През студените периоди (от средата на октомври до края на април) температурата в сградната обвивка обикновено е по-висока от външната. В резултат на това се губи топлина, вътрешността на сградата се охлажда, приспособявайки се към външната температура. Обратното важи за топлия климат (или топли периоди), когато прекомерна топлина навлиза в сградата. Следователно е логично да се ограничи движението на топлинния поток независимо от климата или сезонните температури.

Добрата топлинна защита може да бъде постигната при всички строителни технологии – масивни, дървени, сглобяеми, стоманени и всички видове смесени конструкции. Подходящото ниво изолация може да се приложи и към съществуващи сгради във всеки момент. 

При нискоенергийните и пасивните сгради принципът гласи, че не трябва да се пести от топлоизолация. Защо? Топлинните загуби през външни стени и покриви представляват повече от 70% от общите топлинни загуби в съществуващите сгради. Затова подобряването на топлоизолацията е най-ефективният начин за пестене на енергия. В същото време това ще помогне и за подобряване на топлинния комфорт и ще предотврати потенциални конструктивни повреди.

При по-топъл климат или през летните месеци добрата топлоизолация осигурява и защита срещу топлина. Ефективните засенчващи механизми за прозорците и доброто проветряване също са от значение за осигуряване на максимално ниво на комфорт през горещите периоди. Други важни елементи са херметичността на сградната обвивка и т.н. дизайн без термомостове, които допринасят за запазването на функционалността на топлоизолацията, без тя да бъде прекъсвана.

Топлинните загуби през стандартен строителен компонент като външна стена, под или покрив се определят от U-стойността (коефициент на топлопреминаване). Тази стойност показва степента на пренос на топлина през определен компонент върху дадена площ, ако температурната разлика е един градус (1 Келвин). Следователно мерната единица на U-стойността е „W/(m²K)“. Колкото по-малка е U-стойността, толкова по-добро е нивото изолация. 

U-стойността на стенните, подовите и покривните площи на пасивните къщи варира около 0,10-0,15 W/(m²K) за Европа; при по-студени и по-топли климатични условия тази стойност може слабо да се различава. По този начин топлинните загуби през студените периоди са пренебрежимо малки, а температурата на вътрешните повърхности е почти същата като вътрешната температура независимо от вида отопление. Пасивната компактна отоплителна система обикновено осигурява отоплителна мощност от около 1000 W (това е мощността на сешоар). U-стойността на стената на пасивната къща трябва да бъде доста ниска; в противен случай значителна част от тази мощност ще бъде изразходвана от външната стена. 

За да се изчисли топлинната загуба през стена, U-стойността трябва да се умножи с площта и температурната разлика. Да приемем, че в Европа средните температури, измерени през суровите зимни периоди, са –12 °C навън и 21 °C вътре. За да се изчислят годишните топлинни загуби, U-стойността трябва да се умножи със средната температурна разлика в отоплителния период с продължителността на отоплителния период; или с други думи U-стойността трябва да се умножи по отоплителните „градусочасове“ – което е 78 000 „градусочаса“. 

Като се използва примерът за малка еднофамилна къща с външна стена от 100 m², бяха изчислени следните параметри за различните U-стойности:

В следващата статия ще разгледаме с кои материали се постигат ниски U-стойности.

Базирано на оригиналната статия на Passipedia:

Изолацията спира изтичането на топлина чрез блокиране на термалната проводимост. Но тя не може да си свърши работата както трябва, ако топлината се измъква заради нежелано въздушно движение.

По време на разговора си с Марк Сидал Кейт дьо Селенкур го помоли да обясни как термомостът (или термичният байпас) може да отслаби ефективността на сградата, както и какви са мерките за неговото предотвратяване.

Снимката е на Каръл Хендерсън, FreeImages

Още през първото десетилетие на този век архитектът Марк Сидал беше един от първите хора в масовото строителство (не в академичните среди), който започна да мисли и говори за термомост. И той все още е един от хората с най-разнообразни познания по темата. Затова, когато реших, че трябва да изследвам казуса открай докрай, Марк беше очевидният избор за човек, когото да попитам.

С Марк разговаряхме за термомостa и за някои от начините, по които той може да намали енергоефективността на сградата, и как понякога довежда и до други проблеми.

Вече ми беше известно, че херметичността и плътната изолация са важни за термоефективността. Но преди разговора ни не бях се замисляла за всевъзможните начини, по които уютът на дома може да стане потърпевш от „шаващия“ въздух, движещ се там, където не трябва. Бях изненадана и от различните начини, по които този неконтролиран въздух може да повиши щетите от влага.

Какво е термомост?

Марк обясни какво го е накарало да се заинтересува от темата. „Беше преди малко повече от 10 години, когато за първи път започна да се говори за проблемите с енергоефективността. Много от нас вече искаха да строят сгради, които използват по-малко енергия. Така че изглеждаше доста важно да научим за проблемите.“ 

Калканните стени бяха потърпевши на термомост

„Едно от важните проучвания по това време беше проведено от университета Лийдс Бекет (след това Лийдс Мет)“, сподели Марк. Университетският екип е проучвал енергоефективността на жилищен комплекс в Чешър, северозападна Англия, известен като Стамфорд Брук. Домовете били използвали много повече енергия от предвиденото. Оказало се, че една от основните причини за това е ​​термомостът в калканните стени.

Това откритие привлякло вниманието на Марк. „Разработвах проекта на няколко свързани бунгала за възрастни хора и се стремях към ефективността на „Passive House“. Чудех се дали ще имаме проблема с калканните стени? Ако да, как ще го избегнем?“

„Исках да знам повече, но в нашата индустрията това никъде не беше упоменато (и до голяма степен все още не е). Затова започнах да изучавам академичните изследвания.“

„И така се отвори червейна дупка към друг свят! В крайна сметка прочетох 55 научни статии и написах дисертация от 16 000 думи!”

Учените установяват, че термомостът причинява влага

Проучването, което най-много впечатлило Марк, било това от Принстънския университет в САЩ в края на 70-те години. Учените там изследвали изтичането на топъл влажен въздух в студеното покривно пространство, водещо до загуба на топлина и причиняващата щети влага.

„Учените откриха, че топъл въздух от отопляеми помещения под нивото на земята прониква през пространства в структурата на калканните стена и стига до студения покрив. Така не само се губи топлина, но и се увеличава риска от влага.“

Термичният байпас с отворен цикъл е отворена врата за топлината

Официалното определение на този вид термомост е термичен байпас с отворен цикъл (на английски: open loop thermal bypass). Това название определя процеса, при който въздухът преминава през част от конструкцията, отвеждайки навън топлината със себе си.

Навлизането на студен въздух в кухините между вътрешния носещ слой и външния облицовъчен слой

Загубата на топлина в къщите в Стамфорд Брук била двойно повече от предвиденото заради проблема с калканните стени. Учените осъзнали, че за да може толкова много топлина да се издига в таванските помещения, студен въздух трябвало да попада в кухината, за да захрани потока – т.н. „отворения цикъл“.

Както Марк каза: „Калканната стена си вършеше работата толкова добре, че жилищата щяха да имат същата ефективност, ако бяха самостоятелни!“

Този конкретен проблем вече е упоменат в някои строителни разпоредби, които изискват кухините на калканните стени да бъдат изолирани.

Термичният байпас също може да пренася и влага

Този проблем със загубата на топлина не се появява само при калканните стени. Всеки път, когато една сграда не успее да покрие изискванията за херметичност, губите нежелано количество топлина. Изтичането на топъл въздух и проникването на студен образуват отворения цикъл.

Тъй като топлият въздух е лек и се издига, вътрешен топъл влажен въздух е особено вероятно да проникне в покрива. Ако покривът е студен, както по-голямата част от скатните покриви във Великобритания, съществува риск от конденз.

„Представете си типична двуетажна къща. Вътре е 20 градуса с 50% влажност, но навън е нула градуса. Топлият въздух стремглаво се отправя нагоре и стига под тавана в резултат на тяга (т.н. stack effect). В тази ситуация налягането е около два паскала, което е еквивалентно на две торби захар на квадратен метър таван“, разказва Марк.

Малки пролуки позволяват на топлия въздух да се „изплъзне“

„Заради налягането дори малки пролуки и пукнатини в тавана позволяват на топлия въздух да навлезе към покривното пространство и през изолацията.“ Поради температурната разлика влагата може да кондензира в студените части на покрива.

„Дори една пукнатина с широчина 1мм и дължина 1м позволява на 360г вода (т.е. колкото една чаша) да навлязат в покривното пространство на всеки 24 часа.“

Липса на насоки

Това, което тревожи Марк, е следното: въпреки че тягата е известно явление, а влагата е често срещана причина за щети, строителните разпоредби изобщо не разглеждат този проблем. Също така няма определени цели за таванската херметичност – макар че това би бил начинът да се спре изтичането на влага.

„По отношение на влагата няма изисквания за херметичност в нашата индустрия“, казва Марк. „Целите са определени само по отношение на енергията. Но движението на въздуха също е свързано и с проблеми с влагата.“

Не всички покриви могат да имат вентилационни отвори

Невентилираните покриви са подходящи в някои ситуации. „Понякога има условия за местно планиране, като при защитените зони, които изискват покривите да изглеждат по определен начин, без да има възможност за вентилационни отвори. Проучванията показват, че невентилираните покриви може да са подходящи на места, където често срещани явления са мъгла, сняг, дъжд и силен вятър.“ Но ако покривът не е вентилиран (и може да съхне само през покривното фолио), допълнително навлязлата влага може да не изсъхне достатъчно бързо. Което означава само едно – проблеми.

Указания за влажност при невентилирани покриви отсъстват; има само за вентилирани. „Наистина няма никакви „официални“ съвети как да се избегне този риск“, казва Марк. „Не се знае колко херметични трябва да бъдат таваните и как най-добре да бъде изграден покривът при липса на вентилационни отвори.

„Има и забележително малко проучвания по темата – затова започнах да правя свои!“ Марк е обединил усилия с учения от Редингския университет д-р Еманюел Еса, за да опита да запълни тази празнина в нашите знания.

Студеният въздух може да краде топлина отвън – без тя да навлиза вътре

Херметичността не позволява на студения въздух да прониква в жилищните помещения. Но дори сградата да е с високи показатели на въздухонепроницаемост, движението на въздуха може да освободи топлината по други начини. Точно това е бил проблемът в Стамфорд Брук – студеният външен въздух се приближавал прекалено близо до вътрешността, въпреки че не попадал в нея. Това се случило, защото къщите не били ветронепроницаеми.

Да се ​​направи сградата ветронепроницаема е като да поставите анорак върху вълнен пуловер във ветровит ден. Той не добавя повече изолация, но гарантира, че изолацията на пуловера може да работи.

Марк допълнително ми разказа за няколко проучвания от Австрия, които откриват множество примери за катастрофална липса на ветронепроницаемост. 

Ъглите са най-студени

Повечето конструкции не са толкова лоши. Канадски проучвания обаче установиха, че много от сградите, при които студен въздух е попаднал в изолацията, имат топлинни загуби с 40% по-високи от предвиденото.

Очаквано най-откритите части на сградата са изложени на най-висок риск: стрехи, фронтони, покривни била и ъгли.

Тези зони изначално страдат от по-големи топлинни загуби и по-ниски повърхностни температури, тъй като те са геометрични термомостове. С други думи те имат голяма външна повърхност, охлаждаща малка площ вътре. Допълнителните топлинни загуби от вятър могат да направят тези малки площи още по-хладни, което увеличава риска от локализиран конденз и образуване на мухъл.

Марк се опасява, че това е поредният риск, който е пренебрегнат във Великобритания: „Няма цели или насоки за ветронепроницаемостта на външната сградна обвивка“. За сравнение „в Норвегия изискват максимална пропускливост от 2,5 м3/м2 при 50Pa. В стена с U-стойност (коефициента, описващ топлоизолационните свойства) от 0,25 W/m2K това ограничава топлинните загуби от вятър с още 5%.”

„Като цяло жилищата със стандарт „Passive House“ имат за цел да изградят по-добри изолационни стени от това. Но ако същата абсолютна стойност на топлина бъде „измъкната“ навън от вятъра, процентът на разрешените топлинни загуби би бил много по-висок.“

„Направих грубо изчисление, илюстриращо, че сградите се нуждаят от ветронепроницаемост по-голяма от 1 m3/m2 @ 50Pa, за да може изолацията да бъде защитена правилно.“

Ако външната страна на сградата не е въздухонепроницаема, студен въздух може да премине през или покрай изолацията и да „открадне“ топлина дори когато студеният въздух не прониква във вътрешността на сградата. Ъглите и стрехите са особено уязвими. Графика: Марк Сидал

Отнасяйте се към външната част, както към вътрешната

„За съжаление не мисля, че е възможно да се измерва ветронепроницаемостта в строителството“, смята Марк. „Но сградите със сертификат „Passive House“ успяват да изпълнят целите си за енергоспестовност. Това предполага, че строителните екипи определят ветро-/въздухонепроницаемостта правилно."

Мисля, че хората, които строят сертифицирани сгради, разбират защо вниманието към детайлите е важно. Ако обръщаме същото внимание към детайлите отвън, както правим вътре, това може да даде желаните резултати.

"Трябва да третираме външната част на сградата – мембранно фолио, плоскости, външна мазилка или зидария – като въздушната бариера, която тя всъщност е."

Ветро-/въздухонепроницаемост: необходими са и двете

Марк настоява, че въздухонепроницаемостта отвътре и ветронепроницаемостта отвън са задължителни. „Осъзнавам, че една от реакциите към този съвет може да бъде: ако действително се нуждаем от втора въздушна бариера отвън, защо просто не направим нея въздухонепроницаема и да имаме един цялостен херметичен слой?“

Това е разумен въпрос, но проблемът е, че не искаме топъл влажен въздух да преминава през конструкцията. Ако топлият вътрешен въздух срещне студените елементи близо до външната част, има много голяма вероятност от конденз.

Направете слоевете плътни

Ако студен въздух попадне зад изолацията, тогава със сигурност топлина ще бъде загубена. Ако конструкцията има вентилационна кухина, особено важно е изолацията да е плътно прикрепена към вътрешността или отвътре на носещата част на стената, за да бъде предпазена.

Всъщност при изграждането на кухини винаги е важно изолацията да приляга плътно към стената отвътре – дори ако самата кухина е напълно въздухонепроницаема отвътре и отвън.

Това се дължи на по-малко очевиден, но въпреки това важен ефект, наречен термичен байпас със затворен цикъл.

Термичният байпас се върти в кръг

Доста е интуитивно, че ако външен студен въздух преминава през изолацията, бихме загубили топлина. Но дори и кухината да е перфектно запечатана, движението на въздуха може да измъкне част от топлината през изолацията. Как става това?

Това се случва, ако на въздуха му е „позволено“ да се движи в кухината – по-специално, ако може да се движи отвътре навън. И освен ако кухината е внимателно запълнена с плътна изолация, това винаги е възможно.

Представете си затворено пространство, което е по-топло от едната страна, отколкото от другата другата. Затопленият въздух ще се издигне от топлата страна и в същото време по-студеният въздух от по-студената страна отива надолу, за да „замени“ издигащия се въздух. Следователно се създава въртящ се цикъл, позволяващ например на радиатора да затопли цялата стая: въздухът, който се нагрява, се издига нагоре по стената, стига до тавана и отива пак надолу обратно и така циркулира непрекъснато из стаята.

Подлият „конвейер“ краде топлина

В една кухина този цикъл всъщност е като един подъл конвейер, който непрекъснато събира топлина от вътрешността на кухината и я предава към студения външен слой, а след което се връща, за да събере още. Това ще се случва, докато нищо неподозиращите обитатели продължават да отопляват жилището си и така да захранват процеса.

Основната цел на изолацията в кухината е предотвратяване на „проводими“ топлинни загуби. Но тя също играе важна роля при блокирането на конвейера за топлина.

Но за да успеете да направите това, изолацията трябва да бъде правилно поставена. Ако изолацията не е плътно приложена към зидарията, въздухът ще се движи зад нея, задвижвайки цикъла на конвейера.

Без процепи, моля

Марк обяснява, че с влакнеста изолация (от минерална вата) най-добрият начин да се спре този цикъл е чрез пълно запълване на кухината. Изолацията обаче трябва да бъде добре уплътнена, а не пухкава.

„Ситуацията с фиксираните изолационни плоскости обаче може да бъде доста сложна“, добавя той. „Този тип изолация обикновено се прилага към вентилационни кухини, така че защитата от вятър е изначално по-ниска. Ако зидарите са оставили няколко хоросанови пръски в кухината, изолацията няма да прилепне плътно към вътрешната част на стената. Това оставя процепи, водещи до неконтролирано движение на въздуха.“

„В идеалния случай се нуждаете от продукт, който е благоразположен към строителната практика“, казва Марк. Едно решение, което учените предлагат, е да се добави слой мека влакнеста изолация към твърдите плоскости , което ще заеме мястото на неравностите в зидарията.

Важно е също така плоскостите да са плътно прилепнали една към друга без въздушни пролуки, например около елементите за връзка на облицовката със стената. „Дори тесните въздушни пролуки могат да доведат до значителни топлинни загуби. Колкото по-ниска е общата U-стойност, толкова повече щети може да нанесе този вид конвекционен цикъл“, предупреждава Марк.

„Увеличаването на топлинните загуби с около 160% над изчислената U-стойност не е необичайно, когато зад изолацията съществуват въздушни пролуки.“

Как да не го направите! Между изолацията и топлата зидария в кухината има значителен въздушен процеп, което означава, че студен въздух може да се движи зад изолацията и да изважда топлината навъ. Снимката е предоставена от Kore.

Внимавайте за „шаващ“ въздух!

След като си направите труда да проектирате сграда с широки кухини, дебела изолация и всички най-добри компоненти, за да намалите топлинните загуби, срамота е да се позволи въздухът свободно да си шава и така да се подкопае ефективността на сградата. Но, както научих от Марк, такъв е термомостът – подъл!

Надявам се, че като научим малко повече за проблема, ще ни бъде по-лесно да предотвратим многото начини, по които въздухът може да се движи там, където не искаме. Благодаря на Марк за отделеното време.

Ако искате да научите повече, хубаво е да знаете, че Марк е написал няколко статии по темата. Разгледайте тук.

Марк Сидал е директорът на LEAP (Low Energy Architectural Practice).

Марк има документална поредица от 3 части, която изследва пропуските в сградната ефективност (като термичен байпас и „Passive House“). Можете да гледате документалния филм на страницата Passivhaus Secrets.

Кейт дьо Селенкур

Кейт е писател и учен, специализиращ в екосъобразното и здравословно строителство.

Превод от оригинал Passive House Shop