Под термином «проект коттеджа» люди нередко представляют объемную картинку, выполненную с использованием визуальных компьютерных ЗD-технологий. На самом деле это полный комплект документов, включающий в себя подробную проектную документацию, чертежи, смету расхода строительных материалов и т.д.
Наконец-то вы счастливый обладатель коттеджа! Поздравляем, но…Только через несколько лет эксплуатации может выясниться, что дом требует больших затрат на отопление зимой и кондиционирование летом. Может оказаться, что, невзирая на использование теплоизоляции, в комнатах холодно, а отопительный котел не справляется с полноценным обогревом всех помещений, поэтому приходится устанавливать существенно более дорогое и энергоемкое оборудование.
Влияние формы дома на теплопотери
Попробуем разобраться, как влияет на тепловые потери дома его форма и площадь наружной поверхности. В математической физике процесс стандартного теплопереноса описывается линейными дифференциальными уравнениями второго порядка в частных производных и краевыми условиями поведения системы на границе. Самые простые расчеты нередко проводятся так, как будто в доме нет ни окон, ни дверей – одни сплошные стены и крыша. Считать нужно абсолютно все элементы наружных стен, фундамента и крыши, а затем сравнить разные проекты. Вы удивитесь, насколько сильно у похожих по внешнему виду и жилой площади проектов могут отличаться эти показатели! Предположим, что дом отапливается по периметру жилых этажей. Для нестрогих оценочных расчетов можно предположить, что дом излучает тепло равномерно во все стороны. Под домом земля не промерзает и нагревается. После нагревания у наружных стен дома снаружи более теплый воздух поднимается над домом, но эти процессы мы пока не рассматриваем.
Мы считаем, что дом равномерно утеплен и обогревает вокруг себя и землю, и атмосферу. Из геометрии известно, что при равных объемах и плоских стенках наименьшая площадь поверхности у куба. Куб – это объемное тело, у которого все стенки образованы квадратами.
Если для примера рассмотреть куб со сторонами по 10 м, мы получим гипотетическое кубическое здание общим объемом 1000 м? и площадью всех сторон 6 ? 100 = 600 м?. Длина внешних стен по периметру составит 40 м.
Площадь наружных стен такого гипотетического частного дома составит 4 ? 100 = 400 м?, а площадь плоской крыши и пола – соответственно по 100 м?. Для комфортного проживания мы можем сделать потолки высотой по 3 м, получив 3 отапливаемых жилых этажа и 300 м? общей жилой площади (без учета лестниц, толщины стен и т.п.).
Теперь рассмотрим дом, в основании которого лежит прямоугольник со сторонами А и В, общая высота здания с плоской крышей составляет те же самые 10 м, и общий отапливаемый объем остается прежним – 1000 м?.
Объем U = A ? B ? 10 м = 1000 м?.
Отсюда длина стороны
В = 100 / А.
Площадь S всех стен, пола и крыши любого дома прямоугольной конструкции составит соответственно:
S = 2 ? A ? h + 2 ? B + h + 2 ? A ? B.
Рассмотрим прямоугольный дом с длиной одной стороны А = 5 м.
Для сохранения объема 1000 м? длина второй стороны должна составлять соответственно:
В = 100 / 5 = 20 м.
Площадь всех наружных стен, крыши и пола в этом случае составит:
S = 100 + 400 + 200 = 700 м?.
Сделав для комфортного проживания 3 этажа, мы получим отапливаемую жилую площадь 300 м?. Но площадь наружных стен увеличится на 100 м? по сравнению с кубической формой. Тепловые потери через внешние стены, пол и крышу и дополнительный расход тепла составят 117% по сравнению с кубическим домом:
700 м? / 600 м? ? 100% = 117%.
А теперь рассмотрим, что будет, если мы построим прямоугольный вытянутый одноэтажный барак с плоской крышей высотой 3,33 м, длиной одной стены 5 м и отапливаемым объемом 1000 м?. В этом случае длина второй стены барака должна составлять 60 м, а отапливаемая площадь будет тех же 300 м?.
Площадь наружных стен, крыши и пола одноэтажного барака составит:
S = 2 ? 60 ? 5 + 2 ? 60 ? 3,33 + 2 ? 5 ? 3,33 = 1033 м?.
Пусть 100% – потери тепла кубического здания. Если мы сравним 3-этажное здание кубической и прямоугольной формы и одноэтажный барак, то расходы на их отопление будут соотноситься следующим образом:
• сравнение с кубическим 3-этажным зданием: 1033 / 600 ? 100% = 172%;
• сравнение с рассмотренным 3-этажным зданием прямоугольной формы со сторонами 5 и 20 м:
1033 / 700 ? 100% = 148%.
Теперь становится понятно, что на отопление кубического или прямоугольного 3-этажного и вытянутого одноэтажного здания с одинаковой отапливаемой площадью и отапливаемым объемом масштабы расходов могут отличаться.
При одинаковой толщине стен и одинаковой теплоизоляции 3-этажное здание кубической формы теряет тепла намного меньше, чем вытянутое одноэтажное строение, отопить которое зимой, кажется, не представляется возможным. Недаром говорят, что в одноэтажных бараках жить невозможно: летом слишком жарко, а зимой – очень холодно.
Таблица 1. Сводная таблица данных различных вариантов домов
Экономичность геометрических конструкций
Эффективность геометрической конструкции дома в аспекте тепловых потерь можно оценивать отношением площади тепловых потерь дома (наружных стен, крыши и пола) к полезной площади дома, которую можно использовать под жилье. Чем ниже коэффициент Е, тем экономичнее является общая геометрическая конструкция дома с точки зрения тепловых потерь в расчете на каждый м? площади дома.
Сведем полученные ранее данные в общую табл. 1.
Эффективность Е = S теплопотерь / S дома.
Если коэффициент эффективности геометрической конструкции дома Е уменьшается, это означает, что общая геометрическая конструкция дома становится более эффективной. Отношение жилой площади дома к площади внешних конструкций, с которых происходит утечка тепла, оптимальна при Е = 2. Если же коэффициент Е превышает параметр 2,5 и тем более 3 – геометрию дома нужно менять, строить такое частное здание в холодном климате недопустимо.
Выводы
Экономия должна достигаться не только за счет использования современных теплоизоляционных материалов и сплошного утепления наружных конструкций дома, крыши, стен, фундамента, полов, но и за счет эффективности общей геометрии отапливаемой части дома.
Минимизация общей площади внешних стен и крыши – реальный путь минимизации затрат на отопление и способ уменьшить тепловые потери дома.Чем меньше внешняя площадь, тем ниже скорость остывания внутренних помещений, больше внешняя площадь – скорость остывания выше. Рекомендуем вам выбирать такой проект коттеджа, у которого при равных объемах полезной (жилой) отапливаемой площади суммарная площадь наружных стен, крыши и пола будет наименьшей.
