Как построить теплый дом

Желание построить теплый дом вполне естественно для жителей нашего региона, где отопительный период длится три пятых года, а расходы на отопление исчисляются десятками тысяч рублей.

Тратить значительную часть семейного бюджета на отопление и при этом фактически отапливать улицу не хочется никому, и задача построить именно теплый дом сейчас стала одной из самых актуальных. Среди особенно востребованных оказались строительные материалы с низкой теплопроводностью, способные сделать дом теплым и сберечь затрачиваемые на отопление деньги.

Какой из материалов самый теплый

Если сравнивать строительные материалы по такому показателю, как теплопроводность, то, естественно, на верху рейтинга будут утеплители, в середине — конструкционно-теплоизоляционные материалы, а замкнут рейтинг конструкционные материалы. При строительстве стен дома конструкционные и теплоизоляционные материалы используются совместно в каркасных конструкциях, а конструкционно-теплоизоляционные по идее самодостаточны, хотя и могут при необходимости дополнительно утепляться или укрепляться. Среди теплоизоляционных материалов самым теплым является полиуретан, а среди конструкционно-теплоизоляционных наилучшие показатели у газобетона марки D300. Полный рейтинг распространенных строительных материалов по такому показателю, как теплопроводность приведен в таблице 1.

Таблица 1. Рейтинг строительных материалов по теплопроводности

Класс материала	Материал	Плотность, кг/м³	Теплопроводность Вт/(м·К)
Утеплители	Пенополиуретан	27—35	0.03
	Пенополистирол	25	0.035
	Стекловолокнистая вата	15—65	0.035
	Льняной утеплитель	30	0.037
	Эковата	30—70	0.038
	Минеральная вата	20—80	0.038
	Пробковый агломерат	100—250	0.039
	Пеностекло	100—150	0.05
	Перлит	100—150	0.05
	Солома	300—400	0.08
Конструкционно-теплоизоляционные	Газобетон D300	300	0.088
	Газобетон D400	400	0.12
	Арболит	600	0.12
	Брус (сосна, ель)	500	0.13
	Поризованная керамика	800	0.14
	Полистиролбетон	500	0.19
	Керамзитобетон	800—900	0.31
	Керамический пустотелый кирпич	1000	0.52
Конструкционные	Керамический полнотелый кирпич	1700	0.76
	Железобетон	2500	2.040

Тонкая из теплого и толстая из холодного

Факт использования материала для строительства с низкой теплопроводностью, к сожалению, не гарантирует, что дом получится теплым. Помимо теплопроводности значение имеет толщина материала, а также климатическая зона, в которой будет построен этот дом. Отношение толщины материала к его теплопроводности характеризует такой параметр, как сопротивление теплопередаче. Для климатической зоны, в которую входят СанктПетербург и Ленинградская область, сопротивление теплопередаче стен домов должно быть следующим:

• Дома, предназначенные для сезонного проживания (летние дома) — не ниже R=1,32 м²×K/Вт.
• Дома для круглогодичного проживания (жилые дома) — не ниже R=1,94 м²×K/Вт.
• Энергоэффективные дома — не ниже R=3,08 м²×K/Вт.

Таким образом, чтобы определить, какой толщины вам нужен тот или иной вид теплоизоляционного материала, надо умножить то сопротивление теплопередаче, которое вы хотите получить, на теплопроводность материала в условиях эксплуатации. Произведением станет толщина теплоизоляционного материала (в метрах), которая вам нужна. Например, мы хотим построить дом, соответствующий нормам по энергоэффективности, а значит, должны добиться сопротивления теплопередаче не ниже чем 3,08 м²×K/Вт. Самым теплым конструкционно-теплоизоляционным материалом является газобетон. Теплопроводность наиболее распространенной марки D400 равняется 0,12 Вт/(м·К). Перемножив эти значения, мы получим искомую толщину 0,3696 метра, или 370 мм. Ближайший по размеру стандартный блок газобетона D400 имеет толщину 375 мм, что даже слегка превышает действующие нормы.

К сожалению, построить дом, соответствующий нормам по энергоэффективности, из дерева не получиться, поскольку, согласно расчету, деревянная стена должна будет иметь толщину 400 мм. Ни брус естественной влажности, ни клееный брус такой толщины не производятся. Чтобы соответствовать нормам, придется использовать многослойную конструкцию, в которой деревянные стены будут иметь дополнительное утепление. Сопротивление теплопередаче вычисляется при делении толщины материала (в метрах) на его теплопроводность. После чего останется только сложить полученные сопротивления теплопередаче для отдельных слоев. Если взять оптимальную по соотношению цены и конструктивной прочности толщину деревянной стены в 150 мм, то она будет иметь сопротивление теплопередаче 1,15 м²×K/Вт. В качестве утеплителя для деревянной стены хорошо подойдет минеральная вата толщиной 100 мм, которая добавит еще 2,63 м²×K/Вт. В итоге суммарное сопротивление теплопередаче с лихвой перекроет требуемое значение.

В случае строительства дома по технологии SIP расчеты будут еще более сложными, поскольку сами SIP-панели — это многослойный материал (лист пенополистирола между двумя листами OSB), а стены дома из SIP-панелей имеют неоднородную структуру (листы пенополистирола чередуются со стойками из дерева). По идее, надо считать теплопроводность каждого из слоев и сложить их, а потом вычислять соотношение площади, которая приходится на пенополистирол и стойки. Однако, поскольку пенополистирол имеет в разы меньшую теплопроводность в сравнении с деревянными материалами, можно посчитать только его сопротивление теплопередаче, а влияние на итоговое сопротивление теплопередаче деревянных материалов просто не учитывать. Для SIP-панелей обычно используется пенополистирол ПСБ-С-25 с теплопроводностью 0,035 Вт/(м×К), а это означает, что для того, чтобы соответствовать нормам по энергоэффективности, нам нужен слой пенополистирола толщиной 107 мм. Стандартная SIP-панель с наиболее близким к данному значению параметром будет иметь толщину 174 мм (толщина пенополистирола 150 мм + два листа OSB толщиной по 12 мм). Эту же логику разумно применять и для других многослойных конструкций, таких как монолитные дома, построенные с применением несъемной опалубки.

В таблице 2 мы посчитали, при какой толщине стены будет достигаться норма по энергоэффективности.

Таблица 2. Толщины стен для соответствия теплотехническим нормативам по наиболее популярным материалам. В скобках указана наиболее близкая стандартная толщина материала.

Стеновой материал	Толщина стены для дачных домов (R=1,32 м²×K/Вт)	Минимальная толщина стен жилых домов, соответствующая санитарногигиеническим нормам (R=1,94 м²×K/Вт)	Минимальная толщина стен жилых домов, соответствующая норме по энергоэффективности (R=3,08 м²×K/Вт)
Газобетон D300	116 мм (300 мм)	170 мм (300 мм)	271 мм (300 мм)
Газобетон D400	158 мм (200 мм)	231 мм (250 мм)	369 мм (375 мм)
Профилированный брус (сосна)	198 мм (210 мм)	291 мм (240 мм + утеплитель)	462 мм (240 мм + утеплитель)
Клееный брус	132 мм (135 мм)	194 мм (195 мм)	308 мм (275 мм + утеплитель)
Минеральная вата	54 мм (100 мм)	79 мм (100 мм)	126 мм (150 мм)
Пенополистирол (толщина в SIP-панелях)	42 мм (50 мм)	62 мм (70 мм)	98 мм (100 мм)
Поризованная керамика	244 мм (2.1NF)	358 мм (10.7NF)	569 мм (14.3NF + утеплитель)
Керамзитобетонные блоки (850 кг/м³)	290 мм (300 мм)	426 мм (многощелевой блок)	677 мм (многощелевой блок)
Арболит (600 кг/м³)	158 мм (200 мм)	233 мм (300 мм)	370 мм (400 мм)
Эковата	53 мм	77 мм	123 мм
Монолитный пенобетон D200	66 мм	97 мм	154 мм
Полиуретан	33 мм	48 мм	77 мм

Разумеется, для конструкционно-теплоизоляционных материалов (дерево, газобетон, керамзитобетонные блоки, камни поризованной керамики, арболит, пустотелый кирпич) толщина несущих стен должна соответствовать не только теплотехническим, но и конструкционным нагрузкам.

Структура теплопотерь дома

В правильно спроектированном доме на теплопотери через стены приходится лишь около четверти всех теплопотерь дома, еще за четверть теплопотерь ответственны перекрытия и кровля, оставшаяся половина приходится на окна, двери и вентиляцию.

Выбор материалов для утепления перекрытий не такой широкий, как для стен. Для утепления перекрытий в основном используются минераловатные утеплители, чуть реже эковата и пенополистирол. Однако современные технологии позволяют утеплять перекрытия и легкими бетонами, например, монолитным пенобетоном.

В сборно-монолитных перекрытиях могут использоваться пустотелые блоки керамзитобетона, поризованной керамики или газобетона. Поскольку теплу свойственно подниматься вверх, для равномерного утепления дома сопротивление теплопередаче теплоизоляционного материала в цокольном и чердачном перекрытиях должно быть на треть больше, чем в стенах. Чтобы получить нужную толщину материала в перекрытии, достаточно приведенную в таблице толщину стенового материала увеличить на треть. Например, если перекрытие делается из SIP-панелей, следует брать SIP-панель с толщиной пенополистирола 155 мм. Поскольку 5 мм не особенно принципиальны, вполне подойдет стандартная SIP-панель с толщиной пенополистирола 150 мм (толщина SIP-панели 174 мм).

Снизить теплопотери через окна крайне сложно, поскольку даже у двухкамерного стеклопакета коэффициент сопротивления теплопередаче 0,47 м²×K/Вт, что эквивалентно деревянной стене толщиной всего 53 мм. Применение в стеклопакетах стекол со специальными энергосберегающими покрытиями и замена воздуха в камерах на аргон могут улучшить этот показатель до 0,74 м²×K/Вт, но это тоже откровенно мало в сравнении с сопротивлением теплопередаче стен и перекрытий. Для утепления дверей используются те же утеплители, что и для утепления стен, но технологически двери не удается сделать столь же толстыми, что и стены, и через них теряется больше тепла. Традиционным выходом является установка двойных уличных дверей с тамбуром между ними. Тем не менее, несмотря на относительно малую площадь окон и дверей, теплопотери через них почти такие же, как и через стены, площадь которых во много раз больше.

Для снижения теплопотерь через вентиляцию могут применяться рекуператоры, которые подогревают поступающий с улицы воздух за счет тепла, содержащегося в воздухе, удаляемом из помещения. К сожалению, эффективность таких устройств не такая высокая, как хотелось бы, к тому же вентиляторы, работающие в них, шумят и затрачивают электроэнергию, а срок окупаемости, обусловленный высокой ценой, исчисляется годами.

Рентабельность вложений в утепление

По идее, единовременные вложения в более эффективное утепление дома должны со временем окупиться за счет снижения постоянных затрат на отопление. На деле данное утверждение остается верным лишь до какого-то предела, после которого дальнейшие вложения в утепление не смогут успеть окупиться до окончания срока эксплуатации дома. Чтобы оценить, какой бюджет на утепление дома будет оправдан в вашем случае, надо в первую очередь получить информацию о возможной величине ежегодных расходов на отопление дома, которая в свою очередь будет зависеть главным образом от расценок на наиболее дешевый из доступных вам энергоносителей. Если оставить за скобками стоимость подключения и оборудования, то годовые затраты на отопление стометрового дома, соответствующего представлениям о жилом доме (энергозатраты на отопление около 300 кВт·ч/(м²·год)), могут составить следующие значения:

• природным газом — 18 тысяч рублей;
• тепловым насосом — 19 тысяч рублей;
• каменным углем — 21 тысячу рублей;
• березовыми дровами — 55 тысяч рублей;
• пеллетами — 66 тысяч рублей;
• сжижженным газом (газгольдер) — 70 тысяч рублей;
• дизельным топливом — 75 тысяч рублей;
• электрическими обогревателями — 76 тысяч рублей.

Таким образом, чем дороже энергоносители, имеющиеся в вашем распоряжении, тем больше резон тратить деньги на снижение теплопотерь в вашем доме. То есть для того, чтобы довести приведенный в качестве примера дом до уровня энергоэффективного (затрачивающего на отопление 150 кВт·ч на квадратный метр площади дома в год), со сроком окупаемости, например, 10 лет, у тех, кто отапливает дом природным газом, будет бюджет 90 тысяч рублей, а у тех, кто отапливает электричеством, 380 тысяч. При этом данный бюджет следует по возможности равномерно распределять между всеми источниками теплопотерь: внешними стенами, перекрытиями, вентиляцией, окнами и дверьми. Это означает, что, если сделать в два раза теплее только внешние стены дома, расходы на отопление снизятся не в два и не в четыре раза, а лишь на одну восьмую, то есть на 12,5 процентов.

Выводы

Любой загородный дом, предназначенный для круглогодичного проживания, должен как минимум соответствовать санитарно-гигиеническим нормам для нашего региона, а желательно отвечать параметрам по энергоэффективности. Однако, выбирая материал для строительства дома, надо отдавать себе отчет, что инвестиции в энергоэффективность дома будут иметь шанс вернуться в виде экономии на энергоносителях лишь до какого-то предела. Этот предел, после которого дальнейшие вложения в утепление будут нерентабельными, напрямую зависит от стоимости используемого для отопления дома топлива. Нет сомнений, что цены на энергоносители, будь то электричество, газ или дрова, будут только расти. Однако столь же очевидно, что со временем будут появляться и новые варианты для отопления домов, каким стали, например, тепловые насосы, которые позволяют затрачивать на отопление дома практически ту же сумму, что и при использовании магистрального газа.

Другими словами, если дом уже построен и он достаточно теплый, чтобы соответствовать санитарно-гегиеническим нормам, то проводить мероприятия по его дополнительному утеплению будет рентабильно лишь в случае невозможности использования для его отопления дешевых энергоносителей. Что касается нового строительства, то здесь ситуация проще, поскольку многие из производителей строительных материалов рассчитали габариты своей продукции таким образом, чтобы построенные из нее стены автоматически получались соответствующими нормам по энергоэффективности. К такой продукции относятся например все блоки газобетона D300, блоки газобетона D400 c толщиной 375 мм, SIP-панели толщиной 174 мм, многощелевые карамзитобетонные блоки толщиной 400 мм, большинство элементов многослойных утепленных конструкций (термобрус, несъемная опалубка, блоки Теплодом и Lakka).