Теплоинерционный дом или физика теплового комфота

С начала времён дома отапливались деревом и производными от него - торфом, углём. Сухие дрова горят как порох, интенсивно выделяя огромные порции тепла. Совсем недавно появилась технологическая возможность производить печи, камины и котлы медленного горения с практически герметичной топкой, в которую можно дозировать подачу воздуха. В старину эффективно использовать энергию дров помогала большая масса камня, из которого была сложена печь. Закрыть топку герметично было нельзя: потому дрова прогорали быстро, и так же, по возможности быстро, камень должен был принять их тепло. Масса камня русской печи запасала тепло на половину дня. Обычно печь топили утром и вечером. В таких условиях теплоинерционность была нужна как воздух. Чем выше теплоинерционность печи или дома в целом, тем реже нужно было топить. Это свойство очень помогало людям зимой и до сих пор помогает ещё и летом. В жарких странах, в Средиземноморье, например, в Италии, даже невысокие дома, которым не одна сотня лет, сделаны из огромного количества камня. В печах там особой надобности нет, хотя зимой тоже дома подтапливают. Отчего же нужно было возводить толстые стены в невысоких домах? Когда из того же камня и на те же средства можно было построить несколько домов? Лишних средств, которые охота закопать в землю или вбухать в стены, нет, нет сейчас, и не было раньше. Значит, это было нужно! Огромное количество камня спасало от жары, ведь кондиционеров раньше не было, а жить уже в те далёкие времена хотелось комфортно. Днём в солнцепек все окна и двери в старых домах и сейчас закрываются снаружи плотными ставнями - затеняются, а ночью, когда температура воздуха падает, наоборот, всё окна открываются, и помещения наполняются прохладным ночным воздухом, который остужает камень - получается русская печь наоборот! Зимой дрова у нас используются для зарядки камня теплом, а в Италии летом ночью камень сбрасывает дневной жар и заряжается от ночного воздуха прохладой. Так огромная масса камня служит природным кондиционером – стабилизирует температуру. Апогеем этого принципа являются сооружения Ватикана: Собор Святого Апостола Петра настолько огромен, что температура в нем практически не зависит от времени года, летом там прохладно как в склепе.

Пройдите по улочкам Рима и обратите внимание, что фасады старых домов не уродуют кубики кондиционеров - их там практически нет! Зато на каждом окне светозащитные ставни. Сравните картину, допустим, с Москвой. У нас в офисных зданиях всё сделано с точностью наоборот: огромныё окна-витрины зимой выхолаживают помещения, а летом создают в нём парниковый эффект. Пройдя сквозь стекло, солнечные лучи внутри превращаются в киловатты тепла, нагревая всё вокруг. Самое забавное, что окна у нас тоже закрывают от солнца жалюзи (и горизонтальными, и вертикальными) и шторы, но закрывают изнутри! Так же как в тёплых странах они принимают весь тепловой удар на себя, но уже всё равно за стеклом! Лучевая энергия оказывается внутри здания в то время, как она должна остаться на улице, рассеявшись на наружных ставнях, затеняющих окна. Оттого что у нас ни на одном окне нет наружных ставней, все коробки из стекла и бетона испещрены кондиционерами (видать, кондиционеры подешевле будут). Справедливости ради, отметим, что дело не только в защите от солнца окон снаружи здания, дело ещё в огромной теплоинерционной массе камня старых построек Рима. Кондиционеры из камня – выгодная инвестиция – делается раз и навсегда, срок службы такого устройства несколько сотен, а может и больше лет.

В связи с достоинством, высокой теплоёмкостью, камень обладает вытекающим отсюда недостатком - относительно высокой теплопроводностью. А высокая теплопроводность - это холодные стены, теплопотери и так далее… Люди всегда мечтали о тёплом камне – камне пузырчатом, камне, наполненном воздухом, как например, вулканическая лава (пемза) или ракушечник – изумительный природный строительный материал. За последние полвека технологи сильно преуспели в деле наполнения камня воздухом. Кирпич стал легче и теплее, обожженной глины в нём стало меньше процентов на 30, недавно и его вспенили, и сделали пористым. Бетон тоже надули воздухом и получили пеногазобетоны. Научились надувать воздухом даже стекло - получили пеностекло, замечательный утеплитель. Не ошибусь, если скажу, что современный тёплый каменный дом - это форменное надувательство, ведь стены и другие конструкции дома состоят из стройматериала только наполовину, а на другую половину из воздуха. Каменные дома, построенные по таким технологиям, весьма теплые, легкие, но уже более не теплоёмкие, а напротив, теплодинамичные. Они практически не запасают тепла в своих конструкциях. По теплоёмкости дома из пеногазобетона приближаются к цельнодеревянным домам (из бревна или бруса).

Принципа ради нужно заметить, что надутые материалы с низкой удельной плотностью не только не теплоёмки, но и весьма звукопроницаемы. Другими словами, из них получаются не лучшие межкомнатные перегородки. Внутренние стены и межкомнатные перегородки должны быть, по возможности, более тонкими, чтобы отнимать у помещений дома как можно меньшую площадь, и звуконепроницаемыми. Для этих целей пено/газобетоны, легкие гипсовые пазогребневые блоки - материал не лучший, они весьма низкой плотности, объёмны, занимают много места и хорошо пропускают звук. Перегородка, наоборот, должна быть тяжелой, ведь масса - это основной фактор, влияющий на резонансные свойства. На основе тонких и тяжёлых перегородок из полнотелого кирпича при сопоставимой с пеногазобетонами толщине при необходимости можно сделать отличные звукопоглощающие конструкции, обив кирпич снаружи гипсокартоном с заполнением простенка внутри минватой или пенофолами. Так устроены акустические ловушки, где используется симбиоз материалов с разными резонансными свойствами, в них звуковая энергия (вибрация) превращается в тепло. Если «сдуть» пенобетонную перегородку или перегородку из дорогого многощелевого кирпича, её толщина может уменьшиться более чем в 2 раза!

С точки зрения современного рационального человека, дома сделанные из огромного количества камня не объяснимы никакой логикой. Сейчас с появлением систем отопления, имеющих возможность дозировать подачу тепла в зависимости от потребностей, с появлением умных контроллеров, которые автоматически управляют подачей тепла с опережением (при изменении уличной температуры), печей, котлов и каминов медленного горения, в которых дрова могут тлеть несколько часов, кондиционеров и сложных систем климатконтроля, охлаждающих дом в жару, необходимость в теплоэнерционности зданий практически свелась к нулю. Апогеем апофиоза и «шедевром домостроения» стал дом из воздуха… ну, не нужно понимать сказанное буквально, я имел в виду дом из утеплителя (пенопласта, минеральной ваты и гипсокартона) – каркасный (канадский) дом.

В современном тёплом нетеплоинерционном доме можно прекрасно жить, пока есть электричество, газ (топливо) и техобслуживание сложных инженерных систем. Там всё хорошо, когда всё хорошо. Когда всё хорошо, и в машине можно зимой ночевать и даже жить без проблем. А что, если бензин есть, и всё работает… Вот только машину домом нормальные люди почему-то не считают… Почему? А если машина большая, например, фургон? Что, тоже не нравится, тоже не дом? А если машина – большой фургон, с которого свинчены колёса, фургон метров 150 квадратных? Что, тоже не дом?

- НЕ ДОМ!

Тогда задумайтесь, чем большой утеплённый фургон отличается от Дома? Ведь чем-то отличается, впрочем, для бомжа и фургон - дом. Чем же? Где та неуловимая разница, тонкая, невидимая как леска нить, которая определяет границу между фургоном и домом, между бомжем и человеком?

Открою вам маленькую тайну. Дом - это особая вещь. Дом - это то, на что можно рассчитывать в случае неприятностей. Дом - это укрытие, это то, что вас не подведёт, это то место, где воспроизводится жизнь. То место, где вырастут ваши дети, где будут ваши внуки. Это крепость для вас и вашей семьи, это, может быть, последнее, на что можно рассчитывать в трудной ситуации, то, что вас выручит. А выручит ли вас каркасный фургончик без колёс в трудной ситуации???

Подойдём к тому же вопросу, но с другой стороны.

Традиции обогрева жилища

Вы задумывались, отчего, например, у англичан такие специфические кровати – высокие, с пуховыми матрацами и перинами? А у нас, у русских, относительно тонкие ватные одеяла были. От бедности? Отчасти так, но больше от разного образа жизни. У нас крестьяне жили в небольшой теплой избе, одежды было мало. Зимой одна пара валенок на несколько человек, дети по очереди гулять бегали. Зато в избе печка натоплена, все ходят в одних нижних рубахах. Вечером, зачастую не укрывшись одеялом, засыпали на печи (как в турецкой бане обогреваясь полезным инфракрасным теплом) – тепло! К утру становилось прохладней, и тогда уже шли в ход одеяла. В Англии, наоборот, в больших сырых каменных домах и замках было прохладно. Дымоходы открытых каминов вытягивали воздуха больше, чем давали тепла. Как ни странно, но европейцы страдали от теплового дискомфорта больше чем мы – жители самой холодной страны. Нормальная картина для старой Европы: зимой и в межсезонье дома люди хорошо одеты, сидят вечером в роскошных меховых шубах, греясь от лучей камина, потом расходятся по холодным каменным комнатам, скидывают шубы и сразу ныряют под толстое пуховое одеяло - только нос торчит. Утром опять сразу в шубу, и так до весны. Нам такая норма вещей кажется дикостью! Как можно жить и спать в прохладном помещении (10-13 градусов)?! Но у богатых англичан просто не было выбора – помещения не маленькие, камень холодный, окна в одно стекло, всюду сквозняки, разогреть такое жильё сложно! С топливом (дровами) тоже негусто… Выбора нет: шубы - пуховые одеяла с перинами - опять шубы.

Такой образ жизни конфликтует с нашими традициями, с нашим бытом, с нашим менталитетом. Для нас он неприемлем! Посмотрим на современную концепцию отопления каркасного (канадского) дома, которая во главу угла ставит прежде всего задачи экономии топлива: ночью все в доме спят – нормальные люди, которым завтра с утра на работу, ночью по дому не шастают. Спят все под одеялом. Что проще сделать: топить весь дом или завести тёплые одеяла?

- Конечно, завести одеяла!

- Поэтому до утра дом можно не отапливать (12-15 градусов будет более чем достаточно). Экономия?

- Ещё какая!

Утром все встают и собираются на работу – часов с 6 утра включим отопление и поднимем температуру градусов до 20, но не больше, чтобы народ не баловать. Так…, все умылись-побрились-позавтракали, по машинам и на работу! До вечера, если народа днём немного, дом топить тоже бессмысленно, а кто в доме остался, так лучше пусть оденутся потеплее, чего в футболках ходить – не на курорте! Растопить дом нужно только к вечеру, ну, тут шиканём – уже градусов до 22 – типа жара! Потопим дом до полуночи, пока все не угомоняться, а потом выключим – всё, баюшки! Завтра опять на работу. Праздник устроим в выходные! Два дня, если все дома, Африка - аж 23 градуса тепла! Так с точки зрения продвинутого жителя цивилизованного мира выглядит «идеальная концепция» отопления частного загородного дома. Только после такого комментария становятся понятны алгоритмы работы контроллеров, которыми комплектуются импортные котлы.

Что за бред? - возмутитесь вы. - Что за извращение? Встал ночью в туалет – в доме холод собачий - так и простату заработать можно! Постоянно жить в полухолодном доме! Да у нас так только таджики в строительном вагончике у жадного хозяина с печкой буржуйкой зимой живут - термоциклируются! В Европе это норма вещей, там к такому положению дел привыкли... Именно для этих целей контроллеры, управляющие работой котельного оборудования, снабжены почасовыми недельными таймерами, в которых отдельно задается дневная и ночная температура. Узнав об этом, наши люди с недоумением спрашивают: « А зачем? Зачем делить температуру на дневную и ночную??? Она что, может быть разная?»

- Может… - задумчиво отвечаю я.

Есть ещё одно узкое место в этой концепции: такая экономия тепла достигается за счёт уменьшения температуры конструкций здания, его стен и перекрытий. В результате манипуляций с отоплением они имеют более низкую температуру. Они больше набирают влаги и чаще покрываются плесенью, интенсивнее разрушаются, гораздо чаще и глубже подвергаясь циклам замораживания-размораживания, чем стены постоянно отапливаемого здания. Экономия тепла уменьшает срок жизни здания и с лихвой компенсируется ежегодными расходами на ремонтно-восстановительные работы. Чудес не бывает - экономия в одном оборачивается ещё большими расходами в другом - природу не обманешь! В Германии это стало большой проблемой...

Только теперь становится окончательно ясно, почему системы отопления и дома в продвинутой Европе стараются делать как можно менее теплоёмкими (нетеплоинерционными). Когда читаешь, например: «Большая тепловая инерционность чугунных радиаторов, как продолжение большой теплоемкости, не позволяет быстро изменять температуру в комнате. Поэтому они плохо «вживаются» в системы, оснащенные автоматикой…. Панельные стальные радиаторы имеют небольшую глубину (60-160 мм), мало весят и обладают незначительной тепловой инерцией. Пожалуй, они быстрее и точнее других работают с автоматизированными системами управления.» Возникает невольный вопрос: а зачем, для чего, с какой целью может понадобиться изменять температуру в комнате БЫСТРО?! Быстро настолько, что чугунный радиатор с объёмом воды в ведро не будет поспевать остыть, потому как нагреть радиатор горячим теплоносителем не проблема, а вот охладится он может, только отдав свое тепло в окружающее пространство. И зачем это делать ВДРУГ? Жили 100 лет с чугунными радиаторами - не тужили, и ВДРУГ резко понадобились «автоматизированные системы управления»???

Теперь понятно, почему! Свет в комнате вечером включили, пылесос или электрочайник, электроплитку на пару блинов - итого в помещении внезапно оказалось несколько лишних килоВатт тепла - сразу в домике пенопластовом стало нестерпимо жарко. Тут варианта два: или тепло в форточку, или обзавестись системой автоматического управления, которая резко отопление убавит. Ситуация как в сауне, которая хорошо теплоизолирована изнутри. Плеснул воды на камни и деваться от жары уже некуда! Тепло в стены сауны не впитывается, и весь жар (как и каркасном доме) висит в воздухе. Идеальная автоматика должна работать примерно так: раз пылесос включили, то батарею нужно срочно отключить, и наоборот... В таком свете пара канистр теплоносителя действительно является большим техническим достижением! А ещё лучше отапливать дом воздухом (теплоёмкость воздуха минимальна). При необходимости воздух в доме можно быстро разогреть тепловой пушкой (электрической или на соляре), а без постоянного подогрева воздух быстро остывает - вот она самая совершенная (с точки зрения экономии топлива) система отопления! Вот мы и дошли до неё, до ручки, до системы воздушного отопления, вот откуда у нее ноги растут! Дом забирает тепла минимум - греется только воздух, сложные электронные системы следят за терморежимом помещений, не допуская перегрева. Небо ясное - заглянуло солнышко в окно утром, срочно уменьшить подачу тепла в эту комнату, а не то случиться перегрев! А это уже ненужные энергозатраты - кошмар!!!

Энергозатраты тёплого каркасного дома

Нетеплоёмкий (термодинамичный) дом специально задумывался с целью энергосбережения. Создаётся впечатление, что он действительно таковым и является – энергоэкономным. Но это только кажется на первый взгляд, если рассматривать самый примитивный - частный случай зимней эксплуатации дома при отрицательных температурах. А что будет летом в жару и в межсезонье? А вот летом и в межсезонье происходит следующее: при повышенных температурах воздух приходится охлаждать кондиционерами, а при пониженных - нагревать отоплением. Ведь в таком доме отсутствуют теплоёмкие элементы конструкции. В доме из камня температура дня и ночи интегрируется – усредняется. При колебаниях дневной/ночной температуры нагретые днём стены каменного дома ночью, остывая, отдают тепло.

Принцип теплоинерционости можно пояснить на примере климата земли, климата мягкого (морского) и жесткого (континентального). Роль теплового интегратора (теплоинерционного элемента) в планетном масштабе играет вода (моря и океаны). Рассмотрим два самых характерных – крайних примера. Жизнь на островах в теплых океанах подобна существованию в термостате - дневные температуры практически не отличаются от ночных, а летние - от зимних. Жить в канадском доме там просто и комфортно, впрочем, там и без всякого дома жить комфортно, только навес от дождя из пальмовых листьев сделай и достаточно! Чего никак нельзя сказать, например, о пустынях, где убийственный дневной зной сменяется ночными холодами - чтобы не замёрзнуть ночью костёр разжигают. Поясню: температура безоблачного неба, которая измеряется инфракрасным пирометром и зимой и летом, одинакова - минус 26 (!) градусов Цельсия. Людей в мягком климате от этого холода спасают водяные пары – облачность – испарения от морей и океанов, которых мало в сухих районах. Известно, как жарко в пустыне, и удивительно, что средняя температура самого жаркого месяца не превышает 26-28 градусов Цельсия. Думается, вроде и не так много. Не так много для мягкого климата, когда днем 30, а ночью 25 градусов Цельсия. В пустыне пиковая дневная температура может превышать 60, а ночью падать ниже 10 градусов Цельсия. Речь идёт о температуре воздуха в тени, а до какой степени нагревается днём и холодеет ночью почва? Значительно сильнее воздуха! Теперь с одного раза угадайте, где жить комфортнее: на Гаити или в Сахаре? Проживая в пустыне в тёплом канадском доме, для поддержания комфортной температуры нужно постоянно тратить энергию: днем - на охлаждение, а ночью - на обогрев. К счастью у древних египтян не было ни каркасных домов, ни кондиционеров. Дома строились из огромного количества камня, вкупе с холодными земляными полами - эти меры стабилизировали температуру в жилище, создавая комфортные условия для существования даже в пустыне.

Камень тянет тепло – для непрогретого или неутеплённого дома это недостаток. Но в нормальных условиях, когда дом утеплён, этот недостаток превращается в достоинство. В этих условиях камень играет роль теплового сорбента - он вбирает в себя тепловые излучения от внутренних источников тепла, которых в доме немало: от электролампочек, газовых и электрических плит, используемой горячей воды, заглянувшего в окно солнечного света… перечислением можно заниматься долго. Такие энергетические поступления происходят обычно вечером, когда в доме бурлит жизнь. Камень нагревается, чтобы потом вернуть тепло, когда температура в доме начнет падать.

Рассмотрим простой пример: вечером вы включили торшер-тарелку с галогеновой лампой 300 Вт. В обычном каменном доме тепло лампы начнут принимать на себя стены, интенсивно нагреваясь. Отделанные гипсокартоном и набитые утеплителем стены каркасного дома впитывать тепло не будут! Всё тепло в этом случае кроме как воздуху в помещении передать более некуда, так воздух начинает интенсивно нагреваться, а тут ещё и другие бытовые приборы, и сами люди тоже вносят тепловой вклад.

В каркасном доме быстро перегревается воздух, становиться душно, жарко и сухо - избыточное тепло требуется срочно сбросить. Действие: вы открываете форточку и выводите избыток тепла на улицу. А в доме каменном? А в каменном доме весь этот избыток тепла как губка на 80% впитают в себя каменные стены, а температура воздуха изменится незначительно – вы даже ничего не почувствуете! А вот потом, когда вы заснете, ночью они постепенно будут возвращать вам полученное тепло в виде полезного лучевого обогрева. Именно таким образом каменный теплоинерционный дом с пользой сохраняет бытовое тепло, не давая ему бездарно сгинуть в форточку. В каркасном доме бытовому теплу ни остаётся ничего, кроме как нагреть воздух в помещении. При малейшем избытке тепла в каркасном доме делается душно. В виде перегретого воздуха тепло безжалостно выбрасывается на улицу. В каркасном доме, в отличие от дома каменного, не происходит полезной аккумуляции бытового тепла.

Хочется предостеречь от отделки каменного дома изнутри гипсокартонном, деревом или другим теплоизолирующим материалом, ведь в этом случае вы теряете такое достоинство каменных стен, как теплоинерционность, лишаете стены возможности беспрепятственно обмениваться инфракрасным теплом с внутренним пространством. Теплоизолируя стену изнутри, вы способствуете более глубокому промерзанию конструкций дома, загоняете точку росы вглубь стены. Обить изнутри каменный дом гипсокартоном или вагонкой значит обмануть себя! Как в том анекдоте: купил билет и никуда не поехал. Построил каменный теплоинерционный дом с кучей достоинств и … избавился от них быстро и недорого! Тот же принцип работает при чередовании жарких и холодных периодов, особенно в межсезонье – весной и осенью. Тяжёлый теплоинерционный дом запасает энергию в более теплые дни, отдавая её в дни похолоднее, тем самым усредняя температуру. В качестве предельного случая теплоинерционного сооружения можно привести винные погреба. Например, в Крыму в винотеке Массандры днём и ночью, летом и зимой температура стабильна и составляет 17-18 градусов Цельсия без всякого отопления и кондиционирования!

Так вот, разобрав вопрос глубже, смело можно сделать вывод: как раз для целей энергосбережения каркасный (канадский) дом пригоден менее каменного! В реальных условиях задачу энергосбережения такой дом не выполняет! Особенно ущербным и неэффективным с этой точки зрения канадский дом следует считать в нашем жестком континентальном климате. Самое забавное, что до этого додумались уже и сами канадцы, которых после нескольких десятилетий строительства подобных дешевых (массовых) домов из сэндвич-панелей начали терзать смутные сомнения. Они провели исследования и сделали вывод: дома с большей сравнительной массой (более теплоинерционные) меньше затрачивают энергии! Они сравнивали дом из сэндвич-панелей с цельнодеревянным домом из бруса, а если бы они сравнили его с цельнокаменным домом из кирпича?! Они бы получили действительно шокирующие результаты! Это написано тут. Правда об этом ухитрились так рассказать, что я сам с трудом понял, о чём речь идёт. Такие концепции рождаются от узости взглядов на процессы, происходящие в окружающей нас природе. Сделали стену из 20 см пенопласта. Ах! Ах! Ах! Какое сопротивление теплопередаче! Какая стена тёплая вышла! А каким хорошим (тёплым) из таких стен дом выйдет?!

Да, выйдет он тёплым…, но в результате для жилья малопригодным и весьма энергозатратным!

Всё это было бы смешно, если бы не было так грустно. Самое неприятное в этой истории, что у нас строительство домов по подобным технологиям сейчас позиционируется как энергосберегающее. Перспективы строительства таких домов лоббируются на государственном уровне. Некаменные – легкие дома позиционируются как дома будущего. Это для наших суровых районов с континентальным и резко континентальным климатом?! Чиновники, затрачивая бюджетные деньги на покупку заводов по производству седвич-панелей для массового социального строительства, уверены в своей правоте, мнят себя двигателями прогресса и цивилизации, думают, что несут к нам, в «лапотную Россию», новые технологии, которые позволят улучшить жизнь наших граждан. Не подозревая на самом деле, что догоняют даже не вчерашний, нет, а позавчерашний день, дублируя ошибки и заблуждения, от которых ТАМ уже начинают избавляться, внедряют у нас то, что ТАМ начинают сворачивать. Впрочем, чиновники не так наивны, как кажется - на дома им наплевать! Чиновнику завсегда интересно многомиллионную покупку заграницей сделать - получить откат, а там хоть трава не расти! И жить вам, уважаемые граждане в этих домах, мерзнуть, париться, жариться, как хотите. Вам нужно, вы и отапливайтесь-кондиционируйтесь сами. Мы вам дома построили – дальше не наше дело!

Ну ладно, с энергосбережением в теплоинерционном доме мы худо-бедно разобрались. А как в теплоинерционном доме обстоят дела с тепловым комфортом? Что такое комфорт - это понятно, а что такое тепловой комфорт?

Загадки теплового комфорта

Тепловой комфорт - это когда в доме вне зависимости от погоды, времени года и прочих внешних природных факторов поддерживаются стабильные климатические параметры, хотя бы температура, а лучше ещё и влажность! Так! Угадали? А вот и не угадали! Это первое, что приходит в голову сделать, но к тепловому комфорту это не имеет никакого отношения! Если бы роботам поставили задачу осчастливить людей, думаю, для начала они поселили бы людей в дома – термостаты, а потом … впрочем, этот сюжет уже был обыгран в фильме нашего детства «Отроки во вселенной». Там роботы пошли дальше и «осчастливили» местных жителей по полной программе. Дом-термостат как раз сделать проще простого! Путь обычный: позвонить в инженерную компанию, и вам привезут груду железных и пластиковых конструкций, соорудят нечто, что будет делать то, что ему велят (до первой поломки). Нужно запрограммировать контроллеры так, что климатическая система будет поддерживать стабильную температуру и влажность с точностью до долей градуса температуры и процента влажности круглосуточно, 7 дней в неделю и 365 дней в году.

Живым правильно жить в реальном, а не в синтетическом мире. Заглянуло солнышко в окно – стало теплее, ушло – похолодало, а тут, что тебе солнышко, что нет солнышка, что холодная зима, что жаркое лето - всё одинаково. Так у человека сбиваются биоритмы, теряется разница между летом и зимой, днем и ночью, уходит сон и приходит (или пропадает) аппетит. Неврозы и болезни - именно к такому результату приводит жизнь в доме-термостате. Живым нельзя презирать законы природы. Поддерживать одну и ту же температуру в жилище всё время, постоянно - вредно, особенно вредны сильные перепады температуры летом, когда на улице жара, а в доме холод. Я первый в таком доме жить не стану! В доме-термостате жить также вредно, как и в режиме термоциклирования.

Настоящий тепловой комфорт, это когда температура в доме изменяется в соответствии с изменением уличной температуры. Так на улице оттепель - в доме теплее на пару-тройку градусов, потом температура возвращается к исходной. На улице похолодало - температура в доме слегка должна снизиться и также с некоторым опозданием вернуться к исходной. В жару не следует охлаждать воздух в доме более чем на несколько градусов. В отличие от офисных помещений, в которых люди безвылазно находятся целый день, обитатели загородного дома часто выходят на улицу. Большой перепад температуры приводит к простудам. Я даже не упоминаю о той проблеме, что во влажной среде кондиционеров со временем образуется рассадник вредной микрофлоры вплоть до туберкулезной палочки. Замкнутый объём воздуха, обработанный кондиционером, для здоровья не полезен. Многие до сих пор ассоциируют холодный воздух в помещении со свежим воздухом, наивно полагая, что кондиционеры помещение «проветривают»!

Завести в доме тепловой комфорт можно другим путём – необычным: можно спроектировать и построить дом так, что он сам с минимумом нагревательных и при полном отсутствии охлаждающих систем будет обеспечивать тепловой комфорт, сам собой, без вмешательства электроники, естественным путём, благодаря законам природы. Зачем сложно, когда можно просто? Такой дом просто построить и эксплуатировать, сложнее его спроектировать. Как раз такую, нужную температурную зависимость и создает теплоинерционный дом. Его «недостаток» – инерционность - как раз и является достоинством. Там не нужны никакие сложные системы автоматического регулирования, нужные температурные зависимости получаются в соответствии с законами природы, и ничего специально для этого придумывать не нужно! Всё давно придумано до нас и за нас!

Теплоинерционный дом - дом будущего

Есть во всей этой истории с теплоинерционным домом ещё один немаловажный фактор. Запасы углеродного топлива ограничены. Сейчас во весь рост встаёт вопрос использования альтернативных источников энергии: солнца, ветра, приливов-отливов, да мало ли чего ещё предстоит придумать учёным. Но все, какие бы они ни были, источники альтернативной энергии объединяет одно неприятное свойство: их появление непредсказуемо во времени и по объёму. Стоит задача создать систему, способную эффективно интегрировать и аккумулировать порции тепла, для его последующего использования. Специально для этих целей конструкторы новых энергоавтономных домов предусматривают водяные и каменные аккумуляторы тепла, заряжаемые днём, например, солнечным теплом а, допустим, ночью - дешёвым электричеством. Подобная проблема возникает и при использовании новых высокоэффективных дровяных котлов с пиролизным расщеплением древесного топлива. В таких котлах сгорание дров – хорошо организованный технологический процесс. В процессе пиролиза дрова нельзя заставить тлеть, равномерно выделяя тепло на протяжении долгого времени. Дрова там перерабатываются достаточно быстро, нужно успеть оперативно забрать и аккумулировать выделившееся тепло. Для этих целей с пиролизными котлами предлагается использовать гидравлические аккумуляторы тепла. Вода самое теплоёмкое вещество в природе. Теплоёмкость воды в 5 раз превышает теплоёмкость любого камня! Теплоёмкость камня ниже, но объём камня в доме большой по определению – дом собственно весь из камня и состоит. В доме по проекту Пирос объём материала (камня) – 240м3, если его сделать из полнотелого кирпича с монолитными бетонными перекрытиями, его вес составит 430 тонн! Что будет равносильно пятидесятитонному тепловому аккумулятору из воды. Дом, сделанный из цельного, а потому более теплоёмкого материала, уже в два-три раза более теплоинерционен, чем дом, наполовину надутый воздухом, например из пенобетона. Теплоинерционный дом это не беда – это большое благо! Это огромный аккумулятор тепла, который как русская печь способен впитывать в себя порции тепла, интегрируя его во времени. В каменном теплоинерционном доме вам уже не нужны будут дополнительные аккумуляторы тепла!

Для того чтобы изменить температуру 430 тонн камня всего на один градус, нужно выполнить работу, равную 100 кВт. Представьте, чтобы нагреть каменную массу такого дома на 1градус, котёл в 100 кВт будет работать целый час! Беспрерывно! Или по-другому: чтобы нагреть на 1 градус каменную массу дома придется отнять энергию – охладить на 10 градусов целых 30 000м3 воздуха! Вот вам и естественный природный кондиционер! При воздухообмене в коттедже (как мы выяснили ранее) порядка 200м3 в час хорошо утеплённый и затенённый снаружи дом придётся нагревать раскалённым уличным воздухом на один градус порциями по 200м3 за час 150 часов – более 6 суток! Так за первую неделю 30 градусной жары каменные конструкции нагреются с 22 до 23 градусов, за следующую неделю ещё на 1 градус. Нужно помнить, что, нагреваясь, дом будет охлаждать воздух на несколько градусов. Учитывая, что жарким воздух бывает только днём, а ночью он прохладней - мы имеем естественный природный кондиционер. Именно таким образом кондиционируются старые толстокаменные дома в Средиземноморье.

Занимательная физика

Ощущение жара/холод определяется не только и не столько температурой окружающего воздуха, сколько лучевым (инфракрасным) теплообменом. Что можно нагреваться тепловым излучением, известно всякому. Каждый чувствует лучевое тепло костра, печи, многие были в турецкой бане, где воздух не жарок, а банный эффект вызывается тепловым излучением от нагретых каменных стен. А вот как тепловым излучением можно охлаждаться? Об этом многие не задумываются. Охлаждаться - в данном контексте означает излучать энергию самому, но не получать подобных излучений извне – не греться! Давайте проведём несложный на первый взгляд физический опыт - эксперимент на пляже у моря при наличии невдалеке в скалах грота.

Условия: солнечно, на море легкий бриз, воздух нигде не застаивается, ветер постоянно дует с моря, а потому везде на побережье, по определению, имеет одну и ту же температуру.

- Стоим на пляже под прямыми солнечными лучами – жарко нестерпимо! До теплового удара недолго… Давайте измерим температуру воздуха. Как же! При прямых солнечных лучах? – воскликните вы возмущённо.

- Конечно нет, извините, задумался… просто голову напекло… ведь на открытом солнце мы получаем тепловой поток порядка 4-6 кВт на м2 за час. Пройдёмте в тень под навес.

- Тут значительно легче! Но, тем не менее, всё равно жарко! Вот теперь тут, в тени можно померить температуру воздуха… - Ждём минут 15 и видим +35С.

- Вот теперь мы измерили температуру воздуха правильно – в тени!

- А сейчас переместимся в грот в каменных скалах, – приглашаю я.

- Тут совсем не жарко! – заметите вы. - А если побыть подольше, то эксперимент может закончиться легким насморком.

- А давайте тут температуру воздуха померяем? – предложу я.

- Зачем? Ведь и без того ясно, что весь воздух, приходящий с моря, имеет одну и ту же температуру, и так быстро охладиться, попав в тень грота, он не может, еще мгновение, и он полетел дальше на пляж, откуда мы, собственно, только что и пришли. Можно с уверенность сказать, что мы измеряли температуру воздуха, пришедшего на пляж из тени грота, и он был 35С.

- И тем не менее, для чистоты эксперимента. Оставляем градусник на палке, воткнутой в песок, в центре грота на высоте метра от земли. Через 15мин смотрим на показания - +27С!

- Как же так? Ведь это один и тот же воздух, в этом нет сомнения… Он что, за две секунды в гроте успевает охладиться на 8С, а потом мгновенно нагревается снова до 35С? В чем тут дело? Температуру чего мы измеряли? Ответ прост – мы наблюдали температуру градусника: на пляже мы убрали градусник в тень, защитив его только от прямых солнечных лучей. А от лучей кривых – инфракрасных излучений от раскалённого песка и других, окружающих, нагретых солнцем предметов, мы его закрыли? Даже пляжный тент и тот испускает тепловые излучения от поверхности, разогретой до 70С. Все эти излучения воздействовали в тени тента и на градусник, и на нас.

- А что произошло в гроте? Отчего при жарком воздухе в гроте зябко?

Оттого, что наши тела и градусник отдали свои тепловые излучения каменной скале с громадной теплоемкостью, температура которой в разгар летнего зноя не превышает 18С! Жаркий воздух не компенсирует наших лучевых теплопотерь! Мы охлаждались изнутри! Скала как вампир выпивала из нас внутреннее тепло! Но не пугайтесь, это не страшно, а наоборот, в подобных обстоятельствах весьма полезно, я бы даже сказал спасительно для организма. В аквапарках или дорогих отелях всегда устраивают подобие искусственного грота, где отдыхающие с удовольствием укрываются от зноя. Вот почему римские императоры и простые граждане строили дома из большого количества камня! В жару в огромных каменных дворцах царит приятная прохлада, даже при высоких температурах окружающего воздуха. Видно, что даже замер температуры воздуха является непростой задачей.

Чтобы комфортно себя чувствовать в жару, прежде нужно охлаждать окружающие каменные стены, а не воздух в помещении! У нас, к сожалению, всё происходит с точностью наоборот. Мы находимся в переохлаждённом кондиционерами воздухе, но с прогретыми солнцем стенами. В помещении с холодными стенами и кондиционер не понадобится. Дом с прохладными массивными каменными стенами – залог теплового комфорта в жару, а с нагретыми в холод!

Резюме:

1. Лучше если теплоинерционный дом будет хорошо утеплён снаружи. Раньше дома из огромного количества камня никто не утеплял, но, утеплив дом снаружи, можно уменьшить массу камня без ухудшения параметров теплового комфота.

2. Теплоинерционный дом должен быть тяжёлым - именно вес (масса) камня, а не его объём влияет на теплоёмкость. Чтобы дом получился теплоинерционным, его нужно строить из тяжёлого камня, например, из полнотелого кирпича с перекрытиями из монолитного бетона. Как огромный товарный поезд имеет свою инерцию движения, так камень имеет запасённую в себе тепловую энергию. Чем больше и тяжелее товарный поезд, тем больше усилий нужно приложить для изменения его скорости. Так и дом, содержащий большую массу камня.

P.S. Впрочем, есть одно помещение, где теплоинерционность весьма вредна, там, наоборот, важна тепловая динамика, это помещение стараются тщательно теплоизолировать именно изнутри, утепляя стены всевозможными утеплителями и зашивая всё это поверх доской-вагонкой, лучше липой или специальным африканским деревом опаж. Правильно, это сауна! Там важна тепловая динамика – плеснул воды на камни и... жар-пар! Важно! Нельзя забывать, что теплоинерционный дом из кирпича - палка о двух концах! В нем нужно жить, или его хотя бы нужно всегда греть (топить) зимой, иначе толстые каменные стены Вам принесут неприятностей больше, чем пользы (конденсат - точка росы - высолы...), чего никак нельзя сказать о доме из дерева - его спокойно можно замораживать и размораживать с минимальным ущербом как для дома, так и для Вас!