Кому теплее в холода?

Первое впечатление часто обманчиво. Я хорошо помню, как радушно меня встретили в резиденции европейского посла в Оттаве, – и я тут же услышал, что это превосходный дом для канадских зим. Дом из настоящего кирпича и камня – а не ваши хлипкие североамериканские постройки с пустотелыми стенами! Затем хозяева быстро перешли на другие темы, а мне просто духу не хватило умалить теплоизолирующие свойства их замечательного дома.

Их ошибку легко понять. Масса и плотность говорят скорее о прочности – но не о теплоизолирующих свойствах. Кирпичная стена выглядит более солидной и надежной, чем стена с каркасом из тонкого деревянного бруса, облицованная снаружи листами тонкой фанеры и алюминиевым сайдингом, а изнутри – хрупким гипсокартоном. Рассерженный европеец не проламывает кирпичные стены.

Несколько десятилетий тому назад, когда нефть стоила $ 2 за баррель, в большинстве американских домов, построенных до 1960 г., защитой от холода служила только воздушная прослойка между фанерой и гипсокартоном. Иногда пустое пространство заполняли стружкой или нарезанной бумагой. И все же, как ни поразительно, даже эта непрочная конструкция обеспечивала лучшую теплоизоляцию, чем сплошной кирпич.

Изоляционная способность, или тепловое сопротивление, измеряется в единицах коэффициента термического сопротивления (англ. R-value). Он зависит не только от состава, толщины и плотности изолирующего материала, но также от наружной температуры и влажности. Тепловое сопротивление каркасной стены 1960-х гг. давало примерно такие коэффициенты: алюминиевый сайдинг (0,6), тонкая фанера (0,5), воздушная прослойка (0,9) и гипсокартон (0,5). Все вместе это дает R = 2,5. А тепловое сопротивление стандартной кирпичной стены (0,8), оштукатуренной с двух сторон, не больше 1. Таким образом, непрочная североамериканская стена в домах массовой застройки как минимум в два раза теплее европейского оштукатуренного кирпича.

После того как цены на энергоносители выросли и в Северной Америке были приняты более рациональные строительные нормы, обязательным стало применение пенопласта и плит из стекловолокна – валиков, похожих на подушки, которые можно укладывать между балками деревянного каркаса. Достичь более высоких общих значений коэффициента термического сопротивления легко удавалось при помощи более широких каркасов («два на шесть»), а еще лучше было применить двойной объемный каркас, когда строится сэндвич из двух несущих конструкций, каждая из которых заполнена теплоизоляционным материалом. (В Северной Америке брус «два на шесть» – это 1,5 × 5,5 дюйма, или 38 × 140 мм.) У качественной североамериканской стены в тепловое сопротивление вносят свой вклад гипсокартон (0,5), полиэтиленовая пароизоляция (0,8), прокладки из стекловолокна (20), фибролитовая облицовка (1,3), полимерная фасадная мембрана (Tyvek ThermaWrap, 5) и обшивка досками со скошенной кромкой (0,8). Прибавив изоляционную способность внутренней воздушной пленки, получаем суммарное значение коэффициента термического сопротивления порядка 29.

Теплоизоляция стены

Улучшилась и теплоизоляция кирпичных стен. Чтобы сохранить желаемый внешний вид цветного кирпича, старую стену можно модернизировать изнутри, установив деревянные батенсы (тонкие рейки, удерживающие теплоизоляцию на месте) на внутренней штукатурке и прикрепив гипсокартон с изолирующей прослойкой и пароизоляционной мембраной – для защиты от влаги. Гипсокартон с утеплителем толщиной 2 дюйма (около 5 см) в три раза увеличивает общий коэффициент термического сопротивления, однако утепленная кирпичная стена все равно на порядок хуже защищает от холода, чем американская каркасная стена 2 × 6. Даже люди, знакомые с коэффициентами термического сопротивления, не ожидают, что разница окажется столь большой.

И все же изоляция стен в полной мере реализует свой потенциал, только если тепло не уходит через окна (см. следующую главу).

Прозрачное энергетическое решение: тройной стеклопакет

Склонность к непроверенным техническим решениям – это проклятие политики энергосбережения. Выбирайте пример: беспилотные автомобили на солнечных батареях, изначально безопасные ядерные мини-реакторы, генетически усиленный фотосинтез…

Но почему бы не начать с проверенных средств? Почему бы просто не уменьшить спрос на энергию – начиная с жилых домов и коммерческой недвижимости?

И в Соединенных Штатах, и в Европейском союзе на здания приходится около 40 % общего потребления первичной энергии (вторым идет транспорт с 28 % в США и 22 % в ЕС). Отопление и кондиционирование воздуха – это половина энергопотребления домов, и поэтому лучшее, что мы можем сделать для энергетического баланса, – это удерживать тепло внутри (или снаружи), улучшив теплоизоляцию.

Наибольший эффект эти меры дадут в применении к окнам, где энергетические потери максимальны. Иными словами, у окон максимальный коэффициент теплопередачи. Он измеряется в ваттах на квадратный метр материала, разделенных на разницу температур в кельвинах по обе стороны. Коэффициент теплопередачи одного стекла составляет 5,7–6 Вт/(м²·К); двойной стеклопакет с промежутком 6 мм (воздух плохо проводит тепло) имеет коэффициент 3,3. Покрытие, не пропускающее ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, снижает коэффициент до 1,8–2,2, а если заполнить пространство между стеклами аргоном – до 1,1. Тройной стеклопакет и аргон позволяют получить коэффициент теплопередачи порядка 0,6–0,7. Замена аргона криптоном уменьшит его до 0,5.

Таким образом, тепловые потери уменьшаются на 90 % – по сравнению с одним стеклом. В сфере экономии энергии нет другой меры с таким эффектом, применимой в масштабе миллиардов единиц. Бонус: она действительно работает.

Следует учитывать и фактор комфорта. При наружной температуре –18 ℃ (минимальная ночная температура в январе в Эдмонтоне, провинция Альберта, – или максимальная дневная в Новосибирске) и температуре в помещении 21 ℃ температура внутренней поверхности у окна с одним стеклом составляет около 1 ℃, у окон старой конструкции с двойным стеклопакетом – 11 ℃, а у лучшего окна с тройным стеклопакетом – 18 ℃. При такой температуре вы сможете сидеть рядом с ним, не испытывая дискомфорта.

Теплоизоляция окна

У тройного стеклопакета есть дополнительное преимущество: на внутреннем стекле устранена конденсация – благодаря тому, что его температура выше точки росы. Такие окна уже повсеместно применяются в Швеции и Норвегии, но в Канаде (где низкие цены на природный газ) они могут стать обязательными только к 2030 г., и здесь, как и в других странах с холодным климатом, действующий стандарт все еще эквивалентен двойному стеклопакету с одним слоем теплоотражающего покрытия.

У «холодных» стран было много времени, чтобы узнать о теплоизоляции. Другое дело – «теплые» регионы, которым это знание нужно сегодня, когда столь широкое распространение получило кондиционирование воздуха. Особенно это актуально для сельских районов Китая и Индии, где окна с одним стеклом по-прежнему считаются нормой. Конечно, разница температур при охлаждении не так велика, как в высоких широтах при обогреве. Например, у меня дома в канадской провинции Манитоба январскими ночами холодает до – 25 ℃ и разница температур достигает 40 ℃, даже когда термостат переключен на ночной режим. И вместе с тем кондиционирование воздуха во многих регионах с жарким и влажным климатом длится гораздо дольше, чем обогрев в Канаде или Швеции.

С физикой не поспоришь, но в данном случае на первый план выходит экономика. Несмотря на то что тройной стеклопакет может стоить всего на 15 % больше, чем двойной, время его окупаемости очевидно выше, и часто говорят, что переход от двойного стеклопакета к тройному не оправдает себя. Возможно, и так, но только если не учитывать комфорт, отсутствие конденсата и, самое главное, тот факт, что тройной стеклопакет уменьшит потребление энергии на десятилетия вперед.

Почему же мечтатели предпочитают вкладывать деньги в загадочные технологии преобразования энергии, которые даже могут не сработать, а если сработают, то, скорее всего, нанесут вред окружающей среде? Что плохого в простой теплоизоляции?