Подбор утеплителя для каркасного строительства, отвечающего параметрам энергоэффективности, экологичности, безопасности и экономичности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Подбор утеплителя для каркасного строительства, отвечающего параметрам энергоэффективности, экологичности, безопасности и экономичности

В статье авторами проведено исследование утеплителя для каркасного строительства, отвечающего параметрам энергоэффективности, экологичности, безопасности и экономичности.

Любое современное здание нельзя представить без теплоизоляционных материалов. Они позволяют сделать микроклимат помещения более комфортным, снизить расходы на отопление. Проблема рационального использования энергоресурсов является особо актуальной в наши дни. По данным Госстроя России, фактические теплопотери в жилых домах на 20-30% превышают проектные значения вследствие низкого качества строительства и теплозащиты [1]. Наиболее эффективным способом решения проблемы энергосбережения является сокращение потерь тепла через ограждающие конструкции зданий путём применения высокоэффективных теплоизоляционных материалов. Нами будут рассмотрены следующие теплоизоляционные материалы: стекловата, каменная вата, эковата.

Описание объекта исследования

Работа посвящена расчетам теплопотерь через ограждающие стены, подбору утеплителя для каркасного строительства, отвечающего параметрам энергоэффективности, экологичности, безопасности и экономичности.

Постановка цели и задач

Целью работы является выявление наиболее подходящего материала для теплоизоляции стен при строительстве жилого каркасного коттеджа в Ленинградской области.

Решаемой задачей является проведение сравнительного анализа материалов:

· Выявление преимуществ и недостатков теплоизоляционных материалов.

· Произведение расчета теплопотерь каждого теплоизоляционного материала.

· Рассмотрение экономической составляющей вопроса.

Общее описание и характеристики теплоизоляционных материалов

Эковата является органическим материалом, она представляет собой распушенные целлюлозные волокна для теплоизоляции дома, производимые из переработанных газет с добавлением природных антипиренов и антисептиков [2].

Эковата является не только хорошим теплоизоляционным материалом, но и отличным звукоизоляционным, так как она проникает даже в самые маленькие углубления, обеспечивая бесшовную изоляцию [3].

Материал не является токсичным, безвреден для человека [4]. Помимо этого, он не утрачивает теплопроводность при увлажнении. Благодаря природной капиллярной структуре в эковате не накапливается влага. Продвигаясь по полым капиллярам целлюлозных волокон, она выходит наружу, в атмосферу, что позволяет не тратиться на пароизоляционные плёнки [3].

Ещё одним преимуществом является то, что она не вызывает коррозии металлов, контактирующих с ней, защищает от гниения и роста грибков. При соприкосновении пламени с утеплителем он увлажняется, поскольку имеет в своём составе борные соединения, которые при нагревании выделяют влагу [5]. Целлюлозный утеплитель не воспламеняется даже при 1300 [6]. Он прост в нанесении в труднодоступные места. Причём стоимость материала схожа со стоимостью каменной ваты и стекловаты. Главным недостатком эковаты является стоимость её монтажа, которая увеличивает расходы на утепление в несколько раз [7].

Каменная вата -- теплоизоляция, изготовленная в основном из расплава изверженных горных пород. Исходным сырьем для производства волокна каменной ваты служат, например, габбро-базальтовые горные породы [8].

Согласно ГОСТ 30244-94 [9] изделия из каменной ваты классифицируются как негорючие. Помимо своей основной функции, они используются в качестве противопожарной изоляции и огнезащиты, так как препятствуют распространению пламени. Температура плавления базальта основного компонента, входящего в состав каменной ваты, составляет примерно 700°С [10].

Каменная вата состоит из очень тонких волокон, которые переплетаясь между собой, образуют ячейки, в которых содержится воздух. Поскольку теплопроводность воздуха мала, каменная вата обладает высокими теплоизоляционными свойствами [11].

Одними из главных преимуществ материала являются малая усадка при эксплуатации, устойчивость к температурным деформациям. Каменная вата обладает высокой паропроницаемостью, что позволяет ей практически всегда оставаться сухой. Также она обладает высокой химической стойкостью, экологична, гигроскопична [7].

К недостаткам каменной ваты стоит отнести её стоимость и наличие в составе связующих компонентов на основе фенолформальдегидных смол. Фенол начинает выделяться только при нагреве минваты до предельно допустимых температур (выше 700 °С) [12].

Стекловата -- теплоизоляционный волокнистый материал, являющийся разновидность минеральной ваты. Для получения стеклянного волокна используют то же самое сырьё, что и для производства обычного стекла или отходы стекольной промышленности с добавлением доломита, бура, соды, известняка и песка [7].

Волокна стекловаты имеют большую толщину и длину, что наделяет изделия из них повышенной прочностью, упругостью относительно других минеральных ват. Стеклянная вата практически не содержит неволокнистых включений и обладает высокой вибростойкостью. Упругость материала позволяет устранить зазоры между плитами, а значит теплопотери будут минимальны. Современная стекловата не горит, безопасна для здоровья проста в применении имеет высокую химическую и биологическую устойчивость. Теплоизоляциоонные материалы из стекловолокна - хорошие звукоизоляторы, так как имеют волокнистую структуру и хорошо поглощают звук [13, 14].

Благодаря низкой плотности стекловаты она оказывает меньшие нагрузки на строительные конструкции. Поскольку она впитывает влагу, ее волокна хрупкие и могут кристаллизироваться. Длительной срок эксплуатации стекловаты сопровождается усадкой материала [15, 16, 17].

Повышенная ломкость волокон, в результате чего получаются тонкие и острые обломки. Они с легкостью проникают в одежду, а затем и в кожу, вызывая зуд [18, 19].

Исходные данные

Для расчета теплопотерь взят каркасный 1-этажный квадратный дом с круглогодичным проживанием, расположенный в Ленинградской области. Характеристики дома ширина-12м; высота-3м; 8 окон площадью по 2,5 м²; дверь площадью 3 м². Итого, площадь внешних стен равна 12м • 3м • 4 ? 8 • 2,5мІ ? 3мІ = 144мІ ? 20мІ ? 3мІ =121мІ

Расчет теплопотерь

При проектировании ограждающих конструкций должны учитываться требования из СНиП 11-3-79* «Строительная теплотехника» [20].

Требуемое сопротивление теплопередачи должно быть не менее значений, определяемых исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий и условий энергосбережения [21].

Согласно санитарно-гигиеническим и комфортным условиям

(1)

Где n=1 -- коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности стены по отношению к наружному воздуху из [20];

tв = 20С°- расчетная температура внутреннего воздуха согласно ТСН 23-340-2003 «Энергетическя эффективность жилых и общественных зданий» [22]. Нормативы по энергосбережению и теплозащите»;

-- расчетная зимняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92, определяемая из [23];

-- нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности стены, определяемый согласно [20];

-- коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стены, определяемый из [20];

Тогда:

Рассчитаем требуемое сопротивление теплопередачи согласно условиям энергосбережения [20,23,24]:

(2)

-- продолжительность, сут, периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С по [23].

-- средняя температура этого периода [23].

Согласно [20] для жилых зданий с круглогодичным проживанием

Исходя из данного расчета определили, что в Ленинградской области для жилого помещения требуемое сопротивление теплопередачи должно быть не менее 3,08.

Рисунок1. Разрез стены. 1) Фасадная штукатурка; 2) Плита OSB-3; 3) Воздушная прослойка; 4) Обрешетка; 5) Ветрозащита; 6) Утеплитель; 7) Пароизоляция; 8) Плита OSB-3

Рассчитаем сопротивление теплопередачи стены.

В качества теплозащитных материалов используем рекомендованные компанией ISOVER утеплители для каркасного сооружения и эковату производства OOO «Донская промышленная компания»

1. на основе стекловолокна ISOVER Классик Плюс

2. на основе каменного волокна ISOVER Оптимал

3. эковата

Таблица 1. Характеристики материалов для расчета термического сопротивления стены

Термическое сопротивление ограждающей конструкции определяем по формуле

=0,16 - термическое сопротивление воздушной прослойки взятое из прил.4 к [20]

Таблица2. Термическое сопротивление стен из разных утеплителей

Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции находится по формуле:

=8,7 -- коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности стены;

=23 -- коэффициент теплоотдачи наружной поверхности стены, определенные по[20].

Таблица3. Сопротивление теплопередачи стен из разных утеплителей

Проанализировав, результаты мы имеем, что каждая из стен отвечает санитарно-гигиеническим и комфортным условиям и условиям энергосбережения, а также что все рассмотренные утеплители схожи по своим теплозащитным функциям.

Определим теплопотери за отопительный по формуле [25].

Q =0,024· ГСОП·F·n / R_о (5)

Где 0,024 - переводной коэффициент потерь тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции (1сут=24ч, 1Вт=0,001кВт, 1Вт·сут= 0,024кВт·ч) [25];

ГСОП - градусо-сутки отопительного периода, равные 4796 °C·сут/год (см. расчет);

F -- площадь внешних стен, равная 121 м²;

n=1 -- коэффициент, который учитывает положение ограждения относительно наружного воздуха;

R_о - приведенное сопротивление теплопередачи

Таблица4. Теплопотери за отопительный период

Расчет экономической составляющей

Стоимость 1 квт•ч в Ленинградской 3,53 рубля, отсюда видно, что при использовании любого из рассматриваемых видов утеплителя ни один не дает ощутимого снижения затрат на отопление относительно других.

Рассмотрим стоимость самой продукции.

Таблица.5 Стоимость утеплителей

Площадь внешних стен равна 121м². Для того, чтобы полностью заложить все стены стекловатой и каменной ватой в 3 слоя необходимо утеплителя площадью 121 • 3 = 363мІ.

Для стекловаты понадобится упаковок N = 363 / 9,9 ? 37 шт. Тогда её стоимость Z = 810 • 37 =29970 рублей.

Для каменной ваты N = 363 / 5,76 ? 64 шт. Стоимость Z = 574,8 • 64 = 36787 рублей.

Для эковаты необходимо рассчитать объем который будет заполнять утеплитель, где толщина слоя 150мм. Тогда

V = 121 • 0,15 = 18,15мі. На 0,25мі приходится 1 упаковка. Следовательно, N = 18,15 / 0,25 ? 73 шт. Z = 73 · 430 = 31390 рублей.

Выводы

Для каркасного строительства главными факторами по выбору теплоизоляционного материала является его экологичость, противопожарные свойства и экономичность. Все из рассмотренных материалов являются экологичными и не подвержены горению. Рассматривая экономическую составляющую, видно, что себестоимость с монтажом стекловаты самая низкая. Исходя из вышеуказанных суждений наш выбор - стекловата. Однако, если экологичность стоит на первом месте и заказчик готов заплатить больше, стоит выбрать эковату, которая ко всему прочему противостоит распространению огня.

Тем не менее нельзя категорично утверждать какой из материалов будет лучше. Для каждого объекта необходимо подбирать свой материал, который будет удовлетворять требуемым характеристикам.

Список литературы

утеплитель каркасный строительство

1.Иванов М.Ю Энергоэффективные утеплители в строительстве// Братский государственный университет.

2.Луговая В.П. Деревянное малоэтажное домостроение с рациональным использованием древесины// Системы Методы Технологии журнал. 2013. № 3(19). С. 178-181.

3.Иванов Г.В. Новый экологически чистый теплоизоляционный материал -эковата//Строит. материалы. 1995. № 1. С. 21.

4.Галюк В.А. Эковата древесная -новый экологически чистый и безопасный для здоровья теплоизоляционный строительный материал. В кн.: Энергосберегающие технологии, материалы и оборудование в современном строительстве и реконструкции зданий. Материалы научно-практической конференции, 16 апреля 1998. Пермь, 1998. С. 22-23.

5.Brenner M.P., Hilgenfeldt S., Lohse D. (2002). Single-bubble sonolu-minescence // Rev. Mod. Phys. 2002. Vol. 74. P. 425-483.

6.Flannigan D.J. and Suslick K.S. (2005). Molecular and atomicemission during single- bubble cavitation in concentrated sulfuric acid Acoustics // Research Letters Online. 2005.Vol. 6. № 3. P. 157-161.

7.Бобров Ю.В., Овчаренко Е.Г., Шойхет Б.М., Е.Ю. Петухова. Теплоизоляционные материалы и конструкции: Учебник. -Москва: Изд-во «Инфра-М», 2003. С. 76.

8.ГОСТ 7076-87. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности. М.: 1987. 12 с.

Размещено на Allbest.ru