Поскольку волны жары становятся все более частыми и интенсивными по всей Европе, обеспечение летнего комфорта стало ключевым аспектом при проектировании и реновации зданий. В то же время в СМИ и публичных дискуссиях продолжают распространяться ложные представления о роли изоляции. Одно из самых распространенных утверждений заключается в том, что только тяжелые или плотные изоляционные материалы могут эффективно защитить здания от перегрева, тогда как легкие материалы, такие как вспененный полистирол (EPS), часто воспринимаются как менее подходящие для летних условий.
На самом деле летний комфорт определяется поведением здания как единого целого, а не свойствами какого-то одного материала. Тепловое сопротивление, тепловая масса, вентиляция, защита от солнца, воздухонепроницаемость и общий дизайн ограждающих конструкций здания взаимодействуют между собой, влияя на температуру внутри помещения.
В этой статье объясняются принципы летнего теплового комфорта, разъясняется концепция термического сдвига фаз (задержки тепла) и рассматриваются научные данные о факторах, которые в наибольшей степени влияют на внутреннюю температуру. Она также подчеркивает роль, которую изоляция из EPS может играть как часть грамотно спроектированной оболочки здания, обеспечивая комфортную внутреннюю среду в течение всего года.
Способствует ли изоляция летнему комфорту?
Да. Хотя EPS в первую очередь известен своими теплоизоляционными свойствами зимой, он также обеспечивает летний комфорт, ограничивая передачу тепла через элементы здания. В частности, в составе фасадных теплоизоляционных систем с штукатурной отделкой (ETICS) EPS защищает тепловую массу наружной стены от колебаний наружной температуры. Это помогает стабилизировать внутреннюю температуру здания в периоды жаркой погоды.
Ключевой момент: чем выше тепловое сопротивление изоляции из EPS, тем лучше летний комфорт.
Как можно улучшить летний комфорт здания, утепленного EPS?
Можно принять ряд мер:
- Сохранить или увеличить тепловую массу внутренних элементов здания (например, бетона и кирпича).
- Обеспечить эффективную ночную вентиляцию для удаления накопленного тепла.
- Использовать наружные солнцезащитные устройства (жалюзи, роллеты и навесы).
- Обеспечить хорошую воздухонепроницаемость оболочки здания для предотвращения поступления тепла через инфильтрацию воздуха.
Что влияет на летний комфорт?
Летний комфорт зависит от многих факторов, а не только от самой изоляции. Ориентация здания, его тепловая масса, стратегия вентиляции, защита от солнца и общий дизайн оболочки здания — все это влияет на внутреннюю температуру во время жары. Понимание взаимодействия этих факторов важно для проектирования зданий, которые остаются комфортными без чрезмерного использования кондиционеров.
Новое строительство: ориентация, тепловая масса, вентиляция и изоляция
Проект нового строительства позволяет предвидеть проблемы с летним комфортом еще на стадии проектирования, что является существенным преимуществом. Ниже рассмотрены основные методы, позволяющие избежать необходимости в кондиционировании воздуха.
- Ориентация
Определяющий фактор солнечного облучения и естественного освещения вашего дома. Ориентация преследует две цели: улавливание солнечного тепла зимой и ограничение прямого солнечного излучения летом. Остекленные площади должны располагаться так, чтобы удовлетворять обоим этим требованиям.
Например, во Франции стандарт RT 2012 требует, чтобы площадь остекления составляла не менее 1/6 от жилой площади (1 м² остекления на каждые 6 м² жилой площади). Однако следует быть осторожными и не превышать коэффициент остекления в 25 %, иначе перегрев через оконные проемы может стать причиной дискомфорта.
Проемы, выходящие на восток и запад, подвергаются прямому солнечному излучению, поэтому их следует оборудовать средствами солнцезащиты (жалюзи, роллеты или выступы крыши). В идеале эти средства защиты должны быть регулируемыми. Для наиболее уязвимых окон также можно рассмотреть использование солнцезащитного стекла.
Зато южные проемы не подвергаются прямому солнечному излучению в самое жаркое время дня. Они позволяют максимально улавливать солнечное тепло зимой без ущерба для летнего комфорта и помогают снизить потребность в искусственном освещении.
Напоследок, не забывайте учитывать преобладающие ветра. В зависимости от вашего местоположения, вы можете извлечь пользу из естественного охлаждения с помощью этого бесплатного ресурса.
Совет: выбирайте светлые оттенки для отделки внешнего фасада. Они отражают больше солнечного излучения, поэтому дом поглощает меньше тепла.
- Тепловая масса строительных элементов
Тепловая масса — это способность элемента здания накапливать тепло и высвобождать его позже.
Здание с высокой тепловой массой будет накапливать тепло внутри своих конструкций (внешнее тепло от воздуха или солнца, либо внутреннее — от систем отопления и приборов) и отдавать его внутрь помещения на несколько часов позже. Время, необходимое для передачи тепла с одной стороны элемента на другую, называется временным сдвигом (задержкой). Летом длительный временной сдвиг позволяет прохладе, накопленной за ночь, постепенно высвобождаться в течение дня. Зимой элемент с высокой тепловой массой прогревается дольше, но продолжает отдавать тепло в жилье в течение длительного времени после выключения отопления.
Цель конструкции с высокой тепловой массой — сгладить колебания температуры, поддерживая стабильный комфорт и снижая расходы на отопление.
Для этого при традиционном строительстве следует отдавать предпочтение плотным материалам (бетон, полнотелый кирпич, камень). Дома с деревянным каркасом также могут достигать хорошей тепловой массы, но низкую массу конструкции в таком случае необходимо компенсировать использованием плотных тяжелых изоляционных материалов или добавлением внутренних каменных стен.
- Вентиляция
Третий важный фактор, которым не стоит пренебрегать. Она может быть естественной или механической и способна снизить внутреннюю температуру жилья на 2–5 °C.
Естественная вентиляция (особенно ночная) в сочетании с хорошей тепловой массой позволяет снизить как температуру воздуха в помещении, так и температуру самих строительных элементов. Конструкции могут накапливать эту прохладу и отдавать её днём, если тепловая инерция достаточна. Этого можно добиться, просто открывая окна ночью. Автоматизация открывания окон позволяет более точно управлять этим процессом.
Планировка также играет важную роль: сквозное проветривание комнат обеспечивает лучшую циркуляцию воздуха и более эффективное охлаждение.
Механическая вентиляция предлагает более экономичные решения, чем кондиционирование. Простым, но эффективным вариантом являются вентиляторы (циркуляторы воздуха). Также следует рассмотреть установку системы приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла (MVHR), поскольку увеличение скорости движения воздуха в помещении является важным фактором летнего комфорта.
Наконец, грунтовой теплообменник «воздух-грунт», использующий прохладу земли, является чрезвычайно энергоэффективным и действенным решением.
Герметичность здания не менее важна. Ни высокоэффективная вентиляция, ни высококачественная изоляция не смогут реализовать свой потенциал без должным образом уплотненной оболочки здания, поскольку щели приводят к нежелательному теплообмену.
- А как насчёт изоляции?
Общее тепловое сопротивление конструкций играет важную роль в ограничении теплопередачи. Установка высокоэффективной изоляции является обязательным условием, положительно влияющим на комфорт как летом, так и зимой.
Хотя изоляция не предназначена для создания тепловой массы (за исключением деревянно-каркасного строительства), она всё же способствует этому. В частности, существенное значение имеет расположение изоляции: следует выбирать наружную теплоизоляцию (ETICS), поскольку она обеспечивает лучшие характеристики, чем внутренняя изоляция при той же толщине стены.
Кроме того, изоляция помогает устранить мостики холода, которые в противном случае снижают эффективность тепловой массы. Система ETICS является эффективным решением этой проблемы. Для пола эффективным является использование изоляционных частиц или блоков из EPS между балками. Для плоских крыш лучше монтировать изоляцию поверх плиты перекрытия.
Реконструкция и капитальный ремонт
При реконструкции ориентация и структура здания, как правило, уже являются фиксированными. Поэтому основные возможности для улучшения летнего комфорта заключаются в модернизации оболочки здания и уменьшении нежелательных притоков тепла:
- Остекленные площади: Замена однокамерного или старого остекления на современное высокоэффективное или солнцезащитное стекло.
- Солнцезащита: Установка наружных роллет, жалюзи или ламелей для уменьшения прямых солнечных лучей, особенно на восточных и западных фасадах.
- Теплоизоляция: Установка системы ETICS на основе EPS для сохранения тепловой массы существующих кирпичных или бетонных стен внутри теплового контура.
- Вентиляция: Организация эффективного ночного проветривания (ручного или автоматического).
- Внутренние источники тепла: бытовая техника (компьютеры, духовки, телевизоры) выделяет тепло. Ограничение их использования в жару помогает снизить температуру, поскольку в совокупности эти источники могут повышать температуру в помещении на величину до 5 °C.
Что такое временной сдвиг температуры?
Температурный сдвиг фаз — это время, необходимое для того, чтобы изменение температуры на внешней поверхности строительного элемента передалось на его внутреннюю поверхность. Проще говоря, это время, за которое тепло проходит через стену или крышу. Чем дольше этот сдвиг, тем выше летний комфорт, ведь наружное тепло попадает в помещение позже вечером или ночью, когда на улице уже прохладнее и можно включить естественную вентиляцию.
Продолжительность температурного сдвига является результатом воздействия тепловой массы элементов здания, характеризуется их тепловой инерцией и зависит от:
- Теплопроводности материала
- Плотности
- Удельной теплоемкости
- Толщины
Однако временной сдвиг — не единственный показатель летнего комфорта. Другим важным параметром является коэффициент затухания колебаний температуры (способность конструкции уменьшать амплитуду колебаний внутренней температуры). Приоритет должен отдаваться достижению высокого теплового сопротивления и биоклиматическому подходу к проектированию.
Обеспечивает ли вспененный полистирол (EPS) комфортный временной сдвиг температуры?
Вспененный полистирол (EPS) — это легкий материал, состоящий примерно на 98 % из воздуха и на 2 % из твердого вещества. По своей природе этот материал имеет низкую плотность (обычно от 10 до 40 кг/м³) и сам по себе не обеспечивает высокого уровня задержки тепла. Однако этот показатель следует оценивать не для отдельного изоляционного материала, а для всей конструкции в целом, включая её несущую часть, отделку и внутреннюю облицовку.
В стеновых конструкциях, обычно используемых в новостройках (кирпичные или газобетонные стены с системой утепления EPS и внутренней гипсовой штукатуркой), термический сдвиг фаз ограждающих конструкций здания может достигать почти 13 часов. Даже стены на деревянном каркасе с изоляцией EPS могут обеспечивать задержку тепла более 10 часов (согласно расчетам UBAKUS).
Действительно ли плотность изоляции определяет летний комфорт?
Вопреки распространённому мнению, тип изоляционного материала мало влияет на общий термический сдвиг конструкции и на летний комфорт в целом. Два независимых исследования (Buildwise и EMPA) показали, что при одинаковом термическом сопротивлении изоляционные материалы с различной плотностью не вызывают существенных колебаний внутренней температуры здания (разница составляла от 0 до 1 °C по данным исследования EMPA).
Зато тепловая масса самой стены или перекрытия оказывает гораздо большее влияние (обеспечивает разницу от 1 до 2,5 °C), так же как и эффективная вентиляция и солнцезащита. Теплоизоляция существенно ограничивает поступление солнечного тепла, поэтому тепловое сопротивление (R) установленной изоляции играет гораздо более важную роль для летнего комфорта, чем её плотность.
Вывод
Универсального или единственного решения для достижения летнего комфорта не существует. Комфорт является результатом синергии изоляции, тепловой массы, солнцезащиты, вентиляции, герметичности и продуманной архитектуры.
Научные исследования последовательно доказывают, что плотность изоляции сама по себе не является надежным показателем эффективности здания летом. Поскольку Европа продолжает адаптировать свой жилой фонд к изменению климата, переход к целостному подходу, основанному на проверенной физике зданий, а не на распространенных мифах, является ключом к созданию энергоэффективных, устойчивых и комфортных сооружений.
Источники: HIRSCH Isolation, Руководство по пассивному летнему комфорту ICEB-ARENE – Effinergie, исследование EMPA.
Оригинал: https://www.eumeps.eu/topics/summer-comfort-insulation