Одной из важнейших задач энергосбережения зданий является сохранение тепла в холодное время, которое в России может составлять большую часть года. Грамотное утепление стен дома, кровли и коммуникаций важна в плане энергосбережения, что приводит к большой экономии финансовых средств, затрачиваемых на содержание жилья. Теплоизоляция частных жилых домов должна начинаться ещё на стадии строительства и быть комплексной - от фундамента и стен до крыши.
Наиболее эффективный способ сократить теплопотери здания заключается в применении современных минеральных и органических утеплителей. К ним относятся: минеральная вата, базальтовые плиты, пенополиуретан, пенополистирол, стекловолокно и многие другие, имеющие различные коэффициенты теплопроводности, влияющие на толщину теплоизоляции.
Энергосберегающие конструкции должны быть прочными, жёсткими и воспринимать нагрузки, т.е. являться несущей конструкцией, а также должны защищать внутреннее пространство от дождя, жары, холода и других атмосферных воздействий, т.е. обладать низкой теплопроводностью, быть водостойкими и морозоустойчивыми.
В природе не существует материала, который удовлетворял бы всем этим требованиям. Для жестких конструкций идеальным материалом являются металл, бетон или кирпич. Для теплоизоляции годится только эффективный утеплитель, например, минеральная (каменная) вата. Поэтому для того, чтобы стены дома была прочными и теплыми, используют композицию или комбинацию как минимум двух материалов - конструкционного и теплоизоляционного.
Композиционная ограждающая конструкция может быть представлена в виде нескольких отличных друг от друга систем:
- жёсткий каркас с заполнением межкаркасного пространства эффективным утеплителем;
- жёсткая ограждающая конструкция (например, кирпичная или бетонная стена), утеплённая со стороны внутреннего помещения - так называемое внутреннее утепление;
- две жёсткие пластины и эффективный утеплитель между ними, например, «колодезная» кирпичная кладка (дом-термос), железобетонная панель «сэндвич» и т. д.;
- тонкая ограждающая конструкция (стена) с утеплителем с внешней стороны - так называемое внешнее утепление.
Применение той или иной системы ограждающей конструкции определяется конструктивными особенностями модернизируемого здания и технико-экономическими расчетами, основанными на приведенных затратах. Стоимость утепления 1 м2 наружной стены дома может доходить до 100 долларов без учёта стоимости заполняемых оконных блоков, модернизации систем вентиляции и отопления. Тем не менее, потенциал энергосбережения при эксплуатации существующего жилого фонда достаточно велик и составляет около 50%.
Каждая из конструкций имеет свои достоинства и недостатки, и выбор её зависит от многих факторов, включая местные условия. Наиболее эффективным представляется четвертый тип утепления дома (внешнее утепление), который наряду с недостатками обладает рядом существенных достоинств, а именно:
- надежная защита от неблагоприятных внешних воздействий, суточных и сезонных температурных колебаний, которые ведут к неравномерной деформации стен, вызывающей образование трещин, раскрытие швов, отслоение штукатурки;
- невозможность образования на поверхности стены какой-либо поверхностной флоры из-за избытка влаги и льда, образовавшегося в толще стены или под воздействием конденсата, поступающего из внутренних помещений, и влаги, проникшей внутрь массива ограждающих конструкций из-за повреждения поверхностного защитного слоя;
- препятствование охлаждению массива ограждающей конструкции до температуры точки росы и, соответственно, образованию конденсата на внутренних поверхностях;
- снижение уровня шума в изолируемых помещениях;
- отсутствие зависимости температуры воздуха во внутренних помещениях от ориентации здания, т.е. от нагрева солнечными лучами или охлаждения ветром.
Для устранения теплопотерь в старых зданиях разработаны и осуществляются различные проекты теплотехнической реконструкции и утепления, например, так называемая термошуба, представляющая собой многослойную конструкцию из различных материалов.
Варианты утепления дома
Утеплять дом из кирпича можно как снаружи, так и изнутри. Второй вариант считается более дешёвым, однако его советуют применять, если постройка не будет предназначена для постоянного проживания, как дача, например. Дело в том, что при внутреннем утеплении наружная стена зимой может промёрзнуть полностью, и если отопление будет отключено, то температура внутри начнёт быстро падать. Наконец, при внутреннем утеплении придётся позаботиться о предупреждении конденсата, а также о хорошей вентиляции, чтобы в помещениях не было эффекта парилки. Если заранее это не продумать, дом начнёт «плакать» изнутри. Просушить его будет уже очень проблематично.
Для эффективного утепления наружных стен дома можно применять различные материалы, однако специалисты советуют использовать пеностекло. Помимо хороших теплоизоляционных показателей, данный материал является негорючим (при значительном нагревании может только плавиться) и не выделяет при этом вредных веществ. Если дом предназначен для постоянного проживания, то утеплять его следует снаружи.
Согласно нормам теплосбережения, стена из полнотелого кирпича, если она не утеплена дополнительными конструкциями вроде навесного фасада, должна быть не меньше 2,5 метров толщиной. Понятно, что такой бастион никто не захочет возводить, поскольку это очень накладно. Поэтому необходимо формировать внешнюю теплозащиту, которая будет состоять из нескольких слоёв, причём вариантов «слоеного пирога» может быть несколько. Все нижеприведённые варианты будут рассматриваться в движении от внутреннего слоя к внешнему.
Вариант утепления стен дома называемый «мокрое утепление» делается следующим образом: на внешнюю кирпичную стену наносится грунтовка и клеевой раствор, затем фиксируется теплоизолятор (крепёж можно усилить дюбелями), затем проводится армирование с помощью клеевого раствора и специальной сетки, на которую кладётся стартовый слой штукатурки, а потом уже декоративная штукатурка или краска.
Вариант «межстеновое утепление» состоит из первой кирпичной кладки, на которую сразу крепится теплоизолятор (специалисты рекомендуют в этом случае минвату), затем необходимо отступить несколько сантиметров, чтобы создать воздушный слой, предназначенный для вентиляции.
Наконец, ещё одна внешняя кирпичная кладка толщиной минимум в 120 мм. Внешнюю стену можно при желании декорировать или выложить декоративным кирпичом. Вариант «вентилируемый фасад» состоит из кирпичной стены, пароизоляции, теплоизоляционного материала, ветроизоляции, конструкции «навесной фасад», создающей дополнительное воздушное пространство внутри стены для организации вентиляции, и отделки.
Следует заметить, что система навесных фасадов будет достаточно эффективным вариантом, поскольку она обеспечивает выводимость пара и в то же время даёт широкие возможности для облицовки. Вентилируемый фасад – это подоблицовочная система в виде кронштейнов и несущих профилей. Она фиксируется на наружной стене таким образом, чтобы между несущими профилями и стеной можно было установить утеплитель. Плюсом данной системы является то, что она может монтироваться при любой температуре.
Наружное утепление наружных стен дома из пенополистирола или минваты должно быть покрыто облицовкой таким образом, чтобы обеспечить паровыводимость. Если этого не сделать, то утеплитель намокнет и потеряет свою функциональность.
Способы фасадного утепления стен
Большая часть тепла теряется через стены дома. В среднем через каждый квадратный метр обычной стены за год может теряться 150-160 кВт тепловой энергии. Поэтому утепление наружных стен здания имеет следующие положительные аспекты:
- экономия времени и средств на обогрев помещений;
- дополнительное укрепление конструкции дома;
- увеличение вариантов оформления фасадов зданий за счёт применения различных материалов.
В качестве наружной теплоизоляции чаще всего используются следующие утеплители:
- керамзит, представляющий собой обожжённую глину, вспененную особым методом - достаточно дешёвый, доступный и долговечный утеплитель, используемый как заполнитель пустот и в виде засыпки;
- базальтовое волокно, которое отличается высокой механической прочностью, огнестойкостью и биологической устойчивостью;
- вспененный полиэтилен - эффективный и долговечный утеплитель, обладающий благодаря своей ячеистой структуре высокими тепло- и гидроизолирующими свойствами;
- пенополиуретан - неплавкая теплоизоляционная пластмасса, получаемая путём смешивания двух компонентов и отличающаяся высокой ценой и долговечностью.
Применяются различные способы наружного фасадного утепления стен:
- мокрый метод;
- сухой метод;
- система вентилируемого фасада.
Мокрый, или штукатурный, метод утепления стен наиболее приемлем для владельцев загородного жилья. При его реализации для усиления сцепления клея со стеной и для связки частиц пыли поверхность стены грунтуется. Затем с помощью цементно-клеевых растворов на стену наклеивается утеплитель, который дополнительно фиксируется к стене дюбелями с тарельчатой головкой. Сверху на утеплитель на тот же клеевой раствор наклеивается армированная стеклосетка, необходимая для предотвращения растрескивания штукатурки. Поверх сетки наносится слой декоративной штукатурки.
Сухой метод утепления стен представляет собой обшивку стен дома сайдингом или вагонкой. При этом на стене дома крепится обрешетка из брусков, толщина которых должна соответствовать толщине утеплителя, а сами бруски должны набиваться на стену с шагом, равным ширине листа утеплителя. Затем утеплитель вкладывается в обрешетку и фиксируется к стене с помощью клея или тарельчатых дюбелей. Сверху утеплитель закрывается диффузионной мембраной, которая позволяет выводить наружу пар и влагу, образующиеся под утеплителем на границе температур, но не позволяет влаге извне проникать в дом. Для образования вентиляционного зазора сверху нашиваются бруски, по которым ведётся обшивка сайдингом.
Система вентилируемого фасада состоит из подоблицовочной конструкции, на которую крепится защитно-декоративное покрытие - алюминиевые панели, стальные компоненты облицовки, керамогранит и т.д. Система устроена таким образом, что между защитной облицовкой и слоем утеплителя существует зазор, в котором благодаря перепаду давлений образуется поток воздуха, не только являющийся дополнительным буфером на пути холода, но и обеспечивающий вентиляцию внутренних слоев и удаление влаги из конструкции. Утепление стен жилого дома с применением такой системы является самым дорогим, но при этом можно добиться ощутимой экономии на системах кондиционирования и отопления.
Утепление помещений изнутри имеет как положительные, так и отрицательные стороны. К плюсам относится то, что при этом не требуется изменять конструкцию здания, работать можно в любое время года и утеплять не все площади помещений, а только самые уязвимые места. Минусы - уменьшение полезной площади помещений и увеличение вероятности образования конденсата в холодное время года.
Одним из слабых мест в системе теплоизоляции дома можно назвать окна и входные двери. Правильное утепление дверей способно уменьшить теплопотери помещения на 25-30%. Большая часть потерь тепла возникает из-за некачественного примыкания полотна двери к дверной коробке при закрытии. В образовавшиеся, невидимые невооружённым взглядом щели, внутрь помещения попадают холодные массы наружного воздуха. Это характерно для деревянных дверей и объясняется отсутствием надежных уплотнителей. В связи с тем, что дерево имеет свойство менять свои геометрические размеры (усыхает, разбухает), необходимы материалы, обеспечивающие надежную герметизацию притвора двери.
Наиболее доступными и дешёвыми являются поролоновые уплотнения, однако этот материал нельзя назвать оптимальным выбором. Поролон сам по себе недолговечен и чувствителен к воздействию влаги. На интенсивно эксплуатируемой двери применение его нежелательно. Его можно использовать, например, на балконной двери, при условии, что она будет редко открываться в зимний период.
В настоящее время широкое распространение получили профильные резиновые уплотнения на самоклеящейся основе, отличающиеся большей долговечностью и надежностью, что вполне подходит для входных дверей. При монтаже стоит учитывать толщину уплотнения, так как при использовании излишне толстого уплотнения возможны трудности с закрыванием двери.
Практически единственным способом утепления деревянной двери является её обивка. В качестве утеплителей в данном случае обычно применяются поролон и изолон. Поролон - искусственный материал, часто применяемый в качестве теплоизолятора. Основным недостатком является недолговечность - под воздействием влаги он разлагается в течение двух-трех лет, поэтому его применение целесообразно в сухих внутренних помещениях. Изолон - современный теплоизолирующий материал, который, несмотря на более высокую стоимость, оптимально подходит для утепления дверей. Это эластичный вспененный полиэтилен, который отличается долговечностью и высокими показателями тепло- и звукоизоляции.
Применение минеральных утеплителей нецелесообразно, так как они не смогут поддерживать объём под воздействием наружной обшивки. В качестве обивочного материала применяются кожа, дермантин и различные типы кожзаменителей.
Утеплители для металлической входной двери также разнообразны. Стандартные металлические двери обычно поставляются без внутреннего утеплителя. В качестве внутренних утепляющих материалов обычно применяются минеральные утеплители и пенопласт, как экструдированный, так и неэкструдированный. Пенопласт (пенополистирол) обладает небольшой гигроскопичностью и низкой теплопроводностью. Экструдированный пенопласт не горит. Минеральные утеплители пожаробезопасны, обеспечивают надежную тепло- и звукоизоляцию.
Существующий выбор утеплителей позволяет снизить теплопотери и способствовать решению проблемы энергосбережения. Основной характеристикой утеплителя является сопротивление теплопередаче (термическое сопротивление), которое зависит от состава и структуры материала. Помимо сопротивления теплопередаче, утеплители обладают следующими характеристиками, важными для монтажа и последующей эксплуатации:
- гидрофобность - способность утеплителя намокать или поглощать воду или, наоборот, отталкивать её. От степени гидрофобности зависит и теплопроводность, так как теплопроводность воды значительно выше, чем воздуха. Например, минеральная плита при впитывании в себя около 5 % влаги, уменьшает свои способности по сопротивлению теплопередаче в 2 раза;
- огнестойкость - способность сопротивляться воздействию больших температур или открытому пламени. Этот показатель определяет область применения того или иного утеплителя и конструкционные особенности дома;
- прочие показатели: долговечность, устойчивость к механическому воздействию, химическая стойкость, экологичность, плотность, звукоизоляция.
В зависимости от характеристик, утеплители делят на следующие типы:
- сыпучие (шлак, керамзит, вермикулит и т.д.) - в виде мелких кусочков или гранул, которые засыпаются в пустоты в стенах и перекрытиях. Пустоты между гранулами определяют сопротивление теплопередаче. Данные материалы дёшевы, но недолговечны (с течением времени спрессовываются или разрушаются), хорошо поглощают воду (гидрофильные), поэтому их применение ограничено, обычно это отсыпка подвала или чердачного перекрытия;
- рулонные материалы - обычно состоят из ваты неорганического происхождения (стекловата, минеральная или базальтовая вата), либо мягкого органического материала (пенофол), для которого характерно высокое сопротивление теплопередаче. Используются для вертикальных и горизонтальных поверхностей. Сочетание «гидрофобность/огнестойкость» варьируется в зависимости от материала: минеральная вата не горит, но легко впитывает влагу, а органика - водоотталкивающий, но горючий материал;
- плитные материалы - для их изготовления применяют органические материалы (полиэтилен, полиуретан, пенопласт, полистирол), либо древесно-волокнистые и древесно-цементные плиты. Имеют высокую степень жесткости, поэтому, в основном, применяются для конструкционного утепления стен и перекрытий;
- материалы на основе ячеистого бетона (пенобетон, газосиликатные блоки и т.д.). Их отличает высокая твёрдость и прочность, что позволяет использовать их также в качестве конструкционных материалов. Однако, они подвержены воздействию влаги и, намокнув, быстро разрушаются, поэтому могут применяться только в сочетании с другими утеплителями;
- пенообразные - сравнительно новый класс утеплителя. Обычно это органическое вещество (пенополиуретан и т.п.), которое поставляется на строящийся объект в виде жидкой пены и наносится непосредственно на утепляемую поверхность или в пустоты. В течение нескольких минут пена твердеет, образуя сравнительно жесткий пористый материал. Характеризуются достаточно хорошими тепло- и гидроизоляционными характеристиками.
На рис. 1 приведен расход материалов, при возведении стен с воздушной прослойкой и утеплением, учитывая объем работ: кирпичная кладка стен, устройство ниш для отопления, борозд, осадочных и температурных швов. Изоляция стен с внутренней стороны теплоизоляционными плитами с установкой их на растворе примораживанием к стенке на марках и ленточных маяках, расшивка швов.
Рис. 1. Нормы расхода материалов при кладке стен с воздушной прослойкой и утеплением на 1 м3 кладки (с учетом воздушной прослойки)