Энергоэффективность панели

Об энергосберегающих характеристиках, теплопроводности, теплоёмкости и герметичности конструкции SCIP. Варианты утеплителей в SCIP

13 Сентября 2022

Время чтения: 14-20 минут

Поделиться

Высокие термодинамические свойства — ключевая особенность сэндвич-панелей SCIP. Говорим о энерго-пассивных домах, показываем как и за счёт чего снижается энергопотребление зданий и создаются высокие показатели микроклимата. Базовые практические знания о домостроительных продуктах нового поколения, и как их использовать наилучшим образом. Показываем почему газобетон, СИП-панели, канадские каркасники, щитовые дома, брус и др., не являются решением, в отличие от SCIP.

Введение

SCIP имеет много преимуществ, но прежде всего это большой разговор об энергоэффективности. В разные времена род людской сталкивается с всякими вызовами. Сегодня, в плане материального обеспечения человека, главным вызовом является ЭНЕРГЕТИКА, на решении проблем в которой человечеству предстоит сосредоточить основные интеллектуальные и материальные ресурсы. Перед тем как перейдём к энергоэффективности панелей, кратко о ситуации в современной энергетике и причинах применения новейших энергопассивных домостроительных технологий.

ТОПЛИВНАЯ БЕДНОСТЬ

Энергия — основополагающий ресурс, любое наше действие связано с её затратами. Благодаря энергии мы в состоянии сделать шаг, добыть пищу и всё необходимое. Но в отличие от личной энергии, газ, нефть, уголь и электроэнергия — исключительно материальное вещество, которое нужно найти, извлечь, доставить и сжечь. Многие всемирно известные ученые, с цифрами на руках бьют тревогу — полезные ископаемые, благодаря которым мы отапливаем жильё, подогреваем воду и готовим еду — заканчиваются, а те что извлекаются, расходуются крайне нерационально.

Мы выкачали половину всего мирового запаса нефти — ту половину, которую было легко добыть, ту половину, которая была получена наиболее экономичным путем, ту половину, что имела самое лучшее качество и была самой дешевой в переработке. Большая часть оставшейся нефти выходит в форме высокосернистой сырой нефти которую трудно переработать, либо битуминозного песка и нефтеносного сланца, чтобы их разжижить для последующей очистки, необходимы дополнительные расходы нефти.

Да, есть нефть в Арктике и глубоко в недрах Мирового океана. Но качать в этих труднодоступных местах настолько сложно энергетически, что просто нерационально — если на добычу 1 барреля нефти тратится такой же 1 баррель нефти, то какой в этом смысл? И полное сумасшествие тратить 2 барреля чтобы добыть 1 баррель. Очевидно, что значительное количество оставшейся нефти не будет добыто никогда.

Но чтобы получить 100 баррелей нефти в 1930 году, требовался 1 баррель нефтяной энергии. В 1970-х соотношение сократилось до 30:1, а к 2010-му стало примерно 10:1. Как только этот показатель [EROI] станет 1:1, чтобы извлечь 1 баррель нефти понадобится больше 1 барреля нефти. Game Over

Рост себестоимости производства энергии происходит на фоне истощения полезных ископаемых и роста энергопотребления, опережающего рост численности населения. За последние 25 лет энергопотребление выросло на 50%, из которых 80% приходится на ископаемое топливо. Подобно наркоману, цивилизация сидит на игле углеводородов, и за последние 20 лет употребила энергоресурсов больше, чем за всю свою историю существования.

«Идеальный шторм двинулся в нашу сторону — неуклонное повышение мирового спроса на нефть вздымается над все более ограниченными поставками извлекаемых запасов нефти» — бъет тревогу William Chameides, д.м.н., профессор Экологических наук, Университет Дюка.

«Ежегодно штат Калифорния потребляет нефть как весь Китай. Если весь мир сейчас захочет жить по стандартам Калифорнии, то всех разведанных на Земле запасов по одним полезным ископаемым хватит на 2,5 года, по другим на 4» — проф. Малинецкий Г.Г. [ 1 ]. «В ходе этого столетия мы можем ожидать дефицит энергоресурсов, растущее давление в местах залежи пресной воды и производства продуктов питания» — Кристин Лагард, управляющий директор МВФ.

Нефть относится к невозобновляемым ресурсам, она заканчивается, её добыча дорожает. Ситуацию осложняет то, что потребности населения растут, а вместе с ними растёт и потребление нефти. Растёт и само население. Анимация от Post Carbon Institute суммирует и наглядно показывает всю сложность современной ситуации с природным ископаемым в мире. Если вам не удобно на англ. языке тут подсказка

Большинство россиян считают, что пока в мире дорогой газ-нефть-уголь, в России будет всё хорошо. Но это не так — извлекать их из недр стало трудно и дорого, и именно из-за этого ожидают Россию проблемы, а не из-за истощения недр. 40 лет назад плата за отопление жилья была 1% бюджета семьи, сегодня — десятки процентов. Люди уже покидают жилье или отказываются от отдельных помещений, не в состоянии оплатить отопление, появились термины «топливная бедность» (fuel poverty), «нормирование энергии» (energy rationing) и др.

«Значительной статьей расходов россиян является плата за услуги жилищно-коммунального хозяйства. Для многих россиян оплата коммунальных услуг составляет существенную часть семейного бюджета, и даже небольшой рост тарифов может ощутимо отразиться на уровне благосостояния», сообщает РИА Новости (2020).

Доказательства будущего роста цен на энергию? Глава Минэнерго РФ Н. Шульгинов в интервью «Коммерсанту» (10.11.2021) назвал стоимость бензина искусственно заниженной. «Я должна быть честной в ответах, мы живём в рыночной экономике, не надо представлять что в Правительстве диктуют какие должны быть цены» — объясняет председатель СФ РФ В. Матвиенко (прессконф. 24.12.2021 г.). Вспыхнувшие в Казахстане массовые протесты из-за 2-х кратного повышения цен на газ, на что министр энергетики Мирзагалиев заявил, что «есть законы рынка, которые никто не отменял».

Без теплоэнергии нам нельзя, в большей части России жилые дома отапливаются в течение 7-8 месяцев. Эпоха дешёвого топлива закончилась, поэтому нам нужны здания с высокими энергоэффективными свойствами.

ЭНЕРГОДЫРЯВЫЕ ДОМА

2022 год мы начинаем с энергетического кризиса в Европе и Китае, которого не было 50 лет. Куда утекает энергия? По данным ООН, примерно 40–50% годового мирового энергоснабжения потребляется строительным сектором.

Международное энергетическое агентство IEA подсчитало, что на здания приходится более 1/3 мирового спроса на энергию. При этом на отопление и охлаждение помещений приходится 33% этой энергии, а в холодном климате показатель увеличивается до 50%. Они прогнозируют, что к 2060 году общемировой спрос увеличится на 30%, достигнув общей потребности 160 эксаджоулей.

Отопление зданий в России оказывает существенное давление на снабжение первичной энергией. Из 5.5 млрд м² площади общего фонда зданий, на жилые здания приходится 4.1 млрд м², их энергопотребление составляет 23% первичной энергии, это почти 1/4 от всего потребления энергоресурсов в стране [ 45 ]. По оценкам Научно-исследовательского института строительной физики Российской академии архитектурных и строительных наук, в России здания потребляют до 45% от общего количества используемого тепла.

По данным EEBA, в Америке более половины годового потребления энергии домохозяйств приходится на отопление и кондиционирование воздуха, и большая часть энергии теряется из-за утечки тепла. В зависимости от типа, от 20 до 50% энергопотребления зданий Великобритании используется для отопления помещений. Генеральный директорат энергетики Европейской комиссии подсчитал, что на отопление и охлаждение приходится не менее 40% конечного потребления энергии в ЕС (2020).

Энергетика тесно связана с теплотехникой, поэтому во всех странах существуют нормативные требования к теплозащите, которые отличаются в зависимости от климатических условий и государственной политики в области энергосбережения. В связи с ростом цен на тающие невозобновляемые ресурсы (нефть, газ, уголь), нормативы потребления энергии зданиями в развитых странах постоянно уменьшаются, а требования к уровню теплозащиты увеличиваются.

Но в полном согласии с теплотехническим расчётом по СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», для кровельной плиты в г. Казань достаточно 150 мм пенополистирола, в то время как выполнения директивы ЕС, толщина изоляции должна быть увеличена минимум вдвое. Энергозатраты на нужды отопления многоквартирных зданий, построенных в средней полосе России, в 2,5 раза больше средних показателей по Европейским странам с идентичными параметрами отопительного периода, а для старого фонда процент теплопотерь ещё выше [ 2 ]. Из-за тепловых потерь теряется до 40% от всего энергопотребления России, это 400 млн т.у.т. в год, или годовой объем всей экспортируемой из России нефти, или выработка 100 крупных ТЭЦ.

«Проблема энергии может создать серьёзные трудности, а может быть, и поставить границы для развития человечества на Земле. Не нехватка, а избыток энергии расходуемой на планете, может привести к такой ситуации» — считает академик Е.К. Фёдоров и указывает на необходимость осуществления ресурсного и технологического перехода уже в этом веке.

Согласно приказу Минстроя РФ № 1550 удельная характеристика расхода тепловой энергии отопление и вентиляцию с 1 января 2023 г. должна уменьшиться на 40% и далее на 50% с 1 января 2028 г. Можно предположить, что в дальнейшем этот процент будет возрастать. Новостройки обязаны иметь более низкий расход потребления системами отопления и кондиционирования, и строители могут это сделать без ущерба для прибыли. Наоборот, с новыми топливопассивными продуктами легче получить главный ресурс на рынке — привлекательность и уникальность. Нельзя строить любую дрянь за которую платят деньги, эта недвижимость десятилетия будет отравлять жизнь людей, вампирически пить энергию, высасывая жизнь из экономик домохозяйств и государства.

Энергоэффективность в приоритете

Энергетические характеристики зданий напрямую связаны с потреблением энергии, поэтому в условиях нарастающего энергодефицита, повышение энергоэффективности зданий должно стать одним из главных приоритетов правительств. И мир активно движется в этом направлении. Уже сегодня мы в состоянии технологически и технически строить здания, которые будут потреблять очень небольшое количество энергии.

ДОМА С НУЛЕВОЙ ЭНЕРГИЕЙ

В развитых странах набирает обороты строительство высоко энергоэффективных (low-energy homes), т.н. экологических домов с почти нулевым выбросом углерода (near-zero energy) и домов с «чистой нулевой энергией» (net-zero energy homes), что вытекает из конкретной европейской директивы по энергетическим характеристикам зданий (EBPD). Проекты домов с «нулевой энергией» разрабатываются с конца 40-х годов, например, "MIT Solar House 1" 1939 г. [ 4 ].

В 2014 году, Южнокорейское Министерство земли, инфраструктуры и транспорта (MOLIT), совместно с Министерством торговли, промышленности и энергетики (MOTIE) в свою политику ввели концепцию зданий с нулевой энергией. Они ожидают, что к 2025 году здания с нулевой энергией сократят общее потребление энергии в стране на 90% по сравнению с обычными зданиями.

Зелёное строительство это не об экологии. От использования углеводородов европейцы хотят уйти не потому, что сгорая те загрязняют атмосферу и портят экологию, и даже не потому что цены бьют рекорды, а потому что в Европе их просто нет — они импортные. Импорт энергоносителей, как и любого другого товара может прерваться в любую минуту по тысяче и одной причине. Отсюда переход от ископаемого топлива к низкоуглеродному отоплению, строительству не нуждающихся в топливе пассивных домов и реконструкция старых. Так что «Эко» не доминирующий мотив, а лишь позитивное следствие уменьшенного энергопотребления. Цель — жизнестойкость, рост экономической независимости и автономности, мы это писали задолго до 24.02.2022 г.

Глубокая реконструкция зданий в ЕС может сократить до 36% их энергопотребления к 2030 году, одновременно сократив зависимость ЕС от импорта энергии, создавая рост, инновации и занятость, уменьшая топливную бедность и приводя к более комфортным и здоровым зданиям [ 3 ].

Строительная отрасль любой страны нуждается в энергоавтономных домостроительных продуктах не из-за угрозы «парникового эффекта», а от практичного желания сократить расходы на отопление и кондиционирование. Рост цен и тарифов — это главное что беспокоит людей сегодня, но в России строители не спешат изменять свои представления о строительных конструкциях и продолжают навязывать бюджетам «энергодырявые» оболочки зданий (внешние стены, крыша, пол, окна и двери). Вместо распространения адекватных времени продуктов, 98% девелоперов дрейфуют полумерами, продолжая застраивать территории энергозатратными, а завтра и вовсе бесполезными для жизни домами. Они строят нестабильный, опасный мир. Ваш стартап-проект с технологией SCIP, которая является ответом на возросшую потребность в максимальной экономии энергии, может получить выгоду из этой ситуации. Это будет хороший бизнес.

КОМПЛЕКС ПАССИВНЫХ И АКТИВНЫХ МЕР

В жилищном секторе основная часть потребляемой энергии используется для компенсации потерь или прироста тепловой энергии через ограждающие конструкции здания, поэтому любые улучшения тепловых характеристик материалов оболочки обеспечивают значительные возможности для сокращения энергии [ 5 ].

Потери тепла через стены составляют до 35% от общих теплопотерь и повышаются с ростом этажности объекта [ 6 ]. Поэтому если вы хотите снизить расход энергии на обогрев и охлаждение помещений, вы неизбежно приходите к комплексу методов, направленных на повышение термоэнергетической эффективности оболочек:

  • Супертеплозащитные свойства непрерывной теплоизоляционной оболочки от фундамента до конька крыши. Увеличение толщины изоляции — один из самых эффективных подходов к снижению потребности домашних хозяйств в энергии и продлению периодов теплового комфорта, создаваемого системами отопления и охлаждения. Познакомьтесь с вариантами современных теплоизоляторов используемых в SCIP ниже. Чаще других применяется пенополистирол (EPS), для внешних оболочек пассивного дома его толщина составляет 250-350 мм.
  • Устранение всех тепловых мостов структурных элементов сплошным слоем изоляции.
  • Высокие теплоизоляционные характеристики окон и дверей. Окна: трехкамерный стеклопакет с газом, минимум два энергостекла.
  • Максимальная воздухонепроницаемость конструкции, включая герметичные окна и двери, а также герметичные стены, полы и крышу. Протечки воздуха через щели и стыки проверяется с помощью теста дверь-вентилятор, конструкция не должна превышать 0,6 воздухообмена в час при 50 Па.
  • Эффективное использование внутреннего тепловыделения в зданиях, использование тепловой массы внутри здания как пассивно, использованием материалов с высокой удельной теплоёмкостью и плотностью (бетон и тяжелый кирпич), так и активно, с помощью циркуляции горячей или холодной воды в ж\б плитах и панелях (TABS), интеграцией в конструкции материалов с фазовым переходом (PCM).

Многие удивляются, что можно спроектировать и построить дом так, чтобы он сам, с минимумом нагревательных и при полном отсутствии охлаждающих систем обеспечивал бы тепловой комфорт без вмешательства электроники, естественным путём, благодаря законам природы. Построить и эксплуатировать такой дом просто, если вы выполняете вышеперечисленный комплекс мер, например, с помощью домостроительной технологии SCIP.

Энергопассивный дом

Заказчику чужды технические аспекты строительных конструкций, сделать правильный выбор им трудно и строители этим часто пользуются. Доверяя эмоциям, своему «Я» и человеку назвавшемся строителем, заказчики снимают с себя ответственность за изучение «семь раз отмерь». Но если срок носки джинсов всего пару сезонов и они дешевы в покупке и эксплуатации, то недвижимость всегда подразумевает значительные инвестиции.

Вследствие применения вчерашних технологий и материалов, в стоимости всего жизненного цикла здания (30-50 лет), основные издержки пользователя приходятся на его эксплуатацию — до 80% от тех стандартов которые можно использовать (см. выше). По данным международного концерна Bayer Group, на этап проектировки, строительства и оборудования здания — приходится не более 17% (2011).

Жильё эксплуатируется в течение длительного периода времени, поэтому дома как продукты отличаются от продуктов предлагаемых на других рынках. В помещениях мы проводим большую часть своей жизни, нам не безразличен микроклимат в помещениях — конструкции зданий должны соответствовать целому ряду условий и стандартов, где каждый из которых является ценностью: экономия энергии и удержание тепла, здоровая окружающая среда, пожаробезопасность, звукоизоляция, сейсмостойкость, капитальные затраты на возведение и поддержание в должном состоянии конструкций, сроки строительства и др. SCIP идеально удовлетворяет ВСЕМ этим требованиям.

«В ответ на осведомлённость роста потребления энергии и воздействия на окружающую среду, инженеры и строительная промышленность сталкиваются с серьезными проблемами при разработке энергоэффективных и экологически совместимых систем гражданской инфраструктуры. Система строительства из цементных сэндвич-панелей SCIP, является примером альтернативной экологически чистой технологии строительства, которая решает такие серьезные проблемы. По сравнению с традиционным железобетоном, SCIP может удовлетворить ВСЕ ТРЕБОВАНИЯ к проектированию благодаря модульной конструкции, эффективному использованию цементных материалов, легкости, превосходной прочности на изгиб, а также возможностям тепло- и акустической изоляции» — пишет доктор наук, защитивший в 2017 году диссертацию на тему оптимизации конструкции SCIP Ehsan Mirnateghi, Калифорнийский университет в Ирвине (США). [ 7 ]

SCIP даёт высокий пользовательский стандарт — комфортное, безопасное, недорогое в обслуживании здание, с улучшенным тепловым комфортом. Энергетические характеристики SCIP-здания выше многих других стеновых систем, деньги, которые вы вкладываете в обогрев и охлаждение помещений, гарантировано остаются в ваших помещениях за счёт непрерывной термоизоляции высокого сопротивления; пассивной аккумуляции тепла; высокой герметичности конструкции (монолит); и отсутствия мостов холода.

Современным кондиционерам и холодильникам надо 20-30% от той электроэнергии, что они потребляли 25 лет назад. Системы коммерческого освещения эффективнее старых на 80-90%, промышленные двигатели экономичнее на 50%. Экономичные в эксплуатации новые технологии жилья тоже существуют.

Если ваш SCIP-дом построен с пенополистиролом толщиной 250-350 мм, в зимнее время энергия отопления используется эффективно и оптимально, внутри помещений сохраняется теплый воздух, дом остывает очень медленно (1-2 °С в сутки). В летние месяцы уменьшается дискомфорт благодаря прохладному воздуху, кондиционер часто не нужен.

КОНЦЕПЦИЯ PASSIVHAUS

Ниже вы видите концепцию современного энергопассивного дома (PH, Passive House, Passivhaus, Passive Solar Design, PSD), которая ломает старые парадигмы непродуктивности и расточительства. Её основные элементы: толстый слой теплоизоляции (250-350 мм) по всему контуру здания; трёхкамерный стеклопакет с криптоном или аргоном и минимум двумя энергостёклами; и система вентиляции с рекуперацией тепла. В 2021 году PH отметил своё 30-летие.

По сравнению с обычными зданиями, соответствующим текущим строительным нормам России, эта конструкция экономит 60-80% энергии на отопление и охлаждение. Стандарт предусматривает, что в доме должно использоваться менее 1,5 л масла или 1,5 м³ газа для отопления 1 м² жилой площади в течение года, в Германии этот дом потребляет менее 15 кВт*ч/м²год. По словам основателя PH проф. Wolfgang Feist, изначально здание было разработано для климата средней и северной Европы, поэтому нормально, если в климате России PH будет потреблять 30-35 кВт*ч/м² у.т. в год.

Концепция энергопассивного дома. Оборудование для производства панели несъемной опалубки SCIP

Концепция современного энергопассивного дома сверхнизкого энергопотребления Passivhaus. Первый пилотный пассивный дом был построен в Дармштадте в 1991 г. С тех пор тысячи пассивных домов были построены по всему миру и сертифицированы во всех климатических зонах. В 2010 году была создана Международная ассоциация пассивных домов (iPHA), глобальная сеть заинтересованных сторон пассивных Домов, представляющих 22 региональных IPHA. Открыть изображение в новом окне

На фото процесс строительства генподрядчиком самого популярного в США сайта для домовладельцев и профессионалов строительства houzz.com Sierra Sustainable Builders, регулярно получающего высшую награду Best of Houzz (2021, 2019, 2016). Компания строит экологически чистые и долговечные энерго-пассивные дома по технологии SCIP, в стенах EPS 150-300 мм. Она была создана 20 лет назад, когда её основатели полностью разочаровались в типичном расточительном и неэффективном подходе к строительству. Хотите быть №1?

Строительство SCIP компанией Sierra Sustainable Builders (США)

Фотография процесса строительства в зимнее время по технологии несъемной опалубки SCIP компанией Sierra Sustainable Builders (США). Комбинированное строительство: стеновые панели из несъемной опалубки, кровля из дерева. Увеличенную фотографию открыть в новом окне

ВЫГОДЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Огромная, встроенная между слоями бетона теплоизоляция, представляет собой ценность [добавленную стоимость] для конечных пользователей, которые получают высокий тепловой комфорт и отлично экономят: в потреблении топлива (от 60% до 80% затрат на отопление и охлаждение здания); покупке мощной системы HVAC (можно использовать более компактные и эффективные системы отопления и охлаждения); цене ввода сетей (при более скромной мощности вашей системы отопления). Достигаемый процент экономии зависит от проекта, потому как SCIP, это «индивидуальный костюм».

О составных теплового комфорта человека в помещении (температура воздуха, температура излучения, скорость метаболизма, изоляция одежды, скорость воздуха и влажность), см. в национальном стандарте США ANSI / ASHRAE 55-2020: «Температурные условия окружающей среды для проживания человека».

Если вы строите дом с толстым слоем теплоизолятора в США, кроме всего вышеперечисленного, вы можете получить выгоду от коммунальных, местных и государственных компаний: налоговые вычеты, налоговые льготы, гранты, ссуды, скидки и другие финансовые стимулы использования энергоэффективных домов и зданий. В южной Калифорнии 169 таких программ, в северной Миннесоте 140, подробнее тут. Хронология строительства энергопассивных домов в США тут.

ЛЁГКАЯ СЕРТИФИКАЦИЯ PASSIVHAUS

Для сокращения энергозатрат правительства стран и другие заинтересованные органы ввели концепцию структур оценки устойчивого проектирования, которые используются для обеспечения устойчивого проектирования и строительства построенных инфраструктур, к которым относятся:

  • Метод экологической оценки BREEAM (Англия),
  • Лидерство в энергетическом и экологическом проектировании LEED (США),
  • Комплексная система оценки эффективности застроенной окружающей среды CASBEE (Япония),
  • Комплексная схема оценки экологической эффективности CEPAS (Гонконг),
  • GBC Brasil Reference House (Латинская Америка),
  • Немецкий совет по устойчивому строительству DGNB (Германия),
  • Стандарт Passivhaus (Германия) и др.

Если вашим клиентам важна энергетическая сертификация зданий, SCIP позволяет получать экологические сертификаты, например, европейский сертификат класса А, вплоть до максимального энергетического рейтинга A4, сообщает SCIP Nidyon (Италия), причём без дополнительных затрат.

Испанская франшиза Emmedue MK2 объясняет, что SCIP «облегчает получение сертификата Passivhaus, который официально признает экологическую устойчивость вашего дома, документа, который с каждым днём пытается получить всё больше людей во всем мире, поскольку это имеет множество положительных последствий».

Эффективное теплоэнергетическое поведение панелей несъемной опалубки

ПРАВИТЕЛЬСТВА И УЧЁНЫЕ О SCIP

О высокой энергоэффективности SCIP говорят на научных конференциях по строительным материалам технические эксперты и ученые, выходят обширные исследования теплопроводности панелей, их ценность была доказана на самом высоком уровне. Например, панели SCIP Tridipanel были протестированы крупнейшим научно-исследовательским правительственным учреждением в системе национальных лабораторий Министерства энергетики США Oak Ridge National Laboratory (ORNL), что под г. Ок-Ридж (Теннесси).

«Одно из самых больших преимуществ SCIP — это простота строительства и теплоизоляция, поскольку технология обеспечивает бóльший внутренний комфорт, что приводит к экономии энергии и электрического оборудования». [ 8 ]

«SCIP может быть идентифицирована как система, имеющая высокие тепло- и звукоизоляционные свойства» — говорится на стр. 8 во всестороннем исследовании характеристик SCIP, финансируемым Европейским союзом, совместным проектом Университета Аликанте, Испания (проф. С. Иворра) Университета Болоньи, Италия (проф. Тромбетти), Политехнического института Бари (проф. Д. Фоти) и Университета Клуж-Напока, Румыния (проф. К. Кампиан). [ 9 ]

«Синергия более высокого сопротивления прохождению тепла (R-value), практическое отсутствие проникновения воздуха и наличие тепловой массы в ж/б несъемной опалубке, приводит к производительности, которую просто невозможно воспроизвести с традиционным каркасным строительством (traditional frame assemblies)». — David Shepherd, AIA Director of Sustainability, Portland Cement Association.

Температурный режим пустынь склонен к большим перепадам в течении суток, поэтому как и холодные страны, Египет, ОАЭ, Кувейт, Катар и др., так же нуждаются в мощной теплоизоляции. «SCIP-панели особенно эффективны в зонах с экстремальным температурным климатом, холодных стран и пустынь» — пришли к выводу в Нац. исследовательском центре жилищного строительства одного из старейших светских учебных заведений Арабского мира Каирского университета (Египет) в 2015 г. [ 10 ]

В Национальной стратегии развития Катара (QNDS 2011-2016) указано, что на холодовые нагрузки в жилых домах приходится 2/3 энергопотребления, особенно зависимы от искусственного кондиционирования воздуха отдельно стоящие дома. Чрезвычайно высокие нагрузки на кондиционирование воздуха вызывают острую потребность в новых многофункциональных технологиях, снижающих потребность в тепловой энергии. SCIP эффективно решает эту задачу.

С мейнстрим-технологиями получать новый результат не получается, модернизация усложняет строительный процесс и обходится дорого, нужен кардинально новый подход, которым является SCIP. «С используемыми в настоящее время ограждающими конструкциями зданий, без оптимизации использования тепловой массы и изоляционных материалов более высокую энергоэффективность достичь трудно» — считают в университете RMIT (Австралия) и Промышленном колледже Янбу (Саудовская Аравия) [ 11 ]. В их совместном исследовании говориться, что надлежащее использование высокой тепловой массы в стенах дома, может обеспечить комфортную внутреннюю среду и снизить потребление энергии на отопление и охлаждение.

«Следуя в духе зеленой окружающей среды, изоляционные свойства строительной системы SCIP сокращают потребность в охлаждении и обогреве на протяжении долгих лет использования. Кроме того, для сборки лёгких панелей не нужны краны. Следовательно, эта строительная система имеет низкие выбросы углекислого газа и низкий расход топлива» — говорится в работе поддержанной Фондом развития науки и технологий Министерства научных исследований Египта (2020). [ 12 ]

ОБЩЕСТВО ОБ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИИ SCIP

О блогере Jetson Green писали в The Wall Street Journal, Forbes, Los Angeles Times, The Washington Post, Dwell, USA Today, EcoHome Magazine и др. Так вот Джетсон, высоко отозвался о теплоизоляционных свойствах панелей SCIP не жалея слов — «превосходные температурные характеристики» (superior temperature performance):

«SCIP обеспечивает эффективность R-40, подходящую как для жаркого, так и для холодного климата; домовладельцы могут сэкономить до 60% на расходах на электроэнергию в доме».

SCIP ломает старые парадигмы непродуктивности и расточительства. Послучайте что говорит владелец SCIP-здания Olive Leaf Hills Mill Брук Хейвен:

«Я думаю, что панели SCIP — это действительно волна будущего. Не знаю, почему их мало используют. Я узнал о них, когда работал с блоками несъемной опалубки (ICF), о том что несъемная опалубка ещё бывают и панели, мне рассказал инженер-строитель проекта который мы строили. Меня зацепило сразу же, когда я о них узнал. Изоляция и качественная тепловая масса сложены в удивительный сэндвич-бутерброд: изоляция помещена между тепловой массой внутри и снаружи. Я большой поклонник этой технологии и действительно не понимаю почему эти панели до сих пор не получили широкого распространения».

Ниже на видео отзыв проектировщика из Бразилии Обдулии, которая сама спроектировала себе SCIP-дом.

«Я впечатлена тем, как работает теплоизоляция в этом доме. Полуденное солнце всегда светит на заднюю стену моего дома, но внутри дома прохладно. Прислонившись к наружной стене вы понимаете что стена горячая, но внутренняя стена холодная без кондиционера. Ещё одна удивительная вещь — в доме нет проблем с аккустикой внутри дома, никакие звуки меня не беспокоят».

Обдулия (Бразилия) всю жизнь она искала недорогую, с идеальным соотношением затрат и выгод, быструю технологию строительства качественного дома. Для перевода с португальского нажмите перевод субтитров.

Экономия энергии всегда рентабельна. Одному клиенту так нравятся стены SCIP, что он построил из этих панелей даже собачью будку. Стены будут держать больше денег в вашем кармане каждый день, каждый месяц, каждый год и все десятилетия всего срока службы вашего здания. Технология окупится многократно.

ПРОИЗВОДИТЕЛИ О SCIP

«Это наиболее теплоэффективная из экономичных строительных систем», объясняет SCIP MetRock (США). «Даже с минимальным слоем бетона 25 мм, наши дома имеют эффект теплового маховика (thermal flywheel effect, тепловую массу — прим. ред.), благодаря которому дома могут быть по сути самонагреваемыми и самоохлаждаемыми, когда верхняя стабильная изотерма Земли составляет от 12 до 17 °C [что типично для субтропического климата Алабамы, среднегодовая температура здесь 18 °C — прим. ред.]. Оборудование отопления и охлаждения могут быть намного меньше и иметь более длительное время простоя. Это означает меньшую мощность и более длительный их срок службы».

SCIP превосходит древесину с точки зрения энергоэффективности. «Соединенные Штаты благословлены многочисленными лесами, и до последних 5 лет древесина была недорогим строительным материалом. Теперь, в связи с новым энергетическим кодексом, особенно в северных штатах и в Калифорнии, они хотят дома с нулевым энергопотреблением» — говорит о текущей ситуации в США Джеффри Эванчич, главный операционный директор Hutter Pioneer, строительной компании работающей с панелями SCIP RSG 3-D. [ 13 ]

«Невозможно построить дом с нулевым расходом из дерева». [ 13 ]

Для получения национального технического сертификата в Турции, SCIP Zenon провела испытания теплоизоляции стеновой панели (P130-105-16) с утеплителем пенополистирол толщиной 10,5 см, плотностью 16 кг/м³. Стальная сетка 10 x 10 см на обеих поверхностях, непрерывные диагональные стальные оцинкованные соединители (100 шт/м²) диаметром 2,5-3,5 мм. Тест проходил при температуре 23 °C и относительной влажности воздуха 80% и показал коэффициент теплопередачи: Ud : 0,48 Вт/м² K — Ut : >0,48 Вт/м² К.

«Расход энергии на отопление и охлаждение снижается на 50-70%», сообщает SCIP Thermocrete.

Супертеплоизоляция здания

ПОЧЕМУ ИМЕННО SCIP?

Материалы панели несъемной опалубки SCIP используются во многих других строительных продуктах и системах, но почему стоит выбрать именно SCIP? Результаты исследований показывают, что именно SCIP-панели имеют лучшую комбинацию используемых в жилых конструкциях материалов для энергоэффективности.

Система энергоэффективна, поскольку она обеспечивает большую площадь поверхности и приводит тепловую массу в контакт с внешней температурой и внутренним пространством жилого помещения, защищая его массивной термоизоляцией внутри стеновой конструкции (мы рекомендуем использовать 250 мм EPS, подробнее ниже). В панелях нет тепловых «мостиков холода», поскольку тепловая масса разделяется изоляцией, чего нельзя сказать о твердых материалах, таких как дерево и др.

В SCIP-панелях нет классических «мостиков холода» передающих или проводящих тепло или холод через внешние стены. Электро- и сантехнические инженерные коммуникации проходят по внутренним сторонам сэндвич-панели, поэтому в стенах меньше отверстий, что сводит тепловые потери к минимуму.

R-VALUE В SCIP

SCIP-дом имеет высокое R-значение (мера сопротивления прохождению тепла), и низкое U-значение (коэффициент теплопередачи).

R-Value — это рейтинг устойчивости материала к термическому проникновению. Чем выше число, тем лучше значение защиты. Многие обстоятельства меняют рейтинг R-Value. Значения R меняются в зависимости от толщины и плотности сердцевины полистирольных панелей, различной толщины бетона, нанесенного на внутренние и внешние поверхности, а также от колебаний температуры окружающей среды.

Конструкции SCIP с полиуретановым или полистирольным сердечником, имеют высокое значение R даже при небольшой толщине и обеспечивают теплоизоляцию в несколько раз большую, чем у традиционных строительных материалов: кирпичных, газобетонных блоков, монолитных стен, деревянных конструкций и др. Теплостойкость панелей с пенополистиролом SCIP, имеет показатель R на 40% выше, чем у обычных каркасных и войлочных изоляционных материалов для стен такого же размера. [ 14 ].

Например, Hefty Homes приводит минимальные значения R-Value которые можно ожидать от их SCIP 3D Structural Panels:

⭐ Пенополистирол (EPS) 63 мм (2,5 дюйма), R = 11,00
⭐ Полиизоцианурат (PIR) 63 мм (2,5 дюйма), R = 21,00
⭐ Пенополистирол (EPS) 10,16 мм (4 дюйма), R = 18,00
⭐ Полиизоцианурат (PIR) 10,16 мм (4 дюйма), R = 33,00
⭐ Пенополистирол (EPS) 12,7 мм (5 дюйма), R = 23,00
⭐ Полиизоцианурат (PIR) 12,7 мм (5 дюйма), R = 41,00

Полиизоцианурат (PIR) — это специальный пенопласт, используемый в основном для холодильных целей или специальных изделий. Указанные значения R соответствуют рекомендациям FTC.

Вы можете самостоятельно провести расчет R-факторов для панелей SCIP. Например, метод изотермических плоскостей для бетонных стен содержится в ACI 122R «Руководство по тепловым свойствам бетонных и каменных систем».

U ИНДЕКС В SCIP

Тепловое (термическое) сопротивление — это разница температур в конструкции, когда единица тепловой энергии протекает через нее за единицу времени. Коэффициент теплопроводности U определяет количество энергии, необходимой для поддержания постоянной температуры внутри здания. Чем ниже значение энергетического индекса U, тем меньше потребности в обогреве и охлаждении помещения.

SCIP Ecobest (реплика Emmedue c некоторыми изменениями, на наш взгляд не в лучшую сторону), в аккредитованной лаборатории измерили коэффициент теплообмена U (Вт/м2К) панели, теплопроводность и её термическое сопротивление при различной толщине пенополистирола: 350 мм, 250 мм, 150 мм, 100 мм и 50 мм. На видео хорошо видно, как отличается коэффициент теплообмена U (Вт/м2К) при различной толщине теплоизолятора.

Осталась неизвестной плотность пенополистирола (EPS) в тестируемом образце панели Ecobest, тем не менее результаты весьма наглядны. Обратите внимание, разница термической проницаемости U между утеплителем 250 мм и 350 мм составляет всего 52 W/m2K, то есть если вы ставите EPS толщиной 270 мм, дальнейшее увеличение толщины имеет низкую коммерческую целесообразность.

Измерения термической проницаемости и термического сопротивления панелей SCIP Ecobest были выполнены в лаборатории строительных корпусов и ограждающих конструкций Департамента зданий CRES в контролируемых условиях в охраняемом горячем боксе типа TDW-4240. В процессе эксперимента регистрировали тепловой поток, проходящий через образец с горячей стороны на холодную до тех пор, пока температура не уравновесится между двумя сторонами. Процедуры измерения термической проницаемости и термического сопротивления соответствуют стандартам ELOT EN ISO 8990, ELOT EN ISO 12567-1 и EN 1946-4 и аккредитованы в соответствии с ELOT EN ISO/IEC 17025. Расчеты коэффициента теплопроницаемости U были выполнены в соответствии с требованиями стандарта EN ISO 6946:2007 «Строительные компоненты и строительные элементы. Тепловое сопротивление и коэффициент теплопередачи. Метод расчета».

Посмотрим на U-значение панели SCIP при ничножной толщине утеплителя в 40 мм пенополистирол плотностью 15 кг/м³, и бетонным слоем толщиной 41 мм с обеих сторон (общая толщина панели 12 см). В таком виде SCIP Baupanel показала U-коэффициент теплопередачи от 0,77 Вт/м²К до 0,42 Вт/м²К. Эти уровень теплоизоляции, который выше традиционных ограждающих конструкций.

По словам Dêgelo (2014), его SCIP «панель позволяет пропускать 0,04 кг/калорий на м² с 2,50 см цементно-песчаного раствора с обеих сторон. Акустическая изоляция при этом 40 децибел».

Тепловая масса (теплоаккумулятивность)

ДОМ-ТЕПЛОАККУМУЛЯТОР

Известно, что уменьшение потерь тепла достигается за счёт увеличения толщины теплоизолятора и уменьшения утечки воздуха через стеновую конструкцию. Но мало кто знает, что для уменьшения потерь тепла в здании, большое значение так же имеют свойства стенового материала оставаться при расчетной температуре, пассивные характеристики тепловой массы. Речь о тепловой массе или эффекте теплового маховика (Thermal Flywheel Effect), также иногда называемого «тепловым импульсом» (Thermal Momentum), который теперь учитывается при расчёте здания в современных процедурах оценки энергоэффективности.

В России при описании этого эффекта используют термины: тепловая масса дома, термальная масса, тепловая инерция дома, теплоинерционный дом, тепловое излучение стен, теплоизлучение стен, темперирование стен и др. С научной точки зрения тепловая масса эквивалентна тепловой ёмкости или теплоёмкости, способности тела накапливать тепловую энергию. Обычно обозначается символом Cth и измеряется в Дж/°C или Дж/K (равнозначно).

Пример работы тепломассы, лучевое отопление частного дома

В жаркие дни открытая изнутри тепловая масса, противостоит действию тепла поступающего от окон и внутренних источников. При этом общая масса стен уменьшает и замедляет поступление внешнего тепла проходящего через наружные стены, гарантируя, что его воздействие на внутреннюю среду не произойдет до позднего вечера/ночи, когда риск перегрева снизился. Открыть изображение в новом окне

Способность поглощать и отдавать тепло поверхностями помещения, позволяет зданиям с тепловой массой реагировать на изменяющиеся условия естественным образом, помогая стабилизировать внутреннюю температуру и обеспечивать в значительной степени саморегулирующуюся среду. При правильном использовании этот стабилизирующий эффект помогает предотвратить проблемы с перегревом летом и снижает потребность в механическом охлаждении. Точно так же способность поглощать тепло может помочь сократить расход топлива в течение отопительного сезона за счет улавливания и последующего выделения солнечной энергии и тепла от внутренних приборов и источников.

Термодинамические характеристики конструкции имеют исключительное значение, поскольку влияют на количество затрат энергии, которая необходима для поддержания комфортных условий жизни. Использование термомассы в зданиях одновременно удовлетворяет потребность как в тепловом комфорте, так и энергосбережении.

«Размещение тепловой массы и ее изоляция являются наиболее важными элементами для снижения эксплуатационного спроса на энергию и достижения энергоэффективности» [ 15 ]. До недавнего времени её использование часто игнорировалось, что неудивительно, ещё недавно дешевая энергия была в изобилии. Пришло время переоценить вклад лучевого отопления.

«Увеличение тепловой массы дома за счёт различных систем стен и полов может снизить потребление энергии на 35%» [ 16 ]. Средняя внутренняя температура здания может оставаться намного дольше стабильной, за счёт своих характеристик пассивной тепловой массы — пиковая температура задерживается до 6-8 часов; разница между пиковой внешней и внутренней температурой до 6-8 °C.

Как тепловая инерция дома в SCIP. Тепловое излучение стен, график

ПРИМЕР РАБОТЫ ТЕРМОМАССЫ

Познакомьтесь с результатами использования тепловой массы в винном складе-магазине. Пример интересен тем, что в здании нет окон, нет требований к минимальной скорости воздухообмена, а стабильная температура и влажность в определенных пределах являются целью проектирования. Еще одна особенность проекта заключается в том, что при полной загрузке, из-за большого количества жидкости внутри помещения, от 800 до 1000 бочек, примерно четверть миллиона литров, получается конструкция с очень высокой тепловой ёмкостью.

Винодельня Scotchman’s Hill (Австралия) расположена в прохладном морском климате, где резкие колебания температуры не только от сезона к сезону, но и изо дня в день. Для процесса ферментации и созревания вин этой винодельни, оптимальной считается температура помещения от 15 °C до 20 °C. Предыдущее здание имело плохие тепловые характеристики, вина подвергались колебаниям температуры и влажности, что ухудшало их качество.

Для строительства стен винодельни, использовали трехслойные железобетонные сэндвич-панели Thermomass System CIP, между слоями бетона внутренний слой которого 65 мм, а внешний 150 мм, утеплитель полистирол 50 мм. Измерения показали, что температура и влажность в магазине стали относительно стабильны по сравнению с условиями окружающей среды, что было одной из задач строительства. Средняя температура внутри винного магазина в зимние и летние месяцы исследуемого года составила 13,7 °C и 22,8 °C. Тепловая ёмкость предотвращает возникновение чрезмерно высоких температур в летний месяц, а изоляция из полистирола предотвращает возникновение чрезмерно низких температур в зимний месяц (см. изображение). В 2021 г. Australian Traveller включил Scotchman’s Hill в число лучших виноделен Джилонга и полуострова Белларин, она частый гость журнала Halliday Wine Companion. [ 17 ]

Как работает термальная масса в винодельне Scotchman’s Hill (Австралия)

Графики работы термальной массы винодельни Scotchman’s Hill (Австралия) при толщине EPS всего 50 мм. Эффект теплового маховика выравнивает дневные и ночные температурные перепады зимой и летом. Снаружи дома может быть большой перепад температуры, но внутри она будет меняться медленно и с опозданием. Увеличенную фотографию открыть в новом окне

ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕПЛОЁМКОСТИ СТЕН

Тепловая масса даёт постоянную температуру в помещениях, способствует снижению счетов за отопление и охлаждение, отопительное и оборудование кондиционирования может быть меньшей мощности.

«Когда восходит солнце, восточная сторона экстерьера нагревается. Поскольку солнце движется в течение дня, оно согревает другую часть дома. Когда солнце садится, восточная сторона дома начинает высвобождать энергию обратно. Всё это время внутренняя тепловая масса остается постоянной, поддерживая постоянную внутреннюю температуру» — объясняет Дж. Болтон (SCIP 3D Smart Structures).

Согласно Справочнику по основам Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE), запаздывание (decrement delay) в результате теплоаккумулятивности поверхностей, приводит к трем важным результатам:

  • Во-первых, более медленное время отклика позволяет смягчить колебания температуры в помещении при колебаниях температуры наружного воздуха.
  • Во-вторых, в жарком или холодном климате потребление энергии значительно снижается по сравнению с маломассивным зданием аналогичного размера.
  • В-третьих, поскольку масса прилегает к внутренней части здания, потребность в энергии может быть перенесена на периоды непиковой нагрузки. Это связано с тем, что накопление энергии контролируется путем правильного определения массы и взаимодействия с системой отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Есть и не очевидные преимущества теплоёмкости стен, но не менее важные:

  • Улучшенное дневное освещение. Снижается необходимость скрывать помещение от прямых солнечных лучей маркизами или шторами, тепло поглощается тепловой массой.
  • Улучшенная вентиляция и качество воздуха.
  • Снижение риска перегрева или охлаждения.
  • Снижение потребности в дорогой электронике нагревательных систем, снижение рисков при отказе их работоспособности.
  • Простое строительство и эксплуатация. Тепловой комфорт при минимуме нагревательных и полном отсутствии охлаждающих систем благодаря законам природы.
  • Повышенная стоимость перепродажи недвижимости.

КАКИЕ СТЕНЫ ДАЮТ ТЕПЛОВУЮ ИНЕРЦИЮ

Чтобы материал мог обеспечить полезный уровень тепловой массы, требуется сочетание трёх основных свойств:

  • высокая удельная теплоёмкость; достаточная, чтобы втиснутое в каждый килограмм тепло, было максимальным.
  • высокая плотность; чем тяжелее материал, тем больше тепла он может удерживать.
  • умеренная теплопроводность — скорость поступления тепла внутрь и наружу должна примерно соответствовать дневному циклу обогрева и охлаждения здания.

Этими свойствами обладают тяжелые строительные материалы, такие как камень и бетон и кирпич. Они сочетают в себе высокую ёмкость с умеренной теплопроводностью, тепло перемещается между поверхностью материала и его внутренней частью со скоростью, соответствующей ежедневному циклу отопления и охлаждения зданий.

Некоторые материалы, например дерево, обладают высокой теплоёмкостью, но их теплопроводность относительно невысока, что ограничивает скорость поглощения тепла в течение дня и выделения в ночное время. Сталь также может накапливать тепло, но в отличие от дерева она обладает очень высокой теплопроводностью, тепло поглощается и выделяется слишком быстро, чтобы синхронизироваться с естественным тепловым потоком здания.

Бетон обладает идеальными характеристиками для термомассы: плотность 2300 кг/м³, теплопроводность 1,75 Вт/м·К, удельная теплоёмкость 1000 Дж/кг·К. Рядовой кирпич тоже имеет неплохие характеристики: плотность 1750 кг/м³, теплопроводность 0,77 Вт/м·К, удельная теплоёмкость 1000 Дж/кг·К, но мелкоштучное строительство проигрывает в рентабельности модульнуму панельному строительству.

С точки зрения теплоизоляции бетон плохой материал, 900 мм бетона пропускает тепло как 150 мм пенополистирола (EPS), любой теплоизолятор выше бетона по теплосопротивлению. Но поскольку бетон теплоаккумулирующий материал, за счёт своей способности сохранять тепло, вместе с теплоизолятором в многослойной стеновой конструкции он вносит незаменимый вклад в энергоэффективность и тепловой комфорт помещения. «Для обеспечения теплового массового фактора, бетонные панели изолированы обычным пенополистиролом, а затем снова покрыты наружным слоем бетона. В результате получается высокоэффективная изоляционная оболочка здания». — сообщает капитан-очевидность Википедия.

Доктор гражданского строительства Университета Бригама Янга (Юта, США)

«Бетонные оболочки привлекательны с точки зрения климата и энергоэффективны, поскольку их внутренняя температура, как известно, распределяется более равномерно, что является долгожданным и важным атрибутом недорогого жилья, но это преимущество, однако, полностью реализуется только в том случае, если оболочка была изолирована» — объясняет знаменитый профессор гражданского строительства Университета Бригама Янга (BYU), старший инженер-консультант Monolithic Dome Institute (США) Арнольд Уилсон. [ 18 ].

Правильное расположение бетона в строительных конструкциях «бетон-утеплитель-бетон» выделяет/поглощает энергию, что способствует снижению колебаний температуры и снижает нагрузку на оборудование отопления/охлаждения, потребление ими энергии. Дома с бетонными стенами, фундаментами и полами, обладают высокой энергоэффективностью, поскольку используют преимущества термомассы, способностью поглощать и удерживать тепло.

Чтобы в свете растущих затрат на топливо увеличить КПД оборудования отопления\охлаждения, нужно максимально использовать пассивные методы для обогрева наших домов и рабочих мест. Это требует комплексного подхода к проектированию всего здания, в котором ориентация, остекление и тепловая масса работают вместе, чтобы обеспечить удобные решения с низким энергопотреблением. Характеристики стеновых конструкций имеют критическое значение, что отражено новом подходе к проектированию «сначала строительный материал» («building fabric»), например, в материалах Zero Carbon Hub, организации, ответственной за достижение правительственной цели по созданию домов с нулевым выбросом углерода в Англии.

ТЕПЛОВАЯ ИНЕРЦИЯ В SCIP

Как и камень, торкретбетон обладает высокой теплонакопительной способностью. Даже с минимальной толщиной утеплителя стены имеют тепловую задержку от 5 до 6 часов, что помогает уменьшить влияние ежедневного перепада высоких/низких температур. Температурная задержка указывает на способность стены накапливать энергию, что исключительно важно при создании качественного микроклимата и целей экономии.

Внутренний слой бетонной панели SCIP может быть изолирован до 100% термической эффективности. Если обычные теплоизоляционные значения R составляют от 8 до 15, то с учётом тепловой массы, когда внутренняя поверхность представляет собой бетон, эффективные значения R могут быть от 12 до 22. Помимо значений R, мы получаем преимущество тепловой массы, которое позволяет аккумулировать тепло, выделяемое с течением времени, выравнивая пиковые потребности в механическом оборудовании отопления/кондиционирования здания. [ 19 ]

Даже умеренное количество обеспечивает значительную экономию [ 20 ]. «Для смягчения колебаний температуры, тепловая масса внутренних стен работает уже от 25 мм бетона» — объясняет Scott Knighton из SCIP MetRock.

Благодаря тому, что внутренний слой торкретбетона защищён супертеплоизоляцией толщиной 250-350 мм, и тому, что SCIP используются для стен, полов, крыш и перегородок, SCIP-технология предлагает тепловую массу большую, чем у большинства строительных систем. В результате здание может иметь значение производительности R-40.

На основании подробного исследования Института Пассивного дома, Международная ассоциация пассивных домов iPHA рекомендует применение тепловой массы «для ослабления суточных колебаний температуры», но подавляющее большинство проектов пассивных домов в России не имеют термомассы.

Тепловая масса не заменяет изоляцию, необходима комбинация этих двух факторов. Положение изоляции относительно тепловой массы имеет особое значение. Простое правило — тепловая масса должна располагаться внутри утепленной оболочки здания. Газобетон, СИП-панели (OSB-EPS-OSB), канадские каркасники и щитовые дома (OSB-MW-OSB), несъемная опалубка блоки ICF (EPS-бетон-EPS) и другие, более энергозатратны чем теплоаккумулятивные здания, дают более низкое качество жизни в помещениях и справедливо относятся к зданиям с барачным микроклиматом — «быстрый нагрев/быстрое охлаждение».

Рассчитать оптимальную толщину термоизоляции работающей совместно с тепловой массой, можно используя американские процедуры, разработанные ASHRAE, CA Title 20, и другими топ-организациями по энергоэффективности, одобренными Министерством энергетики США. Сегодня пассивную тепловую массу учитывают при расчете здания разные национальные стандарты, например, в Великобритании это SAP Часть L1 Строительных норм и FEES.

Популярный бразильский SCIP-евангелист, фанат устойчивой архитектуры Elton Lira, в 2021 году решил сравнить тепловой КПД SCIP с кирпичной стеной. Вооружившись лазерным термометром он делал измерения стен днём и ночью, которые записывал в таблицу. Предсказуемо, стена SCIP дала отличный результат по теплопроводности и сохраняла стабильную окружающую среду в помещении благодаря тепловой инверсии стен. Он подсчитал, что SCIP на 21,6% эффективнее кладки.

ВКЛЮЧЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ С ФАЗОВЫМ ПЕРЕХОДОМ

Активные и пассивные меры обеспечения хорошего качества окружающей среды помещений при одновременном достижении рентабельности отопления постоянно совершенствуются. Развивая идею пассивного теплового аккумулятора в здании, в последние годы для улучшения тепловых критериев и обеспечения более высокого теплового комфорта идут активные исследования интеграции в стеновую конструкцию материалов с фазовым переходом (PCM).

PCM способны накапливать и выделять большое количество тепла при переходе вещества из одной фазы в другую, в большинстве случаев — из твердого состояния в жидкое, и наоборот. Это полезно для хранения энергии в стене зимой, увеличения времени тепловыделения. К таким материалам относятся неорганические (гидраты солей, металлы) и органические соединения, самыми перспективными среди которых считаются парафины.

PCM используются во многих различных коммерческих изделиях, где требуется накопление энергии и/или стабильная температура, например, грелки, охлаждение для телефонных коммутационных шкафов, одежда и др. Безусловно, самый большой потенциальный рынок —отопление и охлаждение зданий. Драйвером использования PCM становится рост стоимости энергии и ночное отключение отопления из-за энергодефицита.

Результаты показывают, что PCM могут изменять поглощающую способность стены, а затем улучшать температуру поверхности и тепловой поток в процессе аккумулирования тепла. Добавление PCM в стены может улучшить аккумулирование тепла в стене и увеличить температуру поверхности стенки в процессе тепловыделения. Чтобы тепло выделялось постоянно в течение длительного времени, например, в ночное время, следует выбрать PCM с правильной температурой фазового перехода, узким диапазоном фазового перехода и большим скрытым теплом.

Увеличение ёмкости аккумулирования скрытой тепловой энергии в бетоне с использованием PCM, положительно влияет на энергоэффективность здания. Идут работы по интегрированию PCM в конструкционный бетон, для повышения его теплоёмкости при сохранении надлежащей прочности конструкции. [ 21, 22, 23 ]

ТЕРМИЧЕСКИ АКТИВНАЯ СТРОИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА

Каждый из нас знаком с технологией отопления «тёплый пол». Но мало кто знает, что идея активации тепловой массы находит применение не только в бетонных плитах, расположенных между каждым этажом здания, но и стенах. Технология получила название Thermally Activated Building System (TABS), что подразумевает термическую активизацию перекрытий и стен.

Комбинация технологий PCM и TABS может привести к увеличению ёмкости хранения тепла внутри здания и, в то же время, к возможности активно реагировать на повышенные потребности в отоплении или охлаждении, которые не могут быть покрыты только пассивным аккумулированием тепла [ 24 ].

При циркуляции горячей или холодной воды в ж/б панелях, здание может соответственно нагреваться или охлаждаться. TABS исследовалась во многих теоретических исследованиях и была реализована в ряде полномасштабных проектов, реализованных Американским обществом инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха ASHRAE [ 25 ]. Кроме того, лабораторные испытания и теоретические исследования показали, что TABS может быть применена для увеличения энергоэффективности и имеет значительный потенциал для снижения эксплуатационных расходов на охлаждение/обогрев зданий и обеспечения необходимого теплового комфорта в помещении [ 26 ].

Наш клиент Олег проживает в Екатеринбурге, регионе известным холодными зимами. С помощью панелей SCIP СОТА для своей семьи он построил одноэтажный дом со вторым мансардным этажом. Стеновая панель представляет собой пенополистирол 250 мм, 50 мм торкретбетона с каждой стороны. Из отопления на первом этаже только тёплый пол (TABS), на втором лишь несколько точек отопления (батареи). Далее прямая речь Олега:

«Не смотря на то что за окном минус 20 °C, я включаю отопление только ночью, и то не каждую. Если не включать, в здании средняя температура воздуха снижается где-то на 1-2 °C в сутки. Среди моих друзей много строителей, кто строит из кирпича, кто из брёвен, кто газобетоном. Когда они приходят к нам в гости, их удивляет тот факт, что внутренний слой бетона тёплый. Они касаются рукой стен и делают предположение, что внутри стен есть трубки с теплой водой. Когда я объясняю им что TABS только в полах, они цокают языком и хвалят SCIP-технологию, в их строительных продуктах таких теплых стен нет».

Герметичность конструкции

ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТЬ И ТЕПЛОПОТЕРИ

Утечки тепла из помещений здания

Движение воздуха через трещины, отверстия и утечки в оболочке ограждающей конструкции здания, влияет на поток тепла и влаги в здании (риск конденсации). В свою очередь, это влияет на микроклимат помещения и потребление энергии.

Плохая герметичность приводит к более высоким тепловым потерям, что выражается в высоких счетах за отопление; холодным внутренним поверхностям, и как следствие, к снижению теплового комфорта, ощущениям сквозняка и холодным ногам, а также увеличения скорости вентиляции и инфильтрации.

Другой отрицательной стороной может быть плохое качество воздуха (пыль) из-за переноса загрязняющих веществ между воздухом помещения и наружным воздухом, выбросы от материалов (например, радон, CO2) и плохая звукоизоляция. [ 27 ]

Толщина утеплителя в сочетании с воздухонепроницаемостью здания может иметь большое влияние на конечное потребление энергии. При высоком уровне герметичности внутренняя среда остается сбалансированной, и в результате для поддержания этого баланса требуется меньше энергии. [ 28 ]

Чем меньше воздухопроницаемость — тем лучше. Особенно в нашем климате с высокой разницей внутреннего и наружного воздуха. В случае некачественной оболочки здания наружный холодный воздух «пылесосом» втягивается в тёплое помещение через микро (и макро) щели, принося пыль и холод, и чтобы уйти с вашим теплом.

Технически высокая степень воздухонепроницаемости (попросту — непродуваемости) наружных стен, кровли, пола и др. — один из важных критериев, которым должны соответствовать пассивные дома, здания с низким энергопотреблением и здания с нулевым потреблением энергии. Любое здание с низким энергопотреблением должно быть герметичным, подробнее см. тут. Продуваемый сквозняками дом — это некомфортный дом с нездоровой бытовой средой, и к тому же его дорого отапливать.

ВОЗДУХООБМЕН

В обычном доме, в ветреный день, с теплого на холодный воздух меняется до 10 раз за 1 час. Это означает, что воздух нужно нагревать 10 раз за час. То есть, если коэффициент воздухообмена равен 1, вы нагреваете воздух до комфортной температуры 1 раз в час, и потребуется 1 час, чтобы этот теплый воздух заменился холодным.

В обычном доме воздух необходимо подогревать каждые 6 минут.
В герметичном доме воздух нужно нагревать каждые 60 минут.

До 2005 г. строительные нормы Великобритании предписывали максимальную скорость утечки воздуха в жилых зданиях 10 м³/час/м², согласно современных норм (Часть L, 2011) утечка должна составлять не более 7 м³/час/м². Это не очень хорошо, многие хотят иметь показатели 3 м³/час/м² или ниже. Сертификация BREEAM предполагает, что дом с воздухонепроницаемостью 5 м³/час/м² будет потреблять на 40% меньше энергии на отопление, чем дом, построенный из расчета 10 м³/час/м² (по стандартам ). Стандарты Пассивного дома требуют менее 1 м³/час/м².

Российский СНиП 23-02-2003 (п. 8.7.) говорит, что «средняя воздухопроницаемость квартир жилых и помещений общественных зданий (при закрытых приточно-вытяжных вентиляционных отверстиях) должна обеспечивать воздухообмен кратностью n50, ч-1, при разности давлений 50 Па наружного и внутреннего воздуха при вентиляции — с естественным побуждением: n50 ≤ 4 ч-1; с механическим побуждением: n50 ≤ 2 ч-1». Воздухопроницаемость Пассивного дома должна быть n50 ≤ 0,6 h-1.

ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

«Самый экономичный способ добиться герметичности — правильно выбрать конструкцию» — говорит Тим Пуллен, эксперт в области экологически безопасных методов строительства и энергоэффективности жилых домов. «Улучшение воздухонепроницаемости обычно не выполняется отдельно; это появляется при лучшем качестве сборки и лучшей изоляции».

Герметичность стен зависит от строительной системы, с помощью несъемной опалубки панелей (SCIP) её достичь очень легко — у вас полное отсутствие движения воздуха через стены или крышу. Например, для сборок SIP-панелями 5 м³/час будет максимально возможным достижением, поскольку SIP-панели также используются для кровли, даже если вы проклеите лентой все стыки, воздухонепроницаемость будет создана только на первом этаже. С деревянным каркасом всё очень сложно, но хуже всего дело обстоит с кладкой (CMU, кирпичи), проблемы возникают на стыке пола и стены, стены и крыши. С SCIP у вас нет проблем, здесь всё замоноличено без швов.

«По сравнению с традиционной конструкцией, система SCIP уменьшает утечку воздуха до 90%» — сообщает SCIP StructurTech’s 3D Panel.

Вопрос: «Стена SCIP «дышит»?» Ответ: SCIP — это воздухопроницаемая стеновая система, и чем выше показатель? тем лучше.

ОЦЕНКА ГЕРМЕТИЧНОСТИ

Тест на воздухопроницаемость помещений здания

Нормы и требования по величине воздухопроницания наружных ограждающих конструкций и кратности воздухообмена в помещениях отражены в СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». Герметичность здания определяется уровнем утечки воздуха через щели и трещины в оболочках стен, перекрытий и кровли. Тест на герметичность определяет зоны, куда приходит холодный воздух, а где выходит теплый.

Оценка распределения утечек воздуха в здании, позволяет правильно смоделировать инфильтрацию и спроектировать систему вентиляции [ 29, 30, 31]. Есть два распространенных метода измерения герметичности ограждающих конструкций здания: создание давления с помощью вентилятора, включая систему дверь-вентилятор (Blower Door или Аэродверь) [ 32 ] — порядок испытаний описан в ГОСТ 311672009 и в инструкции по работе испытательного оборудования (например, аэродвери RETROTEC 5000); и метод индикаторного газа [ 33 ].

Также обсуждается быстрый, недорогой и не зависящий от погоды метод оценки площади утечки воздуха и скорости инфильтрации воздуха с помощью индекса звукоизоляции. Всё что для него нужно, это источник звука, микрофон и компьютер с недорогим программным обеспечением для измерения времени реверберации и уровней звука. [ 27 ]

Вопрос: «Какова паропроницаемость при других утеплителях? Хочу понять насколько необходима принудительная вентиляция в доме?» Ответ: Как и при любой другой технологии строительства необходима принудительная вентиляция. У нас монолитная герметичная конструкция, вентиляция через стены невозможна.

Мостики холода

К сожалению, материалы которые являются отличными теплоизоляторами, обычно не обладают прочностью, в то время как с выдающейся прочностью материалы, являются очень плохими теплоизоляторами. Нам нужно и то и другое. И если одни пытаются придумать нечто среднее, например, газо-пенобетоны, которые слабы и по нагрузке и термоизоляции, то другие используют комбинацию, где утеплитель выполняет роль утеплителя, а прочный материал несёт нагрузки.

«Бетонные панели с утеплителем выгодно сочетают в себе конструкционные, тепловые и архитектурные свойства в одном целом» — объясняет Институт PCI, сертификация которого признана ведущей и наиболее широко применяемой программой обеспечения качества в строительной отрасли США.

Комбинация утеплителя и бетона в SCIP идеальна, но насколько проходящие через утеплитель проволоки, соединяющие одну сторону панели с другой, смогут передавать холод/тепло с одного слоя бетона на другой? Речь об удельных теплопотерях через линейные и точечные неоднородности, т.н. «тепловых мостиках» холода.

Согласно Оксфордскому словарю «Cтроительство и Геодезия», «тепловой мост, также называемый мостом холода или тепловым гребнем, представляет собой область объекта (часто здания), которая имеет значительно более высокую теплопередачу, чем окружающие материалы, что приводит к общему сокращению теплоизоляция объекта или здания».

Понятие «тепловой мост» пришло от обычных технологий строительства: арматура от 10 мм, кладочный раствор толщиной 10-12 мм и др. В технологии SCIP таких «мостов» нет, поскольку используются проволочные соединители диаметром 2-3 мм. «Мосты» появляются при большем диаметре проволоки, но при каком? Например, ООО БИРСС (Россия) строит подобной армоцементной конструкцией и использует сварные распорки из оцинкованного прутка диаметром 4,5 мм (прочность при растяжении 700 Н/мм²), выполняющие функцию рёбер жесткости арматурного каркаса. Если у них при 4,5 мм нет «мостов» холода, то откуда им взяться при 2-3 мм?

Вместо утеплителя они используют пенополистиролбетон. Мы не рекомендуем так делать, поскольку в помещении нет теплоёмкого материала для тепловой массы (теплопроводность ТЕРМОПОР 0,06 λ, Вт/м·°C приводится в пику железобетона 2,04 λ, Вт/м·°C). Но посмотрите как поэтично А.В. Калинин описывает W-образную трассу (кстати, у нас есть на неё патенты): «Распорка представляет собой фермочку, у которой верхний и нижний пояса выполнены из двух продольных прутков, пояса соединяет зигзагообразно изогнутая проволока того же диаметра, сваренная точечной сваркой в точках перегиба с прутками поясов. Распорки вставляются вовнутрь панелей с шагом примерно 900 мм. Ширина горизонтальных распорок — 80 мм, вертикальных — 70 мм, что позволяет вставлять их друг в друга в узлах пересечения». [ 34 ]

ВЛИЯНИЕ КОНКУРЕНЦИИ: ДЕЗИНФОРМАЦИЯ

Коллеги, мы в этом бизнесе не первый день (с 2009 г.), у нас есть все основания утверждать, что бо́льшая часть дезинформации со SCIP связана именно с проволочными фермами (см. соединители). Обычно это делается не в форме вопроса, а в форме безосновательного утверждения, часто украшенного такими прилагательными как «кошмар», «ужасный тепловой мост» и др.

Вброс о «мостиках холода» в ноябре 2021 в SCIP русскоязычных YouTube-каналах

Типичный пример. В 2-3 дня ноября (2021), от имени пустого канала «эфир эфирыч», на самых популярных в СНГ YouTube-каналах был вброс об этих самых мостиках холода (см. скриншот). В дискурс он не вступал.

Вопрос обычно или не содержит ссылок (только прилагательные), или выглядит довольно аргументированным: «Как насчет тепловых мостов, вызванных разъемами в SCIP? Я слышал что они дают «мостики холода», так ли это, ведь сталь имеет проводимость 58 Вт/мК, что в 1300–1900 раз больше чем у EPS?»

Действительно, среднее значение R стали — 0,003. Бетон кстати тоже имеет низкое значение (0,1). Непосвященному кажется что да, похоже что температура действительно может пройти через утеплитель и передать его сетке, которая расположена в слое бетона с другой стороны утеплителя. Но так не происходит, вот некоторые факты.

ФАКТЫ О «ТЕПЛОВЫХ МОСТАХ» В SCIP

в SCIP нет настоящего «теплового моста». Расчетами и натурными измерениями теплопроводности доказано, что «мостики холода» при строительстве зданий из панели SCIP могут составлять не более 5-7%. Ещё в 1987 году крупнейшее научно-исследовательское правительственное учреждение в системе национальных лабораторий Министерства энергетики США Oak Ridge National Laboratory (ORNL), что вблизи г. Ок-Ридж (Теннесси, США), провела теплотехнические эксперименты, в ходе которых были протестированы бетонные сэндвич-панели SCIP (Tridipanel).

В отчёте утверждается, что теплоизоляционные свойства панелей SCIP с соединителями из нержавеющей стали диаметром 2–3 мм в стене размером 103 x 103 дюйма — снижаются всего на 7%, по сравнению со стенами без соединителей или со стяжками из стеклопластика. Также, они провели оценку последовательно-параллельным методом слоёв панели, а затем рассчитали коэффициент R для бетонных слоёв и обнаружили, что этот метод показывает 5%-ное снижение тепловых свойств, что очень близко к измеренной разнице. ДОКУМЕНТ ЗДЕСЬ.

Строительная технология SCIP впервые появилась в 1964 году. Кроме ORNL, за эти годы проводили испытания этой панели с различным изолятором сотни институтов на всех континентах, в том числе исследуя её теплотехнические характеристики (см. ниже).

Изоляция в центре панели подвешивается на проволоке пространственного каркаса и становится непрерывным термическим разрывом при соединении панелей [Benayoune 2003, Benayouneet al. 2001 и Einea 1992].

Толщина армирующей соединительного элемента и сетки обычно 2-3 мм, плотность 30-60 шт на м². Площадь поперечного сечения и длина проволок соединителей таковы, что практически невозможно передать достаточное количество энергии между двумя оболочками через проволоки сетки фермы. Другими словами, проволока Truss Web Wires настолько тонкая и длинная, что невозможно передать тепло от одного слоя бетона к другому и нагреть его.

Проволочная ферма не приводит холод в дом. Даже если низкая/высокая температура и прошла через слой утеплителя, то этот остаточный процент температуры проникшей по тонкому соединителю по другую сторону утеплителя, неминуемо гасится внутренним слоем бетона. Учитывая относительную площадь арматуры по отношению к изоляции, на общей площади стены такое армирование практически размывается и холод/тепло на сетку не передается.

ЧТО ГОВОРЯТ О МОСТАХ ХОЛОДА ЖИЛЬЦЫ SCIP

Послушайте что говорит о теплопроводности соединителей Ричард Симс (Richard Sims), занимающийся строительством домов из этих панелей уже 10 лет.

«Я имел удовольствие поговорить с архитектором на пенсии, который в 2002 году построил дом SCIP на Пьюджет-Саунд (Вашингтон, США). Теперь он планирует снова построить с панелями SCIP. Я спросил его, как ваше впечатление от эксплуатации здания из SCIP-панелей Insteel (Insteel Construction Systems, Inc., Брансуик, Джорджия, ныне не существует — прим. ред.) на Северо-Западе США.

Он засмеялся, когда я сказал ему о высказываниях об огромном падении значения коэффициента теплоизоляции R из-за «мостиков холода» w-соединителей. Рассказал о 40-градусных днях (4,5 °С), когда его дрова давали дым вместо тепла. Сообщил, что дому нужно в среднем 3 дня, чтобы он нагрелся после того, как вы были в отъезде, и он сохраняет тепло в течение 3-х дней если отключить отопление. На него это произвело сильное впечатление, он решительно настроен снова использовать эту систему.

Также я сегодня разговаривал с клиентом, который переехал в дом Highland SCIP, который я строил, спросил как работает дом с точки зрения потребления энергии. Он сказал, что его счета на 50% меньше его старого дома, который находится в пяти футах от него и был недавно утеплён и где установили новые высокоэффективные приборы».

Какие виды утеплителей в панели можно использовать

Обеспечение энергоэффективности ограждающих конструкций и качественного микроклимата помещений невозможно без применения новейших теплоизоляционных материалов. Наибольшее распространение сегодня получили материалы на полимерной основе: пенопласты различного вида, материалы из минеральных волокон на синтетических связующих и др.

Основной характеристикой любого теплоизоляционного материала является его теплопроводность, которая чем меньше, тем лучше (но не более 0,175 Вт/(м·К)). Соответственно, важна и его плотность (до 500 кг/м³), поскольку воздух, находящийся в порах материала, обладает гораздо меньшей теплопроводностью (0,025 Вт/(м·К), чем окружающее его вещество. Чем ниже средняя плотность материала, тем больше в нем пор и тем ниже его теплопроводность.

В условиях эксплуатации, теплопроводность утеплителя будет зависеть от влажности, температуры окружающей среды и т.д., поэтому важны такие его характеристики как: водопоглощение, паропроницаемость, морозостойкость, биостойкость, а так же простота обращения и возможность проведения монтажных работ вне зависимости от сезона. Выбор изоляции может повлиять на долговечность предполагаемой эффективности панели.

Прогнозируется, что благодаря правительственным мерам по повышению энергоэффективности и сокращению выбросов парниковых газов, глобальный спрос на теплоизоляционные материалы для строительства будет расти в среднем на 4,5% в период с 2016 по 2027 год. Спрос на теплоизоляционные материалы оценивается в 3,48% (2015-2027 гг.). [ 4 ]

Несмотря на то, что на рынке представлены различные типы изоляции, технология SCIP диктует определённые требованиями к утеплителю. Во-многом это связано с совместимостью свойств с бетоном: влагопоглощение, стабильность размеров, коэффициент расширения, а также прочность на сжатие и изгиб. Выбор типа изоляции важен как для повышения энергоэффективности, так и для усиления, необходимого для улучшения характеристик конструкции SCIP. Например, мягкую минеральную вату в SCIP использовать нельзя, но можно использовать её жёсткую от 80 кг/м³.

Теплоизоляционные материалы подразделяют по жесткости:
⭐ мягкие (М) — сжимаемость по объему составляет более 30% при удельной нагрузке 0,002 МПа;.
⭐ полужесткие (П) — сжимаемость 6…30% при удельной нагрузке 0,002 МПа.
⭐ жесткие (Ж) — сжимаемость до 6% при удельной нагрузке 0,002 МПа.
⭐ повышенной жесткости (ПЖ) — сжимаемость до 10% при удельной нагрузке 0,04 МПа.
⭐ твердые (Т) — сжимаемость до 10% при удельной нагрузке 0,1 МПа.

Пенополистирол (EPS) и пенопласт из экструдированного полистирола (XPS) чаще всего используются теплоизоляционных бетонных сэндвич-панелей любого вида, поскольку они обладают высокими тепловыми характеристиками и удобоукладываемостью [ 35 ]. Их энергосберегающий эффект выше, чем у стекловолокна при тех же условиях окружающей среды [ 36 ]. Более того, стоимость строительства с ними ниже чем у каменной ваты, при сохранении таких же тепловых характеристик [ 37 ]. В случаях, когда нельзя использовать большую толщину утеплителя (200-250 мм), следует применять изоляционные материалы с меньшей теплопроводностью.

Пенополистирол

EPS (Expanded Polystyrene), ПСБ-С. Жесткий ячеистый материал с открытыми ячейками. В SCIP используется плотностью 10-50 кг/м³. Подробнее

Экструдированный пенополистирол

XPS, ЭПС — обладает равномерной, закрытопористой структурой диаметром ячеек 0,1-0,2 мм. Подробнее

Полиизоцианурат

PIR, полипеноизоцианурат (ПИР-плиты) — жесткий полимерный материал с закрытыми ячейками. Имеет высокую теплопроводность: от 0,022 Вт/(м·К). Ещё

Пенополиуретан

Solid Polyurethane (ПУР) — жесткая пена на водной основе, смесь изоционата и полиола (1:1). Высокая теплопроводность: от 0,019 Вт/(м·К). Ещё

Минеральная вата

Расплавленный шлак и керамика. В этой группе минеральная вата (RW) и стекловата (GW). В SCIP нужна плотность от 80 кг/м³. Подробнее

Полиэтилентерефталат

PET, Bio-PET — Плиты вспененного полиэтилентерефталата (ПЭТ). Прочный материал который не боится влаги. Подробнее тут и тут

Увеличение толщины утеплителя увеличивает теплоизоляцию панели, а также увеличивает тепловую инерцию панели и площадь несущего элемента. Увеличение площади, в свою очередь, увеличивает жёсткость панели и её способность противостоять прогибу при изгибе и вращении, при этом по-прежнему используя то же количество бетона [ 38 ].

«В SCIP толщина и тип изоляции зависят от тепловых свойств используемого изоляционного материала, расчетной температуры конструкции и желаемого теплового сопротивления панели. Как правило, минимальная толщина 25 мм (с такой толщиной обычно никто не работает — прим. ред.). Изоляция должна иметь низкое поглощение, чтобы минимизировать потерю воды из свежеуложенного бетона» [ 39 ].

Сэндвич-панели SCIP Panel W с утеплителем пенополиуретан (PUR)

В Финляндии, стране климатические условия которой близки российским, широко используются стеновые панели из сборного железобетона. Среди утеплителей железобетонных панелей у них ещё недавно самым популярным были различные плиты минеральной ваты (MW). Сегодня ситуация изменилась и наиболее часто используемым изоляционным материалом в стеновых системах теперь пенопласт (PF): пенополистирол (EPS), полиуретан (PU) или полиизоцианурат (PIR).

PF и особенно PU/PIR предпочтительны из-за его термической стойкости и хорошей доступности на рынке. Более широкое использование пенопластов объясняется результатом общественного мнения о том, что MW более чувствительны к намоканию и повреждению в процессе строительства при воздействии погодных условий. [ 40 ]

На фото: SCIP Panel W (Мексика) с утеплителем из пенополиуретана (PUR).

Вопрос: «Можно ли использовать в качестве теплоизолятора SCIP керамзитобетонные блоки (плотность от 300 кг/м³, размер блока 390х190х188, теплопроводность 0,20)»? Ответ: Какой смысл использовать теплоизолятор, теплопроводность которого в 10 раз хуже пенополистирола, работать с которым трудно из-за его веса, прочностных свойств, и к тому же который гигроскопичен? Это не наш профиль.

УТЕПЛИТЕЛЬ ИЗ ПЭТ-БУТЫЛОК

Основа утеплителя, заключенный в миллионны ячеек воздух. А что если ячейка будет одна? Нам известны эксперименты с утеплителем в SCIP из бутылок из полиэтилентерефталата (polyethylene terephthalate) после употребления газированных напитков. Есть примеры использования плиты утеплителя созданной из вспененного ПЭТ (PET, CSW-PET), пенополиэтилена. Не хватает в жизни экзотики? Посмотрите чем занимаются Green Sandwich Panel и энтузиасты из SCIP K Panel (Колорадо, США). ツ

УТЕПЛИТЕЛЬ ИЗ ЛЬНА

Лён — экологически чистый материал, который с помощью современных производственных технологий получает удобную форму исполнения (плиты) и хорошие теплозащитные характеристики. В качестве связующего компонента применяется крахмал, для огнебиозащиты материал пропитывается природными солями бора. Плиты изо льна не поддерживают горение. Коэффициент теплопроводности материала при толщине 5 см и плотности 32-34 кг/м³ составляет 0,038 — 0,04 Вт/мК. Коэффициент звукопоглощения — 0,98.

В отличие от минеральной ваты, льняное волокно способно впитывать и одновременно отдавать влагу, не накапливая конденсат, что делает его теплозащитные качества стабильными (не требуется устройство внутреннего пароизоляционного слоя). По словам производителей срок службы льняного теплоизолятора составляет более 60 лет, он сохраняет эксплуатационные свойства в течение всего срока.

УТЕПЛИТЕЛЬ ИЗ СОЛОМЫ

«Сердечник панели может состоять из 100% биомассы местного урожая, включая обрезки фруктовых садов, сорняки растущие на обочине дороги, скошенные стебли или солому». говорит John-Paul Maxfield, основатель экологически чистой сельскохозяйственной компании Waste Farmers о SCIP «Green Sandwich» (под этой маркой в Колорадо с 1994 г. строили Wolfram Kasemir и Merline Van Dyke, ныне не существует — прим. ред.).

Теплопроводность тюков соломы увеличивается с увеличением насыпной плотности (Q). Как и другие теплоизоляционные материалы, теплопроводность тюков соломы сильно зависит от гигротермических условий в элементах здания. При воздействии чрезмерного уровня влажности высока вероятность роста плесени и разложения соломы, а ее теплоизоляционные характеристики будут снижены. [ 41 ]

УТЕПЛИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ СТЕКЛОВОЛОКНА

Плитный утеплитель, происхождение которых нити из расплавленного волокна. Хороший материал по соотношению цена/качество. Гигроскопичен, относительно горюч.

СПЕЦУСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ

На некоторых объектах специального назначения, панели подвергаются воздействию очень высоких внутренних рабочих температур. Физические свойства изоляции должны быть выбраны таким образом, чтобы выдерживать эти температуры, чтобы избежать возможности того, что панель не будет работать так, как задумано на протяжении всего срока службы здания.

Например, изоляция из полистирола имеет относительно низкую температуру плавления. Эти типы изоляции начинают давать усадку, когда температура изоляции достигает 160 °F (71 °C). Для специальных применений в зданиях с высокотемпературной средой выбор защищенной полиуретановой или полиизоциануратной (polyisocyanurate) изоляции с температурами плавления выше 350 °F. (177 °C) может предотвратить возможное ослабление конструкции или термическую нестабильность.

КАКОЙ УТЕПЛИТЕЛЬ ЛУЧШЕ ИСПОЛЬЗОВАТЬ В SCIP

Тот, который отвечает требованиям проекта, который лучше принимается вашим рынком и который имеет лучшее соотношение характеристики\стоимость. Часто им оказывается пенополистирол.

КАКУЮ ТОЛЩИНУ ДОЛЖЕН ИМЕТЬ УТЕПЛИТЕЛЬ

Ту, которая отвечает требованиям вашего проекта для вашей климатической зоны.

КАКУЮ ПЛОТНОСТЬ ДОЛЖЕН ИМЕТЬ УТЕПЛИТЕЛЬ

Коэффициент сопротивления теплопередаче SCIP СОТА при утеплителе 100 мм из вспененного полистирола ППС-15 (плотность 15 кг/м³) — 3,068 Ro, м² С/Вт. Хотите больше? Поскольку потери тепла конструкцией напрямую зависят от коэффициента теплопроводности используемого в сэндвич панели утеплителя и его толщины, вы просто выбираете выше плотность, и/или выше толщину утеплителя.

Теплопроводность U в зависимости от толщины утеплителя в сэндвич-панели

Какое количество энергии вы хотите расходовать для поддержания постоянной температуры внутри здания? Перед вами коэффициент теплопроводности U в зависимости от толщины слоя утеплителя от 50 до 350 мм (на примере пенополистирола). Чем ниже значение энергетического индекса U, тем меньше ваша потребность в обогреве и охлаждении помещения.

КАРБАМИДНЫЙ ПЕНОПЛАСТ (ПЕНОИЗОЛ)

Вопрос: «Возможно ли применение в качестве утеплителя в SCIP карбамидного пенопласта (пеноизол) или другого утеплителя?» Ответ:

СУПЕРУТЕПЛИТЕЛИ

Новый класс супер изоляционных материалов (Super Insulating Materials, SIM) может сыграть важную роль в будущем изоляции. Официального определения SIM-изоляторов с точки зрения значений теплопроводности нет (называется менее 0,020 Вт/мК), Приложение 65 IEA EBC «SIM», характеризует эти материалы тем, что все они используют эффект Кнудсена, подавление газовой теплопроводности в качестве одного из путей для теплопередачи.

«В ближайшие 20 лет появятся компактные изоляционные материалы. Новый утеплитель толщиной 2-3 см будет обладать такими же свойствами, как и современный изоляционный материал толщиной 20–30 см» — объясняет Дидье Ру, вице-президент по исследованиям, разработкам и инновациям компании Saint-Gobain 42 ]

Согласно отчётам Приложения 65, к группе SIM относятся следующие материалы: а) вакуумно-изоляционные панели (Vacuum Insulation Panels, VIP), также называют наноструктурированными из-за их наноразмерной пористой структуры; и б) усовершенствованные пористые материалы (Advanced Porous Materials, APM), аэрогели (монолиты или волокнистые) и др. В то время как VIP-изоляционные материалы для подавления газовой проводимости в основном используют эвакуацию, APM работают при атмосферном давлении.

SIM-изоляторы весьма привлекательная альтернатива, которая позволяет уменьшить толщину изоляции в 5 раз. Однако, помимо отличных изоляционных свойств, эти материалы относительно дороги, информация об их долговечности в различных термо-гигрических условиях отсутствует. [ 43, 44 ]

Хуан Гао и группа исследователей из Китайского университета Геолого-геофизических Исследований, исследовали улучшение характеристик вспененного перлита в качестве теплоизоляции, за счёт разработки трехуровневой пористой структуры. Различные классы размеров пор получаются путем термообработки и достигают размеров пор в субмикронном диапазоне, где начинается подавление газовой проводимости, что делает этот материал потенциальным кандидатом на роль сверхизолирующего материала в ближайшем будущем. [ 45 ]

О ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ПОВЕРХ ПАНЕЛИ

SCIP — это термоизолированная система, которая не требует дополнительной теплоизоляции поверх панели. Толщина утеплителя выбирается исходя характеристик климатического региона, где будет применяться система.

#

Гражданское строительство является прямым определяющим фактором развития и улучшения качества жизни. Зеленое строительство может стать конкурентным преимуществом, а энергосбережению должно уделяться главное внимание при выборе объектов недвижимости в любом сегменте рынка. Плохие строительные продукты ухудшают жизнь и сдерживают развитие страны.

Нет никаких сомнений в том, что будущее отрасли за энерго-пассивными домами, что они станут доминирующей разработкой. Мы мечтаем о днях, когда Россию, Украину, Казахстан и другие страны, тысячи новаторов переселят людей в комфортную топливо-пассивную среду. Это будет хорошо для государств, современников и будущих поколений Земли.

От того, насколько справится в становлении и развитии независимой Компании творчески свободный Лидер — зависит многое. Мы хотим поддержать его решимость, наконец сменить технологический уклад. Нас с ним объединяет одна цель, а также вера в то, что хорошие идеи всегда победят. Если вам было интересно прочитать — шейр кнопкой Поделиться, лайк и коммент по ссылкам ниже. Спасибо!

#

FAQ Далее ⏩

К Содержанию FAQ

Используемые источники

[ 1 ] Малинецкий Г.Г., профессор, доктор физико-математических наук, вице-президент Нанотехнологического общества России, заведующий отделом моделирования нелинейных процессов Института прикладной математики им. Келдыша РАН, «Доклад российскому интеллектуальному клубу», 2015. Ссылка

[ 2 ] Шеина С., Федяева П., Чулкова Е., Павлукова Т., Белоусова О. Экологические аспекты программ энергосбережения. Internationaler Kongress& Fachmesse EURO-ECO: Program Abstracts.-Hannover, 2010. Стр. 111-112

[ 3 ] BPIE (2017). Ремонт жилого фонда ЕС. Ссылка

[ 4 ] Hernandez & Kenny, 2010

[ 5 ] Bambrook и др. 2011; Lai and Wang 2011; Sadineni и др. 2011; Sozer 2010; Xu и Dessel 2008.

[ 6 ] Пархоменко А.С. «Проблемы и перспективы создания энергоэффективных кирпичных ограждающих конструкций«. Форум молодых ученых. 2018. № 4(20) С. 1107-1110.

[ 7 ] Эхсан Мирнатеги, Айман С. Моссалям «Многокритериальная оптимизация энергосберегающих систем строительства из цементных сэндвич-панелей с использованием генетического алгоритма», Energies 2021, 14(18), 6001; https://doi.org/10.3390/en14186001. Ссылка

[ 8 ] Geovani Aires Assis de Paula и др., 2018.

[ 9 ] Исследовательский проект «Сейсмическое поведение структурных систем, состоящих из монолитных бетонных стен», Seismic Engineering Research Infrastructures for European Synergies Series, European Commission, 7th Framework Programme, 2012. Ссылка

[ 10 ] Фатима А.И. Рафаэи, Махмуд Т. Эль-Михильми и Тарек М. Бахаа. «Сейсмическое поведение стен из сэндвич-панелей» Национальный исследовательский центр жилья и строительства, инженерный факультет, Каирский университет. Докки, Гиза, Египет. 2015 Ссылка

[ 11 ] Файез Альдаби, Абхиджит Дате, Фироз Алам, Ифтехар Хан, Мохаммад Альгамди «Энергоэффективная стеновая система жилого дома» September 2013 Applied Thermal Engineering 58 (s 1–2):400–410 DOI:10.1016/j.applthermaleng.2013.02.023. Ссылка

[ 12 ] Фатима Захра Рафаа, Рак Аббас, Фуад Х. Фуад. «Устойчивая строительная система из геополимерных сэндвич-панелей на основе египетского метакаолина». Case Studies in Construction Materials 13 (2020) e00436. Работа выполнена при финансовой поддержке Фонда развития науки и технологий (STDF) Министерства научных исследований Египта (номер гранта: 5848). Ссылка

[ 13 ] Джеффри Эванчич, главный операционный директор Hutter Pioneer. Интервью изданию California Construction News, 19 ноября 2018. Ссылка

[ 14 ] M. Baginski, «Sustainable Structures».

[ 15 ] Кэтрин Грегори, Бехдад Могтадери, Хибер Суго. «Влияние тепловой массы на тепловые характеристики различных систем жилых домов Австралии» Декабрь 2008. Энергетика и строительство 40 (4): 459-465 DOI: 10.1016 / j.enbuild.2007.04.001 Ссылка

[ 16 ] Хайдер Албайя, Дхармаппа Хагар, Свапан Саха, «Энергосбережение в жилых домах за счет внедрения пассивных стратегий проектирования солнечной энергии и энергоэффективности, а также более высокой тепловой массы», 2017. Ссылка

[ 17 ] Р.Дж. Фуллер, М.Б. Лютер, C.K. Cheung. «Строительство винного склада-магазина с утепленными бетонными стенами». 39 (5), 537–545. Группа исследования искусственной окружающей среды, Школа архитектуры и строительства, Университет Дикин, Джилонг 3217, Австралия. 2003 г. doi:10.1016/j.buildenv.2003.11.002 Ссылка

[ 18 ] А. Уилсон, «Практический дизайн бетонных оболочек», Институт монолитных куполов, Италия, Техас, США. 2005.

[ 19 ] Да Сильва, И.Г.Олибратоски Дж. «Сравнительный анализ строительных систем для жилищных проектов: кладка против EPS». 42 стр. Заключительная работа по курсу (выпускной) — Курс гражданского строительства, Центр высшего образования Кампос-Жерайс, Понта-Гросса (Бразилия), 2021. Ссылка

[ 20 ] Хакер Дж. и др., «Внедренные и эксплуатационные выбросы углекислого газа из жилищ: тематическое исследование эффектов тепловой массы и изменения климата», Энергетика и здания 40, 2008 г.

[ 21 ] М. Хунгер, А. Г. Энтроп, И. Мандиларас, Х. Дж. Х. Брауэрс и М. Фунти, «Поведение самоуплотняющегося бетона, содержащего микрокапсулированные материалы с фазовым переходом», Cem. Concr. Compos., Т. 31, вып. 10. С. 731–743, 2009.

[ 22 ] А. Д’Алессандро, А. Л. Пизелло, К. Фабиани, Ф. Убертини, Л. Ф. Кабеза и Ф. Котана, «Многофункциональные интеллектуальные бетоны с новыми материалами с фазовым переходом: механические и термоэнергетические исследования», Appl. Энергия, т. 212, Январь, 2018. С. 1448–1461

[ 23 ] А. Джаялат, Р. Сан Николас, М. Софи, Р. Шанкс, Т. Нго, Л. Ай и П. Мендис, «Свойства цементного раствора и бетона, содержащие микрокапсулированные материалы с фазовым переходом», Конструкционные Строительные Материалы, Т. 120. С. 408–417, 2016

[ 24 ] Михал Помяновски, Пер Гейзельберг, Расмус Лунд Йенсен, «Динамическое аккумулирование тепла и охлаждающая способность бетонного настила с PCM и термически активируемой строительной системой», 2012. Ссылка

[ 25 ] Р. Мейерханс, Б.В. Олесен, «Художественный музей в Брегенце — экономный HVAC для массивной архитектуры», Транзакции ASHRAE 108 (Часть 2), 708–713. 2002

[ 26 ] Б. Леманн, В. Дорер, М. Кошенц, «Область применения термически активируемых строительных систем TABS», Энергетика и здания 39 (5), 593–598. 2007

[ 27 ] Усама А.Б. Хасан, «Альтернативный метод оценки герметичности строительных элементов», 2013. Ссылка

[ 28 ] Сусанна Гергес, Панайотис Гкорогиас. «Конструкция бетонных многослойных элементов с точки зрения рекомендаций по пассивному дому и влагобезопасности», Королевский технологический институт, гражданское и архитектурное строительство. Швеция. Магистерская работа по строительным технологиям, №435, Строительное дело 27.05.2015 г. Ссылка

[ 29 ] Палмитер Л., Франсиско П. «Разработка простого устройства для измерения расхода воздуха в жилых помещениях. Фаза I и Фаза II», Заключительный отчет для Министерства энергетики, 2000. Ссылка

[ 30 ] Маквильямс Дж. «Обзор методов измерения воздушного потока». Национальная лаборатория Лоуренса Беркли, LBNL-49747; 2002. Ссылка

[ 31 ] Джонг Дж.-В., Фиррантелло Дж. и др. «Тематические исследования по измерению утечки через ограждающую конструкцию здания с использованием метода создания давления с помощью вентилятора». Исследования и технологии в сфере строительства, 2008. Ссылка

[ 32 ] ASHRAE. Стандарт 119, показатели герметичности отдельно стоящих одноквартирных жилых домов. Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха. 1988

[ 33 ] ASTM. Стандартный метод испытаний E741e00 для определения изменения воздуха в отдельной зоне с помощью разбавления индикаторного газа. Филадельфия: Американское общество испытаний и материалов; 2000

[ 34 ] ДжунХи Ким, Ён-Чан Ю. «Комбинированное поведение новой бетонной стеновой сэндвич-панели с утеплителем, армированной поперечными сетками из стеклопластика: влияние типов изоляции». Materials (Basel). 2015 Mar; 8(3): 899–913. doi: 10.3390/ma8030899. Ссылка

[ 35 ] Калинин А.В. «Новая система малоэтажного монолитного домостроения», «Малоэтажное строительство» Научно-технический и производственный журнал, УДК 711.643. 2012 Ссылка

[ 36 ] Экичи Б.Б., Гюльтен А.А., Аксой У.Т. «Исследование оптимальной толщины изоляции для различных типов внешних стен с учетом различных материалов, топлива и климатических зон в Турции». Прил. Энергия. 2012. 92: 211–217. DOI:10.1016/j.apenergy.2011.10.008. Ссылка

[ 37 ] Озель М. «Анализ затрат на определение оптимальной толщины и воздействия на окружающую среду различных изоляционных материалов». Energy Build. 2012. 49:552–559. doi: 10.1016/j.enbuild.2012.03.002 Ссылка

[ 38 ] M. Schlotter, A Comparison of Core Materials for Sandwich Composite Constructions, 2002

[ 39 ] Энья А., Салмон Д.С. и др. «Современные технологии изготовления сэндвичей из сборного железобетона» PCI Journal, V. 36, No. 6, Ноябрь-Декабрь, 1991 Ссылка

[ 40 ] Паули Секки, Тимо Карвинен, Юха Винья «Поведение внешних утепленных сборных железобетонных стеновых панелей в отношении влажности» 2020 Ссылка

[ 41 ] Чуен Хон (Алекс) Ко, Димитриос Краниотис. «Гигротермические характеристики, потребление энергии и внутренние выбросы в зданиях с тюками соломы» 2021 Ссылка

[ 42 ] Эксперт №51 (928) 15.12.2014

[ 43 ] Международное энергетическое агентство (МЭА). Энергия в зданиях и сообществах (EBC), Приложение 65 «Долгосрочные характеристики суперизоляционных материалов (SIM) в строительных компонентах и системах». Отчет по подзадаче II: Характеристики материалов и компонентов — Лаборатория Масштаб; МЭА, 03 января 2020 Ссылка

[ 44 ] Международное энергетическое агентство (МЭА). Энергия в зданиях и сообществах (EBC), Приложение 65 «Долгосрочные характеристики суперизоляционных материалов (SIM) в строительных компонентах и системах». Отчет по подзадаче III: Практическое применение — Модернизация здания Scale - Масштаб поля; МЭА, 03 января 2020 Ссылка

[ 45 ] Хуан Гао, Хао Лю, Либин Ляо, Лефу Мэй, Гоченг Львов, Лиминг Лян, Гуодиан Чжу, Цзэцзе Ван, Данлан Хуанг, «Улучшение характеристик пеноперлитного теплоизоляционного материала за счет проектирования пористой структуры с тройной иерархией». Энергия и здания, 2019, 200, 21-30

[ 46 ] Терентьев Д. М. Повышение энергоэффективности зданий, строений и сооружений. Задачи Минстроя России // Энергосбережение. 2015. №3. стр. 18-21

Напишите нам
Вы можете задать вопрос или написать ваше личное сообщение здесь, Telegram, WhatsApp, или электропочтой. Чтобы быть в курсе последних новостей, подпишитесь на наш канал или чат в Telegram.