Какая толщина утеплителя должна быть в каркасной стене?

Каркасные дома представляют один из наиболее распространенных вариантов строительства загородного дома. Каркасные технологии строительства известны уже более 5 веков и в настоящее время являются основным типом малоэтажного строительства в странах Скандинавии, США и Канады. Популярность каркасного домостроения возрастает с каждым годом и в нашей стране.

Современные технологии строительства и применяемые при строительстве материалы позволяют строить каркасные дома, которые не уступают каменным домам по долговечности и надежности. Основными преимуществами каркасного домостроения являются: быстровозводимость, относительно низкая стоимость, всесезонность строительных работ и практически полное отсутствие мокрых процессов при возведении коробки дома. Большинство энергоэффективных зданий в настоящее время возводится по каркасной технологии.

Стены каркасных зданий состоят из несущего каркаса, который может быть выполнен из деревянного бруса, бруса из клееного шпона (ЛВЛ) или тонкостенных профилей из оцинкованной стали (ЛСТК) с заполнением пространства между стойками каркаса плитами из эффективного утеплителя (теплоизоляции). Изнутри и снаружи каркас закрывается отделочными изделиями, перечень которых широк и разнообразен.

Утеплитель (теплоизоляция) служит для уменьшения потерь тепловой энергии на отопление. Чем толще слой теплоизоляции, тем меньшими оказываются потери тепла и, следовательно, в здание требует меньшего расхода энергоресурсов (топливо).

Чем меньше потери тепла в здании, тем меньшее количество тепловой энергии требуется подвести к зданию от источника тепла.

Таким образом, утепление ограждающих конструкций приводит к уменьшению потребляемой в здании энергии и, следовательно, к сокращению эксплуатационных затрат на отопление.

Однако, чем толще слой утеплителя, тем большими оказываются капитальные затраты. Таким образом, еще на этапе проектирования следует произвести экономическую оценку вариантов технических решений.

Капитальные затраты, как правило, значительны, но выделяются единовременно, а экономический эффект от дополнительного утепления будет «набегать» ежегодно, но меньшими порциями. Следовательно, существует некоторая оптимальная толщина слоя теплоизоляции, характеризующая экономическую эффективность принятого решения. Ее можно определить путем оценки экономической эффективности различных вариантов утепления и сравнения их между собой.  

Рассмотрим типовой каркасный дом площадью 150 м² с площадью наружных стен 175 м². В качестве несущего каркаса рассмотрим наиболее распространенный вариант – деревянный брус сечением 150×50 мм. Отопление в доме – индивидуальное, от газового котла с КПД 90 %. Месторасположение объекта: Московская область.

В качестве слоя теплоизоляции примем изделия теплоизоляционные из минеральной ваты на синтетическом связующем URSA TERRA 34 PN.

Схематичное изображение рассматриваемой конструкции наружной стены представлено на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схематичное изображение рассматриваемой конструкции наружной стены каркасного дома

Рассмотрим как влияет увеличение толщины теплоизоляции на первоначальные вложения (инвестиции), потери тепловой энергии через наружные стены, эксплуатационные затраты на компенсацию потерь тепла и сроки окупаемости инвестиций.   

Вариант стены с толщиной утеплителя 50 мм примем в качестве базового (минимально-допустимого) варианта. Стена каркасного дома может быть выполнена без утеплителя, но такой дом, как правило, не подходит для круглогодичного проживания или окажется некомфортным. По этой причине вариант стены каркасного дома без теплоизоляции в данной статье не рассматривается.

Разница эксплуатационных затрат, достигаемая за счет дополнительного утепления наружных стен в течение одного  отопительного периода показана на рисунке 2:

Рисунок 2 – Расходы на компенсацию потерь тепла через стены в течение одного отопительного сезона

Срок окупаемости вложений в теплоизоляцию стен можно расчитать с учетом роста тарифов на энергоносители и дисконтирования будущих денежных потоков.

Средняя величина относительного роста тарифов на тепловую энергию для населения России составляет примерно 12 % в год.

Мерой дисконтирования будущих денежных потоков можно выбрать средний уровень инфляции за определенный промежуток времени (например, за 5 или 10 последних лет), ставку рефинансирования Центрального Банка, доходность альтернативных вложений (например, открытие вклада в банке на депозитный счет), прочие факторы, влияющие на величину будущих денежных потоков.

Определим срок, по истечении которого вложения в дополнительное утепление стен окупятся (по сравнению с базовым вариантом утепления 50 мм).

Результаты расчета представлены  на рисунке:

Рисунок 3 – График зависимости срока окупаемости вложений в теплоизоляцию стен каркасного дома от толщины слоя теплоизоляции

Как следует из этих данных самым лучшим вариантом является применение толщины теплоизоляции 150 мм. При данный толщине срок окупаемости вложений оказывается минимальным (менее 5 лет).

Кроме того, нужно учесть, что при толщине стоек каркаса 150 мм и толщине утеплителя 150 мм обеспечивается плотное прилегание ветрозащитного слоя к утеплителю (рис. 2). В этом случае при прохождении воздуха в воздушной вентилируемой прослойке не будет наблюдаться провисания ветрозащитной мембраны.

Увеличение срока окупаемости вложений при толщине слоя теплоизоляции 200 мм обусловлено необходимостью устройства дополнительного контрбруса (сечением 50×50 мм) и размещения между ним второго (наружного) слоя теплоизоляции толщиной 50 мм. Следует отметить, что при таком варианте утепления несущие стойки каркаса оказываются в зоне положительных температур, что увеличивает их долговечность. При однослойном утеплении стен каркасного дома различные участки стоек оказываются под воздействием различных температур, что вызывает их деформацию. При наличии средств для повышения надежности и долговечности элементов каркаса рекомендуется производить утепление именно таким образом.

Авторы:

Горшков А.С., кандидат технических наук, директор Учебно-научного центра «Мониторинг и реабилитация природных систем» ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

Керник А.Г., руководитель группы технической поддержки продаж ООО «УРСА Евразия»