Всё что надо знать о строительной физике или ликбез для самостройщика

И еще один график. Он показывает как будет остывать дом, если в нём отключена система отопления, но при этом он активно используется 4-мя жильцами, которые греют дом собственным теплом (100Вт/человека), а также пользуются бытовыми электроприборами (свет, ТВ, холодильник и т. п.) с интенсивностью чуть выше среднероссийского уровня (100Вт/человека). То есть по сравнению с пустым домом мы добавили 800Вт тепловой мощности и учли затраты на вентиляцию. Расходы энергии на нагрев воды не учитываем, полагая, что вся она уходит в канализацию (это не совсем так, но для наших оценок точность достаточная).

 

Ну что ж, самое время сделать выводы из той математики, которой я Вас нагрузил в предыдущих сообщениях.

Сравнительный анализ потребительских качеств теплоёмкого и нетеплоёмкого домов

Для тех, кто не очень внимательно читал предыдущие сообщения напомню, что каркасником я тут называю одноэтажный дом 10х10м на основе деревянного каркаса, утеплённый минватой (15см стены, 30 см перекрытия), кирпичным домом - дом с минимально возможной конструктивной толщиной стен из полнотелого кирпича (1.5 кирпича), утеплённый всё той же минватой.

Если дом двухэтажный, то он будет проявлять более "кирпичный" характер (даже в каркасном конструктиве), если дом по габаритам меньше, то его характер будет более "каркасным". Чем стены теплового контура дома толще, тем более "кирпичным" он становится. Популярные нынче газобетонные дома находятся по своему характеру между каркасником и кирпичным домом, но гораздо ближе к кирпичному. Классические деревянные дома (брус/оцилиндровка) находятся по теплоёмкости между каркасниками и газобетонными домами, но тут уже могут быть исключения - тонкостенный газобетонник с вентфасадом и деревянными перекрытиями может оказаться менее теплоёмким, чем сруб того же размера.

Итак, приступим:

• Если в каркасном доме никто не живёт, то он остынет до температуры улицы менее чем за 2 недели.
• Кирпичный дом, даже если в нём никто не живёт никогда не остынет до -20С. Формулы дают сроки в 80 суток до -19С, но за 80 суток зима закончится ;-)

• Пустой каркасный дом остынет до 0С за двое суток.
• Пустой кирпичный дом остынет до 0С более чем за 2 недели.

• Если при нахождении в доме жильцов отключить отопление, то в каркасном доме через 12 часов температура понизится до +13С, а через сутки до +7.5С
• В кирпичном доме при тех же условиях через 12 часов температура будет +19С, а через сутки +18С

Вывод 1: кирпичный дом гораздо более автономен и аварийно-безопасен. Его можно бросить на пару недель даже в относительно сильные морозы (для Москвы) не беспокоясь, что порвёт водопровод. Каркасник таких вольностей не прощает. При аварии в системе теплоснабжения (отключили газ, сломался котёл и т. п.) кирпичный дом даёт минимум 2 недели на устранение неисправностей. Каркасный дом при аварии требует либо эвакуации в течение суток, либо наличие резервной независимой системы отопления.

• При нахождении в доме жильцов температура в доме (неважно каком) стабилизируется на уровне на 6С выше улицы. То есть при среднесуточной температуре на улице +14С в доме будет в среднем +20С без дополнительного отопления.
• Летом, при температуре на улице +25С в доме температура в доме любого типа стремится подняться до +31С
• Каркасный дом прогреется до +25 чуть более, чем за сутки, а до +30С - за 5 дней
• Кирпичный дом нагреется до +25 за 10 дней, а до 30 не нагреется никогда (лето закончится раньше)

Вывод 2: Даже в средней полосе России каркасные дома для комфортного проживания летом требуют кондиционирования. Кирпичные дома гораздо более устойчивы к перегреву. Они могут требовать кондиционирования только в случае прямого нагрева солнцем через окна за счёт парникового эффекта. Расчёт количества энергии, приносимого солнцем и его использование в тепловом балансе дома я приведу позднее, а пока лишь замечу, что использование летом ставен, козырьков, или размещение перед южным фасадом дома лиственных деревьев позволяют в кирпичных домах полностью обходиться без кондиционера.

• Суточные колебания температуры в каркасном доме при колебаниях температуры на улице на 15С (это максимальные суточные колебания температур в московском регионе) составляют около 3С
• Суточные колебания температуры при тех же условиях в кирпичном доме составляют менее полу-градуса.

Вывод 3: И каркасные и кирпичные дома при достаточном утеплении обеспечивают сглаживание суточных колебаний температуры летом и в межсезонье. Для московского климата каркасник гарантируют использование дома без отопления с мая по сентябрь включительно. Неотапливаемый кирпичный дом можно использовать с июня по октябрь.

• За 5 рабочих дней брошенный каркасник остывает до -13С
• Кирпичный домик - до +12С

Вывод 4: При дачном использовании без автоматической системы отопления кирпичный дом позволяет сразу по приезду обходиться без верхней одежды и ночевать без использования туристического оборудования. Каркасник требует автоматической системы отопления для предварительного подогрева дома.

• При мощности отопления в 10КВт каркасный дом только через 20 часов нагреется до 0С, а на нагрев до +20С потребуется 3 суток, т. е. выходных не хватит.
• При той же мощности отопления кирпичный дом будет нагреваться примерно на 1 градус в сутки и за 3 дня прогреется до +15С.

Вывод 5: Если мощность системы отопления в 2 раза выше теплопотерь здания, то ее не хватит для использования дома зимой в дачном варианте (без автоматики).

• При мощности отопления в 30КВт каркасный дом нагреется до 0С менее чем за 6 часов, до температуры аналогичного кирпичного дома - за 13 часов и до 20С - за 15 часов
• При той же мощности отопления кирпичный дом нагреется до +20С за сутки с четвертью.

Вывод 6: Если мощность системы отопления в 4 раза выше теплопотерь, то в кирпичном доме она сможет обеспечить комфорт при дачном использовании дома и без применения автоматики. Каркасник при аналогичной мощности отопления тоже обеспечивает возможность дачной эксплуатации, однако требует организации незамерзающей системы отопления и усилий по предотвращению замерзания системы водоснабжения. Кроме того, ночью с пятницы на субботу спать придётся в спальных мешках, как в японской ледяной гостинице.

• На прогрев дома после 5-дневного перерыва для каркасника потребуется полная мощность 30КВт-ного отопителя в течение 15 часов и затем на поддержание температуры - еще двое суток работы в номинальном режиме. Итого за неделю потратим энергии Eпериод=30*15+24*2*6.685=770КВт*ч. Если бы топили постоянно, потратили бы как и в кирпичном доме - Епост=24*7*6.685=1123КВт*ч.

Вывод 7: В дачном варианте зимняя эксплуатация каркасника сокращает затраты на отопление примерно на треть. Если приезжать не раз в неделю, а реже, то экономия растёт пропорционально.

• Если в каркаснике при +18С включить систему отопления 30КВт на 6 часов, то он нагреется на 12 градусов - до +30С
• Если то же самое проделать в кирпичном доме, то он нагреется до +19.6С

Вывод 8: Каркасные дома не дружат с печками и прочими системами залпового отопления - им нужна система отопления с контролируемой теплоотдачей. Кирпичные дома прекрасно сглаживают залповые выбросы энергии, при этом при дачном использовании такого рода системы отопления каменным домам очень полезны.

 

Мне кажется было бы очень хорошо, чтобы в сравниваемые характеристики были включены деревянные дома. Срубы из бревна, оцилиндровки, лафета, простого и профилированного бруса весьма распостранены и популярны в силу своей экологичности и комфортности. В силу этих причин многие самостройщики выбирают для строительства эти экологичные материалы.

Позволю себе ремарку о влажности внутри дома. Экономить теплоэнергию благое и правильное дело. Но лучше делать это без фанатизма. Не будем забывать и о микроклимате внутри помещения, который характеризуется не только одной температурой:

«Микроклимат помещения - состояние внутренней среды помещения, оказывающее воздействие на человека, характеризуемое показателями температуры воздуха, влажностью и подвижностью воздуха.
Оптимальные параметры микроклимата - сочетание значений показателей микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивают нормальное тепловое состояние организма при минимальном напряжении механизмов терморегуляции и ощущение комфорта не менее, чем у 80 % людей, находящихся в помещении.» ЭТО ЦИТАТЫ ИЗ ГОСТа 30494-96.

То есть нам комфортно жить в наших домах, когда измерительные приборы показывают следующие значения:

Оптимальная температура 18-22 гр. Цельсия.
Оптимальная относительная влажность воздуха 45-55%.
Оптимальное движение воздуха 0,15 м/с.
ГОСТ 30494-96.

IMHO, обеспечить влажность внутри каркасного дома с его "лебединой песней" мембранами, весьма непростое занятие. Это еще одна из причин почему такие дома нуждаются в принудительном кондиционировании.

Повышенная влажность в помещении это появление грибковой плесени, конденсата на окнах, создание условий для роста микроорганизмов неблагоприятных для человека.

На увеличение относительной влажности воздуха внутри помещения влияют:

• Количество людей находящихся внутри помещения. Влаговыделение одного человека 50-70гр/час.
• Количество животных, находящихся внутри помещения. Влаговыделение животного в зависимости от размера и вида 10-20гр/час.
• Количество растений, находящихся внутри помещения, одно растение до 30гр/час.
• Интенсивность приготовления пищи, 1000 гр/час.
• Интенсивность стирки и сушки, до 500 гр/час.
• Интенсивность принятия душа и ванн, 2000 гр/час.
• Проведение ремонтных работ внутри помещения. В зависимости от объёма работ количество влаги может выделяться в воздух помещения до 2000 гр/час. Этот процесс длится, как правило, несколько месяцев после ремонта.
• Сдача дома в эксплуатацию, т. е как давно дом был построен. В стенах новых домов, особенно кирпичных, очень много влаги. Возможно выделение влаги до 500гр/час. Процесс выделения влаги из стен нового дома может длиться до года после сдачи дома.

Существует такой термин, как "дыхание стены" (пола, потолка). Смысл его в том, чтобы строительные материалы ограждающих конструкций умели поглощать избыточную влажность внутри жилого помещения и отдавать накопленную, когда в ней есть недостаток. Т. е. устранять избыточный водяной пар из жилых помещений.

Такой регулирующей способностью обладают все диффузионно-открытые материалы: это дерево, бумага, глина, натуральный линолеум. Эти материалы поддерживают постоянную 50% влажность воздуха в помещении — тем самым создавая идеальный для здоровья человека климат.

Ограждающие строительные конструкции из природных материалов, дерево, саман, землебит, глинобит, кирпич и. т. п. автоматически обладают этим свойством. Для тех же ограждающих конструкций не имеющих таких свойств как "дыхание" нужно предпринимать специальные меры.

Есть мнения, исправлению ситуации поможет отделка внутри таких помещений натуральными материалами слоем в 3-4см достаточна, чтобы возник эффект "дыхания". Однако, есть и иные мнения, что ничто не может заменить в этом смысле ограждающие конструкции выполненные целиком из природных, дружественных человеку материалов.
Для ознакомления по этой теме, взаимодействия теплоизоляции и "дыхания", порекомендовал бы такую статью: Дыхание стен и теплоизоляция - можно ли совместить? хотя ряд утверждений мне кажутся спорными.

 

Тема супер. если можно вставлю не много букв. в начале повествования автор говорил что тема будет широкой. так может расширим ее. скажу сразу я больше читатель и практик (в споры вступать не люблю).предлагаю читателям спрашивать. например: я сделал так-то ,а ожидаемого эффекта нет. объясните в чем причина?

 

Всегда нравилось разбираться в сути вещей, но вы очень глубоко заглядываете. автору 5 баллов за глубину и монументальность подхода

 

Vovanja, спасибо, поддерживаю Вашу идею - столкновение с реальностью - это то для чего и придумывают теории. Было бы очень интересно разобраться с "необьяснимыми" феноменами ;-)
Пока что в списке будущих тем: теплоёмкость деревянного дома, влажностный баланс жилых помещений, расчёт КПД котлов и печей, а также сравнительный анализ отопительных приборов. Если у кого есть вопросы или интересные темы - спрашивайте - чем больше открытых вопросов, тем проще мне будет организовать мою сагу

 

Если он - морж и умывается ледяной водой на улице, то, несомненно - не является. А если обогревает воду воздухом, который таким теплым там нам не нужен и, к тому же вот вот уйдет в вентиляцию, то у меня тут сомнения по поводу рекуперации.

 

Не уверен.
На мой взгляд, емкость - это возможность чего-то разместить в себе что-то. Например, литровая бутылка способна поместить в себе 1 литр чего-то еще. Как правило, жидкости или газа
А теплосопротивление подобно диаметру горлышка этой бутылки.
Вот мы топим печь, а горлышко бутылки узкое - никак не залить, в итоге выливаем половину тепла в открытую форточку.

 

Тоже не уверен. Каким это образом?

 

Билли@Бонс, смотрите, воздух на чердаке у lt654, конечно теплее, чем нам нужно, но никто его оттуда на улицу не выбрасывает - он участвует в постоянном круговороте - потихоньку остывает, отдавая тепло ограждающим конструкциям, опускается вниз, нагревается от батарей, теплого пола или других обогревателей и снова поднимается наверх.

В зависимости от типа отопительных приборов, повышение температуры воздуха от пола к потолку составляет от 0.3 градуса на метр у тёплых полов, 1 градус на метр у радиаторов и до 3 градусов на метр у тепловых пушек. То есть чем больше мы греем воздух (и меньше ограждающие конструкции), тем больше градиент. Очень хорошо это заметно в бане - после проветривания температура у пола и потолка примерно одинакова, но если поддать пару (отобрать энергию у печки и передать ее в воздух) так сразу температура под потолком резко повышается, т. к. тёплый воздух устремляется наверх. И лишь черз некоторое время пар опускается - отдаёт свою энергию потолку, тенам, полу парной.

Так вот, если чердака (конвекционно связанного с первым этажом) нет и оталиваемся обычными радиаторами, то под потолком будет температура на 3 градуса выше пола. (Поэтому потолки надо утеплять лучше стен и пола - разница температур с улицей больше и теплопотери выше.) Если добавить чердак (тёплый), или сделать торой свет или еще каким то образом увеличит высоту помещения в 2 раза, то при той же температуре внизу под потолком чердака будет уже на 6-7 градусов выше и теплопотери увеличатся соответственно как от увеличения площади теплообмена, так и от увеличения разицы температур. То есть Вы еще даже бак с водой не поставили, а уже теряете тепло!

Теперь добавим бак - теплый воздух будет нагревать бак, оставлять на баке капли конденсата, остывать и опускаться вниз. Скорость конвекции резко возрастет, во всей комнате станет холоднее (но разница в 6 градусов никуда не денется). Для компенсации теплопотерь (тепло ушло на нагрев воды) Вам придётся увеличит мощность отопления. Но еще Вы получили болше пыли от ускорения конвекции и капли конденсата за шиворот ;-)

В результате, если бы бак был в подвле и теплоизолирован, то температура холодной воды в кране была бы 5-10С, а так получится 20-25С и все это дргоценное тепло вы выльете в канализацию. Смысл? И где здесь рекуперация?

По поводу теплоёмкости, теплосопротивления и Вашей чудесной аналогии с бутылкой. Теплоёмкость - это аналог объема бутылки, а теплосопротивление - аналог ширины горлышка. Точнее горлышек 2 - в одно жидкость затекает (аналог отопителя), а в другое вытекает (теплопотери). Ну а жидкость в бутылке - аналог тепла, а уровень жидкости - аналог температуры! Чтобы повысить уровень воды в большой бутылке надо залить воды больше, чем в маленькую, но и понижаться этот уровень при той же ширине горлышек в большой бутылке будет медленней.

Ну и, наконец, почему утеплитель нагревается наполовину - при температуре внутри дома +20, а снаружи -20 температура в толще утеплителя распределяется равномерно. Внутренние слои нагреваются до температуры комнаты, а наружные совсем почти не нагреваются. Средняя температура утеплителя 0С. Если нагреть комнату на 1 градус, то средняя температура утеплителя повысится на 0,5 градуса - поэтому его эффективная теплоёмкость в 2 раза ниже паспортной.

 

Следуя вашей логике, будем греть воздух под потолком - конвекция уменьшится, а 6 градусов никуда не денутся
Теплосопротивление и теплоемкость связаны через массу. Чем больше пустоты, тем меньше теплоемкость и теплопроводность.
Теплоемкость - 1/2. Если прикидывать, то да.

 

Нет, разница в 6 градусов берётся от способа подачи тепла, то бишь от радиаторов, расположенных внизу. Если радиаторы поднять к потолку, то конвекции станет совсем мало, а разница температур между полом и потолком сильно возрастёт.

Да, Вы правы - при прочих равных чем ниже плотность, тем меньше удельные теплоёмкость и теплопроводность (для строгости уточнил термины). Но это не означает, что теплоёмкость и теплопроводность эквивалентны. В нашей бутылочной аналогии - у больших по объёму бутылок и горлышко обычно шире.

Эти величины измеряются в разных единицах - сравнивать их имеет тот же смысл, как сравнивать километры и часы (если обсуждаем поездку, то при прочих равных часы напрямую зависят от километров). И еще один довод - теплоёмкость не зависит от формы и направления, а теплопроводность зависит - теплоёмкость кирпича как его ни крути не изменится, но при этом его теплопроводность вдоль будет в 2 раза ниже, чем поперёк - просто потому, что вдоль кирпич в 2 раза длиннее.

Надеюсь, что понятно изложил

 

Очень неплохо

Тему "точки росы" затронете? Очень полезно будет для многослойных ограждающих конструкций.

 

Нет, нет, мы не станем это делать и оставим их на месте. В предыдущем примере мы несколько охладили воздух под потолком. И последствия, с ваших слов, были отрицательны. Хорошо, раз это так ужасно, мы не станем остужать воздух, мы его, наоборот, несколько подогреем. Вместо холодной емкости, поставим теплую ровно настолько, чтобы (холодильник, напомню, увеличивал конвекцию) свести конвекцию максимально близко к нулю. Хотя бы там наверху. Это же, я так понимаю, полезно?

 

Если быть строгими, то удельная теплопроводность включает в себя и конвективный перенос, а у него с плотностью зависимость обратная. Чем больше пустот, тем легче перемещаться воздуху.
Поэтому, например, более легкий пенопласт может иметь большую удельную теплопроводность, чем более тяжелый.