Воздух проникает внутрь здания через неплотности в его оболочке даже в безветренную погоду. Трещины в наружных стенах, щели и зазоры в местах примыкания конструкций способствуют образованию сквозняков в помещениях дома. Через щели в нижней части ограждающего контура внутрь строения проникает холодный наружный воздух, в то время как зазоры в верхней части здания выпускают наружу воздух теплый. Ветер лишь усиливает этот процесс, направляя воздушные потоки в определенную сторону. Дефекты в ограждающем контуре здания снижают эффективность его теплозащиты. Даже дополнительное утепление конструкций в подобных ситуациях не дает желаемого результата, и чем лучше утеплено здание, тем больше тепла теряется через щели и зазоры. К тому же даже небольшое отверстие резко ухудшает звукоизолирующую способность стены. Чтобы уменьшить количество расходуемой на отопление дома энергии и обеспечить в жилище комфорт, необходимо сделать его по возможности воздухонепроницаемым. Таковы современные требования по теплозащите зданий, принятые во многих странах мира.

Необходимое количество воздуха для эффективного воздухообмена можно получить путем проветривания. Недостаток этого способа поддержания микроклимата в том, что он требует присутствия в жилище человека, который должен в нужный момент открыть или закрыть окна или двери. Длительное же проветривание, особенно в ночное время, требует дополнительного расхода энергии. Альтернатива проветриванию – система вентиляции, которая является неотъемлемой частью современного энергоэффективного дома.

Швы между конструкциями дома – явление неизбежное. В каркасных домах проблему герметичности можно решить путем расстилания по поверхностям конструкций пароизоляционной пленки. Стыки между стенами и перекрытием уплотняют путем нахлеста полотнищ изоляционного материала.

Сложнее дело обстоит с домами, конструкции которых имеют неоднородные теплотехнические характеристики. Чаще всего в таких строениях проблемы бывают на стыках стены с крышей. Неплотности могут привести к отсыреванию изоляции и древесины под воздействием конденсата, образующегося при контакте теплого и относительно влажного внутреннего воздуха с холодными конструкциями дома. Причем пароизоляционная пленка, расстилаемая изнутри ограждающей конструкции, не в состоянии воспрепятствовать образованию влаги при наличии щелей и зазоров, через которые проходит воздух. В этих случаях конденсации содержащейся в воздухе влаги не избежать.

Не застрахованы от конденсата и монолитные конструкции. Например, при наличии негерметичных швов между снабженными надежной теплоизоляцией кирпичными стенами и междуэтажным перекрытием вероятность конденсации теплого воздуха также не исключена. В стенах же, сложенных из кирпича с вертикальными пустотами, холодный воздух может проникать внутрь дома даже на приличном удалении от наружных швов между конструкциями. Такими местами могут стать даже гнезда для электрических розеток. Негерметичные места в доме не всегда легко обнаружить, поскольку они могут находиться в закрытых конструкциях.

Герметичность здания оценивают с помощью коэффициента, характеризующего воздухообмен всего строения в течение 1 ч. Этот показатель не имеет ничего общего с проветриванием через окна, а относится к зданию, у которого все окна и двери плотно закрыты. Например, значение 3,0 говорит о том, что при перепаде давления 50 Па в течение 1 ч в здании происходит тройной воздухообмен.

Для домов легкой конструкции (с каркасными стенами) основной способ обеспечения герметичности – создание сплошного воздухонепроницаемого слоя. Стыки между полотнищами пароизоляционного материала следует делать внахлест и дополнительно проклеивать уплотнительной лентой. По возможности следует уменьшить число проемов и проходных отверстий в конструкциях, например для прокладки труб. Там, где этого не избежать, воздухонепроницаемость необходимо обеспечить путем тщательного уплотнения всех мест прерывания ограждающего контура. В кирпичных и блочных домах помимо того, что кладка и примыкания должны быть выполнены безупречно, все поверхности (в том числе над подвесными потолками) необходимо тщательно заштукатурить. Отверстия для труб, предусмотренные в воздухонепроницаемом слое, подлежат тщательной герметизации. Крыша и фронтон могут быть уплотнены соединяемыми внахлест полотнищами пленки. Для вентилирования во фронтоне предусматривают клапан.

Обеспечить герметичность ограждающего контура строения можно только при высоком качестве проектно-строительных работ. Обнаружить нарушения ограждающего контура уже построенного дома очень трудно. Поэтому обращать внимание на неправильное примыкание дверной или оконной коробки к стене, плохо выполненные соединения между полотнищами пленки, ее повреждения, дефекты в неоштукатуренной кладке дома, выступающий наружу коньковый прогон лучше в процессе строительства.

Для энергосбережения идеальной была бы ситуация, когда теплоизоляция устроена непрерывно по всему зданию. Но существуют места, где теплоизоляционную оболочку приходится прерывать (например, вокруг оконных и дверных проемов). От качества выполнения таких узлов будет зависеть, произойдет ли через них утечка тепла. По сравнению с остальной стеной подобные места характеризуются более низким сопротивлением теплопередаче, поэтому их называют мостиками холода. Следствием их наличия оказываются более высокие расходы на отопление. Считается, что мостики холода в зданиях могут быть причиной потерь до 1/3 тепловой энергии.

Мостики также являются причиной появления на стенах высолов и плесени. Понижение температуры на внутренней поверхности ограждающей конструкции может вызывать смещение точки росы и, как следствие, конденсацию водяного пара (например, на окне и вокруг него). Там, где появляется сырость, легко собирается пыль, и вскоре там образуются черные, грязные пятна. Поскольку пыль – превосходная питательная среда для микроорганизмов и домовых грибов, пятна быстро покрываются плесенью.

Возможных мест появления мостиков холода очень много. Например, в каркасной конструкции мостиками холода будут стойки, между которыми закладывают утеплитель. Если стойки деревянные, то мостики выражены слабо ввиду довольно низкой теплопроводности дерева. Точно так же балки перекрытия будут мостиками холода при теплоизоляции потолка, а стропила будут мостиками холода при теплоизоляции крыши. При многослойной конструкции стены может стать проблемным устройство коленчатых мансардных стен и наружных железобетонных лестниц. Но самым слабым местом при слоистой кладке является железобетонная плита перекрытия. Причина проблемы заключается в том, что наружная и внутренняя стены кладки усаживаются по-разному. Чтобы не происходило смещение плоскостей, перекрытия между этажами приходится выносить за внешний предел здания, и на них опирают обе стены, внутреннюю и внешнюю. Вставку, как правило, устанавливают так: оставляют разрыв в слое бетона, арматуру покрывают теплоизоляционным материалом и уже потом заливают ее бетоном. Такое решение является наиболее экономически оправданным, однако стальной каркас все равно может отдавать тепло, а значит, могут образоваться мостики холода. Есть вариант более дорогой, но и более эффективный: сделать разрыв и в бетоне, и в самой арматуре, внедрить в них теплоизоляционные материалы и уже тогда залить все бетоном.

Мостики холода делятся на те, которых можно избежать, и те, с которыми придется смириться.

Окна и двери. Даже самые теплые окна и двери всегда будут более холодными, чем сплошная стена. Следовательно, если в гостиной установлены большие окна с видом в сад, именно эта часть стены будет иметь значительно более низкие показатели сопротивления теплопередаче. Вместе с тем большие окна на южном фасаде благодаря солнцу впускают в дом больше тепла, чем теряют.

Контуры дверей и окон являются уязвимыми для мостиков холода, и нередко именно они могут упускать тепло. Поэтому необходимо обратить особое внимание на способ их монтажа, предусмотреть закладные детали и использовать теплоизоляционные материалы, чтобы в местах примыкания к стене не возрастали потери тепла.

Балконы. Чем сложнее форма здания и чем больше декоративных элементов украшают его фасад, тем труднее выполнить теплоизоляцию правильно. Например, много проблем для теплоизоляции создают балконы. Чтобы балконная плита выдерживала проектные нагрузки, ее необходимо соединить с перекрытием здания прочно и надежно. Чаще всего балконная плита зафиксирована с помощью арматурных прутьев в плите железобетонного перекрытия. Конструктивные требования к прочности конструкции выполняются, но место примыкания плиты к перекрытию становится путем для утечки тепла – возникает мощный мостик холода. Именно в этих местах чаще всего появляется плесень на штукатурке внутри помещения.

Простой современный способ избежать образования мостиков холода в балконной плите – использование специальных теплоизоляционных балконных элементов. Они состоят из анкерной части, то есть арматуры, и термовкладыша, выполненного из пенополистирола толщиной 8 см. Арматура балконного элемента выполняется из высокосортной нержавеющей стали, обладающей низкой теплопроводностью; коэффициент λ у этого материала составляет всего 15 Вт/м · °C, тогда как у обычной стали – 60 Вт/м · °C. Эти элементы можно использовать в одно-, двух– и трехслойных стенах. Их укладывают на этапе армирования перекрытия, соединяя с арматурой как перекрытия, так и балконной плиты, после чего всё одновременно бетонируется. Доступны различные виды балконных элементов, которые можно подобрать для каждого типа балкона – обычных, угловых и лоджий.

Точечные мостики. Часто бывает, что приходится что-то прикрепить к фасаду: ограждение балкона, навес над входом в дом, маркизу над террасой. Такие элементы должны крепиться непосредственно к стене, а не к внешнему слою изоляции. Из-за этого и возникают точечные мостики. Избежать их до сих пор не удавалось, но сейчас на рынке появились анкеры, химическим способом минимизирующие тепловой поток через стену в точке крепления.

Химические анкеры есть двух видов. Применение ампульных анкеров заключается в следующем. В стене высверливают отверстие, которое затем тщательно очищают с помощью нейлоновой щетки и потока воздуха; затем в него вставляют ампулу, содержащую в различных емкостях смолу и отвердитель. Когда в отверстие вбивается крепящий стержень, ампула разрушается, а ее содержимое перемешивается; через час анкер можно нагружать. Применение инъецирующих анкеров связано с использованием монтажного пистолета, в картридже которого в разных секциях находятся смола и отвердитель. Они смешиваются при сжатии картриджа и через сопло поступают в отверстие, в которое затем вставляют крепящий стержень. Применение химических анкеров исключает контакт стены со стальными соединительными элементами и, следовательно, предотвращает появление мостиков холода.

Щели между плитами. Небрежность, допущенная в процессе строительства, может привести к тому, что места, которые казались защищенными от теплопотерь, станут в доме самыми холодными. Плиты пенополистирола или минваты должны соединяться плотно встык, иначе между ними остаются щели. Порой строители стараются исправить положение, заполняя щели клеем, который имеет худшие теплоизоляционные параметры по сравнению с изоляционным материалом. В результате такие щели становятся мостиками холода, что значительно снижает эффективность утепления.

Цоколь. Между слоем теплоизоляции цоколя и стеной дома должна быть оставлена дилатационная щель (компенсационный шов). В нее помещают уплотнительную ленту. Проблема возникает, когда строители о ней забывают: в этом случае образуется мощный линейный мостик холода. Если же щель заполнена, имеет смысл проверить, применена ли на самом деле специальная, предварительно сжатая саморасширяющаяся уплотнительная лента, так как часто бывает, что используемые строителями традиционные пенки, силиконы или массы через определенное время перестают выполнять свою функцию. Под воздействием высокой внешней температуры пластические массы могут вытекать из щелей. Конечно, кроме ленты, можно применять и другие средства, например забутовочный шнур, – при уплотнении с помощью силикона шнур удерживает массу и ограничивает ее чрезмерное расходование.

Растворные швы в кладке тоже являются мостиками холода. Стена из самых термоэффективных блоков теряет свои теплосберегающие свойства, если выполняется на широкие швы или дополняется обыкновенным кирпичом, что ведет к возникновению мостиков холода. Швы промерзают намного быстрее блоков, и по всей их толщине начинают промерзать и сами блоки. Поэтому раствор для кладки должен быть как можно менее теплопроводным, например с использованием перлитового песка, а швы следует выполнять как можно тоньше. Качественно изготовленные блоки, у которых геометрические размеры строго стандартизированы, укладываются на специальный клей. Тогда толщина шва получается 2–3 мм, и влияние мостиков холода сводится к минимуму. При кладке из обычного кирпича это недостижимо.

При строительстве теплого дома надо учитывать особенности климата той местности, где строится здание, и в соответствии с этим выбирать форму дома и его планировку, строительные материалы, приемлемые конструкции и необходимую теплозащиту.

Рассматривая влияние климата на тепловую защиту дома, прежде всего следует подумать о ветре, который в холодное время года приносит много неприятностей. При приближении потока ветра к зданию он начинает оказывать давление на обращенную к нему часть фасада. В результате с этой стороны здания образуется зона повышенного давления, или ветровой подпор, при котором холодный воздух более интенсивно начинает проникать через стены, окна, стыки, щели внутрь жилых помещений, сильно их охлаждая. Это явление называется инфильтрацией. Обогнув здание, ветровой поток продолжает движение, образуя с противоположной стороны наветренного фасада зону пониженного давления, или ветровой отсос. В результате этого возникает значительный перепад давлений с двух противоположных сторон дома, что способствует проникновению холодного воздуха в помещение, более интенсивному движению воздуха внутри дома от наветренной стороны к подветренной, сильные сквозняки, выдувающие тепло из комнат, понижение температуры внутреннего воздуха и резкое увеличение теплопотерь зимой. Особенно хорошо заметны эти явления, если дом находится на территории, свободной от застройки. Поэтому при проектировании здания и планировке территории, особенно в районах с сильными ветрами, зная направление господствующих ветров, необходимо защитить дом от их неблагоприятного воздействия живой изгородью или деревьями, спланировать помещения так, чтобы в одной комнате окна не выходили на наветренную и подветренную стороны, использовать для наружных стен материалы с малой воздухопроницаемостью и особенно тщательно уплотнить окна и их сопряжения со стенами.

Архитектура, конструкции и условия эксплуатации здания тесно взаимосвязаны. Только при учете всех сторон проблемы можно построить экономичный теплый дом, отвечающий запросам конкретной семьи. Показателем экономичности планировки является отношение объема наружных ограждений к общей площади помещений. Чем меньше этот показатель, тем меньше будут затраты как на приобретение строительных материалов, так в дальнейшем и на отопление. Уменьшение его зависит от двух факторов: от планировки дома и его площади.

Проектируя внешний облик жилища, не рекомендуется делать дом сложной конфигурации. Сложная форма дома приводит к увеличению периметра и площади наружных стен, через которые тепло из дома теряется наружу. Для возведения таких стен потребуется больше строительных материалов. Кроме того, такие дома, как правило, имеют большое количество углов, а на внутренней поверхности наружных стен в углах температура всегда бывает ниже, чем на глади стены. Это вызвано тем, что углы по сравнению с гладью стены имеют худшие теплозащитные характеристики.

Известно, что при одинаковом объеме наименьшую площадь поверхности имеет шар. Однако строить дома в форме шара, стремясь значительно снизить теплопотери, оригинально, но нерационально, потому что рассчитать и конструктивно выполнить здание шаровидной формы очень трудно. Зато в доме с простым планом, близким к квадрату, без выступов и заглублений показатель экономичности оптимален.

Дома, имеющие в плане форму прямоугольника, не рекомендуется делать большой протяженности. Площади наружных стен, через которые теряется тепло, увеличатся, а по сторонам вытянутого дома ветер создаст большой перепад давления, приводящий к усиленной инфильтрации холодного воздуха, через стены и окна. Это потребует более интенсивного отопления комнат для поддержания в них теплового комфорта.

Обычно индивидуальные дома проектируют вместе с террасой, которая используется в теплое время года. С теплотехнической точки зрения целесообразно располагать ее вдоль более протяженной стороны дома. Такое расположение веранды позволит защитить стену дома от ветра и уменьшить теплопотери.

Всем известно, что при входе и выходе из дома через открытые двери теряется большое количество тепла. Сократить теплопотери можно устройством дверей с тамбуром. И хотя тамбур часто является выступающей частью здания и форма дома в плане, на первый взгляд, усложнится, такое объемно-планировочное решение позволит уменьшить поступление холодного воздуха с улицы и обеспечит тепловой комфорт в доме.

Выбор планировки дома зависит от образа жизни и состава семьи. Одни хотят отапливать зимой только часть дома; другие, например семьи, в которых представители трех поколений желают жить вместе, все же хотят иметь в доме изолированную часть для молодой семьи. Все это, наряду с соображениями экономии, должно быть учтено в проекте.

Планировка, удобная для экономичной эксплуатации зимой, показана на рис. 2.1. Габариты дома в плане – 8,0 × 7,4 м, общая площадь – 97 м². К теплому объему дома пристроена двухэтажная веранда. Она используется летом, но полезна и в холодное время, так как защищает от ветра вход в дом и часть наружной стены. Благодаря остеклению с трех сторон воздух в ней прогревается солнцем, что особенно важно ранней весной.

Если в доме постоянно проживает небольшая семья пенсионеров, а дети с ними живут только летом, достаточно отапливать только первый этаж. В планировке учтена эта возможность: воздушные объемы этажей отделены друг от друга, чтобы тепло из нижнего этажа не уходило наверх. Такое разделение возможно только при изолированном размещении лестницы. В данном случае вход на нее расположен в тамбуре и закрывается дверью. Зимой можно жить только на первом этаже, где есть все необходимые помещения: гостиная, небольшая спальня, кухня, прихожая и санитарный узел, а летом – использовать и три верхние комнаты.

Для сохранения тепла в доме важно правильно выбрать размеры окон и их ориентацию, чтобы комнаты первого этажа нагревались солнцем. Для этого нужно учитывать ориентацию улицы относительно сторон света, размещение входа (с улицы или с участка), вид из окон, наличие соседствующих строений. Согласно нормативам отношение суммарной площади окон в комнате к площади пола должно быть не менее 1:8 и не более 1:5,5. Чтобы комната была хорошо освещена, нужно также правильно задавать ширину простенков. Расстояние от угла должно быть не более 1,5 м, если в комнате нет окна на противоположной или смежной стене. На практике именно это правило часто не соблюдается. Для грамотного решения нужно учитывать весь комплекс факторов: освещенность помещений, теплопотери, удобство расстановки мебели, пространственную композицию интерьера и, главное, композицию фасада.

Планировка дома на рис. 2.2 тоже приспособлена для отопления зимой только первого этажа. Но здесь воздушные объемы нижнего и верхнего этажей разделены еще более четко. Это достигнуто вынесением лестницы в эркер. Вход на нее зимой закрывается дверью. Расположенная на первом этаже гостиная используется зимой как жилая комната. Печь обогревает ее и кухню. Прихожая превращается в традиционные сени – прохладное помещение между теплой жилой комнатой и входным тамбуром. Тепловой режим при такой планировке соответствует условиям, характерным для русской избы, и проверен веками. Если отопление газовое, то можно отапливать и прихожую.

Другой выгодной особенностью этого дома является минимальный объем наружных стен верхнего (мансардного) этажа. Здесь размещены четыре комнаты общей площадью 52,4 м² (три спальни площадью 19, 15,7 и 8,4 м² и детская площадью 9,2 м²). Окна устроены по всем сторонам дома, а не только в его торцах, как это обычно принято. Отсутствие торцевых фронтонов уменьшает расход стеновых материалов.

В том случае, когда в доме проживает большая семья, помещений потребуется больше. Но в любом случае выгоднее развивать объем дома по вертикали, а не распластывать по участку – экономится площадь участка, сокращаются протяженность фундамента, площадь крыши и теплопотери через нее, а следовательно, и расходы на отопление.