Потеря энергии через стены

Решения дверей, окон и изоляции стен могут самым существенным образом отразиться на энергетических характеристиках заглубленного здания. Зимой тенлопотери через окна, ориентированные на север, могут быть в 20 раз больше, чем через участок стены эквивалентной площади, а в суровую зиму теплопотери могут быть в 32 раза больше. Точно так же теплопотери через окна, ориентированные на запад и восток, даже если они имеют двойное остекление и утепленные занавеси, в 10 раз больше, чем через такой же по площади участок стены заглубленного здания. Устройство окон и дверей уменьшает эффективность земляной засыпки, так как усиливается влияние внешних температур непосредственно и на поверхность стены. Даже хорошо запроектированные окна обеспечивают летом нежелательное поступление тепла от солнечной радиации в здание, в то время как земляная засыпка оказывает охлаждающее влияние на сооружение.

Правильно решенные, окна, ориентированные на юг, обеспечивающие доступ солнечной радиации зимой, могут создавать обогревающий эффект и зимой, если они снабжены изолированными ставнями, закрываемыми на ночь. Дополнительное теплопоступление эквивалентно теплопотерям с единицы площади (стены) у обычного здания и в 8 раз превышают теплопотери стены заглубленного здания. Поэтому оптимальное решение окон следует считать таким, когда максимально уменьшена площадь окон, ориентированных на север, восток и запад, при одновременной ориентации окон на юг. Другие особенности проектирования окон рассматриваются в разделе пассивного использования солнечного тепла.

Еще одна особенность, которая должна быть учтена при проектировании заглубленного здания, — выбор теплоизоляции и ее размещение. При устройстве изоляции по всей поверхности стены с целью максимального уменьшения теплопотерь здание не может использовать всех тех преимуществ, которые создаются за счет большей тепловой массивности земляной засыпки, что особенно сказывается в зимний период. Когда здание нагревается, оно в то же время нагревает окружающий его слой земли до тех пор, пока температура этого слоя не достигнет некоторого промежуточного значения между температурой здания и обычной зимней температурой земли. В результате разница температур здания и окружающей его земли уменьшается, что приводит к уменьшению теплопотерь. Следовательно, масса земли, окружающая здание, препятствует любым изменениям температуры внутри здания при наступлении лета. С наступлением зимы влияние этой массы земли, нагретой за лето, в свою очередь, будет препятствовать понижению температуры в здании.

Рис. 3.8. Различные типы теплоизоляции: 1 — теплоизоляция толщиной 5 см (наружная поверхность стены); 2 — стена толщиной 20 см; 3 — железобетонная плнта толщиной 20 см; 4 — теплоизоляция нз стирофома толщиной 10 см; 5 — грунт толщиной 46 см; 6 — железобетонная стена толщиной 20 см; 7 — теплоизоляция толщиной 10 см (на верхней части стены).

В зданиях с глубокой посадкой, у которых высота слоя засыпки над крышей превышает 3 м, верхняя часть стен подвержена влиянию температурных условий окружающего грунта. В этом случае необходимо изолировать не только крышу, но и верхнюю половину стен, так как именно здесь наблюдаются самые большие теплопотери. При наличии засыпки крыши слоем грунта толщиной 50 см температура нижней части стен, в зависимости от средних температур воздуха, колеблется от 6 до 14 °С. В результате нижняя часть здания находится в условиях более стабильного окружения и характеризуется лучшей тепловой инерцией, чем верхняя часть стены.

С целью проверки этих положений был проведен анализ тепловых характеристик здания с изоляцией, представляющей собой слой земли толщиной 50 см, уложенный по слою полистирена толщиной 10 см. Сравнивали два варианта с идентичной изоляцией стен (см. рис. 3.8). Единственное отличие состояло в том, что в варианте А стена была изолирована на всю высоту слоем полистирена толщиной 5 см, а в варианте Б только верхняя половина стены была покрыта слоем полистирена толщиной 10 см, а нижняя часть стены соприкасалась непосредственно с землей, чтобы определить тепловую стабильность земли. Таким образом, капитальные затраты были одинаковы, различие заключалось лишь в характере использования материалов.

По данным компьютерного анализа, потребовалось три года, чтобы в обоих зданиях установился стабильный тепловой режим системы «здание — засыпка». К концу этого периода на модель, которая имела изоляцию только по верху (вариант Б), было сэкономлено 10% расхода энергии па охлаждение в летний период, а зимой теплопотери увеличились на 5%. В среднем за три летних месяца (с июня по август), когда требовалось охлаждение, экономия энергии составила 100 кВт-ч, а дополнительный расход энергии за 7 мес отопительного сезона составил 107 кВт-ч для дома площадью 140 м2. На первый взгляд, никакой экономии энергии в варианте Б нет, но следует оговорить, что такое соотношение вызвано очень теплым летом. Насколько существенно это замечание, будет показано в дальнейшем при обсуждении общей эффективности здания, когда станет очевидно, что именно расходы энергии на охлаждение являются определяющими для этого типа зданий.