Утепление квартиры

Оговорюсь сразу, профильного образования по физике и т.д у меня нет. Все что приведено ниже — результат самообразования, общения с людьми и собственного опыта как практического так и теоретического. Поэтому в приведенных ниже выкладках могут быть неточности, в связи с чем исправления и замечания от читателей только приветствуются.

На написание бога натолкнул вопрос одного из участников форума Минфина о целесообразности утепления квартиры.

Входные данные: квартира в многоэтажном панельном доме, 1 этаж, площадь квартиры 65 м2, наружная площадь 33 м2 из них окна занимают 12,5 м2, стены наружные — бетон, толщина стен 30 см (в вычислениях я взял 35 см), средняя температура в январе 2017 в комнатах была +20-21 С, отопление индивидуальное (газовый котел), расход газа за январь 160 м3.

Вопрос: целесообразно ли проводить утепление квартиры.

Теплопотери в доме:

1. через ограждающие конструкции (стены и окна)

2. через фундамент

3. через кровлю

4. через вентиляцию

5. через стоки

Для многоэтажек пункты № 2 и № 3 не так актуальны (кроме первых и последних этажей), а пункт №5 обычно составляет малый процент теплопотерь, поэтому также не требует особого внимания.

Итак, Теплопотери через некоторую поверхность:

ТП = Ктп * Пл * (Т1 – Т2) / Тм

, где

ТП – Теплопотери, Вт/ч

Ктп – коэффициент теплопроводности (берем из справочников), Вт/(м*К)

Пл – площадь поверхности, м2

Т1 – температура в помещении, К

Т2 – наружная температура, К

Тм – толщина материала, м

Теплопотери через бетонную стену согласно формулы будут (в справочниках есть разные показатели теплопроводности для бетона от 0,7 (керамзитбетон) до 1,5 (железобетон), в вычислениях я взял 1,5):

ТПс = 1,5 Вт/(м*К) * 20,5 м2 * (21 С – (-5 С)) / 0,35 м = 2284,3 Вт

Площадь стен = 33 – 12,5 = 20,5м2

21 – температура в помещении

— 5 – средняя температура за январь 2017 по Киеву (если более точно, то -4,8)

0,35 – толщина наружных стен в панельном доме, взял эту толщину, т.к. у меня такая. )))

Теплопотери через окна (вычисление теплопроводности окон можно глянуть тут: http://www.builderclub.com/statia/raschet-teplopoter-cherez-okna-i-dver я взял коэффициент 0,6)

ТПо = 0,6 Вт/(м*К) * 12,5 м2 * (21 С – (-5 С )) = 195 Вт

С теплопотерями через вентиляцию чуть сложнее, тут нужно знать воздухообмен в помещении и он очень сильно зависит от состояния вентиляционных каналов, качества установки дверей, окон и т.д.

В нормативах есть цифра 3 м3 на 1 м2 площади. В качестве исходных данных можно взять такой показатель. Также для оценки потерь в качестве допущения примем, что воздух в приточной вентиляции попадает к нам уличной температуры (-5С), а покидает помещение с комнатной температурой (+21С). Теплоемкость воздуха 0,23349 Вт/м3*К (зависит от влажности и давления). Исходя из приведенных данных имеем:

Воздухообмен = 65 м2 * 3 м3/ч = 195 м3/ч

Теплопотери

ТПво = 195 м3 * 0,23349 Вт/(м3*К) * (21 С – (-5 С)) = 1183,8 Вт

Итого получаем общие теплопотери за 1 час:

ТП = 2284,3 + 195 + 1183,8 = 3663,1 Вт/ч

За сутки — 87,9 кВт, за 31 день – 2724,9 кВт

Теплота сгорания природного газа 31,8 МДж/м3 или 7600 ккал/м3 (это минимальные нормативные данные, проверить можно тут: https://104.ua/ru/gas/natural/id/jakist-prirodnogo-gazu-8250

Реальную статистику можно найти тут: http://utg.ua/utg/business-info/yakst-gazu.html )

Для Киева на декабрь 2016 – это 8203 ккал/м3(или 9538 Вт/м3), это значение я и буду использовать в вычислениях.

Итак, получаем, что для компенсации теплопотерь за январь, нам необходимо:

2724,9 кВт / 9,538 кВт/м3 = 285,7 м3 газа.

Нужно еще не забыть про КПД котла. Так при КПД 95% имеем потребление газа:

285,7 м3 / 0,95 = 300,7 м3

Тут цифра сильно отличается от приведенной реальной (160 м3), я вижу возможные причины:

1. Внутренние стены обшиты гипсокартонном или каким-то другим материалом, что также влияет на теплопроводность, особенно если есть еще и воздушная прослойка.
2. Т.к. дом панельный, то в квартире должна быть лоджия и если она не объединена с помещением квартиры и застеклена, то также является дополнительным теплоизолятором (учитывая что площадь стены у лоджии в районе 10 м2, то это может сократить суммарные теплопотери до 20 %, а это – 60 м3 расхода газа.
3. Если вентиляция плохо функционирует, то это также может снизить теплопотери, так, если вместо 3 м3/ч на 1 м2 взять 1,5м3/ч, то это снизит теплопотери на 16% (т.е. еще – 46 м3 газа)
4. Температура у соседей была выше, чем в расчетной квартире (более +21С), т.е. имел место тепловой паразитизм (к примеру если общая стена с соседями 10 м – в двух комнатах, высота 2,5м, толщина стены из бетона 12 см, то при разнице температур в соседних квартирах всего в 1С имеем приток тепла в размере 1,5 Вт/(м*К) * 10м * 2,5м * (22С-21С) / 0,12 м = 312,5 Вт/ч или экономия газа в месяц 312,5Вт/ч * 24ч * 31д / 9538Вт/м3 = 24,4 м3.
5. Электрический «теплый пол» в комнатах.
6. Если это первый этаж дома, то наличие снежных сугробов возле стен является также дополнительной теплоизоляцией части стены.
7. Влияние солнечной инсоляции. Для Киева в январе это 1,07 кВт/м2*день.
8. Еще более «экзотические» источники тепла – электробытовые приборы и сами жильцы квартиры, не думаю, что их влияние настолько велико, но все же оно имеется. )))

В принципе если взять к рассмотрению факторы 2, 3 и 4 то по итогу можно получить расход газа за январь 2017 равный:

300,7 – 60 – 46 – 24,4 = 170,3 м3

Я склоняюсь к влиянию фактора №2 и №4.

Теперь касательно экономии от утепления.

Ее мы получим только от снижения теплопотерь через стены. Рассмотрю два варианта: с применением пенопласта толщиной 50 мм и 100 мм (хотя по рекомендациям в районе Киева, если не ошибаюсь, эффективной считается толщина 150мм, эффективная толщина утеплителя рассчитывается исходя из материала стен и их толщины)

Теплопроводность пенопласта приблизительно 0,052 Вт*м/С (может варьироваться в зависимости от плотности).

Теплопроводность слоя пенопласта 50 мм = 0,052/0,05 = 1,04 Вт/С*м2

Теплопроводность слоя пенопласта 100 мм = 0,052/0,1 = 0,52 Вт/С*м2

Теплопроводность слоя бетонной стены 350 мм = 1,5/0,35 = 4,28 Вт/С*м2

Теплопроводность многослойной конструкции из разных материалов определяется из пропорции:

1/ТПо = 1/ТПм1 + 1/ТПм2 + …+ 1/ТПмn

Где,

ТПо – теплопроводность общая

ТПм1, ТПм2,…, ТПмn – теплопроводность материала №1, №2…№n.

Из формулы имеем:

Для системы с пенопластом 50 мм

1/ТПо = 1/1,04 +1/4,28 => 1/ТПо = 1,195 => ТПо = 1/1,195 = 0,8368 Вт*К/м2

Для системы с пенопластом 100 мм

1/ТПо = 1/0,52 + 1/4,28 => 1/ТПо = 2,157 => ТПо = 1/2,157 = 0,4636 Вт*К/м2

(Тут сделаю уточнение — по нормативам теплосопротивление для Киева должно быть 3,3 м2*К/Вт, это значение может быть достигнуто в нашем примере при пенопласте толщиной 16 см)

Теплопотери через стены

Пенопласт 50 мм = 0,8368 Вт*К/м2 * 20,5 м2 * (21 С – (-5 С)) = 446,01 Вт

Пенопласт 100 мм = 0,4636 Вт*К/м2 * 20,5 м2 * (21 С – (-5 С)) = 247,1 Вт

Т.к. остальные факторы теплопотерь и «теплоэкономии» будут неизменными, то эффект от утепления можно определить по разнице теплопотерь через стены.

За месяц (31 день) экономия газа составит:

Для 50 мм пенопласта (2284,3 – 446,01) * 24 * 31 /(0,95* 9538) = 150,94 м3 газа

Для 100 мм пенопласта (2284,3 – 247,1) * 24 * 31 / (0,95 * 9538) = 167,27 м3 газа

При цене за 1 м3 за газ 6,879 грн/м3 имеем экономию 1038,31 грн и 1150,65 грн при разных толщинах пенопласта.

Если принять во внимание допущения про лоджию и уменьшенный воздухообмен, то при пенопласте 100 мм экономия будет следующая (0,64 = 1 – 0,2 (эффект от лоджии) – 0,16 (эффект от воздухообмена)).

(2284,3*0,64 – 247,1) * 24 * 31 / (0,95 * 9538) = 99,75 м3 газа.

Стоимость работы по утеплению в Мариуполе в районе 220 грн/м2 (частный сектор, не высотки) + стоимость материалов при пенопласте 50 мм – порядка 120 грн/м2 (это не самые дорогие материалы, без покраски и декоративной штукатурки), т.е. имеем стоимость утепления 340 грн/м2, то при площади стен 20,5м2 получаем затраты 6970,00 грн. Т.к. рассматриваем высотки и место работ – Киев, то предполагаю, что стоимость утепления будет значительно больше. Но, даже если сумму увеличить в два раза, то окупаемость утепления должна произойти через 2,5-3 года (это если не пользоваться госпрограммой кредитования энергоэффективности, с ней можно «дополнительно сэкономить» порядка 10-20% от стоимости материалов (это по 2016 году).

Единственно на что могу обратить внимание – проверить «обогрев от соседей». К примеру у меня сейчас в квартире +25 С и если соседи будут на автономке держать у себя +21 С, то я буду отапливать и их. Как это проверить – методики у меня нет, но есть пару мыслей. Самый простой вариант – спросить у них какая температура в комнатах и сравнить со своей.

Замечание №1 В вычислениях не не учитывал теплопотери через полы (по входящим условиями — это первый этаж, соответственно теплопотери должны быть). Также я не учитывал теплопотери через стены, которые граничат с лестничными пролетами, там они тоже будут.

Замечание №2 При «тепловом паразитизме» от соседей эффект будет выше чем я указал в вычислениях. Это связано с тем, что в расчетах была взята площадь поверхности равной 25 м2 (10м * 2,5м). Фактически такая площадь в трехкомнатной квартире не на первом и не на последнем этаже может составить порядка 170 м2 (стены — 40 м2, пол — 65 м2, потолок — 65 м2, у потолка теплопередача будет ниже из-за снижения эффективности конвекционного способа передачи тепла).

Замечание №3. Участник форума, которому я дал ответ задал вопрос по увеличению теплопроводности из-за применения дюбелей («зонтиков»), которыми прибивают утеплитель. Тут ситуация следующая — количество «зонтов» на 1 м2 поверхности обычно не более 5 шт. Пенопласт/пенополистирол при толщинах до 100 мм обычно бьют пластиковыми «зонтами» с пластиковым гвоздем. Теплопроводность пластика ниже чем у бетона, поэтому фактически бетон будет в данном случае фактором, повышающим теплопроводность. Если же утепляют ватой, то гвоздь в «зонтике» металлический (снаружи должен быть защищен пластиковым колпачком), т.е. теплопроводность у него выше чем у бетона и в данном случае он будет служить мостиком холода. Но если учесть, что общий диаметр «зонта» порядка 10 мм (металлический гвоздь имеет меньший диаметр), то на 1 м2 утеплителя мы получаем 0,0003925 м2 (при 5 зонтах) площади с «увеличенной» теплопередачей. А это 0,039% что ничтожно мало.

Замечание № 4 (по вопросам Rebel от 9 февраля).

Коэффициент теплопроводности (из вики) — Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К). В системе СИ единицей измерения коэффициента теплопроводности является Вт/(м·K).

Определение №2 — Величина, выражающая удельный тепловой поток, Вт/см2•°С, проходящий за секунду через 1 см2поверхности ограждения при разности температур на её поверхности, равной 1 °С. Наиболее часто используется величина Вт/м*°К. Данная величина приводится во всех без исключения справочниках и выражает тепловой поток проходящий за один час через 1 м квадратный поверхности при разнице температур в один градус.

По логике в размерности, конечно, нужно писать еще и время, но т.к. в справочниках и прочих источниках это не пишут, то я не стал менять общепринятую практику.

Итоговая величина будет Вт/ч.

Касательно воздухообмена:

источник № 1: http://vents.ua/doc/35/

источник № 2: http://forum.abok.ru/index.php?showtopic=8488

и там и там фигурирует цифра 3 м3 на 1 м2 в жилых помещениях, поэтому взял ее. По крайней мере так требуют нормативы и рекомендации, если воздухообмен ниже, то формулы есть – можно все пересчитать.

По пенополистиролу: Его КАТЕГОРИЧЕСКИ нельзя применять для утепления зданий и сооружений. Причиной этому – он не паропроницаем, т.е. стены не будут дышать. Для утепления стен – пенопласт, а если это пенобетон (т.е. более «дышащий» материал), то вообще нужно применять базальтовую вату. Пенополистирол применяется только для отбивки цоколей, утепления фундаментов или можно в качестве теплоизоляционного слоя под стяжку. По поводу срыва креплений: крепления «зонтики» в большинстве своем бьются не для удержания пенополистирола/пенопласта/ваты, это должен делать клеевой слой, который по требованиям должен обеспечивать не менее 40% площади контакта плиты утеплителя со стеной). «Зонты» предназначены для компенсации колебаний утеплителя при ветровой нагрузке, поэтому они бьются не в углах утеплителя (как делают многие «мастера»), а в местах стыков трех листов. По горючести – правильный пенопласт и пенополистирол должны иметь спец добавки для самозатухания, помимо этого вокруг окон и прочих проемов должны монтироваться «рассечки» из базальтовой ваты шириной равной двум толщинам утеплителя (т.е. если мы утепляем пенопластом 100 мм, то у нас по периметру окна должна быть полоса ваты шириной 200 мм). Также такие рассечки должны быть через каждые 3 этажа здания по всему его периметру. Если честно – я не видел нигде что бы так делали.

П.С. Учитывая, что тема утепления квартир/домов на сегодняшний день достаточно актуальна, то перед работами по повышению энергоэффективности своего жилища я рекомендую изучить: Пособие «Система скріпленої зовнішньої теплоізоляції „Ceresit“ ТОВ з ІІ „Хенкель Баутехнік (Україна)“ 2014 р. Это связано с тем, что на сегодняшний день подавляющее большинство мастеров-шабашников производят работы по утеплению с теми или иными нарушениями (иногда с весьма вопиющими) и знакомство с данным материалом позволит предупредить ряд проблем, которые могут возникнуть потом при эксплуатации системы. От себя добавлю, что сам я данное пособие перечитывал раза 4 (четыре) и каждый раз находил что-то новое, на что не обращал внимание ранее. ))))