Read the book: «Утепление квартиры и дома современными материалами», page 2

Считается, что именно через нее холодные потоки воздуха, проходя через мельчайшие поры в конструкционных элементах, интенсивно проникают внутрь помещений. В результате этого наблюдается резкое охлаждение постройки и внутренних помещений. Подобный процесс обозначается термином «инфильтрация», а обратное ему явление принято называть «эксфильтрация».

Со стороны, противоположной указанной выше области, ветрового напора стороны образуется так называемая зона ветрового отсоса, или пониженного давления. В итоге формируются значительные колебания атмосферного давления. Это, в свою очередь, приводит к увеличению скорости продвижения воздушных масс внутри помещений. Такое явление в народе называют сквозняком. Он становится причиной снижения температуры воздуха во внутренних комнатах и увеличения интенсивности теплоотдачи.

Для того чтобы предотвратить описанные выше негативные явления, на стадии проектирования следует провести анализ преобладающего направления ветра и его силы. Затем нужно будет разместить с учетом полученных данных постройку и подобрать необходимые утеплители.

В качестве мероприятий, направленных на защиту сооружения от ветров, рекомендуется:

– уплотнение дверных и оконных проемов, максимальное их сочленение с поверхностью стен;

– максимально возможное сопряжение стен;

– использование в качестве наружного ограждения таких материалов, главной характеристикой которых является высокая воздухопроницаемость;

– размещение оконных проемов на одной стороне постройки, что поможет предотвратить образование сквозняков.

Следует отметить, что связь между ветровым потоком и постройкой взаимообратная. Дело в том, что не только ветер оказывает определенное воздействие на конструкцию, но и она сама влияет на свойства движущихся воздушных масс. В частности, встречая на своем пути сооружение, меняется как направление ветра, так и его скорость, которая значительно снижается. Нередко постройки оказываются причиной формирования потоков воздуха. Именно видом конструкции часто обусловлено направление ветра (рис. 2).

Рис. 2. Изменение направления движения воздушных масс в зависимости от конструкции здания

Суммируя все сказанное выше, нужно отметить, что важным условием удачного проектирования постройки является учет ряда определяющих физико-климатических факторов, к числу которых прежде всего следует отнести температуру и уровень влажности воздуха, направление и скорость движения воздушных масс. Только таким образом можно защитить в дальнейшем конструкционные элементы от деформации и разрушения, а также значительно увеличить срок эксплуатации сооружения.

Теория теплопередачи – основа строительства

Современные физики говорят о 3 явлениях, выражающих теплопередачу, – теплопроводности, излучении и конвекции. Каждое из них обладает собственными характеристиками. Так, при определении свойств однородных твердых тел говорят о теплопроводности. Ее суть заключается в способности одного объекта передавать тепло другому при соприкосновении либо посредством промежуточного проводника (рис. 3).

Рис. 3. Теплопроводность как путь передачи тепла: 1 – штукатурка; 2 – кирпичная кладка

Все строительные материалы можно условно разделить на группы в зависимости от данного параметра. Наиболее высокой теплопроводностью обладают такие материалы, как металл, железобетон и мрамор. А у воздуха этот показатель, наоборот, довольно низкий. Поэтому в настоящее время при возведении жилых построек для теплоизоляции часто применяют такие пористые материалы, как полиуретан, пенопласт, пенобетон и т. п.

Явление конвекции можно наблюдать в газообразных и жидких средах. В данном случае передача тепла осуществляется через движение молекул. Один из наиболее ярких примеров конвекции можно увидеть, понаблюдав за поверхностями двойного остекления оконного проема (рис. 4).

Рис. 4. Конвекция, возникающая при двойном остеклении оконного проема

При нагревании вследствие контакта с внутренним стеклянным полотном воздушные массы устремляются вверх. Там их температура резко снижается, и они опус каются. Процесс повторяется вновь и вновь. Такая циркуляция воздуха обусловливает возникновение процесса конвекционной теплоотдачи. При этом его скорость напрямую зависит от разницы температур: чем она больше, тем интенсивнее будет протекать конвекция.

Данное явление нередко наблюдается и в газообразной среде. Там же может возникать теплопередача, при которой тепло переходит с поверхности одного тела на поверхность другого через пространство. Наглядным примером такого обмена в газообразной среде является нагревание нашей планеты солнечными лучами. В данном случае тепловая энергия поступает на Землю с Солнца в форме электромагнитного излучения.

Другим примером теплопередачи в газообразной среде является нагревание внутренних стен помещений постройки через воздух с помощью радиаторов центрального отопления. При этом наблюдается прямая связь между температурой отопительных приборов и температурой в комнате. Чем горячее радиаторы, тем выше температура в помещении.

В том случае, когда молекулы и атомы ускоряют движение (вращательное или поступательное), температура тела, которое они составляют, становится выше отметки абсолютного нуля. При этом оно начинает излучать тепло, часть которого отражается, а остальное поглощается.

Описанное выше свойство характерно и для строительных материалов. Обладающие им вещества получили наименование «серые». Помимо этого, существуют белые (отражающие энергию) и черные (поглощающие ее) строительные материалы. Это обязательно нужно учитывать при их выборе для сооружения построек различных типов.

Предположим, предстоит возводить крышу и необходимо сделать выбор между рубероидом и оцинкованной сталью. Рубероид, имеющий шероховатую и темную поверхность, даст покрытие, которое в летний период будет довольно сильно нагреваться под действием солнечных лучей, передавая поглощенное тепло помещениям, располагающимся под крышей. В результате этого происходит перегрев внутренних комнат. Сквозь стены тепло уходит из-за того, что они состоят из материалов, обладающих определенной теплопроводностью. Интенсивность процесса зависит от коэффициента теплопроводности. При этом материалы с высокими показателями способны пропускать большее количество тепла. А это означает, что они имеют низкие теплоизолирующие качества.

На основании показателей теплопроводности все строительные материалы, используемые для возведения построек разного назначения, условно можно разделить на несколько групп. В приведенной ниже табл. 1 представлены наиболее распространенные в строительстве материалы и указаны коэффициенты их теплопроводности. Следует отметить, что последний параметр находится в прямой зависимости от влажности воздуха.

Проанализировав эти данные, можно увидеть, что показатели коэффициента строительного материала напрямую зависят от его плотности: чем она больше, тем выше теплопроводность. Объяснить такое явление достаточно просто. Дело в том, что поры материала, имеющего большую плотность, минимально заполнены воздухом, характеризующимся низкой теплопроводностью. Вследствие этого можно делать вывод о том, что большее количество пор обусловливает повышение плотности материала, а также, коэффициента его теплопроводности.

Таблица 1 Коэффициент теплопроводности строительных материалов

В том случае, если наполнителем пор строительного материала становится влажный воздух, показатели теплопроводности увеличиваются. Это связано с тем, что у воды коэффициент теплопроводности в 20 раз больше, чем у воздушных масс. Причем увеличение уровня влажности воздуха неизменно влечет за собой повышение степени теплопроводности.

Ярким примером зависимости показателей теплопроводности от уровня влажности воздуха являются сырые подвальные помещения многоэтажных построек. Влажные воздушные массы постепенно проникают в верхние ярусы здания, в результате чего отсыревают и разрушаются перекрытия и стены. К тому же в этом случае температура воздуха на первом этаже постройки будет ниже, чем на более высоких этажах.

Подобное явление обусловлено значительным снижением уровня теплоизоляции конструкционных элементов сооружения вследствие повышения (даже незначительного, около 5–6 %) их влажности. В результате при температуре воздуха снаружи –20° C и +20° C во внутренних помещениях +20° C температура сухого перекрытия будет составлять не более 14° C. А при повышении уровня его влажности данный показатель снизится до 12° C.

Для того чтобы предотвратить преждевременное разрушение конструкционных элементов постройки и обеспечить достаточно продолжительный срок ее эксплуатации, при ее возведении следует применять исключительно сухие строительные материалы. Это обязательное условие получения качественной, надежной и теплой постройки. Кроме того, при планировке ограждающие части необходимо устанавливать и изолировать таким образом, чтобы защитить их от воздействия влаги вследствие образования конденсата.

Теплопотери и теплоизоляция – ключевые понятия в строительстве

Как уже было замечено выше, ограждающие конструкционные элементы построек служат своеобразным щитом, который защищает сооружение от негативного воздействия климатических явлений: ветров, влаги, резких колебаний температуры воздуха. Кроме того, они препятствуют проникновению внутрь помещения холодных воздушных масс.

Помимо этого, ограждающие конструкции выступают как элементы строения, представляющие собой сопротивление теплопередаче. Иначе говоря, они пред отвращают выход теплого воздуха из внутренних помещений наружу. Причем более значительные по толщине конструкции оказывают большее сопротивление. При этом они характеризуются высокими теплоизоляционными свойствами, следовательно, они способны противостоять, не разрушаясь, воздействию низкой температуры (табл. 2).

Таблица 2 Показатели сопротивления теплопередаче строительных материалов

Помимо толщины конструкций, на показатели сопротивления теплообмена оказывают влияние излучение или конвекция, образующиеся на наружной и внутренней поверхностях стеновых перегородок. Объем теплопотерь напрямую зависит от коэффициента теплообмена. Материал, который имеет низкую сопротивляемость теплопередаче, характеризуется незначительными теплозащитными свойствами.

Наиболее показательными для определения степени сопротивления теплопередаче считаются зоны, располагающиеся на наружных, внутренних поверхностях ограждающего элемента и в его толще. Причем каждая из них обладает собственной величиной сопротивления теплопередаче. Теплоизолирующие качества материала и уровень его сопротивления теплопередаче устанавливается на основании интенсивности протекания процесса в указанных областях. Общий показатель сопротивления теплопередаче ограждающего конструкционного элемента определяется путем сложения полученных величин.

Неоспоримым является тот факт, что только в постройке с высокими теплозащитными свойствами можно создать пригодные для комфортного проживания условия. Известно, что температура тела человека выше температуры воздуха и ненагревающихся предметов, находящихся внутри жилища.

Таким образом, человек сам становится объектом, принимающим активное участие в теплообменных процессах, происходящих в той среде, где он находится. В связи с этим в течение всей своей жизни он вынужден постоянно утрачивать часть тепла.

Ученые подсчитали, что при температуре воздуха в помещении от 18° C до 20° C человек теряет около 116 Вт тепловой энергии. Причем 50 % составляет собственно излучение, еще 20 % приходится на испарение, а оставшаяся часть растрачивается на теплопроводность и конвекцию. Подобное соотношение между разными видами теплопотерь принято считать нормальным. При этом любое изменение температурного режима становится причиной нарушения указанной пропорции (рис. 5).

Рис. 5. Схема теплопотерь тела человека в состоянии покоя: 1 – при теплопередаче и конвекции; 2 – при теплопередаче, конвекции и излучении; 3 – при теплопередаче, излучении, конвекции и испарении

Следует заметить, что процесс теплопотерь протекает даже при сравнительно высокой температуре воздуха. При этом он осуществляется путем конвекции. Это происходит вследствие того, что тело человека не допускает перегрева и требует охлаждения. В результате повышения температуры воздуха он начинает потеть, что приводит к поддержанию нормальной температуры тела.

В том случае, если воздух охлаждается, показатели теплопотерь тела человека значительно увеличиваются, поскольку организм требует сохранения определенной температуры, на что затрачивается тепловая энергия.

При этом процесс теплопотерь протекает одновременно с тепловым излучением. Безусловно, чем ниже температура окружающего воздуха, тем выше будет утрата собственного тепла.

Как уже было замечено выше, во время пребывания внутри помещения какой-либо постройки человек вынужден участвовать в теплообмене. По мнению физиков, особенно интенсивен такой процесс, происходящий между телом человека, окнами и стеновыми перегородками.

Такое явление возникает вследствие того, что названные объекты обладают минимальными характеристиками сохранения тепла. При снижении температуры их поверхностей процесс теплопоглощения становится более интенсивным. А это, в свою очередь, приводит к снижению температуры тела человека, поскольку он является одним из активных участников теплообменного процесса.

Для того чтобы предотвратить переохлаждение либо минимизировать влияние процесса теплообмена на организм человека, ограждающие конструкционные элементы составляют и устанавливают так, чтобы сохранить определенный температурный режим на их поверхностях. В соответствии с этим подбирают и строи тельные материалы, из которых планируется выполнять данные конструкции. Только при таком подходе к проведению проектирования и выбору материалов можно получить комфортную для проживания людей постройку.

Как известно, воздушные массы содержат некоторое количество влаги. Ее образование в воздухе связано с жизнедеятельностью живых организмов и растений. Доказано, что в помещении с более высокой температурой воздуха влаги больше, чем в холодной комнате. Резкое снижение температуры является причиной выпадения и оседания капелек воды на поверхностях. Такое явление называется конденсатом, который оказывает разрушительное действие на конструкционные элементы и предметы, находящиеся в помещении.

Нормальным уровнем влажности воздуха принято считать показатель не более 60 %. Изменение его в ту или иную сторону вызывает явления, которые отрицательно воздействуют на окружающую среду. Например, при его понижении происходит высыхание слизистой, напротив, при повышении уровня влажности воздуха наблюдается уменьшение скорости испарения излишков влаги с тела человека.

Для того чтобы получить комфортное для проживания сооружение, при подборе материала и на этапе проектирования постройки важно уделить особое внимание теплоизоляционным характеристикам конструкций. Стены, например, должны быть выполнены из такого материала, который не позволит оседать влаге на поверхностях конструкционных элементов. Это, в свою очередь, предотвратит нарушение теплообменных процессов и не допустит переохлаждения тела человека.

На основании указанных факторов и следует определять теплозащитные параметры ограждающих конструкций. В строительстве существует понятие «нормативный температурный перепад». Под ним подразумевается разница между температурой воздуха внутри помещения и внутренней температурой стеновых перегородок. Согласно принятым нормативам, ее величина не должна превышать 6° C. Иными словами, максимально комфортным является помещение, в котором температура воздуха составляет 20° C, а температура внутренней поверхности стен не опускается ниже 14° C.

Для того чтобы уменьшить теплопотери, при сооружении постройки нужно использовать такие ограждающие конструкционные элементы и материалы, которые обладали бы способностью сохранять достаточное количество тепла, а его выделение при этом должно быть минимальным.

Данная проблема является особенно актуальной для оконных проемов, через которые обычно уходит достаточно много тепла. Для предотвращения чрезмерного выделение тепла и повышения теплосбережения они должны быть устроены таким образом, чтобы при эксплуатации помещения в дальнейшем исключить вероятность образования конденсата и запотевания стекол.

При этом нужно устранить зазоры, обычно имеющиеся между стеновым перекрытием и оконным блоком. Помимо этого, во время устройства окон переплеты следует размещать, подгоняя вплотную друг к другу. Профессиональные строители и архитекторы (на стадиях возведения постройки и составления проектного чертежа соответственно) для определения степени воздухопроницаемости окна применяют специальную формулу. Так, было доказано, что его следует считать герметичным, если масса воздуха, проходящего через 1 м² проема, не превышает 10 кг.

Для того чтобы продлить срок эксплуатации окна, разница между температурами внутренней поверхности стеклянного полотна и воздуха внутри помещения должна составлять не более 9° C. В противном случае образующийся в результате этого конденсат приведет к разрушению возведенной конструкции.

При сооружении постройки особое внимание необходимо уделять устройству потолочных перекрытий. Главный враг любого строительного материала – вода. Образующаяся на перекрытиях влага может привести к преждевременной их порче и значительному сокращению срока эксплуатации здания.

Для предотвращения скапливания конденсата на внутренних поверхностях потолочных конструкций микроклимат внутри помещений следует поддерживать на таком уровне, чтобы разница между воздухом и внутренней поверхностью потолочного полотна составляла не более 4° C. Если температура последней будет выше, это приведет к более равномерному распределению теплого воздуха.

Комфортными условиями в жилище считают такие, при которых температурные показатели пола и внутреннего воздуха практически одинаковы. Однако такая величина не должна быть ниже температуры стоп человека. Если количество утрачиваемого стопами тепла не превышает энергии, вырабатываемой телом, человек не переохлаждается. Если же, напротив, теряемое тепло больше, чем производимое, тогда человек начинает ощущать холод.

Напольные покрытия, которые обладают способностью сохранять тепло и предотвращать таким образом переохлаждение ног человека, принято называть теплыми. К группе подобных материалов относятся покрытия, выполненные из древесины (в том числе и паркет) и линолеума с утепляющей основой.

Холодным напольным покрытием считается такое, при контакте с которым наблюдается понижение температуры поверхности стопы человека. При этом расход тепла превышает объем вырабатываемой энергии. В качестве примера напольных покрытий подобного типа следует назвать керамическую плитку, бетонные, земляные и каменные полы.

Для создания наиболее комфортных условий проживания разница между температурами воздуха внутри помещения и поверхности пола должна составлять не более 2° C. Особенно высокими термосберегающими характеристиками обладают, как уже было замечено выше, напольные покрытия из древесных материалов, дополненные линолеумом на теплой основе.

Как известно, для обогревания помещений в холодное время года применяются отопительные приборы и системы. Причем разница между внутренней и наружной температурами может быть достаточно большой. Чем холоднее воздух на улице, тем сильнее должен обогреваться воздух внутри жилых помещений постройки.