели теплее, чем это требуется по ГОСТам, поэтому дома из них не нужно дополнительно утеплять. Рассмотрим тот же самый домик 8,12х9,25 метров, но сделанный из СИП-панелей. Обычно стены делают из панелей с толщиной утеплителя 150, а перекрытия — 200 мм. Кроме утеплителя каждая панель содержит 2 слоя OSB-фанеры толщиной 12 мм, которые также дают свой вклад в теплосопротивление. Коэффициент теплопроводности для ППС-утеплителя равен 0,041 Вт*м/град, для OSB — 0,18 Вт*м/град, поэтому Rстен=0,15/0,041+2х0,012/0,18=3,79, Rпер=0,2/0,041+2х0,012/0,18=5,01. Позже мы еще учтем отделку, которая увеличивает R и внутренний деревянный каркас, который уменьшает R. Площадь стен мы сразу возьмем за вычетом окон и наружной двери, а сами окна возьмем более теплыми с коэффициентом R=0,7. В результате при -30 градусах за окном мы получим:

Qстен = 50х(192,5-21,3)/3,79 = 50х45,17 = 2259 Вт (32%)

Qпер  = 50х2х75/5,01 = 50х29,94 = 1497 Вт (22%)

Qокон = 50х21,3/0,7 = 50х30,43 = 1521 Вт (22%)

Qвент = 50х100/2,98 = 50х33,56 = 1678 Вт (24%)

Qоб    = 50х139,1 = 6955 Вт (100%)

Мы можем видеть, что разница температур везде идет первым множителем, т.е. если за окном теплее, то и энергии надо тратить меньше — пропорционально этой разнице. Теперь мы можем вместо таблицы для стандартного дома без окон и дверей написать новую — для дома из СИП-панелей с окнами и вентиляцией:

   месяц    средн. темп разница с +20    кВт    кВт*час в месяц
сентябрь 10,6 9,4 1,31 941
октябрь 4,0 16,0 2,23 1656
ноябрь -2,4 22,4 3,12 2243
декабрь -7,1 27,1 3,77 2805
январь -10,7 30,7 4,27 3177
февраль -9,7 29,7 4,13 2776
март -4,5 24,5 3,41 2536
апрель 4,4 15,6 2,17 1562
май 11,8 8,2 1,14 849
ВСЕГО       18545

Если топить электричеством по цене 4 руб/Квт*час, получается 74180 руб. в год или 6180 руб/мес.

Дополнительные хитрости

Есть факторы, которые позволяют уменьшить теплопотери или затраты на отопление.

  • Внутренняя отделка стен 2-мя слоями гипсокартона не только повышает пожаробезопасность, но и увеличивает теплосопротивление, делая стены на 4% теплее. Еще больший эффект даст любая внешняя облицовка стен (даже без утеплителя).
  • Вентиляцию можно отключать в отсутствие жильцов.
  • Увеличение толщины СИП-стен на 50 мм делает стены на 24% теплее, но требует немного больше денег при строительстве.

Есть и факторы, которые увеличивают теплопотери:

  • Каркасная стена СИП-дома содержит внутри деревянные элементы, которые имеют более высокую теплопроводность. Это делает стены примерно на 9% холоднее.
  • Самым плохим фактором могут быть сквозняки в районе входной двери и тамбура, но это уже тема другой публикации.

Новые
заметки