Чому новий добре утеплений будинок перегрівається?
Коли клієнти запитують мене про кондиціонування, у них зазвичай уже є кошторис. Будинок новий і добре утеплений, опалення взимку коштує копійки, а в липні вітальня після обіду сягає майже тридцяти градусів. Правильне запитання інше: звідки береться тепло і скільки його насправді потрібно видалити. Охолодження — це останній важіль, а не перший.
Сама по собі ізоляція не перегріває будинок. Та сама ізоляція, яка взимку утримує тепло всередині, влітку не пропускає всередину розпечений фасад і гаряче повітря. Проблема в теплі, яке потрапляє іншим шляхом і потім не має куди подітися. Ризик перегріву складається з трьох джерел, які підсумовуються.
- Сонце через скління. Найбільше джерело. Пряме сонце на незатінене вікно приносить сотні ват на квадратний метр скла в кімнату годинами поспіль. Скільки з цього проходить, визначає g-фактор склопакета; звичайний двокамерний склопакет без сонцезахисного покриття пропускає приблизно половину.
- Внутрішні надходження. Внутрішні тепловиділення надходять від людей, приготування їжі, приладів, освітлення та електроніки. Людина в стані спокою виділяє близько ста ват, а варильна поверхня та духовка споживають потужність у кіловатах. У герметичному будинку з товстою ізоляцією це тепло залишається всередині.
- Низька теплова акумуляція. У каркасному будинку або будинку з легкими перегородками та гіпсокартонними стелями теплу ніде накопичуватися. Повітря швидко нагрівається, температура стрибкоподібно зростає за кілька годин, і наступний день починається з вищої базової позначки.
Нові будинки часто поєднують усі три фактори: великі розсувні стіни в сад, легку конструкцію та відсутність зовнішнього затінення. Ізоляція тоді працює як термос, який утримує те, що в нього залили через скло.
У якому порядку слід вирішувати літній комфорт?
Заходи мають чітку послідовність. Кожен вищий є дешевшим і надійнішим за нижчий, а кожен нижчий коштує вам тим дорожче, чим більше ви пропустили з вищих.
- Орієнтація та частка скління. Скільки скла і на якому фасаді. Коефіцієнт засклення фасаду — це найсильніший важіль, який на етапі проєктування нічого не коштує. Чому південь легко затінити, а захід майже неможливо, описано в статті про орієнтацію будинку за сторонами світу.
- Стаціонарне затінення. Звис даху, лоджія або сонцезахисна решітка (brise-soleil) з фіксованих ламелей. Без двигуна та керування, дуже ефективно на південному фасаді.
- Зовнішні рухомі жалюзі. Зовнішні венеціанські жалюзі, ролети (screen blinds) та ролетні ворота (roller shutters). Єдине надійне рішення для сходу та заходу.
- Дерева та насадження. Листяне дерево затінює влітку та пропускає більшу частину сонця взимку. Ефект з'являється через роки, тому його садять одразу після будівництва.
- Теплова маса. Суцільні стелі, кам'яна кладка, стяжки без килимів. Вона не зменшує кількість тепла, але розтягує пік.
- Нічне провітрювання. Єдиний шлях, яким накопичене тепло виходить без компресора.
- Охолодження. Те, що залишилося після шести кроків вище, розраховане на залишок, а не на все навантаження.
Ключове слово — залишок. Охолодження, яке замінює затінення, бореться із сонцем лише після того, як воно пройшло крізь скло та нагріло підлогу й меблі. Це найдорогше місце для боротьби з теплом.
Яке затінення працює і скільки воно коштує?
Затінення порівнюють за коефіцієнтом зменшення сонячного тепла, який показує, яку частку сонячного тепла, що надходить через склопакет, пропускає закрите затінення. Нижче число краще: 0,2 означає, що до кімнати потрапляє п'ята частина того, що пройшло б без затінення. Найбільша різниця не в матеріалі, а в положенні. Затінення перед склом зупиняє тепло зовні. Внутрішня штора зупиняє його лише всередині кімнати, де сама штора стає нагрівачем.
| Затінення | Орієнтовний коефіцієнт зменшення | Клас вартості | Обслуговування | Чутливість до вітру |
|---|---|---|---|---|
| Зовнішні венеціанські жалюзі | приблизно 0,1–0,3 залежно від кута ламелей | високий | двигун, ламелі та напрямні, періодичне обслуговування | висока, необхідно піднімати при сильному вітрі |
| Ролета (screen blind) з бічними напрямними | приблизно 0,15–0,35 залежно від тканини | середній до високого | низьке, прання тканини | низька до середньої, тканина утримується в напрямних |
| Ролетні ворота (roller shutter) | приблизно 0,1–0,3 при повному опусканні | середній | низьке | низька |
| Фіксована решітка (brise-soleil), звис, лоджія | залежить від геометрії; сильний ефект на півдні влітку, слабкий на заході | середній, будується разом з конструкцією | майже відсутнє | відсутня, лише конструктивний розрахунок |
| Листяне дерево | змінний, зростає з кроною протягом років | низький | обрізка, листя восени | відсутня |
| Внутрішня штора або гардина | приблизно 0,6–0,9 | низький | низьке | відсутня |
Значення є орієнтовними діапазонами з технічної літератури; для розрахунку слід використовувати значення виробника для конкретної системи з її склом і кутом ламелей. Рейтинг у таблиці не змінюється: на сході та заході зовнішнє рухоме затінення в кілька разів ефективніше за будь-що за склом.
Вітер, автоматизація та короб для жалюзі
Зовнішні венеціанські жалюзі є найгнучкішими, але мають слабке місце: при сильному вітрі їх необхідно піднімати, інакше ламелі пошкоджуються. Автоматика з датчиком вітру піднімає їх самостійно, але в цей момент вони перестають затінювати. На відкритих ділянках, на верхніх поверхах та на відкритій місцевості я тому розглядаю ролету (screen blind) з напрямними в бічних рейках, яка краще справляється з вітром, або комбінацію зі стаціонарним затіненням.
Другий момент — підготовка. Короб для жалюзі або ролет має бути передбачений у вузлі верхньої частини вікна з самого початку, включаючи герметичне з'єднання та кабель до двигуна. Інакше його потім доведеться кріпити на фасад зовні. А без автоматизації затінення часто не працює в дні, коли нікого немає вдома, а це саме той час, коли будинок накопичує тепло.
Чого досягають теплова маса та нічне провітрювання?
Теплова маса не видаляє тепло, вона лише його накопичує. Суцільна стеля або кам'яна стіна поглинають частину тепла вдень, і температура повітря зростає повільніше. Однак маса повинна контактувати з внутрішнім повітрям: бетонна плита за підвісною гіпсокартонною стелею або стяжка під товстим килимом працюють набагато гірше. У каркасному будинку важка підлога або глиняні штукатурки можуть частково додати її.
Тепло, накопичене вдень, має вийти вночі. Нічне продувне провітрювання (night purge ventilation) працює, коли вночі зовні значно прохолодніше, ніж усередині, і повітря може протікати через будинок, бажано між протилежними фасадами або між поверхами. Отвори повинні бути захищені від злому та комах. Вентиляція з рекуперацією тепла з літнім байпасом допомагає, але її витрата повітря замала для розрядки маси.
Під час тривалої спеки, коли ночі не охолоджуються, навіть хороше нічне провітрювання перестає бути достатнім. Саме тоді охолодження має сенс.
Який тип охолодження обрати?
Коли затінення, маса та вентиляція спроєктовані, а розрахунок все ще показує, що кімната перевищить ліміт комфорту в спекотні дні, настає черга активного охолодження. У сімейному будинку розглядаються чотири варіанти.
| Варіант | Як охолоджує | Потужність | Осушує | Основне обмеження |
|---|---|---|---|---|
| Реверсивний тепловий насос з охолодженням підлоги | випромінюванням від підлоги, вода вище точки роси | низька, порядку десятків ват на м² підлоги | ні | точка роси, повільна реакція, килими та меблі знижують ефект |
| Реверсивний тепловий насос з охолодженням стелі | випромінюванням від стелі, вода вище точки роси | вища, ніж у підлоги | ні | точка роси, трубопроводи в стелі, вищі інвестиції |
| Фанкойли, підключені до теплового насоса | вентилятор проганяє повітря через змійовик з охолодженою водою | середня до високої | так | відведення конденсату, шум вентилятора, ізольовані трубопроводи |
| Спліт-кондиціонер | безпосередньо холодоагентом у внутрішньому блоці | висока, швидка реакція | так | зовнішній блок, рух повітря, робота з холодоагентом |
Чому променисте охолодження впирається в точку роси
При променистому охолодженні поверхня підлоги або стелі не повинна опускатися нижче точки роси внутрішнього повітря, інакше на ній конденсується вода. При 26 °C і 50 % відносної вологості точка роси становить близько 15 °C; при 60 % вологості вона вже наближається до 18 °C. Внутрішнє повітря влітку, як правило, вологе, особливо після грози або під час приготування їжі, тому автоматика повинна постійно підвищувати температуру води на основі датчика вологості. Різниця температур між поверхнею та кімнатою тоді мала, а отже, мала і потужність. Охолодження підлоги згладжує пік і дає приємну прохолоду під ногами, але не втримає кімнату з незатіненим західним склінням. Воно не видаляє вологу, тому задушливе відчуття залишається.
Фанкойли та спліти навмисно охолоджують нижче точки роси. Волога конденсується на змійовику і відводиться, тому ці пристрої також осушують. Ціна — шум, рух повітря та відведення конденсату. Реверсивний тепловий насос має перевагу в тому, що обладнання вже є в будинку, і охолодження — це просто ще один режим. Добре працює комбінація: охолодження підлоги або стелі як база та один фанкойл або спліт у найбільш схильній до перегріву кімнаті, як правило, мансардній спальні або вітальні із західним вікном.
Чому розрахунок навантаження перед покупкою кондиціонера?
Кондиціонери зазвичай продають за площею кімнати: стільки квадратних метрів, стільки кіловат. У добре утепленому будинку це правило майже завжди неправильне, оскільки площа підлоги мало що говорить про те, скільки тепла потрапляє в кімнату. Дві кімнати однакового розміру, одна з північним вікном, а інша з великим незатіненим західним склінням, потребують абсолютно різної потужності, а одна з них може взагалі не потребувати охолодження.
Розрахунок охолоджувального навантаження виконується покімнатно та погодинно: сонячні надходження за орієнтацією та затіненням, внутрішні надходження за використанням, акумуляція конструкції та вентиляція. Результатом є необхідна потужність для кожної кімнати та час настання піку. Він дає три відповіді, яких немає в кошторисі продавця.
- Чи потрібне охолодження взагалі. Часто виявляється, що після додавання зовнішнього затінення на два вікна достатньо нічного провітрювання.
- Де воно потрібне. Зазвичай одна або дві кімнати, а не весь будинок.
- Яка потужність. Завеликий прилад часто вмикається та вимикається, охолоджує повітря, не встигаючи видалити вологу, і в результаті виходить холодне, але вогке повітря.
Стандарт STN 73 0540-2 містить критерій літньої теплової стабільності для критичної кімнати, тобто тієї, яка має найбільшу частку західного або незатіненого південного скління. Це корисна перевірка, але не заміна розрахунку навантаження: вона говорить, чи проходить кімната, але не скільки потужності потрібно або коли. Розрахунок найбільш цінний на етапі концепції, коли вікно ще можна зменшити або додати звис.
Що варто запам'ятати?
Ширший контекст енергоефективного будинку описано в огляді пасивний будинок від А до Я. Якщо ви ще проєктуєте будинок, попросіть про літній розрахунок, перш ніж запитувати про кондиціонування. Якщо він уже стоїть, почніть із зовнішнього затінення на захід і лише потім порівнюйте кошториси на охолодження.