Энергоэффективность.
Чем меньше тепловые потери, тем меньше требуется энергии для отопления и тем энергоэффективнее дом. Сравнивать будем потери тепловой мощности только через стены, потому что потери через крышу, окна, двери и пол во всех домах одинаковы.
Для расчетов нам понадобятся значения удельной теплопроводности различных материалов. К счастью, проблемы с этим нет - в сети находим следующие значения: удельная теплопроводность сухой сосны (15% влажности) 0,15 Вт/м*град, пустотелого кирпича 0,44 Вт/м*град, ППУ - 0,02 Вт/м*град.
Для простоты дальнейших расчетов предлагаю взять дом 10х10 м высотой потолка 2,5 м . Площадь пола и площадь стен в таком доме равна 100 кв.м.
Потери тепловой мощности через стены оценим с помощью формулы:
E=L*S/h*dt, где
L – удельная теплопроводность материала стены, Вт/м*град.
S – площадь стен, м
h - толщина стены, м
dt – градиент (разность) температуры между наружной и внутренней поверхностью стены, град.
(Для расчетов лучше принять самый большой градиент в вашем регионе, например, снаружи минус 40 град. внутри + 20 град. )
Первый вариант: стены из бруса сечением 200х200 мм . Потери тепловой мощности составят:
0,15(Вт/ м/град)*100м2/ 0,2м * 60 град = 4500 Вт
Второй вариант: стены из кирпича толщиной в 2 кирпича , т.е. толщина стены 0,5м. Потери тепловой мощности составят:
0,44(Вт/ м/град)*100м2/ 0,5м * 60 град = 5280 Вт
Третий вариант: деревянный каркас, несъемная опалубка из СМЛ, между листами ППУ толщиной 100мм. Потери тепловой мощности составят:
0,02(Вт/ м/град)*100м2/ 0,1м * 60 град = 1200 Вт.
Расчеты показывают, что деревянный и кирпичный дома по теплопотерям отличаются не значительно. А вот каркасный дом с утеплителем из ППУ отличается от них в разы. Что это означает? Для такого дома изначально требуется котел отопления меньшей мощности (значит более дешевый), потреблять он будет меньше энергии (топлива). Такой дом будет не только на отопление зимой потреблять меньше энергии, но и на охлаждение летом.
Расчет тепловых потерь дома
Система отопления призвана восполнять потери тепловой энергии, которые неизбежно происходят через стены, окна, двери, крышу, пол. Эти потери зависят от разницы температуры внутри и снаружи дома, от теплоизоляционных свойств материалов, их толщины, площади наружной поверхности дома.
Р =L *S/H*(T1 – T2), где
L- коэффициент удельной теплопроводности ( Вт/м град.)
S – площадь поверхности элемента дома(стен, крыши, пола), м2
H – толщина материала, м
T1 – температура снаружи дома, град. С
T2 - температура внутри дома, град. С
Р – потери тепловой мощности, Вт.
Рассчитаем потери тепловой мощности отдельно для всех элементов дома.
Рстен = 0,02 Вт/м град. * 400 м2 / 0,15м * 60 град.С = 3200 Вт
Ркрыши = 0,02 Вт/м град. * 300 м2 / 0,05м * 60 град.С = 7200 Вт
Рпола =0,02 Вт/м град. * 200 м2 / 0,1м * 30 град.С = 1200 Вт
Для окон воспользуемся приведенным коэффициентом теплопроводности, в котором учтена толщина конструкции.
Рокон = 0,6 Вт/м2 град. * 56 м2 * 60 град. С = 2016 Вт
Общие потери равны сумме потерь всех элементов.
Р = Рстен + Ркрыши + Рпола + Рокон
Р = 13 616 Вт.
Но расчеты – расчетами, а не плохо было бы измерить фактические потери тепла. Для этого нужен источник тепла в доме. Газ нам так и не провели, поэтому о газовом оборудовании пришлось забыть. Зато к электросетям, наконец, подключили. (Это стоило мне 150000 рублей и полтора года борьбы, но это лирическое отступление). Поэтому в качестве источника тепла я использовал недорогой электрический котел мощностью 12 кВт.
Методика измерений следующая (при условии, что у вас котел уже встроен в систему отопления и теплоноситель залит в систему): Включаем котел, устанавливаем температуру теплоносителя такую, чтобы автоматика котла на отключение-включение уверенно срабатывала. Я установил 30 град. Теперь ждем пока температура внутри дома перестанет расти. Это может занять 1…2 суток. У меня температура установилась на уровне +10 град. Т.е установилось равновесие: сколько тепла в дом поступает, столько и отдается.
Снимаем показания счетчика. Через определенный период снимаем их повторно. Разница в показаниях - расход электроэнергии (1023 кВт*час) за выбранный период. Эту разницу делим на количество часов( 168 час) в периоде, и получаем фактически потребляемую мощность (6,077 кВт). Не вся эта мощность переходит в тепловую. Нужно умножить на КПД котла ( по паспорту 0,95) и отнять мощность циркуляционного насоса (по паспорту 245 Вт). В итоге мы получили потери тепловой мощности (5,52 кВт).
Но эта цифра не о чем не говорит, если мы не знаем разницы температур внутри и снаружи дома. Внутри дома температура постоянна, остается найти среднюю температуру снаружи за период. К сожалению, у меня не было возможности провести точные измерения температуры самому, поэтому я воспользовался данными измерений метеослужбы аэропорта Баландино (100 км от нас). Средняя температура за период с 30 ноября по 6 декабря получилась минус 11,72 град. Приведенные потери тепловой мощности на 1 град. разницы температур составляют: 5,52 кВт/21,72 град. = 0,254 кВт/град. Вот эта цифра уже интересная. Ее можно умножить на максимальную разницу температур в вашем регионе, и вы получите максимальные потери тепловой мощности. Они соответствуют минимальной мощности вашего будущего котла. В нашем регионе такая разница температур составляет 60 град. Следовательно, максимальные потери тепловой мощности составляют 15, 24 кВт.
Эти данные немного отличаются от расчетных. Видимо, удельная теплопроводность ППУ несколько выше той, что была принята в расчетах. Если в расчетах принять удельную теплопроводность ППУ не 0,02 , а 0,025 Вт/м град., то расчетные потери тепловой мощности составят 16, 516 кВт. Это говорит о хорошей сходимости расчетных и экспериментальных данных.
По аналогичной методике я расчитал потери тепловой мощности точно такого же дома, но с кирпичными стенами толщиной в 2 кирпича. Получилось 31 536 кВт. В 2 раза больше, чем в моем доме. Сколько это в деньгах? Поинтересуйтесь, сколько тратят на отопление ваши знакомые, живущие в частных домах. Вы будете тратить в 2 раза меньше, если построите такой же по площади дом, но по предлагаемой технологии.
Экономичность
Для себя я просчитывал варианты кирпичного и деревянного дома с учетом стоимости работ (требуется нанимать рабочих), а каркасного - только стоимость материалов ( работы я собирался выполнять сам). Кто-то не согласится с такой методикой, посчитав ее не корректной. Но ведь мы сейчас оцениваем сколько денег уйдет из нашего кошелька. Если вы, например, и кирпичный и деревянный дом можете сделать сами, то из итоговой стоимости исключите стоимость работ.
Итак, рассчитаем кирпичный дом. Объем стен толщиной 0,5 м и площадью стен 100 м2 составляет 50м3. В 1м3 кладки примерно 512 одинарных кирпичей и 0,1м3 кладочного раствора.
Стоимость кирпича: 512шт./м3 х 50м3 х 7 руб./шт. = 179200 руб.
Стоимость раствора: на дом уйдет 5 м3 а, с учетом штукатурки, 6м3 цементно-песчанного раствора. Для его изготовления потребуется 40 мешков цемента по 150 руб. и машина песка по 4000 руб.
Общая стоимость материала стен составит 189200 рублей. Стоимость кладки (по расценкам 2009 года в нашем регионе -1500 руб/куб.м) составит 75 000 рублей. Общие затраты на стены - 264 200 рублей.
Деревянный дом. Объем стен толщиной 0,2 м и площадью 100 м2 составит 20 м3 . Стоимость бруса: 20 м3 х 5000 руб/ м3 =100000 рублей. Прослойка из мха или другого материала не намного увеличит стоимость, поэтому оставим красивое число. Стоимость работ составит еще около 60 000 рублей. Общие затраты на стены - 160 000 рублей.
Каркасный дом. На стены такого дома уйдет 10 м3 пенополиуретана, 66 листов СМЛ, и 1 м3
обрезного пиломатериала. Пенополиуретан стоит примерно 5000 руб/м3 , лист СМЛ-
300 руб, обрезная доска 5000 руб/м3. Итого общая стоимость: 5000х10+66х300+5000х1=74800 рублей. Основной вес в стоимости стен каркасного дома имеет утеплитель, в данном случае, ППУ. Снизить стоимость можно применив открыто-пористые структуры типа "Экопен". Правда, в этом случае, понадобится дополнительная гидроизоляция. Зато остаются все преимущества бесшовной теплоизоляции и цена утеплителя в 3 раза ниже.