Тепловая инерция строения

В предыдущем разделе мы оценили основные теплопотери при уже протопленной бане. Но ведь затапливают баню в холодном состоянии, и чтобы её нагреть, необходимы теплозатраты, которые также обеспечиваются отопительным прибором (печью). Учитывая теплоёмкости различных материалов, оценим, сколько надо тепла, чтобы прогреть 30 м² стен с условными уровнями теплозащиты А и В (см. рис. 62):

Уровень теплозащиты Материал стен Теплозатраты, кВт•час
Обычный уровень («А») с теплопотерями (4-6) кВт через ограждающие конструкции 30 м² Кирпич 500 мм 258
Брус 100 мм 38
Утеплитель 40 мм без облицовки 1,8
облицовка сталью 0,55 мм 3,2
облицовка вагонкой 10 мм 9,4
облицовка вагонкой 20 мм 17,0
Перспективный уровень («В») с теплопотерями (0,5-1,0) кВт Кирпич 1400 мм 722
Брус 300 мм 114
Утеплитель 100 мм без облицовки 4,5
облицовка сталью 0,55 5,9
облицовка вагонкой 10 мм 12,1
облицовка вагонкой 20 мм 19,7

Для удобства оценок теплозатраты представлены в единицах кВт•час. Если мощность теплового источника составляет, например, 1 кВт (уровень обычного бытового электрообогревателя), то «коробка» рассматриваемого размера, обитая изнутри утеплителем 40 мм и вагонкой 10 мм, нагреется за 10 часов. Во-первых, бросается в глаза весьма неожиданный результат: чем теплее здание из кирпича (или бруса), тем больше тепла требуется на его протопку. Действительно, чем толще стены, тем они более тёплые (в смысле малости кондуктивных потерь за счёт теплопроводности), но в то же время они более массивные и потому требуют больше тепла на первичный прогрев. Если имеется возможность долгого (днями и даже неделями) постепенного прогрева помещения с толстыми стенами (например, землянки), то потом для поддержания высокой температуры в прогретой бане потребуется совсем немного тепла (как, например, в пещерах, землянках, метро). Так что для постоянно отапливаемых жилых зданий высокая теплоёмкость стен скорее является плюсом, чем минусом, поскольку никак не влияет на теплозатраты, но обеспечивает инерционную стабильность температуры в помещениях. В периодически или эпизодически протапливаемых банях более удобны малотеплоёмкие стены, позволяющие быстро прогревать помещение.

Во-вторых, из этих данных можно было бы предположить, что современный утеплитель позволяет совершенно по-революционному подойти к проблеме дачных бань именно из-за рекордно низкой удельной теплоёмкости стен из утеплителя с тонкой облицовкой и одновременно низкой теплопроводностью. Тем не менее это не так. К сожалению, теплоёмкость стен даже на столь низком уровне (2-20) кВт•час является весьма высокой в том смысле, что тепловые затраты на нагрев воды для мытья всё равно остаются меньшими, чем теплозатраты на нагрев помещения:

Таблица 14

Нагреваемый объект Теплозатраты, кВт•час
Кирпичная печь среднего размера 1000 кг до 400°С внутри и до 100° С снаружи 60
Металлическая печь 25 кг до 400°С 1,3
Каменная засыпка 100 кг до 400°С 10
Воздух в бане 12 кг до 100°С наверху и до 20°С внизу 0,27
Вода 10 литров до 100°С 1,2
Вода 200 литров до 40°С 9

По существу, в таблицах 14 и 15 таится вся трагедия мытных бань. Действительно, проще, экономичней и быстрей нагреть 200 литров воды для ванны, установленной в жилом помещении, чем специально прогревать помещение белой бани, затратив 40 кВт•час для нагрева бревенчатых стен, 60 кВт•час для нагрева самой кирпичной печи, 1 кВт•час для нагрева минимально необходимых для мытья одного человека 10 литров воды. Даже в случае современных малотеплоёмких хорошо утеплённых бань, но с обычной облицовкой (сталь, дерево), и малотеплоёмких стальных печей, картина хоть и существенно улучшается, но остаётся качественно примерно той же. Другое дело, если моется большая семья одновременно, как раньше в деревнях, тогда энергозатраты и затраты времени будут частично оправданы. Но сейчас моются индивидуально и тогда, когда захочется или потребуется. Иными словами, мытная баня в том прежнем виде может сохраниться как массовый объект лишь там, где технически невозможно греть достаточные для ванны и душа количества воды, или в том случае, если банные помещения очень хорошо утепляются или строятся с очень толстыми стенами и постоянно поддерживаются при высокой температуре. Справедливости ради, следует отметить выдающиеся достоинства бань в части удобства и качественности мытья, но здесь мы пока затрагиваем лишь энергетические аспекты.

Энергетическая картина может революционно измениться в будущем лишь в случае внедрения ультралёгких утеплителей с плотностью ниже (0,05-0,1) кг/м³ с ультралёгкой малотеплоёмкой облицовкой, например, пластиковой термостойкой, тонкой металлической или стеклянной. Если теплозатраты на разогрев банной «коробки» не будут превышать (0,5-1,0) кВт•час, то в этом случае можно будет прогреть «коробку», затратив лишь незначительное количество той горячей воды, которая необходима для мытья. К сожалению, такая ситуация возникает сейчас пока лишь в условиях малоразмерных (тесных) пластиковых пародушевых кабин, и именно поэтому они пользуются успехом, несмотря на значительный расход воды на мытьё под душем.

При постройке зимней бани необходимо иметь в виду, что теплозатраты на протопку высокотеплоёмкой белой бани (с толстыми брусовыми стенами без утеплителя, с кирпичной печью-каменкой) могут превысить теплозатраты на летнюю протопку вдвое при принятой выше температуре потолка 100°С, а если эта температура ниже, то и втрое, и вчетверо. Поэтому зимние бани часто утепляют эффективным утеплителем (минватой, пенопластом) с облицовкой вагонкой. Стены при этом становятся многослойными. Их расчёт не представляет сложностей, но ввиду многочисленности конструкций стен дачнику придётся обсчитывать их самому: ранее в разделе 3 были приведены все необходимые для оценок данные. Отметим лишь, что если плита утеплителя (или утепляющая обивка вагонкой) расположена по наружным поверхностям стен, то теплоёмкость бревенчатых (или кирпичных) стен увеличивается, причём чуть ли не вдвое. Это обусловлено тем, что прогревать придётся уже весь массив древесины до утеплителя, а не только ту часть (половину), которая примыкает к отапливаемому помещению (по причине исчезновения в брёвнах перепада температуры). Если же утеплитель укладывается по внутренним поверхностям стен, то теплоёмкость, наоборот, резко уменьшается, и на прогрев требуется намного меньше.

Вместе с тем, суммарная теплопроводность многослойной стены не зависит от порядкового расположения слоев, то есть не зависит от того, снаружи ли стен или изнутри расположен утеплитель. Так что в полностью прогретой бане теплопотери не будут зависеть от местоположения утеплителя. Но если в процессе эксплуатации будут возможны охлаждения протапливаемой бани (например, будут открываться окна и двери), то устойчивость температурного режима (так называемая «теплоустойчивость помещения» по СП23-101-2000) в бане будет определяться материалом внутренних поверхностей стен, а именно коэффициентом теплоусвоения этого материала, равным S=0,27(λρСρ)¹/² (при периоде 24 часа), приведенном в таблице 4, где λ, ρ и Сρ — теплопроводность, плотность и удельная теплоёмкость материала внутренних поверхностей стен.

Таблица 15. Сравнительное сопоставление времени протопки и мощности металлических дровяных печей для утеплённых саун

Производитель, страна, марка Объём сауны, м³ Мощность, кВт Габариты внешние, см Вес печи, кг Вес камней, кг

Диаметр 
дымохода, мм

Продолжи-тельность протопки сауны номинальная, мин Теплоёмкость каменки расчётная (кВт/час) при температуре (Т°С)
Harvia, Финляндия:
Harvia 16 6-16 16 73'43'51 45 40 115 30-40 4(400)
Harvia 20 8-20 18 76'43'51 60 40 115 30-40 4(400)
Harvia 26 10-26 22 81'43'51 65 40 115 30-40 4(400)
Harvia 36 14-36 30 81'43'51 80 60 115 30-40 6(400)
Tylo-Kastor, Швеция
K-007 3-7 7 60'43'33 32 25 104 40-60 2,5(400)
KL-16 9-16 15 71'49'44 48 40 104 40-60 4(400)
KL-20 18 28 78'50'65 62 60 104 40-60 6(400)
KL-37 23-35 30 92'58'67 118 75 129 40-60 7,5(400)
Saunatec, Финляндия
Helo 16 6-16 16 73'41'48 50 35 115 60 3,5(400)
Helo 18 8-18 18 74'42'48 55 35 115 60 3,5(400)
Helo 25 12-28 25 86'46'70 65 60 115 60 6(400)
Ukkotonttu 8-22 20 60'45'45 60 115 60 6(400)
ВВД, Россия
Сударушка 18 120'40'50 120 40 110 4(400)
Вулканкомплект, Россия
Вулкан В16У01 16 15 85'50'70 100 100 110 60-90 5(200)
Вулкан В22У04 22 20 85'50'70 110 125 110 60-90 6(200)
Вулкан В30У06 30 27 85'60'90 125 150 110 60-90 7(200)
Прокк Энерготекс, Россия
Малый «Буллерьян» 15 86'67'77 100 80 120 4(200)
Большой «Буллерьян» 25 86'67'91 120 120 120 6(200)
ЭЛЕКТиР, Россия
АТБ 5-4-20-20 8-18 20 103'50'50 192 50 125 5(400)
Карелия АТБ-С-20 8-18 20 76'45'52 70 50 125 5(400)

В заключение отметим, что при всей технической очевидности факта высокой теплоёмкости бревенчатых стен по сравнению с каркасно-утеплёнными, большое число дачников (особенно женщин) тем не менее искренне убеждены в том, что именно бревенчатые (брусовые) бани наиболее «тёплые» и наиболее быстро прогреваются, что только бревенчатые бани можно считать зимними, а каркасно-утеплённые годятся лишь для лета. Вторым частым заблуждением горожан-дачников является искреннее убеждение в том, что жаркая баня может быть только с кирпичной печью-каменкой, хотя в действительности всё обстоит как раз наоборот.

Источник: health.totalarch.comДачные бани и печи. Принципы конструирования. Хошев Ю.М. 2008

Добавить комментарий

CAPTCHA
Подтвердите, что вы не спамер