Как устроен экодом

При строительстве экодома можно использовать много традиционных конструктивных решений и материалов. В этой главе будут даны рекомендации по их выбору.

Главная часть дома - это его корпус. Основное предназначение корпуса дома - обеспечение достаточного жилого объема с комфортными условиями. Корпус должен быть механически прочен, долговечен и должен эффективно сохранять тепло в доме.

Отличительная особенность корпуса экодома состоит в существенно более высоких требованиях по сохранению тепла, чем в обычном доме. Поэтому корпус необходимо выполнить из таких материалов, которые максимально снизят потери тепла, чтобы накопленного летом (днем) тепла хватило на всю зиму (ночь). Для этого необходимо, чтобы тепловое сопротивления ограждающих конструкций экодома было не меньше R=6, (м. кв. гр. Цельсия/ватт). Для усиления эффекта теплозащиты корпуса устраиваются буферные зоны из холодных помещений, расположенных по периметру: пристроенная теплица с южной стороны, веранда, гараж, мастерская, зимние кладовые или другие подсобные помещения.

Особое внимание для сохранения тепла в экодоме надо обращать на теплоэффективность конструкций окон, дверей и входного тамбура.

На рис 5.1 показано, как традиционный дом теряет тепло через разные элементы ограждающих конструкций.

Рис. 5.1. Теплопотери через разные элементы ограждающей конструкции экодома.

Так как отопление дома периодическое (солнце - днем, протопка печи один раз в сутки), то для обеспечения постоянной температуры в доме необходимы внутренние аккумуляторы тепла. Они забирают в себя избыточное тепло, сохраняют и отдают, когда его становится недостаточно, обеспечивая тепловую инерцию дома.

5.1. Как должен быть утеплен экодом

Все внутренние отапливаемые помещения в разных вариантах конструкции экодома должны быть так теплоизолированы от внешней среды, чтобы теплопотери за год были меньше, чем количество тепла, которое можно получить за год от солнца и аккумулировать в доме. Особое внимание следует обратить на то, чтобы в конструкции корпуса не было мостиков холода. На разрезе схемы дома (Рис. 5.2.) показаны различные варианты теплоизоляция элементов корпуса дома. На Рис. 5.3 показаны схемы утепления разных конструкций корпуса экодома.

а)

б)

Рис. 5.2. Как должен быть утеплен экодом.(а - схема теплоизоляции; б - пример изоляции дома различными теплоизоляционными материалами.

Рис. 5.3. Схемы утепления разных конструкций корпуса экодома.

5.2. Тепловая инерция экодома

Роль теплового аккумулятора, обеспечивающего тепловую инерцию экодома, выполняет термическая масса, составляющая внутреннюю часть наружной стены, внутренних (межкомнатных) перегородок и межэтажных перекрытий. Этот пассивный аккумулятор тепла должен состоять из тяжелого материала, чтобы поддерживать постоянную температуру в доме при периодическом протапливании. Кроме того, внутренние стены могут и понижать температуру до оптимальной, аналогично тому, как это происходит в традиционной русской печке.

Замечания. В случае применения каркасной конструкции внешняя стена целиком состоит из легкого материала (утеплителя), тогда внутри дома необходимо устраивать специальную конструкцию, обеспечивающую необходимую тепловую инерцию - суточный аккумулятор, в котором могут быть расположены дымоходы, воздуховоды от солнечного коллектора или в него может быть встроен сам источник тепла. Эта система может быть выполнена из кирпича, бетона, грунтоблоков, а может быть выполнена в виде бака, заполненного водой. Масса этой системы определяется тем, какую тепловую инерцию здания мы хотим иметь. Например, ее можно определить, исходя из условий протапливания один раз в сутки при самых низких температурах (один раз в течение двух суток и т.д.).

5.3. Фундаменты для экодомов

Фундамент - основа долговечности экодома. Выбор конструкции фундамента и его заглубление определяются проектировщиком-конструктором в зависимости от типа грунта, веса конструкции дома и расположения грунтовых вод.

Применяются фундаменты глубокого и мелкого заглубления, незаглубленные. (Рис. 5.4)

Традиционно используются следующие типы фундаментов: столбчатые, ленточные, фундаменты из мелких блоков.

Рис. 5.4. Фундаменты: а) глубокого заглубления; б) мелкого заглубления; в) незаглубленные.

Столбчатые фундаменты (буронабивные, свайные, трубные, кладочные, бутобетонные) Для строительства этих типов фундаментов по периметру дома и в местах, где требуются внутренние опоры для перекрытия (платформы), в том числе под инженерное оборудование, устраиваются скважины ниже глубины промерзания. Затем на дно скважин делается отсыпка из гравия, вставляется арматура и заливается бетон. Любым способом выполняется надземная часть (в том числе, это может быть кладка кирпичом или камнем). Столбчатые фундаменты выступают над землей минимум 30 см (для вентиляции подпольного пространства). Промежутки между столбиками в надземной части (ограждение цоколя) могут быть заполнены любым материалом (они не несут нагрузки и выполняют роль защиты от снега, дождя). На столбиках делается ростверк из бетона с арматурой.

Рекомендации по строительству экодома Для строительства экодома из этих типов фундаментов лучше подходит буронабивной (Рис. 5.5).

Рис. 5.5. Буронабивной фундамент.

Достоинства. Буронабивной фундамент минимально разрушает ландшафт, он дешевле, т.к. исключается рытье котлована, такой фундамент не требует утепления, гидроизоляции и пароизоляции. На его строительство расходуется меньше бетона и его исполнение возможно без тяжелой строительной техники. Не требуется защиты от радона.

Замечание. При таком фундаменте экодом не имеет подвала. Для размещения инженерного оборудования строится специальное техническое подполье, значительно меньшее, чем подвал. Оборудование можно разместить также в цокольном этаже или в техническом помещении первого этажа.

Ленточный фундамент

Ленточный фундамент обычно строят двумя способами. В первом случае (фундамент мелкого заглубления) ковшевой землечерпалкой или вручную в грунте вырываются траншеи. Затем на боковые стенки траншеи укладывается рубероид (или другой гидроизоляционный материал). После этого на дно траншеи засыпается песок и гравий, а затем в траншею заливается бетон. В этом варианте небольшой объем грунта из части подполья, предусмотренного для инженерного оборудования, вынимается вручную.

Второй способ изготовления ленточного фундамента более привычный. Когда в доме предусмотрен подвал, сначала роют котлован, потом изготавливается опалубка необходимой конфигурации, в которую заливается бетон (Рис. 5.6). Под фундамент делается отсыпка из песка и гравия. Фундамент выступает минимум на 30 см над землей. Необходимо выполнить качественную внешнюю гидроизоляцию и внутреннюю пароизоляцию (в случае отапливаемого подвала). Надземная часть и верхний слой подземной части могут быть выполнены кладкой кирпичом, камнем или бетонными блоками. Снаружи фундамент должен быть тщательно утеплен.

Рис. 5.6. Ленточный фундамент для дома.

Рекомендации по строительству экодома Применение ленточного фундамента целесообразно при наличии в доме подвала (фундамент глубокого залегания).

Достоинства. Может быть выполнен без тяжёлой строительной техники (фундамент неглубокого залегания).

Недостатки. Ленточный фундамент глубокого залегания более дорогой. Он требует гидроизоляции, утепления, повышенного внимания к ликвидации мостиков холода. Требует защиты от радона.

Замечания. Для повышения теплозащиты ленточного фундамента экодома по периметру дома выполняется горизонтальная теплоизоляция. Иногда фундамент делают пустотный, и пустоты заполняют утеплителем.

Фундамент из мелких блоков Строительство фундамента из мелкоштучных бетонных блоков выполняется так же, как кладется обычная стена. Вырывается котлован. По конфигурации подвала выполняется отсыпка песком и гравием, поверх которой отливается бетонная стяжка, на которой строится фундамент из мелких блоков. Снаружи фундамент оштукатуривается, гидроизолируется и теплоизолируется (Рис. 5.7.).

Рекомендации по строительству экодома Применение фундамента из мелких блоков целесообразно, когда есть возможность приобрести блоки дешево и когда они производятся недалеко от строительства.

Рис. 5.7. Фундамент из мелких блоков.

Достоинства. При строительстве не требуется тяжелая грузоподъемная техника. Возведение фундамента возможно в короткие сроки. Если использовать пустотные блоки, то легко сделать дополнительную теплоизоляцию.

Недостатки. Сложность гидроизоляции при влажных грунтах. Для обеспечения необходимой прочности требует обязательного армирования.

Замечания. Для домов, в которых нет подвала, таким способом строятся стенки технического подполья для инженерного оборудования.

5.4. Дренажная система при устройстве фундамента

Для увеличения долговечности фундамента и защиты его от подземных вод, дождевой и талой воды, просачивающейся с поверхности земли, вокруг фундамента устраивают дренажную систему. Устройство дренажной системы показано на Рис. 5.8(а, б). Вокруг нижней части фундамента делается небольшая канава, дно которой бетонируется. По периметру фундамента укладывается перфорированная труба. Затем канава засыпается гравием. Вся система имеет общий уклон, по которому вода стекает в одном направлении и отводится от фундамента.

а)

б)

Рис. 5.8. Дренажная система фундамента.

Рекомендации по строительству экодома Для влажных грунтов дренаж необходим при любом типе фундамента. Для остальных грунтов дренаж рекомендуется для ленточных фундаментов (для домов с подвалом). Сухой фундамент обеспечит дому большую долговечность.

5.5. Узел состыковки фундамента, перекрытия и стены

Прежде, чем выбрать конструкцию перекрытия первого этажа, есть смысл еще раз обратить внимание на теплопотери. Через пол и перекрытие первого этажа дом теряет 20 - 25 % тепла. Поэтому важно особое внимание уделять конструкции и утеплению узла, в котором сочленяются стена, перекрытие первого этажа и фундамент. На рис. 5.9. показано по каким путям тепло утекает из отапливаемого помещения. Этот тепловой поток разбивается на три составляющие: поток через цокольную часть, поток через стенку фундамента и тепловой поток под фундаментом, к которому добавляется геотермальный тепловой поток. Под домом грунт не промерзает (за исключением домов на столбчатых фундаментах с сильно утепленным перекрытием первого этажа).

Рис. 5.9. Тепловые потери через пол, цокольные конструкции, стены и пол фундамента.

5.6. Мостики холода

На Рис. 5.10. приведены характерные примеры мостиков холода при разных вариантах конструкции фундамента. При разработке конструкции этого узла надо всегда помнить о том, что за каждую ошибку в этих конструкциях хозяин дома каждую зиму на протяжении всей жизни будет расплачиваться расходованием лишнего топлива.

Рекомендации по строительству экодома При проектировании узла сочленения фундамента, перекрытия и стены надо избежать мостиков холода.

Рис. 5.10. Мостики холода.

5.7. Перекрытие первого этажа

Возможны три варианта перекрытий для первого этажа:

а) над отапливаемым подвалом

б) над вентилируемым подпольем

в) по грунту.

Если не применять тяжелой грузоподъемной техники, то долговечное и надежное перекрытие можно выполнить из монолитного железобетона с заливкой на месте (Рис. 5.11.). Перекрытие является несущей конструкцией, на которой собирается корпус дома. Поднятое над грунтом перекрытие обеспечивает защиту от влаги и радона. Перекрытие может выступать за фундамент на толщину утеплителя и облицовки. Подпольное пространство между перекрытием первого этажа и землей должно быть проветриваемым. Между фундаментом и перекрытием прокладывается гидроизоляция. Между перекрытием и стенами также укладывается гидроизоляция.

Возможен вариант перекрытия из дерева. Если обеспечить надежную гидроизоляцию и проветривание, то такое перекрытие также достаточно долговечно.

Рис. 5.11. Перекрытие первого этажа:

а) по грунту 

б) над вентилируемым подпольем.

В сибирских условиях пол первого этажа должен теплый. Это достигается эффективной теплоизоляцией. Пол можно сделать с подогревом и без подогрева. Для утепления пола можно использовать любые экологически чистые утеплители, например, прессованные соломенные блоки. Сначала на перекрытие укладывается гидроизоляция. Затем устанавливаются деревянные столбики, между которых укладываются блоки из прессованной соломы. Поверх соломы делается стяжка. Пол опирается на установленные столбики.

Замечания. В кухне, ванной и прихожей пол можно по стяжке покрывать плиткой (в кухне, прихожей - предпочтительно, в ванной - обязательно). Для этих помещений по стяжке устанавливается гидроизоляция.

В бетонную стяжку можно вмонтировать напольную систему обогрева и воздуховоды отопительной системы. В последнем случае конструкция должна предусматривать профилактическую промывку воздуховодов.

Рекомендации по строительству экодома

Перекрытие можно выполнять любыми способами.

Достоинства. Монолитное перекрытие дешевле (поскольку можно изготавливать бетон на месте), чем перекрытие из стандартных плит, требующее к тому же использование тяжелой подъемной техники. Монолитное перекрытие опирается на фундамент по периметру и поэтому его толщина может быть меньше, чем у обычных плит перекрытия, опирающихся на фундамент на краях.

Недостатки. Необходимость изготовления опалубки.

5.8. Стены

При строительстве экодома могут использоваться различные типы стен. Важно обеспечить необходимую теплозащиту и тепловую инерцию экодома. Конструкция стены выглядит следующим образом, если послойно рассматривать ее в направлении изнутри - наружу (Рис. 5.12.): сначала идет слой отделки (побелка, обои и т.д.), затем - слой штукатурки, пароизоляция, несущая часть стены (из кирпича, бетона, дерева, грунтоблоков и т.д. или каркас), слой утеплителя, вентилируемый зазор, облицовка. Для упрочнения конструкции стены между слоями устраиваются специальные связи. Стена может состоять из однородного теплоизолирующего материала, а может состоять из тяжелой несущей части и легкого утеплителя. В последнем случае утеплитель всегда располагается снаружи.

Каркас может быть выполнен из дерева, металла, железобетона. Заполнителем каркаса могут служить: кирпич, ячеистый бетон, грунтоблоки, саман, глинобитная стена и другие материалы. Основная нагрузка приходится на каркас. Утеплитель и облицовка крепятся к каркасу с внешней стороны.

Рис. 5.12. Конструкция стены экодома.

Рекомендации по строительству экодома

Каркасные стены предпочтительны для строительства экодома.

Достоинства. Каркасные стены просты, их можно быстро возвести, сделать крытое помещение и производить работы при любой погоде.

Замечание. При применении каркасной конструкции теплоинерционный слой (наполнитель каркаса) в ограждающих конструкциях можно не делать. Необходимая тепловая инерция может быть обеспечена за счет применения внутренних аккумуляторов тепла, в том числе - массивных межкомнатных стен.

Бескаркасная стена наиболее привычна. Она может быть выполнена из любого материала: кирпича, грунтоблоков, ячеистого бетона, природного камня, шлакоблоков, цельнолитого бетона.

Тщательно выполненная кладка обеспечивает необходимую пароизоляцию. Желательно сначала построить коробку дома, крышу, а затем приступать к утеплению дома.

Недостатки. Для такого дома нужен более мощный, а следовательно более дорогой фундамент. В стене из тяжелого материала сложнее избежать мостиков холода.

Утеплитель При строительстве энергоэффективного дома можно использовать любой утеплитель. Лучше всего со сроком эксплуатации, равным сроку эксплуатации дома. Утеплитель должен обеспечить такую теплозащиту дома, чтобы суммарные теплопотери зимой были меньше, чем количество солнечной энергии, накопленной летом в сезонном аккумуляторе.

Наиболее широко применяются два типа утеплителя: засыпка легким материалом и плиты из тонких искусственных волокон. При использовании засыпки необходимо предусматривать будущую усадку. Плиты из утеплителя применяются по рекомендации изготовителя. Если срок действия утеплителя меньше срока эксплуатации, необходимо предусмотреть технологию его замены, в том числе - демонтаж облицовки.

Рис. 5.13. Стена из прессованных соломенных блоков.

Для утепления экодома наилучшими являются естественные утеплители (солома, камыш, льняная костра). Кроме того, что они имеют наилучшие для человека экологические характеристики. Они очень долговечны, если конструкция стены и крыши защитит их от намокания. Для производства утеплителя из этих материалов не нужно энергоемкое производство. При использовании естественных утеплителей экодом получается с наилучшими экологическими характеристиками. 

При необходимости блоки из этих материалов легко и дешево заменяются (Рис. 5.13). Остатки при замене легко утилизируются на участке. Одна из главных особенностей использования естественных утеплителей - необходимо предусмотреть, чтобы в них не селились мыши (варианты защиты соломенного утеплителя от грызунов: заполнение сыпучим материалом зазора вокруг утеплителя из соломы, пересыпка известью, кедровой хвоей, облицовка мелкой металлической сеткой по низу и верху стены).

Облицовка. Облицовка стены кроме эстетической функции выполняет еще и функцию защиты утеплителя от атмосферных воздействий (дождя, ветра, снега). Типы облицовки могут быть любыми: штукатурка, облицовочный кирпич, камень, дерево в различных вариантах и т. д.

Пароизоляция. Пароизоляция защищает стену от проникновения пара из дома во внутрь стены в холодное время года, чтобы избежать накопления влаги внутри стены. Для пароизоляции используют плотную бумагу, полиэтиленовую пленку, паронепроницаемую фанеру. Тщательно выполненная кирпичная кладка или кладка из грунтоблоков или самана сама выполняет роль пароизоляции.

Отделка. В экодоме применяются природные, экологически чистые материалы: известь, керамика, песок, дерево. При желании можно оставлять неоштукатуренными кирпич, грунтоблоки, гипсовые блоки и др. аналогичные материалы.

5.9. Перекрытие второго этажа

Перекрытие между первым и вторым этажами обыкновенное, если второй этаж отапливаемый. Его можно выполнить из железобетона, дерева и других материалов. Необходимо только обеспечить звукоизоляцию. Если в зимнее время эксплуатируется только первый этаж, а второй этаж холодный, то тогда его необходимо утеплять так же, как пол первого этажа (Рис. 5.14.). Из-за того, что через потолок дом теряет 10-15% тепла, необходимо очень тщательно конструировать и изготавливать перекрытие между первым и вторым этажами или крышу, если второй этаж мансардный. Необходимо также обеспечить пароизоляцию со стороны отапливаемого помещения, если используется эффективный утеплитель и каркасное перекрытие. Если в качестве перекрытия используется железобетонная плита и утеплитель размещается над ней, то пароизоляция не обязательна.

Рис. 5.14. Конструкция перекрытия второго этажа с утеплителем.

5.10. Крыша

Крыша, как и фундамент, определяет долговечность дома. Она защищает стены и фундамент от осадков, обеспечивает теплозащиту внутренних помещений. Крыша может выступать как место для размещения на ней элементов солнечной энергетики (солнечные коллекторы для нагрева воздуха, воды, солнечные батареи для преобразования солнечной энергии в электрическую). С поверхности крыши можно собрать значительное количество воды для полива и других технических нужд.

Типы крыш: совмещенная (применяется для мансардного этажа) и холодная традиционная (для обычного одноэтажного и обычного двухэтажного дома).

Конструкция совмещенной крыши практически такая же, как конструкция стены. Если последовательно рассматривать, как она устроена, в направлении изнутри - наружу, то сначала идет отделка, потом обрешетка, балки, пароизоляция, утеплитель, гидроизоляция, обрешетка и внешнее покрытие (рис. 5.15.). 

Очень важно предусмотреть вентилируемое пространство над утеплителем, которое обеспечит непрерывное просушивание утеплителя и всей конструкции крыши. На крыше могут быть предусмотрены крепежные элементы, на которых размещаются солнечные коллекторы и солнечные батареи. В этом случае в кровле необходимо предусмотреть отверстия для прокладки воздуховодов и трубопроводов от воздушных и водяных солнечных коллекторов. В конструкции крыши предусматривается система сбора воды и ее отвод в определенное место на участке.

Рис. 5.15. Конструкция утепленной крыши.

Замечания. Наклон крыши должен быть таким, чтобы избежать большого накопления снега. Крепление инженерного оборудования на крыше может осуществляться двумя способами: а) оборудование встраивается в конструкцию крыши, б) оборудование размещается на специальных посадочных местах, предусмотренных на крыше.

5.11. Окна

Через окна дом теряет тепла практически столько же, сколько через подвал. С другой стороны окна пропускают внутрь дома солнечный свет, обеспечивая необходимую инсоляцию и визуальную связь с окружающей средой. В дневные часы весной и ранней осенью через окна осуществляется дополнительный солнечный обогрев дома. В летнее время окна можно использовать для естественной вентиляции дома и длительного проветривания. Кроме того, окна выполняют важные декоративные функции и в интерьере и в экстерьере дома. Все перечисленное показывает, насколько окно является важным элементом дома.

С другой стороны, ночью в зимнее время очень много энергии дом теряет именно через окна (Рис.5.16.). Поэтому для повышения энергетической эффективности экодома необходима такая конструкция окна, при которой поступление энергии от солнца больше, чем ее рассеивается за сутки (в течение зимних месяцев Сибири добиться этого простыми способами нельзя, зато в весенние месяцы и ранней осенью это сделать можно). Для этого применяются разные способы (многослойные стеклопакеты, покрытия, пропускающие видимый свет и отражающий инфракрасное излучение, заполнение пространства между стеклами разными инертными газами, тепловые завесы, ставни и т.д.).

Рис. 5.16. Излучение и тепловые потоки в окне.

Простейший способ добиться повышения энергоэффективности окна - это исключение функции проветривания (вентиляции), - и применение теплоэффективных ставень. 

Простая конструкция окна с внутренней задвигающейся теплоэффективной ставней показана на Рис. 5.17. Окно включает один двойной стеклопакет, вставленный в оконный блок с внутренней стороны. За ним расположена задвигающаяся теплозащитная ставня. С внешней стороны в оконный блок вставлена рама с одинарным стеклом, защищающая оконный блок от снега, ветра, дождя. Ставня обеспечивает теплоизоляцию в ночное холодное время года. Закрывается она изнутри дома. Теплосопротивление оконного блока в закрытом состоянии (ночью зимой) можно сделать сопоставимым с теплосопротивлением стены.

Замечания. Для изготовления ставень можно использовать экструдированный полистерол или твердый качественный пенопласт, пеностекло. Блок окна - сменный, собираемый из отдельных элементов, монтируется снаружи. Внутренняя двойная рама (стеклопакет) вставляется изнутри. Для упрощения конструкции и удешевления в окне нет форточек и переплетов. Для вентиляции в стене устраиваются продушины.

Рис. 5.17. Окно с тройным остеклением и теплоэффективной задвижной ставней.

5.12. Входной тамбур

В индивидуальном доме люди чаще выходят во двор. Поэтому входной тамбур должен обеспечивать минимальные теплопотери в зимнее время. В нем устанавливается внутренняя и внешняя утепленные двери. Тамбур можно сделать обогреваемым и не обогреваемым. Для повышения теплоизоляции целесообразно предусмотреть дополнительно задвижную теплоэффективную дверь, аналогичную теплоэффективной ставне.

Замечания. Входной тамбур может быть совсем небольшим - иметь размеры равные толщине стены и размеру дверей. Для удобства проход в технический подвал и в погреб в зимнее время года можно сделать из тамбура, сделав его достаточно большим (выход из тамбура в ледник делать не обязательно, т.к. он эксплуатируется в летнее время года).

Рис. 5.18. Утепленный тамбур с дополнительной утепленной задвижной дверью.

5.13. Подвал и техническое подполье

Если подвал будет использоваться как жилой, то к его стенам предъявляются те же требования, как и к стенам жилого помещения. При этом конструкция должна обеспечить защиту от радона и дополнительную принудительную вентиляцию.

В экодоме целесообразно ограничиться техническим подпольем. Основное требование, предъявляемое к техническому подполью - обеспечение температурного режима, необходимого для эффективной работы инженерных систем (см. раздел: инженерные системы).

Рекомендуемая конструкция: тонкостенная цельнолитая железобетонная коробка, обеспечивающая максимальную герметичность, гидроизолированная с внешней стороны и утепленная с внутренней, и штукатурка. Объем технического подполья должен обеспечить удобное размещение инженерного оборудования.

Экодом в Сибири