Проект "«Принцип утепления каркасного дома»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное

учреждение

«Сиверская средняя общеобразовательная школа №3»

Индивидуальный проект

«Принцип утепления каркасного дома»

Работу выполнил:

Хомяков Никита Владимирович

ученик 10 класса

Руководитель:

Смирнова Надежда Михайловна

Учитель: физики

Работа допущена к защите «25» апреля 2025г.

Подпись руководителя проекта ____________________(__________________)

Г. п. Сиверский

2025 г.

Содержание

1.Введение…………....................................................................................3

2.Теоретическая часть………………......................................................4-8

3.Практическая часть………………........................................................8-10

4.Заключение…………...............................................................................10

5.Список литературы…...............................................................................11

1.Введение

В исследовании «СберСтрахование» приняли участие 3,5 тысяч человек. 58% всех опрошенных хотели бы жить в собственном загородном доме. Среди главных преимуществ такого выбора участники опроса назвали: большую площадь дома и свежий воздух. Плюсами считаются и возможность самому выращивать овощи и фрукты, собирать грибы и ягоды. 35% респондентов указали на условия содержания домашних животных, огороженную территорию и парковку для транспорта. По данным исследования консалтинговой компании RRG, которое основано на данных опроса «Дом.РФ», потенциальный спрос в сегменте ИЖС в России может составить 2,4 млрд. кв. м. 51% россиян имеют дачи и каждый третий планирует ее приобрести.

Актуальность: Для комфортного проживания в частном доме важна эффективная теплоизоляция. Хорошо утеплённый дом сохраняет тепло зимой и не перегревается летом, что позволяет снизить расходы на его отопление.  Ориентация дома на солнечную сторону участка способствует естественному освещению и обогреву, а защита с северной стороны уменьшит теплопотери зимой. Хорошо организованная система отопления позволит быстро прогреть помещение, что особенно актуально зимой. Энергоэффективные технологии способствуют снижению затрат на отопление и кондиционирование, а также минимизируют воздействие дома на окружающую среду. 

На уроках физики мы изучали тему «Теплопроводность» и мне стало интересно – какие теплоизоляционные свойства имеют материалы, используемые при строительстве каркасных домов.

Тема: Принцип утепления каркасного дома.

Цель работы: Исследовать теплоизоляционные свойства материалов, используемых в каркасных домах. Создать макет утеплённой стены дома каркасного типа, как наглядное пособие.

Задачи:

1. Изучить теоретический материал по теме.

2. Выбрать теплоизоляционный материал для проекта.

3. Изготовить макет.

Гипотеза: если я научусь экспериментально проверять теплоизоляционные материалы, то смогу показать их практическую значимость на практике.

2.Теоретическая часть

Количество тепла, необходимого для отопления каркасного дома, напрямую зависит от тепловых потерь здания. Чем больше тепла теряется через окна, стены, крышу и полы дома, тем больше энергии нужно для его отопления. Если на этапе проектирования и строительства дома предусмотреть хорошую теплоизоляцию, а также установить герметичные окна, заполнить щели в дверных проемах, отапливать дом впоследствии будет намного проще. Для решения этой задачи, нужно выбирать такие теплоизоляционные материалы, которые будут иметь плохую теплопередачу.

Теплопередача – физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к менее горячему, либо непосредственно (при контакте), или через разделяющую перегородку из какого-либо материала. 

Виды теплопередачи: Конвекция – это перенос энергии струями жидкости или газа. Излучение – это испускание электромагнитных волн ускоренно движущимися электрическими зарядами. Теплопроводность – это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых тел к менее нагретым телам, осуществляемый хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т.д.) Теплопроводность зависит от удельной теплоемкости (c) и определяется по формуле: Q=m*c*(t2-t1). Передача тепла происходит через стенку дома в зимнее время. Температура внутри дома выше, чем снаружи, наиболее интенсивное тепловое колебательное движение совершают частицы, образующие внутреннюю поверхность стенки. Сталкиваясь с частицами соседнего более холодного слоя, они передают им часть энергии, в результате чего движение частиц этого слоя, оставаясь колебательным, становится более интенсивным. Так от слоя к слою растет интенсивность колебаний частиц, и их внутренняя энергия. Перенос энергии осуществляется в результате непосредственного взаимодействия частиц (молекул, атомом, электронов), обладающих большей энергией, к частицам с меньшей энергией.

Способы теплоизоляции дома: наружный и внутренний. Более практичный - наружный. В отличии от внутреннего, он не уменьшает площадь помещений внутри, скрывает дефекты основы здания и предотвращает конденсат внутри стен. СНиП (строительные нормы и правила РФ) рекомендуют делать утепление дома именно снаружи.

Внутренний способ применяется в случаях, когда нет возможности сделать это снаружи или, когда внешней теплоизоляции недостаточно для сохранения комфортной температуры в доме.

Выбор теплоизоляционного материала зависит от погодных условий региона строительства. Для Ленинградской области, толщина утеплителя для стен каркасного дома должна составлять 15–20 см

Этапы утепления:

• Подготовка. Если планируется утеплить старый дом, нужно осмотреть состояние каркаса, устранить недостатки: очистить, заполнить монтажной пеной щели, неровности, сколы. 

• Утепление стен. Для стен используют минеральную вату, пенопласт или пенополистирол. Важно обеспечить максимальную паропроницаемость и предупредить образование мостиков холода.

Минеральная вата эластична и проста в укладке, обладает низким коэффициентом теплопроводности, не привлекает грызунов, долговечна и нетоксична; пенополистирол лёгкий, прочный, имеет очень низкую теплопроводность, а также устойчив к влаге и не подвержен гниению; пенопласт, имеет низкую теплопроводность и успешно противостоит утечкам тепла.

• Утепление пола. Монтируют половые лаги, снизу балок набивают черепной брусок, по нему укладывают черновой пол из досок или листовых материалов. Между лагами по гидроизоляции размещают плиты утеплителя либо минеральную вату, укрывают пароизоляцией. 

• Утепление крыши. Для кровли используют, пеноплекс. Материал располагают над стропилами или под ними так, чтобы он образовывал сплошной теплоизоляционный слой. 

• Замена окон и дверей. Установка энергосберегающих окон и дверей с хорошей теплоизоляцией существенно снизит утечку тепла и повысит эффективность утепления. 

• При утеплении важно обеспечить хорошую вентиляцию внутри помещения. Плохая циркуляция воздуха может привести к конденсации, а влага может повредить утеплитель и структуру дома.  Нередко бывают случаи, когда люди забывают учитывать такие физические явления, как диффузия пара и точка росы, хотя именно они являются немаловажной частью расчётов. Представим, что на улице мороз. В помещении температура +21 градус, а снаружи -10 градусов. Так как воздух в помещении теплее, чем снаружи, то давление внутри помещения будет больше. Данный перепад давление стремится выровнять через конструкцию с помощью диффузии. Диффузия — это самостоятельное движение молекул пара под действием давления в воздухе. Пар стремится туда, где давление меньше – из тепла в холод. Диффузия пара грозит утечкой тепла из помещений дома. Через неплотные стыки тёплый воздух заменяется наружным холодным, который должен быть нагрет до комнатной температуры, что будет приводить к ещё большим тепловым потерям.

Точка росы — это температура воздуха, при которой содержащийся в нём пар достигает состояния насыщения и начинает конденсироваться в росу. Точка росы опасна для утеплителя, потому что влага, накапливающаяся внутри конструкции, приводит к его намоканию и снижению теплоизоляционных свойств. При намокании стеновых конструкций или утеплителя происходит вытеснение сухого воздуха из пор и замещение его каплями жидкости или насыщенным влажным воздухом. Теплопроводность в этом случае значительно увеличится. Влияние температуры на теплопроводность материала отражается через формулу: λ=λо*(1+b*t), где, λо – коэффициент теплопроводности при температуре 0 °С, Вт/м*°С; b – справочная величина температурного коэффициента; t – температура

3.Практическая часть

Согласно ФГОС, учащиеся должны решать практико-ориентированные задачи. Суть практико-ориентированного обучения заключается в погружении учеников в новые знания и опыт их применения при решении жизненно важных задач и проблем в различных областях жизни. Основная цель такого обучения — научить школьников применять полученные в школе знания в повседневной жизни.

3.1. Решение практико-ориентированных задач

На ВПР учащимся 8 класса предлагается задача

1. Для обогрева частного дома требуется 7 электрических обогревателей мощностью 1000 Вт каждый, работающих круглосуточно. Какая масса бытового газа понадобится для отопления того же дома в течение одного месяца, если перейти на газовое отопление? Удельная теплота сгорания бытового газа 32 000 кДж/кг. Считайте, что в одном месяце 30 дней. Ответ дайте в кг.

Стоимость за 1 кг сжиженного пропан-бутана 18,50 / 0,554 = 33,4 руб, я рассчитал затраты 18937,8 руб.

Если работают 7 обогревателей мощность за 1,0 кВт,

7* 30 (суток) * 24(ч) * 5,38 (руб.) * 1,0 (кВт) / 2 = 13557,6 рублей за день

7* 30 (суток) * 24(ч) * 3,43 (руб.) * 1,0 (кВт) / 2 = 8643,6 рублей за ночь, то общая сумма составит 22201,2рублей. Это большая сумма. А если учесть, что большая часть тепла просто теряется, то затраты будут ещё больше.

2.Задача: Замеры я производил в доме родственников в зимнее время.

Температура теплоносителя 75 °С., температура на улице -25 °С., помещении 22 °С. Коэффициент теплопотерь наружных стен по СНиП, то есть 3,26 (м²°С)/Вт, также с чердачным перекрытием - 3,87 (м²* °С)/Вт и полом - 4.30 (м²* °С)/Вт. Коэффициент потерь для 2-х камерных стеклопакетов с энергосбережением - 0,72 (м²* °С)/Вт. Площади конструкций: наружные стены 52,3 м², пол 69,43 м², перекрытие 47,2 м², окна 44,58 м²

Решение: W = Δt * S * n * (1 + ∑β) / (Rвн + Rмат + Rнар), где : Δt = (t1 – t2)- теплопотери, S – площадь, м², n – коэффициент положения ограждения относительно наружного воздуха1, ∑β – сумма добавочных теплопотерь через ограждение, n * (1 + ∑β) – все добавочные тепловые потери ограждения, Rвн – термическое сопротивление внутренней поверхности: 0,115 (м² * °С)/Вт, Rнар – термическое сопротивление наружной поверхности конструкции: 0,043 (м² * °С)/Вт, Rмат – термическое сопротивление материала конструкции. Так как наружные стены и окна в этих помещениях выходят на северную сторону, то добавочные потери равны 0,1.

Теплопотери через наружные стены:

Δt = 22°С - (-25°С) = 47°С

W = 47°С * 52,3м2 * 1 * (1+0,1)/(0,115 + 3,26 + 0,43) = 2703,91/3,805 = 711 Вт/ч

Теплопотери через полы по грунту: Для расчета пола по грунту не учитываю коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, потому что сопротивление слоя грунта достаточно велико.

47°С * 69,43м2 * 1 * (1+0)/(4,30 + 0,043) = 3263,21/4,343 = 751 Вт/ч

Теплопотери через перекрытие: коэффициент теплоотдачи не учитываю по той же причине.

47°С * 47,2м2 * 1 * (1+0)/(0,115 + 3,87 + 0,043) = 2218,4/4,028 = 551 Вт/ч

Теплопотери через окна:

47°С * 44,58 м2 * 1 * (1+0,1)/0,53 = 4349 Вт/ч

Итого общие теплопотери: 711 + 751 + 551 + 4349 = 6362 Вт/ч, за сутки 152688 Вт/сутки, 4580640 Вт/месяц

4580640 Вт/месяц:32000000=0,14кг газа уйдет на тепловое загрязнение — выброс тепла в атмосферу и приводит к глобальному потеплению. Для решения этой проблемы необходимо принимать меры по улучшению изоляции зданий.

3.2. Изготовление макета

При создании макета я использовал следующие инструменты: шуруповёрт, рейсшина, лобзик. Некоторые правила безопасности при работе с инструментом:

• Осмотр инструмента. Его нужно проверять ежедневно до начала, в ходе и после работы. В случае обнаружения неисправности следует немедленно извещать руководителя. 

• Расположение инструмента на рабочем месте. Он должен находиться так, чтобы исключалась возможность его скатывания и падения.

• Изоляция травмоопасных частей инструмента. При транспортировке инструмента его острые и режущие детали нужно изолировать. 

• Использование средств индивидуальной защиты. Например, при работе с ручным инструментом ударного действия нужно надевать защитные очки и средства для защиты рук от механических воздействий. 

• Периодическая проверка инструмента. Её не реже одного раза в 6 месяцев должен проводить работник с группой по электробезопасности не ниже.

Взял 2 листа ОСП и несколько брусков нужного размера. Их я прикрутил на небольшом расстоянии друг от друга, перпендикулярно третьему. Между 2-мя брусками уложил минеральную вату, закрыл ее вторым листом ОСП и все прикрутил к основанию. Для наружной стороны мне понадобились два бруска и лист ОСП. Между сосновой доской и ветрозащитой я оставил небольшую прослойку воздуха, которую закрыл имитатором бруса светлого цвета. С помощью крепежа собрал конструкцию. Далее пеноплексом утеплил цоколь. К нижней части я прикрепил водоотлив и декоративную панель. Внизу панели прикручен профиль. К верхней части конструкции присоединил имитатор бруса. Надеюсь, что такое утепление может значительно снизить теплопотери.

4.Заключение

Подводя итог своей работы, я могу сказать, что поставленные цели и задачи я выполнил. В ходе работы я изучил свойства различных теплоизоляционных материалов, узнал, где и как их применять. Создал макет утепления каркасного дома, который будет служить наглядным пособием при изучении тем, связанных с тепловыми явлениями.

5.Список литературы:

1.http://строимдом21.рф/sovremennye-materialy/stenovye-materialy/

2.http://www.magtu.ru/images/datanews/personal_pages/morozov_a_p/6.doc

3. https://energo22.ru/index.php/news/142-minvata.html

5.https://epolymer.ru/article/svoystva-i-harakteristiki-penoplasta

1. http://www.bibliotekar.ru/5-0-stroymaterialy-2/165.htm

1. “Строим сами деревянный дом” П. Юрмалайнен

1. “Как построить сельский дом” М. Шепелев

6