Об утеплении и вентиляции дома по правилам строительной теплофизики
Наружная стена дома является границей раздела двух сред, различающихся температурой и газовым составом содержащегося в них воздуха. Ключевое значение для проблемы утепления стен является повышенное содержание во внутреннем воздухе помещений паров воды. Это неудивительно, ведь в помещениях готовят пищу, моют посуду, производят влажную уборку, влагу выделяют люди, животные, комнатные растения. В среднем в течение суток воздух трехкомнатной квартиры может «обогатиться» 10–12 килограммами водяного пара.
Зимой в отапливаемом помещении температура воздуха значительно выше, чем снаружи. Соответствующим образом отличается и температура внутренней и наружной поверхностей стен здания. Тепловая энергия согласно законам физики передается от нагретых участков стены более холодным (наружным). Тепловой поток распространяется сквозь массив стены изнутри наружу, постепенно «растрачивая» энергию.
Подобным же образом ведет себя и водяной пар, диффундируя сквозь стену в стремлении выровнять разницу в парциальных давлениях внутри и снаружи здания. В отличие от температуры, уменьшающейся постепенно, газообразная влага просачивается сквозь стену, не задерживаясь и не изменяя своего агрегатного состояния до тех пор, пока воздух, в котором она содержатся, не охладится настолько, что концентрация пара достигает состояния насыщения, и он конденсируется, оседая в толще стены в виде мелких капель влаги. Как говорят, достигается «точка росы».
При верном для конкретной климатической зоны сочетании стенового материала и толщины стен «точка росы» в зимний период оказывается внутри стены вблизи её наружной поверхности. При замерзании влаги вследствие её расширения будет происходить медленное разрушение стенового материала. А это, в свою очередь, повлечет за собой ухудшение теплоизоляционных свойств стены. Точка росы постепенно год за годом будет смещаться всё ближе к её внутренней поверхности. Это одна из причин, по которой стены в жилище в зимний период отсыревают (намокают), иной раз даже с образованием наледи.
Существует несколько путей избавления от переувлажнения стен:
- Управление балансом накопления влаги в воздухе помещений.
- Уменьшение паропроницаемости стен.
- Уменьшение теплопроводности стен.
Она предполагает наличие воздухонепроницаемых стен с очень низким коэффициентом теплопроводности, а также эффективной приточно-вытяжной вентиляцией и системой климат-контроля, не допускающих переувлажнения и перегрева внутренней воздушной среды. В рядовом же отечественном случае наиболее действенным решением является вынос «точки росы» за пределы наружных стен путем их утепления.
Для удаления «точки росы» из толщи стены необходимо выполнение двух условий:
- Коэффициент теплопроводности и толщина утеплителя должны быть такими, чтобы при определенных уровнях температуры и влажности воздуха внутри помещения (даже при экстремально низких температурах снаружи) температура участков стены не опускалась до температуры «точки росы».
- Паропроницаемость утеплителя должна быть выше, чем у материала стены. В противном случае водяной пар будет концентрироваться на границе раздела двух сред: стены и утеплителя, поскольку последний станет препятствием для движения паров. Внутренняя поверхность утеплителя и наружная поверхность стены будут непрерывно увлажняться, а влага постепенно распространяться вглубь стен.
Рассмотрим допустимые варианты утепления фасадов для наиболее ходовых случаев, когда стены возведены из железобетонных панелей либо кирпича, а выбор утеплителя ограничивается пенополистиролом и минеральной ватой.
Прежде всего, следует обратить внимание на соотношение коэффициентов паропроницаемости стеновых материалов и утеплителей – величин, показывающих, сколько газообразной влаги пропускает сквозь себя слой того или иного материала определенной толщины в единицу времени. Например, коэффициент паропроницаемости железобетона равен 0,03 мг/(м·ч·Па), а у красного или силикатного кирпича значение этого параметра больше – 0,11 мг/(м·ч·Па).
Приняв к сведению, что коэффициент паропроницаемости вспененного пенополистирола равен 0,05, а у минеральных ват находится в диапазоне 0,3–0,55, можно сделать вывод, что стены из железобетона, обладающего сравнительно невысокой способностью пропускать водяной пар, можно утеплять любым из упомянутых утеплителей. А вот для кирпичных стен вспененный пенополистирол нужно применять с оглядкой, поскольку коэффициент паропроницаемости этого материала меньше, чем у кирпича.
В последнем случае некоторого повышения концентрации водяного пара на границе стены и утеплителя избежать не удастся, но можно предотвратить его конденсацию в этом месте, утеплив стену настолько, что «точка росы» гарантированно будет находиться вне стены даже в самые трескучие морозы. Для этого слой утеплителя должен быть достаточно толстым, что увеличивает общие затраты.
Многие современные пористые стеновые материалы, например, легкие бетоны, наряду с низкой теплопроводностью характеризуются высокой паропроницаемостью. По правилам строительства устройство пароизоляции изнутри для стен из таких материалов считают обязательным. Если внутренней пароизоляции нет, целесообразнее применять утеплители из минеральной ваты, оказывающие малое сопротивление прохождению водяного пара.
Учет такого параметра, как коэффициент паропроницаемости материалов, при облицовке фасадов с утеплением можно «опустить» при условии, что стены защищены от водяного пара изнутри. Установка соответствующих мембран с внутренней стороны стен допустима при наличии в доме управляемых систем приточно-вытяжной вентиляции и климат-контроля. Задача утепления стен при этом значительно упростится, поскольку заботиться придется лишь об уменьшении теплопроводности стен до нужного уровня и защите материала утеплителя от внешних климатических и механических воздействий.