Утепление частного дома

Д. Сытов

В связи с удорожанием природного газа тема утепления частного дома приобретает в настоящее время особенно актуальное значение. Ведь благодаря этому можно снизить потребление голубого топлива и при этом не потерять в тепловом комфорте. О том, как утеплить дом с максимальной эффективностью и пойдет речь в данной статье

Стандартная традиционная система отопления (рис. 1) включает котел, трубы разводки и отопительные приборы (как правило, радиаторы). Газ, сгорая в топке теплогенератора, выделяет тепловую энергию, которую мы обозначим Qполн. Ее часть неизбежно теряется с уходящими дымовыми газами – Qпот. кот. Эти потери напрямую зависят от типа котла и температуры уходящих газов (чем выше температура, тем значительнее потери).

Видео. Утепление дома: опыт реализации

С точки зрения энергоэффективности идеальным было бы довести температуру отводимых продуктов сгорания до температуры 0°С или ниже, но достичь этого на практике нельзя. Дело в том, что охлаждаются они водой из системы отопления, а температура теплоносителя в обратной магистрали традиционных систем составляют 60°С. В современных котлах температура уходящих дымовых газов достигает 130°С, что позволяет получить КПД теплогенераторов на уровне 90% и выше.

Рис. 1. Традиционная типовая система отопления (1 – котел, 2 – радиатор, 3 – дымоход, 4 – разводка) и теплопотери в ней

Формула для расчета КПД любого устройства довольно проста:

КПД = Польза/Затраты.

В случае котла польза – это тепло, воспринимаемое теплоносителем и потом отдаваемое радиаторами системы отопления в помещение. Обозначим эту величину как Q_польз. Затраты – это природный газ, а, другими словами, выделяемое при сжигании тепло Q_полн.

Польза и затраты находятся в такой зависимости:

Q_полн. - Q_{пот. кот.} = Q_польз.

Тогда КПД котла будет вычисляться по формуле:

КПД = (Q_полн. - Q_{пот. кот.})/Q_полн.

Анализируя эту упрощенную формулу (не берутся во внимание потери связанные с цикличностью работы котла, с неполным сгоранием топлива, несовершенством системы распределения и потерями через обшивку котельного агрегата), очевидно, что снижая Q_{пот. кот.} мы тем самым увеличиваем КПД котла. То есть, большая часть выделенного при сжигании топлива тепла будет передаваться в помещение и нам потребуется меньшее количество газа для того, чтобы поддерживать комфортные условия. Это и есть экономия. Как же снизить Q_{пот. кот.}? К сожалению, без реконструкции котельного агрегата, а, скорее всего, его замены, не обойтись. Если, к примеру, в частном доме установлен комбинированный котел на твердое и газообразное топливо с КПД около 60%, то установка нового современного агрегата с КПД свыше 90% может принести ощутимую экономию топлива.

В подавляющем же большинстве случаев, в качестве старых котельных агрегатов рассматриваются отечественные напольные стальные водогрейные котлы с КПД около 75–80%. В этом случае простая замена теплогенератора на современный (без дополнительного оснащения системами регулирования температуры воздуха в помещениях) принесет небольшую экономию. Например, до замены котла годовое потребление газа составляло 5000 м³, после – 4500 м³. При этом стоимость современного настенного котла эконом-класса оставляет около 9 тыс. грн., не считая работ по установке и проектной документации. Суммируя затраты, получим цифру порядка 12 тыс. грн. Окупаемость в этом случае напрямую будет зависеть от стоимости природного газа для населения. Например, при нынешнем тарифе в 7,188 грн./м³ (свыше 200 м³ в отопительный сезон) и реальной экономии 500 м³/год (то есть свыше 3 тыс. грн./год) затраты по замене котла окупятся уже за 4 года.

Но есть и другие пути по снижению затрат на отопление. Если рассмотреть рис. 1, то можно сделать вывод, что система находится в равновесии тогда, когда теплопотери объекта Q_т.п. равны тепловой мощности:

Q_т.п. = Q_польз.

Любая система отопления работает на поддержание того уровня теплового комфорта в помещении, который устраивает пользователя, то есть котел и система отопления компенсируют тепловые потери дома при определенной разности температур внутри помещений и снаружи. Исходя из этого, вывод – уменьшая тепловые потери, мы уменьшаем потребление газа. И если теплопотери снизятся вдвое, то и экономия топлива тоже будет двукратной.

Расчет теплопотерь

Расчет теплопотерь через ограждающие конструкции (стены, пол, потолок, окно) производится по следующей формуле:

Qт.п. = k×F×Δt, Вт,

где F – площадь ограждающей конструкции (например стены) в м²; Δt – разность температур внутреннего и наружного воздуха,°С; k – коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции.

Анализируя эту формулу, получим вывод, что снизить тепловые потери через стену можно двумя способами. Первый – уменьшить разность температур (то есть понизить температуру воздуха в помещении). Но этот вариант неприемлем, ведь вряд ли кому-то захочется жить в помещении с температурой +14°С, даже значительно экономя при этом на отоплении. Второй вариант снижения теплопотерь – уменьшение коэффициента теплопередачи стены k. Достичь этого можно покрыв существующую стену слоем теплоизоляции.
Формула для расчета коэффициента теплопередачи:

k = 1/(1/ α_вн + ∑d/λ + 1/ α_н), Вт/(м²∙°С),

где α_вн – коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны стены Вт/(м²∙°С); α_н – коэффициент теплоотдачи с наружной стороны стены; d – толщина однородного слоя в многослойной стене, м; λ – коэффициент теплопроводности данного слоя, (м∙°С)/Вт.

В случае, если слоев два и больше, столько же будет и составляющих: d₁/λ₁ + d₂/λ₂ + d₃/λ₃ + ….

Таким образом, формула расчета коэффициента теплопередачи примет вид:

k = 1/(1/ α_вн + d₁/λ₁ + d₂/λ₂ + d₃/λ₃ + 1/α_н).

Увеличивая толщину стены или выбирая материал для слоя с меньшим значением теплопроводности λ, мы уменьшаем коэффициент k, а значит и теплопотери. К примеру, возьмем наружную стену длиной 5 м и высотой 3 м, состоящую из кирпичной кладки толщиной 50 см (кладка в два кирпича, кирпич красный полнотелый на цементно-песчаном растворе). Слоем внутренней штукатурки, толщиной 1 см можно пренебречь. Коэффициент теплопроводности такой кладки λ = 0,8 (м∙°С)/Вт. Коэффициент теплоотдачи с внутренней стороны стены αвн, равен 8,7 Вт/(м²∙°С), а – коэффициент теплоотдачи с наружной стороны стены αн для нашей климатической зоны = 23 Вт/(м²∙°С).

Учитывая это, коэффициент теплопередачи стены:

k = 1/(1/8,7 + 0,5/0,8 + 1/23) = 1,3 Вт/(м²∙°С),

Теплопотери через стену при разности температур 40°С (на улице -20, в помещении +20):

Q_т.п. = 1,3×(3×5)×40 = 780 Вт.

Если утеплим рассматриваемую стену с наружной стороны слоем стекловаты толщиной 5 см и теплопроводностью 0,046 (м∙°С)/Вт, то коэффициент ее теплопередачи значительно снизится до 0,442 Вт/(м²∙°С) и, благодаря этому, теплопотери составят 265 Вт. Разница в теплопотерях до утепления и после – 515 Вт.

Как видим, утепление – довольно эффективный способ уменьшения потребления природного газа. По нормам ДБН В.2.6-31:2006 «Конструкции домов и сооружений. Тепловая изоляция строений» для климатической зоны I (центральная, северная и восточная часть Украины) должны обеспечиваться следующие коэффициенты теплопередачи для частных домов (табл. 1).

Таблица. 1. Нормативные значения коэффициентов теплопередачи и термического сопротивления для частных жилых домов

Достичь нужных показателей коэффициентов теплопередачи можно путем применения различных материалов. Например, для кирпичной однородной стены с толщиной 25 см (кладка в один кирпич), как видим из табл. 2, толщина теплоизоляции наружной стены не должна быть менее 100 мм.

Таблица. 2. Коэффициенты теплопередачи при различном утеплении кирпичной стены

Затраты на теплоизоляцию наружных стен складываются из стоимости материалов (теплоизоляция, сетка, дюбели, штукатурные смеси, декоративная отделка) и стоимости работ.

Способы утепления

Утепление с наружной стороны стены наиболее подходит для жилых домов, так как имеет ряд преимуществ: использование эффекта аккумулирования тепла несущими конструкциями здания; вынос «точки росы» за пределы несущей конструкции; не уменьшается полезный объем помещения.

Наружные стены при этом можно утеплять с помощью пенополистирольных или жестких минераловатных (стекловатных) плит с дальнейшим оштукатуриванием и покрытием декоративным отделками (рис. 2). Это дает возможность не только утеплить дом, но и кардинально изменить его внешний вид.

Рис. 2. Утепление снаружи с помощью жестких плит с дальнейшим оштукатуриванием

Другим способом является утепление под сайдинг и так называемые «вентилируемые фасады». Особенность данного метода – отсутствие «мокрых» работ, то есть их можно проводить даже при отрицательной температуре наружного воздуха.

Видео. Как выбрать толщину пенопласта для утепления дома

В качестве покрытия чаще всего используется виниловый сайдинг. Каркас может крепиться непосредственно на стену, а затем промежутки между профилями или деревянными рейками заполняются утеплителем. Возможен и вариант укрепления реек или профиля на специальных уголках (рис. 3). Этот вариант предпочтительнее, так как усредненный коэффициент теплопередачи k при таком способе крепления каркаса будет ниже. Если используются деревянные рейки для каркаса, то их необходимо пропитать антисептиком для дерева, который защитит от насекомых и грибка.

Во время укладки утеплитель обычно крепят с помощью пластиковых дюбелей «зонтиков». Поверх утеплителей желательно укрепить ветрозащитный слой. Это готовые ветрозащитные плиты или тканевый ветробарьер. При наружном утеплении стен не применяются пароизоляционные покрытия (паробарьер, гидробарьер), ведь стена должна «дышать» – пропускать через себя водяной пар, который выделяется комнатными растениями, людьми, получается при приготовлении пищи и пр.

Рис. 3. Вентилируемый фасад:
1 – кирпичная стена, 2 – кронштейн (крепеж обрешетки), 3 – прокладка термоизолирующая, 4 – анкерный дюбель, 5 – профиль горизонтальный основной, 6 – профиль вертикальный основной, 7 – профиль вертикальный промежуточный, 8 – кляммер рядовой, 9 – кляммер стартовый, 10 – теплоизоляционный материал (утеплитель), 11 – гидро-ветрозащитная паропроницаемая мембрана, 12 – крепеж теплоизоляции (пластиковый тарельчатый дюбель), 13 – облицовочная плитка, 14 – заклепка вытяжная

Обязательно нужно предусмотреть промежуток между слоем изоляции и сайдингом не менее 20 мм, а желательно – 40 мм. Он необходим для нормальной вентиляции утеплителя: обеспечивает хорошее «просушивание» теплоизоляции и не допускает прямого контакта с сайдингом (на котором может происходить конденсация влаги) и теплоизоляционного материала.

Очень хороший эффект по энергосбережению в одноэтажных частных домах достигается при утеплении потолков. Так, типичное потолочное перекрытие в домах старой постройки состоит из деревянных балок (рис. 4), подбитых доской со стороны помещения, а затем одранкованных и покрытых глиной или гипсовыми штукатурками. Сверху пространство между балками заполняется смесью глины с опилками, или измельченной соломой, керамзитом. Коэффициент теплопередачи такого потолочного перекрытия составляет 1,6–2 Вт/(м²∙°С). После утепления даже слоем теплоизоляции в 100 мм можно достичь показателей 0,4 – 0,6 Вт/(м²∙°С). При этом в худшем случае экономия для одноэтажного дома площадью 100 м² с неотапливаемым чердаком составит 4 кВт (при наружной температуре -20°С), а усредненная экономия за отопительный сезон – до 800 м³ природного газа.

Рис. 4. Потолочное перекрытие до (а) и после (б) утепления со стороны чердака:
1 – деревянные балки, 2 – глина с наполнителем, 3 – доска сосновая 20 мм, 4 – дранка, 5 – гипсовая или глиняная штукатурка, 6 – маты утеплителя, 7 – паробарьер, 8 – профиль, 9 – гипсокартон

Технология утепления потолочных перекрытий от утепления наружных стен отличается, в первую очередь, необходимостью предусмотреть пароизоляцию. При этом придется демонтировать глиняную (гипсовую) штукатурку со стороны помещения и, скорее всего, дранку также. Затем доски потолка тщательно обрабатываются антисептиком. После высыхания потолок подбивается со стороны помещения паробарьером. Поверх него укрепляется оцинкованный профиль либо пропитанные антисептиком деревянные рейки. Это позволяет также выровнять дефекты потолка, если они есть. К готовым рейкам крепятся листы потолочного гипсокартона, и получается идеально ровный потолок.

Со стороны неотапливаемого чердака укладываются теплоизоляционные плиты либо мягкие рулонные материалы. Для потолочных перекрытий минимально рекомендуемая толщина утеплителя (с коэффициентом теплопроводности λ < 0,041 (м∙°С)/Вт) составляет 150 мм. При заполнении пространства между балками это позволяет достичь усредненного коэффициента теплопередачи 0,4 Вт/(м²∙°С), а при укладке утеплителя поверх деревянных балок – до 0,26 Вт/(м²∙°С). Это позволит сэкономить до 1000 м³ природного газа за отопительный сезон при площади потолков 100 м² (для климатической зоны I).

Что касается утепления пола, то в большинстве случаев эта задача трудновыполнима. Ведь демонтаж деревянного пола и устройство «теплого пола» (рис. 6) или просто укладка утеплителя в бетонную стяжку являются довольно дорогостоящими мероприятиями.

Рис. 5. Один из вариантов утепления пола в частном доме

Первоочередность работ

В качестве примера рассмотрим одноэтажный дом старой постройки площадью 100 м². Материал стен – кладка полнотелого красного кирпича 50 см, потолок деревянный оштукатурен алебастром, пол деревянный, окна – пластиковые. Коэффициенты теплопередачи k: окон = 1,35 Вт/(м²∙°С); потолков = 1,5 Вт/(м²∙°С); стен = 1,2 Вт/(м²∙°С); пола = 1,3 Вт/(м²∙°С). Площадь ограждающих конструкций F: пола и потолка = по 100 м², окон и наружной двери = 16 м², наружных стен за вычетом окон и двери = 92 м².

Произведя укрупненный расчет при расчетной температуре -22°С (для Киева и области) и желаемой температуре в помещениях +21°С получаем теплопотери, которые используются для выбора котла и проектирования системы отопления.

Q_т.пот = 0,9 + 6,4 + 5,1 + 5,6 = 18 кВт.

Учитывая запас 10% на проветривание помещений и неучтенные потери получаем: Q_общ. = 20 кВт.

При расчете потребления газа на отопление используется средняя температура за отопительный период и длительность отопительного периода. При КПД котла равном 90% расход газа на нужды отопления (без горячего водоснабжения) за отопительный период составит для Киева и области около 4500 м³.

Как видим, стены, а, особенно, потолок имеют наибольшую долю потерь в общем балансе, и их утепление даст максимальный энергосберегающий эффект. При изолировании потолочного перекрытия поверх несущих балок стекловатой толщиной 150 мм мы можем достичь в итоге коэффициента теплопередачи 0,3 Вт/(м²∙°С).

Сравнивая с неизолированным потолком, это даст снижение расчетных теплопотерь на более чем 5 кВт. Экономия за отопительный сезон составит до 1200 м³ газа (для условий Киева и области). Но при утеплении потолка нужно помнить о хорошей пароизоляции со стороны помещения, в противном случае теплоизоляция наберет влаги и эффект от ее применения существенно снизится. При утеплении стен под виниловый сайдинг самым простым способом – заполнением промежутков между деревянными рейками стекловатными плитами суммарной толщиной 100 мм можно достичь коэффициента теплопередачи 0,45 Вт/(м²∙°С). Эффект – снижение расчетных теплопотерь на 3,3 кВт, а за отопительный период это принесет экономию до 800 м³ газа.

Видое. Как выбрать пенопласт/пенополистирол для утеления

Таким образом, первоочередной задачей в частном доме по энергосбережению является утепление потолочных перекрытий, затем, по мере снижения эффективности: утепление наружных стен, цоколя, замена окон. В радикальном варианте – демонтаж пола и устройство утепленного пола или напольного отопления. Но даже утепление потолка и стен в рассматриваемом случае дает экономию до 2 тыс. м³ газа за отопительный период.

Кроме прямой выгоды утепление дома дает и косвенную. Например, при уменьшении теплопотерь здания можно выбрать для установки менее мощное, а значит и более дешевое котельное или климатическое оборудование. Кроме того, существенно повышается тепловой комфорт, ведь температура в помещениях минимально зависит от температуры наружного воздуха.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok.  Долучайтесь!

Вам також може сподобатися

Теплові насоси HERZ – заощадження до 33% витрат на опалення та ГВП та охолодження

Економія на опаленні та охолодженні: передові матеріали. III-частина

Сонячна енергетика: як компанія готує інженерів

Економія на опаленні та охолодженні: передові матеріали. II-частина