Проекты домов из теплобетона: Проект двухэтажного дома из теплобетона Москва PLUS

* Эти тексты представляют собой выдержки из описаний, данных каждым архитектором об их дизайне.

Как этот дом из бетонных панелей сократил счета за электроэнергию на 30? %?

Как домовладельцы могут переехать из небольшой квартиры с одной спальней в двухэтажный дом площадью 1 940 квадратных футов и сэкономить 30 процентов на своих ежемесячных счетах за электричество и газ?

Эд и Мег Файхтигер сделали это, используя сборные железобетонные панели для фундамента и внешних стен их нового дома в городе Франклин, штат Нью-Джерси.

«Наш бетонный дом удивительно энергоэффективен и тих, — сказал Эд Файхигер. «Эти стены прочные, поэтому нет проникновения воздуха или шума.

«Когда мы оценивали стоимость строительства деревянных и бетонных домов, разница была на удивление небольшая. Мы ожидаем, что долгосрочные выгоды будут невероятными. Нам никогда не придется беспокоиться о том, что вода собирается под внешней штукатуркой и вызывает образование древесины. стены гниют, а бетон огнестойкий, поэтому страхование домовладельца очень низкое.»

Faichtygers провели свое исследование, чтобы найти стены Xi и систему полов Prespan от Northeast Precast. Эти продукты от Superior Walls изготовлены на заказ с изоляцией, чтобы помочь создать сухое и комфортное жилое пространство. Сборная железобетонная конструкция была установлена ​​всего за два рабочих дней, что позволяет разместить дом под крышей менее чем за две недели.

Без балок или колонн

Дом с тремя спальнями, спроектированный JW Pedersen Architect, PC, включает в себя 1 940 квадратных футов жилой площади на двух уровнях, плюс дополнительный подвал площадью 1232 квадратных фута и гараж на две машины площадью 700 квадратных футов. Передача звука и структурная целостность были первоочередными задачами домовладельцев при выборе открытой планировки. Для решения этих проблем использовались изолированные стены из сборного железобетона и перекрытия.

«Из-за особенностей нашей планировки и наличия сборных железобетонных стен, у нас есть открытая планировка этажей с сборными бетонными досками, охватывающими всю ширину дома», — сказал Файхигер. «Нет ни балок, ни опорных колонн. А поскольку это бетонный пол, здесь нет ни скрипов, ни тряски.Если мы не смотрим в окно, мы не знаем, идет ли на улице ветер, идет дождь или даже шторм. Наш дом такой утепленный и тихий! »

Система сборных полов

Запатентованная система полов Prespan, используемая в доме Faichyger, включает изолированные доски из сборного железобетона, которые можно использовать как в жилых, так и в коммерческих проектах.

«Система Prespan устраняет необходимость во внутренних конструктивных опорах», — сказал Марк Горгас, генеральный менеджер коммерческого подразделения Northeast Precast. «Эта система оставляет вам полностью открытое пространство без колонн и несущих стен».

По словам Горгаса, Преспан позволяет строителям получить четкий пролет всего здания для создания полного подвала или подползать стены пространства под гаражом. Жесткий продукт отличается меньшим прогибом и на 25 процентов легче по сравнению с полыми досками. «Возможность устроить полноценный подвал под гаражом — большая победа для домовладельцев, мечтающих о дополнительном пространстве», — сказал Горгас. «Для семьи Файхтигер установка Prespan под домом и вторым этажом была разумной инвестицией.Пенополистирол, интегрированный в систему сборных полов, исключает передачу звука между этажами ».

Going up

Система Xi Wall, используемая для строительства фундамента и внешних стен дома, сэкономила домовладельцам время и деньги. стены использовались вместе с фундаментными панелями и уложены друг на друга для создания нескольких этажей как части комплексного решения для системы стен.

Все продукты Superior Walls изготавливаются по индивидуальному заказу удаленно на внутренних производственных объектах, что исключает любое загрязнение почвы на месте, такое как форма масло используется для заливки стен.Для обеспечения водонепроницаемости стен не требуются аэрозольные баллончики или битумные покрытия. Панели доставляются прямо на строительную площадку, где сертифицированные бригады устанавливают сборные стеновые панели.

Поскольку сборные панели проектируются и производятся с использованием изолированных бетонных стоек, система стен сокращает количество материалов, используемых для строительства конструкции, включая дерево и бетон, и снижает углеродный след в процессе строительства нового дома или коммерческого объекта.

Преимущества бетонной конструкции

Для дома Faichyger тепловая масса бетона снизила нагрузку на их систему HVAC и обеспечивает постоянную температуру в доме.Систему кондиционирования для дома уменьшили с двух до одного блока на сплит-системе. На фасаде дома штукатурка и камень были нанесены непосредственно на сборные панели.

Стена в сборе для этого проекта имеет R-Value 31,5, в то время как полы Prespan имеет R-Value 39. Наиболее впечатляющим является то, что железобетонные стены превратили сложную двускатную стену с окнами в стену с поперечным срезом. В сочетании с жесткой системой пола конструкция способна выдерживать боковые ветровые нагрузки.

«Наш бетонный дом превзошел наши ожидания во всех мыслимых отношениях», — сказал Файхигер. «Общая стоимость сборного железобетона составила около четверти стоимости нашего проекта. Это может показаться большим, но мы сэкономили деньги на времени строительства, и теперь мы экономим каждый день на расходах на электроэнергию.

» В целом, строительство дома от сборных железобетонных панелей и полов было более быстрым и экономичным вариантом традиционного строительства. Мы определенно рекомендуем эти продукты нашим друзьям и семье.”

Подробнее об утеплении дома.

CRETE House — Источник

Бетон прочный, недорогой и широко распространенный. Но устойчиво ли это?

Да, утверждает Хунси Инь, доцент I-CARES Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Хотя в процессе производства выделяется углекислый газ, эти выбросы компенсируются долговечностью материала и уникальными тепловыми свойствами.

«Бетон прослужит 100 лет», — объясняет Инь, всемирно признанный эксперт по экологическому развитию.Он также может похвастаться высокой теплоемкостью или тепловой массой. Летним днем ​​бетонные стены поглощают тепло солнца, замедляя повышение температуры в помещении. Летним вечером естественная вентиляция отводит тепло наружу, рассеивая его в прохладный ночной воздух.

«Древние люди использовали тепловую массу, но мы игнорировали этот потенциал», — говорит Инь. «Если вы спроектируете его правильно, с правильными системами и изоляцией, вы сможете построить бетонное здание с нулевым потреблением энергии».

Солнечное десятиборье

Теперь этот аргумент подвергается проверке, поскольку студенты Школы дизайна и визуальных искусств Сэма Фокса и Школы инженерии и прикладных наук готовятся к Solar Decathlon 2017.

Проводимый раз в два года конкурс, спонсируемый Министерством энергетики США, ставит перед университетскими командами со всего мира задачу спроектировать и построить полноразмерные дома на солнечных батареях. В этом году на мероприятии, которое состоится в Денвере 5-15 октября, будут представлены передовые прототипы площадью от 650 до 1000 квадратных футов.

Победители будут выбраны на основе: совершенства дизайна и инноваций; эффективность использования энергии и воды; и рыночный потенциал. Каждая структура должна быть способна выполнять типичные домашние функции, используя только глобальное солнечное излучение.Любые другие источники энергии, такие как батареи или энергия сети переменного тока, должны компенсироваться равным или большим количеством произведенной энергии.

На кону 2 миллиона долларов призовых.

«Архитектура — это преодоление разрыва между концепцией и реальностью», — говорит дизайнер проекта факультета Пабло Мояно, старший преподаватель архитектуры в школе Сэма Фокса, который возглавляет студию вместе с Инь и руководителем проекта факультета Райаном Абендротом. «В обычной студии студенты могут создавать впечатляющие проекты.Но с Solar Decathlon им действительно нужно их строить.

«Студенты знакомятся со всем процессом, от концептуального проектирования до строительства и эксплуатации», — добавляет Мояно. «Это уникальный опыт и ценный урок».

Team WashU

Хотя до Денвера еще шесть месяцев, команда WashU упорно трудилась почти два года.

Осенью 2015 года Инь и Мояно открыли первую из четырех семестровых студий.Студенты начали с создания индивидуальных предложений, которые постепенно сливались в окончательный дизайн. Они также исследовали устойчивые стратегии отопления, охлаждения и вентиляции, ища способы снизить и / или компенсировать потребление энергии, сохраняя при этом комфортное функциональное пространство.

«Самая сложная часть заключалась в кристаллизации дизайнерских идей за четыре семестра в один проект», — говорит Адам Голдберг, кандидат на степень магистра в области архитектуры и управления строительством.«Очень многое в мире дизайна и архитектурном образовании носит теоретический характер. Solar Decathlon заставляет задуматься над каждой деталью и связью ».

Тем временем студенты-информатики, работающие под руководством Чэньян Лу, профессора Fullgraf в области компьютерных наук и инженерии, работали над разработкой пользовательской операционной системы для дома. Инь и адъюнкт-профессор инженерии Тим Майклс совместно преподавали курс по строительной энергии.

Всего на данный момент приняло участие более 100 студентов и аспирантов.Бюджет в размере около 550 000 долларов США представляет собой сочетание взносов университетов, внешнего финансирования и спонсорской поддержки отрасли.

«Это исследовательский проект», — говорит Инь. «Наша задача — не построить одно здание. Наша задача — создать междисциплинарную структуру, которая повысит эффективность всей отрасли.

«На здания приходится до 40 процентов потребления энергии и выбросов углекислого газа во всем мире», — добавляет Инь. «Чтобы победить глобальное потепление, мы должны найти способы обращения со зданиями наиболее естественными и доступными способами.”

CRETE House

Многие из участников Solar Decathlon этого года черпают из схожей палитры дизайнерских идей: солнечные панели, зеленые крыши, гибкие планы этажей и сложный мониторинг. Практически все полагаются на легкую деревянную или стальную конструкцию.

CRETE House, вход команды WashU, резко контрастирует с этим. Строение площадью 995 квадратных футов, которое в конечном итоге будет служить долгосрочным жилым помещением для ученых из Исследовательского центра Тайсона, будет построено из шести больших сборных железобетонных панелей.Негабаритные желоба обеспечат поддержку тени, увеличивая жилое пространство на открытом воздухе. Система сбора воды и серия модульных плантаторов поддержат гидропонное садоводство.

«У бетона много плюсов», — говорит Мояно. «Он устойчив к огню, влажности, плесени и насекомым. Он устойчив к экстремальным погодным условиям, таким как ураганы и торнадо. Он прочный. Главный недостаток — вес. Бетон тяжелый ».

Чтобы противодействовать этому весу, студенты работали с Институтом сборного железобетона и бетона, в частности его филиалами на Среднем Западе, Горных штатах, Центральном регионе и Иллинойсе и Висконсине, над проектированием и отливкой сэндвич-панелей с использованием новой высокоэффективной смеси Ductal.«Ductal в шесть раз прочнее обычного бетона», — говорит Мояно. «Это позволяет нам создавать панели, которые тоньше и примерно на 30% легче, чем стандартный сборный железобетон».

Пожалуй, наиболее поразительно то, что в доме нет традиционной системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Вместо этого — за счет высокой тепловой массы бетона — дом в основном обогревается и охлаждается водяными змеевиками, встроенными в панели.

«Это гидравлическая система», — говорит Инь. «Тепловая масса излучает равномерную комфортную температуру.”

В ближайшие недели студенты начнут сборку CRETE House в Северном кампусе Вашингтонского университета и проведут большую часть лета, совершенствуя и тестируя его системы. Затем, в конце августа, они разберут дом, отправят его в Денвер и снова соберут для конкурса.

«Солнечное десятиборье — это большая проблема, но также и отличный образовательный инструмент», — заключает Инь. «Студенты объединяют передовые архитектурные исследования со строительной инженерией, электротехникой, производством, информатикой и биологией.

«Но большая цель — подготовить студентов к встрече с будущим. Как мы обслуживаем сообщество? Как повысить эффективность? И как мы можем помочь решить проблемы глобального потепления и окружающей среды? »

Для получения дополнительной информации о Solar Decathlon посетите сайт solardecathlon.wustl.edu или подпишитесь на Team WashU в Facebook и Twitter.

CRETE Дом будет построен из шести больших сборных железобетонных панелей. (Изображение: Team WashU)

Панели будут отлиты из Ductal, высокопроизводительной мелкозернистой смеси, которая позволяет получить более детализированные детали, чем обычный бетон.(Изображение: Team WashU)

Крупногабаритные желоба обеспечивают поддержку тени, расширяя жилое пространство на открытом воздухе. (Изображение: Team WashU)

Система сбора воды и серия модульных плантаторов поддерживают гидропонное садоводство. (Изображение: Team WashU)

После завершения Solar Decathlon 2017, CRETE House будет постоянно установлен в исследовательском центре Тайсона Вашингтонского университета. (Изображение: Team WashU)

Структура разработана для комфортного размещения двух исследователей.(Изображение: Team WashU)

Панели будут скреплены болтами, а не сварены вместе. Это значительно сокращает количество полевых работ и отходов материалов, а также позволяет разобрать дом для транспортировки. (Изображение: Team WashU)

Кухня и ванные комнаты, расположенные в центре дома, будут собраны за пределами строительной площадки как единое целое. (Изображение: Team WashU)

В конструкции с двумя спальнями используется тепловая масса и гидравлическое отопление и охлаждение, а не традиционная система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.(Изображение: Team WashU)

Грядки для гидропоники могут снабжать жителей фруктами и овощами на год. (Изображение: Team WashU)

Стены из термической массы | Профессиональный строитель

По данным Национальной ассоциации домостроителей, с каждым годом все больше домов строится с бетонными стенами — с 3 процентов до более чем 16 процентов за последнее десятилетие. Бетонные стены предлагают клиентам больший комфорт, меньшие счета за электроэнергию, устойчивость к термитам и влаге, а также превосходную устойчивость к огню и ветру.

Стены с термической массой состоят из 4 дюймов бетона, обращенного внутрь, 2 дюймов бетона снаружи и 2 дюймов изоляции из экструдированного пенополистирола, зажатой между ними.Соединители из волоконного композитного материала, расположенные на расстоянии 16 дюймов по центру, скрепляют сборку.

«Эти пластиковые соединители — один из ключей к энергоэффективности стен T-Mass, — говорит Джон Гайда из Лаборатории строительных технологий». В других системах используются стальные соединители, которые легко проводят тепло. Стальные соединители значительно снижают коэффициент сопротивления теплопередаче и снижают энергоэффективность стен ».

Стены из термомасса бывают двух видов: сборные и литые. Сборные панели производятся на заводе и доставляются на строительную площадку.

Стены из термальной массы используют эффект тепловой массы, который возникает, когда бетонные стены и полы поглощают дневное тепло и выделяют его ночью. В дневное время 4 дюйма внутреннего бетона нагреваются до комнатной температуры. Как только внутренняя температура дома опускается ниже температуры стены, бетон отдает это тепло обратно в дом.

Этот эффект снижает нагрузку на охлаждение и обогрев, позволяя строителям уменьшать размеры оборудования. Наряду с уменьшением общего количества необходимого нагрева и охлаждения, это также смещает нагрузку в непиковые часы, что может обеспечить еще большую экономию затрат в районах с переменными тарифами на электроэнергию.

Несмотря на то, что стена имеет R-ценность материала 11,33, ее эффективная R-ценность, которая учитывает тепловую массу и другие эффекты бетона, может быть в два-три раза выше в зависимости от климата.

Степень, в которой эффект тепловой массы увеличивает эффективное значение R стены, зависит от количества градусо-дней нагрева. Общее правило состоит в том, что районы с меньшим количеством градусо-дней нагрева получат больше пользы от теплового масс-эффекта.

Партнерство по развитию технологий в жилищном строительстве (PATH), программа U.S. Департамент жилищного строительства и городского развития обнаружил в ходе многочисленных демонстраций на объектах, что стены из термальной массы позволяют значительно сэкономить на счетах за электроэнергию, особенно на юге и западе страны.

Национальная лаборатория Ок-Ридж, проведенное в 2001 году исследование энергоэффективности 16 различных конфигураций стен (включая рамку, Т-образную массу и ICF), подтверждает этот вывод. Исследование «Тепловая масса — потенциал экономии энергии в жилых зданиях » показывает, что бетонные стены с тепловой массой, «уложенные в хорошем контакте с внутренней частью здания», являются наиболее эффективным монтажом стен.

В 2004 году студенты и исследователи из Университета Невады в Лас-Вегасе обратились в компанию Pinnacle Homes с просьбой помочь им построить дом площадью 4500 квадратных футов с нулевым потреблением энергии. Изучив различные аспекты конструкции, компания Pinnacle выбрала стены из термостойких материалов из-за их энергоэффективности.

«Домовладельцы всегда ищут сбережений, и они стремятся к предсказуемости своих счетов за электроэнергию», — говорит Фрэнк Вятт, президент Pinnacle Homes в Лас-Вегасе. «Мы хотели опробовать эту технологию, чтобы понять, понравится ли она нам.»

«Это очень энергоэффективная стена, но в дополнение к этому мне нравятся панели, потому что они очень прочные», — говорит Вятт.

В регионах, которые часто испытывают стихийные бедствия, устойчивость к стихийным бедствиям и долговечность стен T-Mass могут быть очень привлекательными. Наполненные бетоном стены из T-Mass выдерживают повреждения от торнадо, ураганов, огня и термитов лучше, чем стены из каркасных конструкций. В результате многие страховщики предлагают более низкие страховые взносы на дома, построенные с использованием этой технологии.

Для покупателей жилья во влажном климате влагостойкость стен из термостойкого материала может быть особенно привлекательной. «Пена плохо впитывает много влаги», — говорит Федерико Монтанер из Dow. «Когда вы объедините это с присущей стенам T-Mass конструкцией без полостей, там не будет места для роста плесени и грибка».

T-Mass также очень тихие, так как плотный бетон и пенопласт в сочетании обеспечивают лучшую звукоизоляцию.

Еще одним преимуществом бетонных стен является то, что на них легко наносить качественную отделку, например, лепнину.«Вы можете оштукатурить внешний слой бетона без какой-либо подготовки, что даст вам красивое и прочное внешнее покрытие», — говорит Уятт.

Не только легко наносить штукатурку, но и превосходная влагостойкость бетона обеспечивает долговечность отделки.

«Синтетическая штукатурка на каркасной стене может иметь серьезные проблемы с влажностью», — говорит Джордж Флавел, строитель домов на заказ из Нортфилда, Миннесота, который построил дом из заливного бетона площадью 4200 квадратных футов для своей личной резиденции.

«Страховые компании больше не будут страховать строительство такого типа», — говорит Флавел.«С многослойной стеной из бетона и полистирола вам не нужно беспокоиться о влажности». Тем не менее, многие страховые компании на самом деле предлагают скидку на строительство бетонных стен для защиты от стихийных бедствий.

Строители могут упаковать многие из этих преимуществ как «зеленые» для покупателей, заботящихся об окружающей среде. Бетонные стены из термической массы не только обладают высокой энергоэффективностью и способствуют поддержанию здорового воздуха в помещении, но и дома, построенные со стенами из термической массы, требуют значительно меньше пиломатериалов и производят меньше строительных отходов, чем дома из палки.

Хотя стены из T-Mass стоят дороже, чем дерево, они также быстрее возводятся. Панели заводского изготовления доставляются на объект, поднимаются на место краном и затем собираются. По словам Вятта, с помощью этого метода компания Pinnacle смонтировала внешние стены дома с нулевым потреблением энергии за восемь часов.

Несмотря на то, что это был первый дом, который он построил из сборного железобетона T-Mass, он сообщает, что им было легко пользоваться. Но он предупреждает, что, поскольку стены сборные, панели недостаточно гибкие, чтобы их можно было внести в последнюю минуту.«Если вы не можете придерживаться своего дизайна, у вас будут стены, которые вы не сможете использовать», — говорит Вятт.

Заливные стены из T-Mass действительно сохраняют гибкость конструкции, но в основном они используются в нижних слоях. С помощью этой системы бетон заливается в традиционные формы после того, как изоляция и соединители находятся на своих местах.

Типичные цены на стены из термостойкого материала, по-видимому, увеличивают окончательную стоимость дома примерно на 15 процентов по сравнению с деревянным каркасом.«Это непростая цифра, — говорит Марк Меркурио, вице-президент Custom Concrete Structures (CCS). CCS строит индивидуальные дома и небольшие коммерческие здания с сборными стенами из термальной массы по всей Средней Атлантике.

«Когда смотришь на стену вначале, ты говоришь: ‘Черт возьми, цена!’ Но вам действительно нужно разрезать дом, чтобы увидеть, где можно сэкономить, а большинству строителей это нелегко ».

Учитывая дополнительные первоначальные затраты, T-Mass, вероятно, является наиболее рентабельным для строителей домов среднего и высокого уровня.

Тепловые свойства и преимущества изоляционных бетонных пен

Введение

Изменение климата — одна из самых тревожных глобальных проблем, которую мировые лидеры пытаются решить с начала 21 века. Поскольку общественная осведомленность об экологических проблемах продолжает расти, она также оказывает более заметное влияние на выбор потребителей. Глобальные усилия по созданию более устойчивой моды широко распространены и демонстрируются резким ростом производства и продажи экологически чистых технологий на многочисленных мировых рынках.

Одним из примеров отрасли, на которую сильно влияет стремление потребителей к обеспечению устойчивости, является строительство и строительный сектор. Производители на этом рынке пытаются производить более экологически чистые продукты и производить их с использованием устойчивых и экологически чистых технологий. Такое повышенное внимание к энергосберегающим возможностям продукта привело к всплеску популярности изоляционных бетонных пен (ICF) как предпочтительного материала для строительства новых зданий. Недавно провозглашенное признание и увеличение спроса на ICF привело к более глобальному производству материала, поскольку он используется во многих странах для различных коммерческих проектов, включая строительство квартир, отелей, магазинов и кинотеатров.

ICF R-значение

представляет собой более прочную, изолирующую и экологичную альтернативу традиционным зданиям с деревянным каркасом, которая имеет как долгосрочные экономические, так и экологические преимущества с точки зрения снижения затрат и энергопотребления. Секрет их тепловой мощности заключается в сочетании пониженной теплопроводности и конвекции, а также в высокой тепловой массе. Эта выигрышная комбинация не только снижает энергопотребление здания, но и улучшает комфорт внутри, блокируя сквозняки и обеспечивая превосходное поглощение тепла.На большинство желаемых тепловых свойств, отображаемых ICF, указывает их высокое значение R. Буква «r» в значении R обозначает сопротивление материалам с более высоким значением R, имеющим лучшее сопротивление тепловому потоку по сравнению с материалами с низким значением R. Пенополистирол, из которого изготавливается ICF, является одним из лучших изоляционных материалов на рынке. ICF обычно содержат 5 дюймов изоляции из пенополистирола с испытательными значениями изоляции от R-22 до R-26.

EPS также обладает оптимальными звукопоглощающими качествами.Они пропускают через себя примерно 12,5–25% шума по сравнению с деревянными стенами. В глазах владельца бизнеса этот ключевой компонент ICF делает его чрезвычайно желанным, особенно если здание располагается на шумной городской улице или в центре мегаполиса. Кроме того, здания и дома, построенные с использованием этих материалов, предлагают уровень безопасности, с которым могут сравниться очень немногие строительные системы. В среднем они в 10 раз прочнее стандартной рамной конструкции и в несколько раз прочнее конструкции из шлакоблоков CMU.

Комбинация ICF — EPS пользуется большой популярностью у военных и правоохранительных органов из-за ее устойчивости к взрывам и баллистической защиты. Пена EPS уникальна тем, что она не горит при воздействии высокой температуры, а вместо этого тает. Несмотря на плавление при воздействии этих условий, он не будет способствовать возгоранию и обладает самозатухающими свойствами благодаря антипирену, добавляемому в пенополистирол всеми ведущими производителями ICF.

Рис. 1: Крупный план изоляции ICF с металлической арматурой.

R-значения являются ключевыми для измерения термического сопротивления материала, однако при попытке оценить энергетические характеристики здания им не хватает уровня детализации, необходимого для определения фактических свойств теплопередачи, которые должны быть единственной рассматриваемой величиной. К основным факторам, наиболее отражающим энергетические характеристики здания, относятся теплопроводность, конвекция, излучение и масса.

Рис. 2: Механизмы теплообмена, включая теплопроводность, излучение и конвекцию.

Теплопроводность ICF

Теплопроводность материала напрямую связана с его способностью эффективно облегчать передачу тепла через него. Теплопроводность также широко называют теплопроводностью, то есть теплопередачей через материал при прямом контакте одной молекулы с другой. Проводимость — единственный фактор, напрямую измеряемый значением R. Изоляция с деревянным каркасом имеет значение R, доступное только для самого высокого номинального компонента стеновой изоляции.Это значение может вводить в заблуждение, поскольку большинство строителей обычно ссылаются на здание как на имеющее стены R-13 или R-21, не раскрывая при этом, что эти значения являются единственными репрезентативными для материала с максимальной теплоизоляцией во всей конструкции.

Деревянный каркас состоит из нескольких компонентов, которые имеют множество различных значений R, что делает подлинную изоляционную ценность здания значительно ниже, а в некоторых случаях составляет только половину рекламируемой стоимости.С другой стороны, стены ICF состоят из центральной полости, предназначенной для размещения бетона между двумя слоями изоляционной пены EPS, которая обеспечивает два в основном непрерывных слоя изоляции с R-22 или выше.

Рисунок 3: Стеклопакеты из пенополистирола

Тепловая конвекция и ICF

Несмотря на то, что изоляционные материалы в основном сосредоточены на теплопроводности, именно тепловая конвекция способствует большей части потерь тепла, происходящих в здании.Конвекция характеризуется теплопередачей, которая происходит за счет движения потоков в жидкости или газе. Когда говорят о конвекции внутри здания, обычно это воздух, движущийся между внутренней и внешней частью здания, или «фильтрация воздуха», которая характеризует качество изоляционного материала.

Обычное измерение, используемое в строительной отрасли для описания фильтрации воздуха, — это «воздухообмен в час» при перепаде давления, создаваемом дверцей нагнетателя, равном 50 паскаль (ACH50).Стандарты энергетической звезды США для новых домов требуют менее 4-7 ACH50. Эти стандарты чрезвычайно мягкие по сравнению с более строгими правилами, введенными в Канаде, где стандарт R-2000 составляет 1,5 ACH50, и в Швеции, где требуется 0,5 ACH50 или меньше. С точки зрения измерения качества изоляции, чем выше значение ACH50, тем сильнее происходит внутренняя и внешняя фильтрация воздуха.

В стандартном здании с деревянным каркасом конвекция ощущается как сквозняк и часто является самой большой причиной потерь энергии в здании.Проникновение воздуха может составлять до 40% от общей потери энергии, поскольку воздух часто просачивается через многочисленные трещины и стыки между «спичками», составляющими деревянную оболочку здания. Типичный недавно построенный деревянный дом будет иметь ACH50 от 1,75 до 3, однако через пару лет это число может резко возрасти до значений от 5 до 10, поскольку древесина сжимается и ухудшается. В старых деревянных домах практически отсутствует изоляция, и обычно значения ACH50 составляют от 10 до 20.

Здания ICF намного превосходят конструкцию с деревянным каркасом с точки зрения блокирования воздушного потока и поддержания стабильной температуры в помещении независимо от внешней погоды или климата. Для большинства зданий ICF показатель ACH50 составляет 0,5–2,5 или меньше, причем эти значения в значительной степени зависят от типа крыши и герметизирующего материала. Такой ограничительный воздушный поток полезен с точки зрения регулирования температуры, однако в этих герметичных зданиях должен поддерживаться соответствующий воздухообмен за счет использования механической вентиляции.Этот тип регулируемого воздушного потока можно комбинировать с установками рекуперации тепла / энергии или грунтовыми теплообменниками для дополнительной экономии.

Тепловое излучение и ICF

Тепловое излучение — еще один важный регулятор энергопотребления в здании, который многие не принимают во внимание при выборе материала для строительства конструкции. Тепловое излучение характеризуется передачей тепла посредством электромагнитных волн, которые в отношении здания исходят в основном от ультрафиолетового излучения, излучаемого солнцем.Влияние этого метода теплопередачи на энергообмен внутри здания во многом зависит от таких факторов, как расположение объекта и преобладающий климат в этом регионе. Пассивные солнечные конструкции зданий могут помочь оптимизировать способность здания к поглощению и отражению за счет использования солнечной ориентации, размещения окон и выбора идеальных элементов затенения, таких как выбор отделки и включение тепловой массы.

Рис. 4. Компоненты конструкции пассивного дома, выходящие за пределы изоляции ICF.

Термическая масса материала относится к его способности аккумулировать тепло. Бетон и сырцовый кирпич имеют высокую тепловую массу и действуют как батарея, которая накапливает тепло, которое выделяется при понижении температуры окружающей среды. ICF, имеющий бетонную поверхность, может накапливать тепло в дневную жару, а затем выпускать его внутрь ночью, поддерживая комфортную температуру при почти нулевом потреблении энергии. В умеренном климате бетон играет контрастирующую роль в пассивном солнечном дизайне, позволяя сильному зимнему солнцу согревать стены и полы с высокой тепловой массой внутри и снаружи здания.Деревянные рамы почти не имеют тепловой массы, поэтому они не обладают ни одним из этих преимуществ по энергосбережению. Конструкции с высокой тепловой массой могут быть легко встроены в стены и полы ICF, что снизит потребность в активных системах отопления и охлаждения за счет поддержания стабильной температуры окружающей среды в течение более длительного периода.

Возможность повторного использования ICF

Изучая тепловые свойства зданий ICF, становится очевидным, что они могут сэкономить больше энергии и уменьшить фильтрацию воздуха по сравнению со стандартным деревянным домом, но их преимущества выходят даже за рамки физических свойств материала.Использование бетона вместо дерева для строительства может спасти значительное количество деревьев, потому что исключается весь деревянный каркас. Многие бетонные смеси содержат переработанные компоненты с использованием дополнительных материалов, таких как летучая зола или шлак, для замены части цементного заполнителя. Старый измельченный цемент также может быть переработан, чтобы уменьшить потребность в первичных заполнителях, и большая часть стальной арматуры, используемой в процессе строительства, также может быть переработана.

Рис. 5: Бетонная смесь, содержащая более крупные заполнители.

ICF — явный чемпион среди строительных материалов, поскольку они предлагают лучшие экономические и экологические преимущества по сравнению со стандартными зданиями с деревянным каркасом. Хотя первоначальная стоимость строительства из материалов ICF примерно на 3-5% выше по сравнению с классической древесиной, стоимость обслуживания и проживания значительно ниже. Затраты на страхование зданий ICF обычно дешевле из-за их повышенной прочности и огнестойкости. Владельцы зданий в конечном итоге скажут примерно на 20% больше о расходах на электроэнергию при строительстве с использованием ICF по сравнению с деревянными.

Заключение

Предполагая, что срок службы здания составляет 100 лет, один дом ICF может сэкономить примерно 110 тонн CO2, что более чем компенсирует выбросы CO2, связанные с производством цемента, используемого для изготовления бетона, и может способствовать развитию компании. попытки стать углеродно-нейтральными или углеродно-отрицательными. В то время, когда изменение климата находится в центре внимания всех, как никогда важно обеспечить совместную работу по минимизации углеродного следа.Один из способов достижения этой цели — замена устаревших строительных материалов, таких как дерево, современными изоляционными пенобетонными материалами, позволяющими как домовладельцам, так и крупным застройщикам внести свой вклад в смягчение негативного воздействия на окружающую среду и сокращение выбросов CO2.

Автор: Каллиста Уилсон | Младший технический писатель | Термтест

Список литературы

Нужна ли утеплитель для кирпичного дома? | Кирпичный сайдинг. (2020, 20 марта). Современный дизайн . https: // гамбрик.ru / делает-кирпич-дом-нужна-изоляция /

Изолированные бетонные формы — энергоэффективность и R-значения . (нет данных). Изолированный бетон формирует ICF от Quad-Lock. Получено 26 мая 2021 г. с сайта https://www.quadlock.com/insulated-concrete-forms/ICF_energy_performance.htm

Изоляционные бетонные формы (ICF) . (нет данных). Получено 26 мая 2021 г. с https://www.cement.org/cement-concrete/paving/buildings-structures/concrete-homes/building-systems-for-every-need/insulating-concrete-forms-(ICFs).

14 июля, Сопротивление, 2020 | Катастрофа, Эффективность, E., Stories, F., Costs, I.C.F., & ICFs ?, W. (n.d.). Преимущества проживания в доме ICF | Журнал ICF Builder . Получено 26 мая 2021 г. с https://www.icfmag.com/2020/07/benefits-of-living-in-an-icf-home/

Общие сведения о тепловой массе | Журнал Architect

ОБЛЕГЧИТЬ НАГРУЗКУ В исследовании под названием «Моделирование энергетических характеристик бетонных зданий для LEED-NC v. 2.2, Оценка энергии и атмосферы 1», проведенное Медгаром Марсо, Мартой ВанГим и Иядом Алсамсамом, рассматриваются типичные офисные здания для данного U-значения оболочки здания.Все здания в этом исследовании представляют собой 5-этажные коммерческие здания площадью 55 000 квадратных футов (5110 м²) с размерами в плане 105 на 105 футов (32 на 32 м). Они имеют квадратный план с одинаковым количеством остекления, равномерно распределенным по каждой стене, чтобы минимизировать влияние солнечных эффектов, вызванных ориентацией. Поскольку термомассовые эффекты меняются в зависимости от климата, здания были смоделированы в шести городах, представляющих диапазон климатов США. Базовые здания были изолированы в соответствии с минимальными требованиями Международного кодекса энергосбережения.Исследование показывает, что большая тепловая масса во внутреннем каркасе — полах, колоннах и стенах — снижает потребление энергии и стоимость. Общая экономия энергии составляет от 3 до 11 процентов, а экономия затрат на электроэнергию составляет от 2 до 9 процентов.

В коммерческих зданиях тепловая масса внутри имеет большее влияние, поскольку в коммерческих зданиях преобладает внутренняя нагрузка из-за освещения, оборудования и людей внутри. Результаты этого исследования представляют потенциальную экономию в типичных зданиях.Если бы здания были спроектированы так, чтобы оптимально использовать тепловую массу — например, если бы у них было меньше остекления на северном фасаде и больше на южном фасаде вместо равных количеств со всех сторон, — результаты показали бы гораздо большую экономию энергии. То же исследование также показало, что сочетание тепловой массы со скромными улучшениями оболочки здания, такими как увеличение R-значения стен и крыши на 5, приведет к значительной экономии энергии. Из шести климатических условий, в которых здания были смоделированы для исследования, экономия энергии была наиболее значительной в Чикаго; Денвер; Мемфис, штат Теннеси.; и Салем, штат Орегон. В Чикаго и Денвере здания с бетонными каркасами и бетонными внешними стенами могут продемонстрировать экономию энергии на 17,5%. В Мемфисе эти здания могут сэкономить не менее 14 процентов на затратах на электроэнергию, а в Салеме — не менее 21 процента. Кроме того, исследование показало, что здания со стальным каркасом с наружными бетонными стенами и окнами, незначительно превышающими нормы, могут сэкономить не менее 14 процентов затрат на электроэнергию в Денвере и Салеме. Чтобы превысить нормы, U-факторы окна были уменьшены на 40 процентов, а коэффициенты солнечного тепла уменьшены в среднем на 30 процентов.Энергетические нормы и стандарты признают термомассовые эффекты, требуя меньшей теплоизоляции в термальных стенах, чем в легких стенах в том же климате. Например, согласно стандарту 90.1 Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, базирующемуся в Атланте, «Энергетический стандарт для зданий, кроме малоэтажных жилых домов», коммерческие здания в Чикаго должны иметь целые стены. R-значение 11 для массивных стен, но оно увеличено до R-15 для стен со стальным каркасом.В исследовании, проведенном компанией Stantec Consulting в Эдмонтоне, Альберта, Канада, «Требования к энергии зданий для легкого, среднего и тяжелого строительства в 6 местах в США», аналогичные результаты были продемонстрированы для зданий смешанного назначения с коммерческими помещениями на первом этаже и жилыми домами на верхние этажи. Для данного значения U увеличение тепловой массы снижает потребление энергии нагрева и охлаждения, а также пиковые нагрузки нагрева и охлаждения.

Общая охлаждающая нагрузка была снижена с 0 до 4 процентов, а общая тепловая нагрузка — от 2 до 70 процентов.Пиковые нагрузки по охлаждению были уменьшены с 1 до 4 процентов, а пиковые нагрузки по отоплению — с 2 до 22 процентов. Разброс результатов обусловлен диапазоном климатических условий, в которых моделировались здания, минимальной изоляцией, требуемой по нормам, и уровнями тепловой массы во внешней оболочке — низким, средним и высоким.

МАКСИМАЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ

Способ продемонстрировать термомассовый эффект состоит в том, чтобы рассмотреть, сколько дополнительной изоляции необходимо добавить к легкой стене, такой как стена с деревянным каркасом, для достижения того же энергопотребления, что и у массивной стены.Используя моделирование энергии всего здания, можно рассчитать динамический эквивалент R-значения, который определяется как R-значение легкой стены, которое приводит к тому же потреблению энергии для обогрева и охлаждения помещения, что и аналогичное здание с массивными стенами. Например, деревянные каркасные стены в типичном односемейном доме в Тусоне, штат Аризона, должны иметь значение R не менее 43, чтобы соответствовать тем же тепловым и охлаждающим нагрузкам дома с 8-дюймовым (203-мм) изолированные бетонные формы, состоящие из 4 дюймов (102 мм) пенополистирола.Устойчивое R-значение этой системы составляет R-20, но динамический эквивалент R-значения R-43. В более холодном климате разница менее значительна. В таблице на стр. 64 показаны устойчивые значения R и динамические значения R, сходящиеся по мере того, как климат становится холоднее.

Исследователи в Канаде сейчас изучают пороговое количество тепловой массы в оболочке здания, чтобы добиться экономии энергии. Первоначальное моделирование, показанное в исследовании Марка Горголевски «Системы каркаса и тепловая масса», предполагает наличие критического R-значения внешних стен, определяемого как «пороговое R-значение», выше которого дополнительная тепловая масса полезна, а ниже дополнительная тепловая масса приводит к дополнительному потреблению энергии и плохому тепловому комфорту.Работа на сегодняшний день показывает, что окончательные результаты будут сильно зависеть от климата и соотношения площади окна и стены. Нет сомнений в том, что тепловая масса в зданиях может снизить потребление энергии по сравнению со зданиями с меньшей тепловой массой. В целом экономия энергии будет наибольшей в коммерческих зданиях, где большая часть тепловой массы подвергается воздействию внутренней части. Энергосберегающий потенциал тепловой массы следует проектировать и оптимизировать для каждого конкретного случая с использованием моделирования энергопотребления всего здания для конкретного климата, в котором оно расположено.Хотя определение того, насколько сильно зависит от многих переменных, есть убедительные доказательства того, что максимальное воздействие на существующие термомассовые элементы может принести дивиденды с точки зрения энергосбережения. Нет простых ответов на вопрос об оптимальном использовании термомассовых элементов, но проектировщики должны максимизировать термическое преимущество термомассового элемента в зданиях, учитывая базовую экспозицию, ориентацию и размещение по отношению к теплоизоляции.

МЕДГАР МАРСЕАУ — инженер-строитель из Моррисона Хершфилда, Сиэтл.Он предоставляет консалтинговые услуги в области строительной науки, устойчивости и оценки жизненного цикла в течение девяти лет.