Тепло надо беречь

Представьте такую сценку. В сильный мороз человек дожидается транспорта на остановке. Мерзнет. Чтобы хоть как-то согреться, хлопает себя по бокам, притоптывает и т. д. А рядом сидит невозмутимо продавщица семечек, или мороженого, или газет — неважно. Сидит себе спокойно, разве что щеки иногда трет.

Загадки тут нет. Любому ясно, что потенциальный пассажир одет слишком легко, не по погоде. Суетится он для того, чтобы выработать побольше тепла — тонкая одежда быстро его теряет. Эта нехитрая аналогия нужна нам, чтобы напомнить — чем лучше утеплен дом, тем меньше нужно его топить в морозы.

Что выгоднее: основательно утеплить дом или не тратиться на это? Деньги вы сэкономите, но зато будете зимой, как говорится, обогревать атмосферу, то есть выбрасывать деньги на ветер, в буквальном смысле слова. Существует еще одна проблема — где разместить в доме источники тепла. О ней мы поговорим чуть позже.

Итак, прежде всего нужно разобраться, сколько тепла теряет ваш дом (это относится и к вновь проектируемому жилищу). Если посмотреть на жилой дом через прибор ночного видения, можно увидеть, что называется, своими глазами, как он теряет тепло — через стены не очень сильно, через крышу еще меньше; сильные выбросы тепла идут через окна; в землю тоже уходит тепло, хотя наш прибор этого не покажет.

От чего зависят эти тепловые потери?

• Они тем больше, чем больше разность температур в доме и на улице.
• Они тем меньше, чем выше теплозащитные свойства стены (или, как говорят, ограждающей поверхности). Стена сопротивляется утечке тепла, поэтому ее теплозащитные свойства оценивают величиной, называемой сопротивлением теплопередаче.

Сопротивление теплопередаче показывает, какое количество тепла уйдет через квадратный метр стены при определенном перепаде температур (или наоборот: какой перепад температур возникнет при прохождении заданного количества тепла через квадратный метр стены). Формула проста, как закон Ома:

R_T = ΔТ/q

где q — это количество тепла, которое теряет квадратный метр ограждающей поверхности (стены, крыша и т. д.). Его измеряют в ваттах на квадратный метр (Вт/м2); ΔТ — это разница между температурой на улице и в комнате (°С) и, наконец, R_T — это сопротивление теплопередаче (размерность °С*м2/Вт).

Подобно тому как электрическое сопротивление R характеризует способность проводника препятствовать прохождению электрического тока, так и тепловое сопротивление R_T показывает, насколько поверхность, ограждающая жилой объем, препятствует утечке тепла наружу. Эта аналогия не случайная — мы имеем дело с законом подобия: прохождение тока под действием разности потенциалов и теплового потока через вещество под действием разницы температур описываются одинаковыми математическими уравнениями. Значение R для разных материалов (заданной толщины) можно взять из табл. 1.

Если речь вдет о многослойной стенке, то сопротивления отдельных слоев просто складывают (в точности как последовательные сопротивления в электрической цепи). Например, сопротивление стены из дерева, обложенного кирпичом, является суммой трех сопротивлений: кирпичной и деревянной стенки и воздушной прослойки между ними:

RT (сумм.) = RT (дер.) + RT (возд.) + RT (кирп.)

Однако у процесса теплопередачи есть кое-какие особенности. Строго говоря, чтобы оценить тепловой поток через некоторую преграду (например, кирпичную стену), нужно рассматривать три слоя:

• сама стена;
• тонкая воздушная пленка, прилегающая к стене снаружи;
• такая же воздушная пленка внутри помещения.

Рис. 1. Распределение температуры в стене и пограничных слоях воздуха при передаче тепла из помещения наружу

В этой тонкой воздушной прослойке (пограничный слой) происходит резкий скачок от температуры стены до температуры окружающего воздуха (см. рис. 1), то есть она имеет свое сопротивление передаче тепла. Поэтому на самом деле при утечке тепла через стену надо рассматривать полное тепловое сопротивление:

RT (полн.) = RT (стен.) + RT (внутр. погранслоя) + RT (нар. погранслоя)

Как узнать величину теплового сопротивления погранслоя? Это дело довольно сложное, тут важны такие вещи, как влажность воздуха и — самое главное — его движение. (Мы по себе хорошо ощущаем, насколько на ветру тепло уходит быстрее.)

К счастью, нас интересует не конкретное значение теплопотерь в данный момент, при данной влажности воздуха и силе ветра, а среднее — в самую морозную (ветреную) неделю в году. Поэтому в строительных справочниках указывают обычно тепловое сопротивление материала, рассчитанное с учетом влияния погранслоя (в первую очередь того, что снаружи). В частности, приводятся разные данные для угловых помещений (там влияет завихрение воздуха, обтекающего дом) и неугловых, а также учитывается разная тепловая картина для помещений первого и верхнего (верхних) этажей.

Примечание. Четные цифры в условном обозначении стеклопакета означают воздушный зазор в мм; символ Ar означает, что зазор заполнен не воздухом, а аргоном; литера К означает, что наружное стекло имеет специальное прозрачное теплозащитное покрытие.

Как влияет коэффициент сопротивления теплопередаче на унос тепла из комнаты на улицу? Оценим это на примере данных для окон разной конструкции (табл. 2), чтобы показать, как важен правильный выбор окна для теплозащиты жилья. Выпишем коэффициент сопротивления теплопередаче и рядом — тепловые потери через окно (при температуре в комнате +20°С, а на улице —30°С). Возьмем размеры окна 1,0 х 1,6 м. Напомним, что теплопотери считаются так:

q = ΔТ/R_T

Как видно из таблицы, современные стеклопакеты позволяют уменьшить теплопотери окна почти в два раза. Для десяти окон экономия достигнет киловатта, что в месяц дает 720 киловатт-часов! Попробуем применить все эти сведения к конкретным примерам — для оценки тепловых потерь комнат. В расчетах удельных тепловых потерь (на 1 кв. м поверхности) участвуют две величины:

• перепад температур ΔТ
• сопротивление теплопередаче RT

Температура в помещении обычно считается равной 20°С. В качестве наружной температуры берут среднюю температуру самой холодной недели в году для данной местности (например, —30°С, тогда ΔТ = 50°С). Коэффициент RT различных материалов и толщин ограждающей поверхности дан в табл. 3—4.

Примечание. Если за стеной находится наружное неотапливаемое помещение (сени, застекленная веранда и т.д.), то потери тепла через нее составляют 70% от расчетных, а если за этим неотапливаемым помещением не улица, а еще одно помещение наружу (например, сени, выходящие на веранду), то 40% от расчетного значения.

Пусть RT = 0,806 (стена из бруса толщиной 20 см). Количество тепла, теряемое квадратным метром, получим, разделив ΔТ на RT, то есть:

50/0,806 = 62 (Вт/м2)

Чтобы совсем упростить расчеты теплопотерь, в строительных справочниках часто приводят теплопотери разного вида стен, перекрытий и т. д. для нескольких значений температуры зимнего воздуха. Например, количество тепла, которое уходит наружу через нашу стену из бруса толщиной 20 см в 30-градусный мороз, составит

q = 1,24 х 50 = 62 Вт/м2

Как известно, зимой дом теряет тепла больше, чем летом. Притом зимы в одних краях мягкие, в других суровые. Да и год на год не приходится. Но дом должен защищать своих обитателей даже в самые лютые морозы, пусть даже они и случаются нечасто. Поэтому при расчете тепловых потерь помещения следует брать самый худший случай для тех мест, где находится ваш дом. Принято ориентироваться на температуру самой холодной недели в году в среднем за много лет (народная память и метеостатистика хранят местные данные о лютых морозах за десятки лет, а то и более).

К ОГЛАВЛЕНИЮ

---

Ссылки на другие страницы сайта по теме «строительство, обустройство дома»:

• Угломер
• Все о крыше
• Сад, не требующий особого ухода. Неприхотливые растения