Основы энергоэффективного проектирования

В энергоэффективных домах тратится минимум тепловой энергии — в 5-10 раз меньше, чем в стандартных. И закладывается такая экономия еше на этапе проектирования, благодаря выполнению четырех основных условий:

• величина и форма строительной площадки, соответствующий наклон участка и достаточная растительность позволяют пассивно использовать солнечную энергию. Это значит, что дом можно сориентировать на южную сторону, а также использовать углубления рельефа, деревья и т. д. — например, для защиты от сильных ветров или перегрева здания летом;
  
• дом должен иметь монолитную форму и буферное размещение помещений, так как это сокращает энергопотребление. Одновременно рекомендуют установить современные устройства, такие как солнечные коллекторы, тепловые насосы, ветрогенераторы;
  
• все наружные преграды, такие как пол на грунте, стены и крыша, должны характеризоваться хорошей теплоизоляцией с коэффициентом теплопередачи 0,15—0,20 Вт/м²•°С (для окон и дверей — 0,80—1 Вт/м²•°С). Разумеется, нужно исключить мостики холода. Кроме того, наружные поверхности должны быть герметичными, так как проникновение неконтролируемого холодного воздуха равнозначно потере тепла;
  
• в энергоэффективном доме должна быть запроектирована система механической вентиляции с получением тепла до 75% (гравитационная вентиляция недопустима). Рекомендуют также использовать грунтовые тепло-обменники — рекуператоры.
  

Особенно важны и достаточно легки в исполнении два последних требования. Это так называемые обязательные условия, без которых дом не станет энергоэффективным. Их соблюдение зависит от знаний и умений проектировщика, а также от наличия средств у хозяина. С точки зрения строительства энергоэффективные дома несколько дороже стандартных (на 5—15 %), зато экономичнее в обслуживании (на 20—40%).

Нужно обратить внимание и на регион, в котором будут возводить дом. В силу своего географического расположения и большой плошали Украина охватывает несколько климатических зон, средняя температура в которых может отличаться на 10°С. Поэтому, например, коэффициент теплопередачи наружных плоскостей постройки в Херсоне может быть на 10—15 % ниже (из-за более теплого климата), чем коэффициент теплопередачи стен дома в Чернигове.

Подземные поверхности

Энергоэффективные  дома — это не только хорошо утепленные стены и крыша. Это также подземные плоскости, то есть стены фундамента, пол на грунте или плиты фундамента.
Большая прочность и долговечность — основные параметры конструкций, так как на стены или плиты фундамента ложатся все постоянные (вес строительных конструкций и отделочных материалов) и переменные нагрузки (вес снега, людей, давление ветра).

Для строительства подземных плоскостей больше подходят полнотелые, не имеющие пустот материалы. Рассмотрим наиболее эффективные из них.

Бетонные блоки размером 12 * 25 х 38 см и мас-сой 25 кг — идеальный материал для фундамента. Они очень прочные, морозостойкие и впитывают мало влаги (5—9%). Кроме того, они относительно дешевы.

Пустотелые засыпные блоки бывают разного размера и разной формы, но из них можно делать стены фундамента толщиной 20, 25 и 30 см. Отверстия в них заполняют обычным бетоном или керамзитобетоном. Стены из этих материалов имеют практически такие же свойства, что и стены из полнотелых бетонных блоков. Дополнительно можно использовать металлические пруты, которые увеличат прочность конструкции.

Полнотелые керамические кирпичи тоже подходят для строительства фундамента. Они могут быть сделаны из клинкера (с впитываемостью 12 %) или хорошо обож-женной глины (с впитываемостью 20 %). Небольшие размеры и вес этих материалов делают их удобными в работе, но для кладки в этом случае нужно много времени. Из недостатков можно отметить то, что стены надо штукатурить перед укладкой вертикальной гидроизоляции.

Монолитный бетон — гарантия прочности при низкой цене. Свойства бетона позволяют делать как стены, так и плиты фундамента прочными, морозостойкими, практически не впитывающими влагу и дешевыми. Недостаток — необходимость опалубки.

Для гидроизоляции фундамента используют жидкие битумные мастики (создающие прочные, эластичные, стойкие ко многим химическим веществам и УФ-излучению покрытия) и гидроизоляционные пленки из ПВХ или полиэтилена толщиной 0,6—2 мм, кото-рые можно клеить к основе или закреплять механичес-ки в любое время года, независимо от погоды.

Хорошая теплоизоляция — это отсутствие мостиков холода на стыке наружных поверхностей и небольшая толщина конструкций. К сожалению, многие материалы, которые используют для подземных конструкций, не отвечают этим требованиям. Поэтому необходим дополнительный утепляющий слой (с внешней стороны). Теплоизоляционные материалы, контактирующие с грунтом, должны быть устойчивы к влаге и механическим повреждениям.

Экструдированный пенополистирол — лучшее решение для утепления стен , плит фундамента и пола на грунте. У этого материала хорошие теплоизоляционные, водоотталкивающие и прочностные характеристики.
У пенополистирола качество чуть хуже, но он дешевле. Для изоляции стен фундамента подходят плиты с удельным весом не менее 20 кг/м².

Простота и легкость строительства обусловлены использованием известных и не требующих высокой квалификации технологий. Это очень важно при возведе-нии небольших домов для одной семьи.

Стены фундамента

Стены фундамента — это относительно небольшие конструктивные элементы дома высотой 50—150 см. Их размеры зависят от количества этажей, высоты цоколя и типа стен первого этажа. В энергоэффективных домах стены фундамента двух- или трехслойные.

Несущие стены чаще всего делают из бетонных или пустотелых засыпных блоков толщиной 20—38 см, реже — из сплошного кирпича или монолитного бетона. Их утепляют слоем экструдированного пенополистирола толщиной не менее 15 см, что обеспечивает коэффициент теплопередачи не более 0,20 т/м²•°С (даже в цокольной части).

Возводя стены из бетонных блоков, необходимо обращать внимание на толщину соединений (горизонтальных — 8-15 мм, вертикальных — 5-15 мм), чтобы не уменьшить прочность стены. Делая стены фундамента из пустотелых засыпных блоков, только первый слой кладут на раствор и четко выравнивают по горизонтали. Остальные кладут насухо. После укладки трех слоев конструкцию заливают бетоном.

Гидроизоляцию — как вертикальную, так и горизонтальную — нужно укладывать очень тщательно, соблюдая технологию, иначе она не будет выполнять свою функцию. Плиты пенополистирола необходимо приклеивать по всей поверхности, а не только по периметру. Благодаря этому они не потрескаются, когда стены фундамента будут засыпать. Рекомендуют защитить их пленкой или сеткой из стекловолокна, залитой клеевой смесью.

Полы на грунте

В энергоэффективных домах часто устраивают пол на грунте, который считается наименее затратной системой организации фундамента. Разумеется, он должен иметь соответствующие тепло- и гидроизоляцию (причем первая необязательно связана с подогревом). Кроме того, он должен поглощать все вибрации и звуки. На стыке пола и стен не должно быть мостиков холода.

На этапе проектирования надо учесть отношение по-верхности пола к периметру дома, климатические условия региона, уровень грунтовых вод и тип фунта. По теплотехническим параметрам более предпочтительна глина, менее — песок и еще хуже скала.

Пол на грунте обычно состоит из следующих слоев: подкладочного, гидроизоляции, теплоизоляции, подложки под напольное покрытие и напольного покрытия. Причем все слои, которые укладывают на теплоизоляцию, должны быть разделены специальными планками по периметру. Особенно это актуально для полов с подогревом. Известно, что пенополистирол, бетон, гипс и дерево характеризуются разными коэффициентами расширения. А планки по периметру отделяют слои от наружных и разделительных стен, уменьшают вибрацию и проникновение шума (до 2 дБ). К тому же это предупреждает растрескивание бетона.

Фундаменты из плит

Возведение дома на железобетонной плите — эффективное и экономичное решение, особенно в случае сложных грунтововодных условий (например, на рыхлых грунтах или участках с высоким уровнем залегания грунтовых вод).

В энергоэффективных домах предпочтительна плита фундамента с подогревом, которая может быть даже не углублена в грунт. Это современное решение имеет много достоинств. Оно дает возможность построить дом при высоком уровне грунтовых вод и на неоднородном грунте.

Дважды армированная плита фундамента толщиной 12—20 см, уложенная на теплоизоляционный слой из пенополистирола толщиной 15—20 см и подкладоч-ный слой из гравия толщиной 15—30 см, настолько на-дежна, что может использоваться на самых непрочных грунтах. Земляные работы сводятся к удалению пере-гноя, укладке и сгущению дренажного слоя из гравия или крупного песка. Не нужны стены фундамента. Нет необходимости в установке батарей и других элементов централизованной системы отопления.

Как плиту фундамента, так и полы на грунте можно обогревать с помощью традиционной водяной системы отопления, теплового насоса, газа и т. д. Также можно использовать замкнутую систему поверхностного обо-грева плит фундамента, работающую на электричестве.

Наземные плоскости

Качество видимых частей здания не менее важно, чем качество фундамента. От внешнего вида и технических характеристик стен, крыши, окон и дверей зависит как привлекательность постройки, так и ее энергоэффективность. Рассмотрим основные требования к строительным конструкциям и материалам для их изготовления.

Теплоизоляция — основной параметр, который непосредственно влияет на стоимость обслуживания дома. Это объясняется тем, что стены и крыша пропускают около 30—55 % тепла, используемого для обогрева, а окна и двери — около 15—25 %. Поэтому не удивительно, что специалисты рекомендуют использовать теплоизоляцию из минеральной ваты или пенополистирола толщиной 15—25 см и окна с двухкамерными стеклопакетами.

Звукоизоляция влияет на комфорт. Она особенно важна в местах с повышенным уровнем шума (в центре города, в случае близости автомагистралей и железных дорог). Хорошую звукоизоляцию обеспечивают бетон, керамический кирпич, минеральная вата и другие материалы.

Паропроницаемость часто называют «дыханием стен». Но в энергоэффективных домах она не важна, так как в них обязательны герметичные конструкции и механическая вентиляция. А в обычных лучше использовать пористые материалы, например клеточный бетон или минеральную вату.

Аккумуляция тепла позволяет ликвидировать скачки температуры внутри помещения и экономить тепловую энергию. Эта характеристика обязательна для энергоэффективных домов. Хорошей аккумулятивной способностью обладают тяжелые материалы, такие как камень, бетон, клинкерный и известково-песчаный кирпич.

Наружные стены

Главная задача стен энергоэффективных домов для одной семьи — защита обитателей от неблагоприятных атмосферных явлений и обеспечение комфорта. Важны также эффектный вид, технические свойства поверхностей и расходы на эксплуатацию здания. Рассмотрим наиболее качественные технические решения для внешних ограждающих конструкций.

Трехслойные стены — одна из лучших конструкций, каждый слой которой выполняет определенную функцию. Несущая стена толщиной 18—20 см может быть сделана из пустотелых керамических блоков, известково-песчаных кирпичей и других материалов. Изоляционный слой из пенополистирола или твердой минеральной ваты толщиной 15—20 см гаран-тирует хорошую теплоизоляцию стены и исключает мостики холода. А защитный слой толщиной 8—12 см из клинкерного кирпича, известково-песчаных, бетон-ных или керамических блоков (часто оштукатуренных) гарантирует привлекательный вид здания, долгую службу и дополнительную звукоизоляцию.

Двухслойные стены более тонкие, чем трехслойные. Но они менее прочные и больше подвержены механическим повреждениям. Наружные несущие стены толщиной 24—29 см делают из тех же материалов, что и трехслойные. В качестве теплоизоляции используют пенополистирол, реже — минеральную вату. Чаще всего слой утепления защищают сеткой из стекловолокна и тонкой штукатуркой.

Однослойные стены с соответствующим теплоизоля-ционным слоем — едва ли не лучшее решение для энергоэффективных домов. Но только при условии, что их возвели из керамических пустотелых блоков, пустоты в которых заполнены пенопластовой крошкой. У стен толщиной 31—36 см коэффициент сопротивления теплопередаче составляет 0,19 Вт/м²•°С. Утолщенный внутренний слой керамзитобетона улучшает тепловую аккумуляцию и придает стене дополнительную прочность. А правильная (то есть обеспечивающая герметичность) установка окон, дверей и порогов позволяет избежать мостиков холода.

Крыши

Крыша — один из важнейших элементов дома. Она защищает от дождя, снега и ветра, а также украшает здание. Особые требования предъявляют к крышам эксплуатируемых чердаков (мансард) — при их устройстве нужно соблюсти все условия тепло- и звукоизоляции. Кроме того, конструкция крыши должна быть легкой, а этого можно достичь только благодаря многослойности.

Кровельное покрытие может быть практически из любых доступных материалов. Все зависит от архитектора и хозяина. Но главное, чтобы покрытие было герметичным и долговечным. Например, тростниковая кровля выглядит необычно, но при толщине 40 см прекрасно гасит шумы. Деревянные гонты подходят для домов в старинном стиле, но огнеопасны. Натуральная керамическая черепица — универсальный, но тяжелый материал. Покрытие из металлических листов легкое и прочное, но «шумит» во время дождя. И наконец, рулонное, например рубероидное, покрытие подходит для плоских крыш, но выглядит не очень эстетично.

Каркас крыши выбирают с учетом типа покрытия. Сплошной каркас из досок или плит OSB необходим при кровельном покрытии из битума или металлических листов. При покрытии черепицей (керамической или металлической) на стропильную систему набивают деревянную обрешетку. Стропильную систему в домах для одной семьи обычно делают из балок. Традиционные варианты конструкций приспособлены к небольшим размерам домов и незначительному углу наклона скатов.

Ветроизоляция — это пленка с высокой паропропускной способностью, необходимая в домах с жилым чердаком. Она защищает слой минеральной ваты от дождя и снега, которые могут проникнуть через покрытие, и одновременно позволяет испаряться влаге, которая накапливается в теплоизоляционном слое.

Теплоизоляцию чаще всего делают из минеральной ваты и укладывают в два или три слоя. В энергоэффективных домах толщина утеплителя должна составлять 20—25 см (минимум 8 см в однослойном исполнении).

Минеральная вата не только надежно защищает помещение под крышей от теплопотерь, но и выполняет функцию звукоизолятора, не горит, характеризуется достаточной упругостью и легко укладывается между стропилами. Однако надо помнить о том, что она боится влаги, поэтому для кровельного пирога обязательна пароизоляция. Она представляет собой пленку из полиэтилена или другого материала, которая пропускает пар и не дает влаге скапливаться в утеплителе.

В качестве внутренней обшивки можно использовать деревянную вагонку, гипсокартонные плиты и т. д.

Окна и двери

Окна и двери — строительные конструкции, теплоизоляция которых хуже, чем у стен или крыши. Но так или иначе они необходимы в каждом доме. Однако в энергоэффективных домах они должны иметь коэффициент теплопередачи меньше 1 Вт/м²•°С (рекомендуют даже меньше 0,8 Вт/м²•°С). Причем только окна, выходящие на южную сторону (с коэффициентом теплопередачи меньше 0,8 Вт/м²•°С) могут обеспечить достаточный энергоэффект. Остальные же будут работать в основном на теплопотери.

Вывод: если столярка имеет худшие параметры (например, больший коэффициент теплопередачи), не стоит делать окна слишком большими. Кроме того, луч-ше, чтобы основная их часть не открывалась, — такие окна более герметичны, а площадь рам у них меньше. Преимущество имеют двухкамерные стеклопакеты с коэффициентом теплопередачи 0,6 Вт/м²•°С.