Mājas Būvinženieris Svarīga ne tikai siltuma caurlaidība

Svarīga ne tikai siltuma caurlaidība

12/09/2023

523

Šovasar īpaši bieži saņemam ziņas par ekstremāliem karstuma viļņiem Dienvideiropas valstīs – temperatūra Sicīlijā kritiski tuvojas 50 ^oC, no Rodas salas evakuē tūristus mežu ugunsgrēku dēļ, un karstums var kļūt par daudzu cilvēku nāves cēloni.

Latvijā tomēr līdz šim pamatoti vairāk uzmanības veltām siltuma saglabāšanai telpās aukstajā gada laikā. Un tomēr – vai līdztekus tam nav jādomā arī par termiskā komforta nodrošināšanu telpās karstajos vasaras periodos? Turklāt iespējami mazāk tērējot enerģiju.

Ventilācija caur zemi

Te būs pāris piemēru no paša šo rindu autora pieredzes.

Pagājušā gada augustā vairākas nedēļas āra temperatūra Latvijā tuvojās 30 ^oC, reizēm arī pārsniedza tos. Rīgas dzīvoklī pagājušajā desmitgadē būvētā ēkā ar labu ārsienu siltumizolāciju, bet lieliem stiklojumiem dienvidrietumu virzienā temperatūra pēcpusdienās sasniedza 29 ^oC.

Zināms, ka optimālā vasaras telpu temperatūra (ar nosacījumu, ka mugurā ir viegls vasaras apģērbs) ir 24 ^oC, un pieņemama maksimālā temperatūra ir 27 ^oC, bet temperatūra šādās izsauļotās telpās var pārsniegt pat tā brīža āra gaisa temperatūru, jo:

ar saules starojumu telpā nonāk liels papildu enerģijas daudzums – tuvināti līdz 500 W uz loga laukuma kvadrātmetru (skat. rakstu Būvinženiera šā gada aprīļa numurā, Nr. 91);
telpu sildām arī mēs paši ar savu klātbūtni, atkarībā no aktivitātes izdalot vidēji 70–120 W siltuma, un mūsu darbinātās iekārtas;
caur labi siltumizolētajām ārsienām (U<0,2 W/(m²K)) siltuma zudumi pat vēsākajās nakts stundās ir nelieli;
ārsienu dēļu apdare te krāsota melnā krāsā, kas sekmē arī tās uzkaršanu tiešā saules starojumā;
dabiskā un pat piespiedu ventilācija palīdz maz, jo temperatūras atšķirība ārā un telpā ir maza.

Barselonā, apmeklējot Gaudi projektētās ēkas, var iepazīt viņa radīto ventilācijas sistēmu, kad vēsākais gaiss caur īpaši izveidotiem kanāliem no ēkas pamatnes sasilstot ceļas uz augšu un tādējādi sekmē masīvo iekštelpu konstrukciju un telpu dzesēšanu. Te gan jānorāda, ka dienvidu zemēs ēku konstrukcijas netiek siltumizolētas (Latvijā tas joprojām neder!), tiek veidotas no masīviem (lasi – siltumietilpīgiem) materiāliem, un vecajās ēkās arī logi mēdz būt nelieli – lai nodrošinātu pietiekamu āra gaismu telpā, pietiek ar logu laukumu, kas mazāks par 20% no telpas grīdas laukuma. Līdzīgu ventilācijas principu – ventilāciju caur zemi – var veiksmīgi izmantot arī mūsdienās energoefektīvās ēkās.

Kritiski svarīgā tvaiku caurlaidība

Otrs piemērs – mana vectēva guļbaļķu lauku māja no pagājušā gadsimta 20.gadiem, kas atjaunojot zem dēļu apšuvuma tagad ieguvusi
10 cm siltumizolācijas slāni. Koka ēkas centrā ir masīva maizes krāsns, kas atrodas tiešā kontaktā ar zemi. Pagājušā gada augustā, kad ārā bija ap 30 ^oC, temperatūra telpās te vienmēr bija optimāla – 22–24 ^oC. Šādu vasaras komfortu palīdzēja nodrošināt arī tas, ka logu laukumi te ir tikai 10% no grīdu laukumiem un tie iebūvēti vecajā baļķu ārsienā, samazinot vasaras dienas vidus saules tiešu starojumu (lasi – siltuma pieplūdi) telpā. No aukstuma tiltu veidošanās viedokļa gan šāds logu iebūves variants ir diskutabls, jo prasa rūpīgāk izplānot siltuma izolāciju pa loga perimetru.

Visticamāk, šādas masīvas ķieģeļu maizes krāsnis un mūrīši bija ikdienas praktiskās dzīves nepieciešamība, nevis inženiertehniskās izpētes rezultāts, bet varbūt tomēr ilggadējā meistaru praktiskajā pieredzē balstīts risinājums? Gan Gaudi ēkās, gan Latvijas zemnieku mājā termiskā komforta uzlabošanu bez papildu enerģijas patēriņa sekmēja to konstrukcija.

Tomēr rodas jautājums – cik veiksmīga ir šāda zemnieku mājas konstrukcija ziemā? Kā jau minēju – ārsienas un bēniņi šai vecajai ēkai siltināti ar ūdens tvaiku caurlaidīgu siltumizolāciju. Tvaiku caurlaidība te īpaši jāakcentē, jo koks ir ilgtspējīgs materiāls, bet ļoti jutīgs pret mitrumu. Piemērus tam Latvijas laukos redzam ik uz soļa – līdzko jumtā caurums, tā ūdens nedaudzos gados pārvērš koka ēku brūkošā graustā. Pat šķietami nevainīgā situācijā postījumi var būt neatgriezeniski – kolhozu laikos daudzviet guļbaļķu ēkas no ārpuses mēdza apšūt ar ruberoīdu, ko iegūst, piesūcinot kartonu ar šķidrajiem naftas bitumiem, pēc tam abas tā puses pārklājot ar bituma kārtu. Tajos laikos tas bija lēts un vieglāk pieejams materiāls. Mērķis, šķiet, bija aizsargāt baļķus no atmosfēras mitruma un lietus, kā arī mazināt gaisa apmaiņu caur baļķu šķirbām, kur sākotnējais pakulu vai cita materiāla blīvējums vairs nestrādāja. Tomēr, ja darbs tika paveikts ļoti rūpīgi, baļķus blīvi nosedzot no ārpuses, tad zem šī aizsargslāņa baļķi varēja sapūt pat vēl ātrāk.

Būvinženieru teiktais nepārsteidz – ja pieņemam, ka telpā relatīvais mitrums ir 50% un temperatūra 22 ^oC, bet ārā temperatūra ir -5 ^oC un relatīvais mitrums 80%, tad tomēr ūdens absolūtais daudzums (g/m³) telpas gaisā ir daudz lielāks nekā ārā – attiecīgi 10 un 3 g/m³. Lielās parciālo spiedienu atšķirības dēļ ūdens atrod ceļu uz āru caur ēkas ārējām būvkonstrukcijām. Ja tvaiku necaurlaidīgs materiāls šo ūdens tvaiku plūsmu nobremzē, tad neizbēgami var kritiski pieaugt relatīvais mitrums koka daļā – pozitīvā temperatūrā un ilgstošā relatīvā mitrumā virs 70% notiek dažādu sēnīšu augšana un, ikdienas valodā sakot, baļķi vienkārši sapūst. Te pieminama pirms gadiem noskatīta situācija Pierīgā – uz vecajām ozolkoka griestu sijām un dēļiem virs virtuves vēsajā pusē siltinot celtnieki bija iestrādājuši prettvaika plēvi, jo projektā risinājums nebija detalizēts. Rezultāts – dažu gadu laikā sapūdētas sijas.

Ja ārsienas baļķi ir atsegti, tad, protams, tie var daļēji samirkt lietū, bet saule un vējš tos atkal periodiski izžāvē. Savukārt ūdens tvaiki no telpas caur spraugām un koku relatīvi brīvi izplūst ārā, arī tvaiku caurlaidīga siltuma izolācija un ārējā apdare, ja izveidota ventilējama fasāde, to manāmi netraucē.

Tā nu arī manis minētajai lauku mājai, meistaram pirms siltināšanas atsedzot baļķus, daudzviet ieraudzījām gaišu, gandrīz kā vakar cirstu, nebojātu koku. Savukārt tai mājas stūrī, kur 70 gadu gar TV antenu bija tecējis ūdens, vai istabas stūrī, kur kolhozniece bija pūdējusi kartupeļus, varēja redzēt plašas baļķu puvuma zonas.

Būvkonstrukciju siltuma inerce

Ūdens ceļus ārsienā ziemā esam pārrunājuši, taču paliek jautājums par siltuma zudumiem. Nemainīgas āra un telpas temperatūras apstākļos visu nosaka būvkonstrukciju siltuma caurlaidība U (W/m²K) – ja masīvai mūra vai betona ārsienai šī vērtība būs tāda pati kā vieglas konstrukcijas vai koka ēkai, tad arī siltuma zudumi praktiski neatšķirsies. Tomēr reālajā pasaulē temperatūra telpās mainās, bet vēl daudz izteiktāk var mainīties āra temperatūra. It sevišķi rudeņos un pavasaros dienā temperatūra ārā var sasniegt 15–20 ^oC, bet naktī samazināties līdz 0–5 ^oC, turklāt apkures sistēma šajos periodos parasti netiek darbināta, bet šādas temperatūras svārstības telpās diennakts laikā mums radītu izteiktu diskomfortu.

Temperatūras stabilizācija (termiskā masa) vecajās ēkās (podiņu krāsns) un mitrumā satrupējusi koka konstrukcija.

Šo problēmu palīdz risināt būvkonstrukciju termiskā jeb siltuma inerce, ko nosaka tas,

cik liels siltuma daudzums jāpievada vienai materiāla svara vienībai, lai to uzsildītu par 1 grādu – to raksturo materiāla siltuma ietilpība C_p (J/(kg^.K);
kāda ir materiāla siltuma pretestība – to savukārt nosaka siltuma vadītspēja (W/(m^.K)) un slāņa biezums (m).

Formulas veidā šis parametrs – temperatūras vadītspēja α – ir proporcionāls siltuma vadītspējai λ un apgriezti proporcionāls materiāla blīvumam ρ un siltuma ietilpībai:

Tādēļ siltuma impulss, virzoties caur būvkonstrukciju, tiek vājināts – samazinās tā amplitūda, un tas tiek arī aizkavēts laikā (to sauc par fāžu nobīdi). Jo biezāks materiāla slānis un jo mazāka tā temperatūras vadītspēja, jo lielāks vājinājums. Ja temperatūras vadītspēja ir ļoti maza, tad āra temperatūras svārstības var tikt aizkavētas gandrīz par diennakti, un temperatūra telpā mainās tikai nedaudz, piemēram, temperatūrai ārā mainoties par 10 grādiem, telpā izmaiņas tikpat kā nebūs jūtamas – vien dažas grāda desmitdaļas. 1.attēlā ilustratīvi tas parādīts gadījumā, kad ārā temperatūra svārstās harmoniski diennakts ciklā, bet 1. un 2.tabulā ir piemēri pie atšķirīgām temperatūras vadītspējas vērtībām, kā arī dažām saliktām būvkonstrukcijām.

1.attēls.

Vājās vietas – logi un stiklotie fasāžu elementi

Apkopojot iepriekš teikto, redzams, ka ārējās konstrukcijās vājā vieta siltuma aspektā vairāku iemeslu dēļ ir logi u.c. stiklotie ārsienas elementi. Tam ir vairāki iemesli:

pat augstvērtīgu logu trīskāršā stiklojuma siltuma caurlaidība (U=0,6–0,9 W/m²K) joprojām ir daudzas reizes lielāka nekā citām mūsdienīgām būvkonstrukcijām ar U< 0,15 W/m²K;
stiklojumam ir maza siltuma inerce – temperatūras svārstības uz tā ārējās virsmas ātri un ar nelielu vājinājumu tiek nodotas iekštelpai;
saules siltuma starojums caur stiklojumu tieši nonāk telpā, uzsildot visas tā apstarotās virsmas, un tādējādi ļoti strauji un tieši var paaugstināt temperatūru telpā.

Var iebilst, ka logus var aprīkot ar automātiski vadāmām ārējām žalūzijām (zināms, ka iekšējās ir relatīvi mazefektīvas), vēl vairāk – var ierīkot viedo vadību dzesēšanai un apkurei, bet tās būs papildu izmaksas un cīņa ar sekām visā ēkas ekspluatācijas periodā. Vecajās ēkās stiklojumu izmērus bieži ierobežoja izgatavošanas tehniskās iespējas un izmaksas, taču, rīkojoties atbilstoši Eiropas zaļā kursa nostādnēm, vajadzīgo stiklojuma laukumu vajadzētu saskaņot ar dienas gaismas nepieciešamību, bet mazāk to lietot tikai kā iecienītu arhitektonisku elementu.

Runājot par būvkonstrukcijām, šeit akcentēta termiskās inerces nozīme vai nu ārējās būvkonstrukcijās, vai ēkas kodolā, lai stabilizētu temperatūru telpās, bet apkures un dzesēšanas sistēmu gadījumā, ņemot vērā klimata izmaiņu ietekmi arī Latvijā, jādomā par tādiem risinājumiem, kas bez būtiskām izmaiņām operatīvi var tikt pārslēgti starp abiem šiem režīmiem – apkuri un dzesēšanu. Pašreiz tehnoloģiski attīstīti un tam piemēroti ir zemas temperatūras siltummaiņi ar šķidro siltumnesēju, kas īpaši izdevīgi kombinācijā ar siltumsūkņiem (skat. rakstu Būvinženiera šā gada jūnija numurā, Nr. 92). Bet tas jau ir cits stāsts.