Решения по теплоизоляции лисьей норы

Высота земляной засыпки крыши должна обеспечивать хорошие условия для дренажа воды, быть достаточной для развития корневой системы травы, кустарников, деревьев. Желательно обеспечивать максимально возможное заглубление здания с целью наилучшего использования преимуществ, создаваемых тепловой массивностью крыши. Лимитирующим фактором здесь является несущая способность конструкций. Так как нагрузка в этом случае увеличивается, то стоимость конструкций также возрастает и быстро превышает возможную экономию за счет увеличения высоты засыпки. Кроме того, это может потребовать уменьшения размеров внутренних помещений, чтобы уменьшить пролеты перекрытий, воспринимающих более высокие нагрузки. Поэтому предпочтительней увеличивать коэффициент термического сопротивления не путем увеличения толщины засыпки, а применив искусственную теплоизоляцию.

Оптимальную толщину изоляции определяли путем сравнения возможной экономии энергии и дополнительной стоимости изоляции для двух крыш (рис. 3.11). Первая крыша имела слой засыпки землей толщиной 46 см и изолирующую прослойку из полистирена толщиной 10 см, уложенного на предварительно напряженную 20 см железобетонную плиту. Другая крыша имела ту же конструкцию, но толщина изоляции была увеличена на 5 см.


Первая крыша имела коэффициент термического сопротивления #о = 4,35 м2-К/Вт, что соответствует минимально приемлемому значению; коэффициент термического сопротивления второй крыши R0= =6,01 м2-К/Вт. При температурах, характерных для Миннеаполиса, дополнительный слой изоляции толщиной 5 см позволяет сэкономить 6,67 кВт-ч/м2 энергии зимой И 0,29 кВт-ч/м2 летом, что дает общее количество сэкономленной энергии 6,96 кВт-ч/м2. При стоимости 1 кВт-ч электроэнергии 0,03 долл. это позволяет сэкономить 0,21 долл. в год на 1 м2. При предлагаемой стоимости электроэнергии 0,10 долл. за 1 кВт-ч сумма экономии за счет применения дополнительной изоляции может составить 0,69 долл. в год на 1 м2. При стоимости 1 м2 изоляции толщиной 5 см в 5,38 долл. время окупаемости ее составит 26 лет при стоимости электроэнергии 0,03 долл/(кВт-ч) и 8 лет при стоимости электроэнергии' 0,10 долл/(кВт-ч) без учета капиталовложений.

Рис. 3.12. Теплоизоляция стены:
1 — теплоизоляция из стирофома толщиной 10 см; 2 — железобетонная плита толщиной 20 см; 3 — теплоизоляция из стирофома толщиной 10 см; 4— грунт толщиной 50 см

Верхняя часть стены на глубину 2,15 м от поверхности земли должна иметь изоляцию, такую же как и крыша. Ниже-этого уровня изоляцию можно не устраивать или же ее толщина может быть уменьшена до размеров, обеспечивающих достаточную эффективность в соответствии с расчетами для каждого отдельного здания. Более подробно такой расчет будет изложен в разделе, где рассматривается взаимосвязь между изоляцией помещения и влажностью при анализе возможных побочных эффектов устройства тепловой изоляции, в частности конденсации влаги на поверхности стен.


Рис. 3.13. Теплоизоляция стены:
1 — грунт толщиной 50 см; 2 — теплоизоляция из стирофома толщиной 10 см; з — железобетонная плита толщиной 20 см; 4 — теплоизоляция из стирофома толщиной 10 см

Рис. 3.14. Теплоизоляция стены:
1 — грунт толщиной 50 см; 2 — теплоизоляция из стирофома толщиной 10 см; 3 — железобетонная плита толщиной 20 см

Вместо непосредственной изоляции верхней части стены можно применить два альтернативных решения, которые заслуживают внимания. В первом случае (рис. 3.13) изоляция крыши выступает на некоторое расстояние за поверхность стены, а затем опускается вниз параллельно ей; между стеной и изоляцией устраивают земляную засыпку. При таком решении требуется некоторое дополнительное количество изоляции, обусловленное большим ее периметром по сравнению с периметром здания. Суть устройства такой изоляции заключается в создании изолирующего покрытия («колпака») здания. При этом между стеной и изоляцией находится слой земли, который значительно увеличивает тепловую массивность здания по всей этой критической поверхности. При величине зазора между стеной и изоляцией 20 см экономия энергии в зимний период и расход энергии на охлаждение в летнее время больше, чем у конструкции, показанной на рис. 3.12, соответственно на 109 и 100 кВт-ч. Эти цифры были определены для здания размером в плане 10X14 м при высоте 2,5 м и без учета влияния оконных или дверных проемов.

Достигнутая экономия 6,27—20,90 долл. в год при стоимости энергии 0,03— 0,10 долл/(кВт-ч) позволяет сделать следующий вывод. Если стоимость дополнительной изоляции принять такой, какой она была определена, т. е. 133,42 долл., то подобные решения могут быть приемлемы с учетом повышения цен на энергию в будущем. Безусловно, если стоимость изоляции будет пропорционально увеличиваться и окажется выше принятой сегодня стоимости 0.25 долл/борд. фут., то этот вывод должен быть пересмотрен. Изоляция в течение всего срока службы здания должна сохранять свои конструктивные и изолирующие свойства, иначе может произойти тепловое «короткое замыкание», которое приведет к ухудшению тепловых характеристик здания.

Другое альтернативное решение показано на рис. 3.14. В этом случае изоляция крыши продолжается по горизонтали за пределы здания на длину 1,7 м. Цель решения та же — увеличить тепловую массивность стены без существенного увеличения стоимости изоляции. Дополнительное преимущество подобного ое-шения заключается в улучшении водоотведения от здания за счет того, что гидроизоляция образует навес вокруг стен и, таким образом, препятствует накоплению вопи вокруг здания. Ппи соответствующих грунтовых условиях это решение позволяет получить существенную экономию капиталовложений, так как снижя-ет требования к гидроизоляции. Для здания площадью 140 м2, выбранного в качестве образца, подобная конструкция изоляции позволила уменьшить потери тепла за зиму на 54 кВт-ч, а на охлаждении здания летом сэкономить 233 кВт-ч. Таким образом, экономия средств составила от 8,6 до 28,7 долл. в год при вероятной стоимости изоляции углов 215 долл.

Как и у конструкции, показанной на рис. 3.13, обеспечить конструктивную устойчивость изоляции очень трудно. Кроме того, оба решения (см. рис. 3.13 и 3.14) могут быть подвергнуты серьезной переоценке из-за ухудшения тепловой эффективности и усложнения конструкции при устройстве в стенах оконных проемов. Поэтому такие конструкции наибольшее применение могут найти в зданиях, у которых окна и двери расположены с одной стороны.

Рассмотрим в общих чертах особенности теплопередачи у конструкций, которые показаны на рис. 3.12, 3.13 и 3.14.

Как видно из рис. 3.13, тепловое сопротивление в верхней части стены несколько выше из-за наличия слоя земли между стеной и изоляцией. Однако определяющим здесь является то обстоятельство, что в этом слое земли устанавливается температура, близкая к температуре здания, которая затем поддерживается на более или менее постоянном уровне за счет тепловой массивности самой земляной засыпки. Верхняя часть здания защищена от изменения внешних условий изоляцией, а в нижней части, где изоляции нет, колебания наружных температур сглаживаются за счет глубины посадки здания и его теплового воздействия.


Рис. 3.15. Влияние засыпки: а — полностью заглубленное здание; б — здание с засыпкой стен

Таким образом, изоляция препятствует улучшению тепловых характеристик здания в целом как зимой, так и летом. Конструкция, показанная на рис. 3.14, также иллюстрирует способ увеличения тепловой массивности стены и коэффициента термического сопротивления R0 путем устройства изоляции, увеличивающей длину пробега теплового потока. Особенность такого решения заключается в том, что стена и окружающая ее земляная засыпка в большей степени подвержены влиянию более холодных глубоких слоев зем-. ли. Итак, предполагается некоторая экономия энергии зимой за счет уменьшения теплопотерь, но значительно большая экономия ожидается в результате уменьшения потребления энергии на охлаждение помещения в летнее время, обусловленного более эффективным использованием тепловой массивности засыпки.

Сравним тепловые характеристики одноэтажных зданий возвышающейся конструкции с полностью заглубленной (рис. 3.15). Возвышающаяся конструкция приемлема в том случае, когда большой объем выемки грунта нежелателен из экономических соображений или из-за геологических условий, а также при малых уклонах рельефа. В качестве примера рассмотрим здание площадью 140 м2. Допустим, оно решено в полузаглубленном варианте с главным фасадом, ориентированным на юг. У него теплопотери как зимой, так и летом на 5% больше, чем у аналогичного здания заглубленной конструкции. Следовательно, если говорить об общей экономии, получаемой за счет заглубления здания, то, допустив некоторые упрощения в анализе, можно сделать вывод, что полностью заглубленное здание имеет ряд преимуществ перед возвышающимся, причем эти преимущества не связаны с конструктивными особенностями.