Тепло (тепловой поток) имеет направление из отапливаемого помещения наружу. При этом оно выбирает путь наименьшего сопротивления. Тепловой поток не должен обязательно иметь направление, нормальное к поверхности ограждающей конструкции. Часто тепловой поток искривляется, обтекая участки, заполненные малотеплопроводным материалом. В таких случаях специалисты говорят о "тепловых мостах".
Тепловые мосты имеют следующие негативные последствия:
Измененные, часто пониженные значения температуры на внутренних поверхностях наружных стен. В худшем случае это может привести к увлажнению строительных конструкций и росту плесени;
Измененные, часто повышенные значения теплопотерь.
В пассивном доме эти негативные воздействия могут быть предотвращены, причем температуры на всех наружных стенах остаются достаточно высокими, что не может больше привести к негативному воздействию влаги, также дополнительные теплопотери пренебрежительно малы. Если теплопотери от тепловых мостов меньше чем предельное значение линейного коэффициента теплопередачи, установленное 0,01 Вт/м2К, то такая конструкция удовлетворяет критериям "конструирования без тепловых мостов".
Если критерии конструирования без тепловых мостов будут везде соблюдены, то проектировщики и застройщики не должны больше будут опасаться образования холодных и влажных зон, а трудоёмкость расчёта по определению тепловой энергии на отопление будет значительно ниже.
Конструирование без тепловых мостов существенно улучшает качество конструкций. Благодаря этому повышается долговечность конструкций, и происходит экономия тепловой энергии на отопление.
Производители продуктов для наружных оболочек зданий, принимающие участие в 13-ой международной конференции по пассивным домам, имеют, как правило, сертификаты Института пассивного дома г. Дармштадта (PHI Darmstadt). Все указанные в них соединения и узлы конструкций не имеют тепловых мостов.
Тепловой мост -
На рисунке изображена оболочка здания полностью без тепловых мостов, которая была выполнена в поселке "Луммерлунд" ("Lummerlund") в г. Ганновере, в районе Кронсберг. Данный проект был реализован архитекторами Гренцем и Рашем из архитектурного бюро, Faktor 10. Литература: отчет CEPHEUS N 18, "Климатически нейтральный поселок пассивных домов в г. Ганновере, р-не Кронсберг" ("Klimaneutrale Passivhaussiedlung Hannover Kronsberg"), можно бесплатно скачать на www.proklima-hannover.de. На рисунке изображен поперечный разрез одного из таунхаусов (слева - север, справа - юг):
Для сравнения окно в старом доме с "изолированным остеклением": здесь температуры на поверхности составляют в среднем меньше 14 °C. Наглядно видны все дефекты монтажа - тепловые мосты, особенно на бетонной перемычке. (Фото: PH)
Оболочка здания считается без тепловых мостов в том случае, когда теплопотери через наружные ограждения с учетом всех тепловых мостов не выше значения теплопотерь, которые рассчитываются с учетом наружной площади ограждающих конструкций и коэффициентов теплопередачи этих конструкций. Обычные тепловые мосты в расчетных строительных конструкциях должны быть учтены при этом уже в расчетных коэффициентах теплопередачи [AkkP 16]. В дальнейшем этоучитывается в формулах.
Общие трансмиссионные теплопотери, обусловленные перепадом температур, характеризуются показателем трансмиссионной проводимости HT (тепловой поток от трансмиссионных теплопотерь при разности температур 1 ºС ). Он включает в себя теплопотери через все расчетные наружные поверхности (А, м2) с их расчетными коэффициентами теплопередачи (U, Вт/м2К)
U ∙ A
и теплопотери от тепловых мостов, как линейных (Ψ ∙ l, Вт/мК ∙ м), так и точечных (Х, Вт). Т.к. точечные воздействия как правило незначительны, то в дальнейшем они больше не учитываются (Ψ - линейный коэффициент теплопередачи, Х - точечный коэффициент теплопередачи).
"Конструирование без тепловых мостов" определяется следующим образом: теплопотери от "тепловых мостов" меньше или равны нулю.
∑ Ψ∙ l + ∑ Χ ≤ 0
[определение конструирования без тепловых мостов]
Тогда допустимо не включать в расчеты эффекты от тепловых мостов и таким образом значительно упростить расчеты. Поэтому равнозначно следующее соотношение:
Δ UWB ≤ 0,
где Δ UWB - коэффициент теплопередачи, учитывающий дополнительное теплопотери от тепловых мостов согласно EnEV (Постановлению по энергосбережению).
Существует зависимость линейных коэффициентов теплопередачи Ψ от коэффициента теплопроводности λ термовкладыша. Если λ меньше чем 0,25 Вт/(мК), то Ψ ≤ 0,01 Вт/(мК) и конструкция тогда считается как без тепловых мостов. Это критерий показан на рисунке синей горизонтальной линией. Но также известно, что с помощью "нормальных" блоков (λ >0,8 Вт/мК) возможно получить значительные теплопотери от линейных тепловых мостов (источник [AkkP 16]). Этот пример наглядно показывает, что достигнуть принципа "конструирования без тепловых мостов" возможно благодаря очень незначительным, совсем простым изменениям деталей. Причем это не приводит к высоким финансовым затратам. Разумеется, это необходимо знать и учитывать при проектировании. Более поздние изменения в уже построенном здании, хотя технически и возможны, но довольно дороги. Поэтому при санации старых зданий с использованием компонентов пассивного дома в этой области часто остаются довольно значительные теплопотери от тепловых мостов.
Подробное рассмотрение принципа "конструирования без тепловых мостов" показало, что все элементы должны были бы быть рассчитаны с помощью двухмерных или трехмерных математических моделей. Поэтому необходимо создать упрощенные критерии для "конструирования без тепловых мостов". Оказалось, что здания со стандартной геометрией почти всегда соответствуют критериям "конструирования без тепловых мостов", если линейные коэффициенты теплопередачи имеют значения:
Ψ ≤ 0,01 Вт/(мК) [WbKrit или ТП крит].
Они могут по-прежнему приводить к положительным приращениям теплопотерь, которые, однако, можно считать "пренебрежительно малыми".
Кроме того, оставшиеся положительные приращения могут быть компенсированы в определенной мере за счет других примыканий (стыков), в которых имеются отрицательные теплопотери от тепловых мостов. Условие [WbKrit] распространяется на все конструкции, будь это примыкания, углы или отдельные потери на расчетных поверхностях. Обычные теплопотери через расчетные поверхности должны быть учтены уже при выборе расчетных коэффициентов теплопередачи Ureg (например, стойки в деревянных или сборно-щитовых конструкциях; также линейные тепловые мосты при монтаже окон в наружных стенах целесообразно включать в приведенный коэффициент теплопередачи окна. Эти негативные теплопотери учитываются в PHPP, что ускоряет расчеты).
С помощью упрощенных критериев проектирование и строительство значительно упрощается. Для некоторых видов соединений конструкций в самом начале должно быть подтверждено, что они соответствуют критерию [WbKrit]. Это может, например, осуществляться с помощью расчетов всех важных узлов оболочки здания. Многие производители, предлагающие системные решения, уже следуют этим расчетам и проверили соблюдение критерия для изготавливаемых ими элементов. Если проектировщик использует эти решения, то при проектировании пассивного дома ему уже не нужно самому учитывать влияние тепловых мостов и таким образом, он экономит много времени на расчеты.
Теплоизоляцию надо проектировать так, чтобы во всех горизонтальных и вертикальных сечениях наружной оболочки пассивного дома минимальная толщина эффективной теплоизоляции составляла около 200 мм (на чертежах слой теплоизоляции должен показываться желтым цветом в соответствующем масштабе, теплоизоляционная оболочка прерывается только в местах установки окон или дверей). Следующий рисунок иллюстрирует этот принцип на поперечном разрезе. Как решаются ключевые узлы, например, примыкание кирпичной стены с перекрытием подвала, смотрите в левом столбце этой статьи.
Целью "конструирования без тепловых мостов" является выбор таких решений, при которых существенно улучшаются теплотехнические характеристики соединений конструкций. Мы предпочитаем дополнительное теплотехническое улучшение какого-либо соединения строительных конструкций (возможно с незначительным удорожанием по материалам, но с упрощенным расчетом) дорогому подробному расчету этого соединения, у которого немного снижены теплотехнические характеристики.
Принцип "конструирования без тепловых мостов" был внедрен для целого ряда строительных систем. Имеются подробные каталоги с решениями узлов для конструирования без тепловых мостов:
здания из кирпича (специальный кирпич с теплоизоляционными вкладышами);
здания из блоков с низкой теплопроводностью (например, блоки из ячеистого бетона);
деревянные здания (стойки и балки, как из цельной древесины, так и из облегченных конструкций);
строительство с применением элементов опалубки, в том числе несъемной опалубки;
строительство с применением сборных элементов из легкого бетона.
Тепловой мост -
На стройплощадке не составляет труда осуществить монтаж блоков из ячеистого бетона в качестве нижнего ряда каменной кладки из силикатных блоков. На снимке тяжело увидеть цветовые различия между двумя видами блоков.
В часто цитируемом сборнике докладов N16 "Конструирование без тепловых мостов" (Protokollband 16 "Wärmebrückenfreies Konstruieren") показаны (помимо рассмотренного выше примера) дополнительно многочисленные детали для оболочек зданий с соединениями элементов конструкций без тепловых мостов.
Если здание не проектируется по принципу "конструирования без тепловых мостов", то существует большая вероятность образования дополнительных теплопотерь из-за неучтенных тепловых мостов. При анализе различных строительных объектов в Германии были обнаружены увеличения удельного потребления тепловой энергии на отопление на 14 кВт∙ч/м2год. Добросовестное проектирование с учетом тепловых мостов может стать решающим фактором в том, будет ли вообще в строительном проекте достигнут стандарт пассивного дома.
Времена меняются, меняются вместе с ними и требования к произведениям
человеческого труда. Так компьютер пятидесятилетней давности, как и
кремниевое ружье, теперь музейные экспонаты. Особую актуальность это
имеет применительно к современному дому. Сейчас конструкции домов,
медленно менявшиеся на протяжении столетий, претерпевают революционные
трансформации. В мире формируется иной взгляд на характер массового
жилья. Новейшие технологии позволяют строить недорогие, безопасные, и
кардинально снижающие негативное воздействие на окружающую среду,
жилища. Стали появляться дома, которые назвали экологическими, или
экодомами.
