Частный дом: как справиться с сыростью на стенах?
В наше время сельские дома принято сооружать из кирпича. Стены таких домов зимой часто отсыревают. Прежние хозяева с этим явлением вполне свыклись и этого недостатка почти не замечали; новые домовладельцы хотели бы понять, почему стены кирпичного дома «плачут» зимой, и узнать, как «вылечить» дом от этой крайне неприятной «болезни». Об этом и пойдет речь.
НАЧНЕМ С КОНВЕКЦИИ
В рекламных проспектах к различным отопительным устройствам их составители, ничтоже сумняшеся, часто пишут: «За счет конвекции помещение обогревается сразу по всему объему равномерно». Так что же такое конвекция и как она возникает?
Конвекцией в физике называют передачу тепла, производимую путем механического перемещения газообразного и жидкого вещества теплоносителя. В помещении выделяемое очагом тепло разносится по всему объему воздухом, являющимся в данном случае теплоносителем.
Естественное движение газа в поле тяготения возникает вследствие разницы температур. Теплый газ легче холодного, поэтому он поднимается вверх, вытесняя вниз более холодный.
Печь обычно размещают ближе к центру здания. Нагреваясь от очага, воздух становится легче и поднимается вверх. Вдоль потолка газ движется в направлении стен. Остывая и отдавая тепло наружным стенам, воздух опускается вниз и поступает к источнику тепла для подогрева. Таким образом, в результате естественной или, как ее еще называют, гравитационной, конвекции тепло распространяется по помещению.
Из курса физики известно, что доля излучения возрастает с увеличением наружной температуры отопительного прибора. В домашних условиях она не должна превышать 105°C, иначе органические вещества, входящие в состав комнатной пыли, начинают разлагаться с выделением вредных компонентов. При печном отоплении передача тепла путем конвекции преобладает над другими видами, например, излучением.
При обогреве с помощью естественной конвекции температура воздуха в разных точках помещения различна, так что равномерно обогреть весь объем комнаты невозможно. Лукавят рекламодатели!
ВОЗДУХ, ВОДА И ПЕЧЬ
Отсыревание стен в кирпичных домах с отоплением периодического действия, например, печным, — обыденное явление. В атмосферном воздухе всегда имеется водяной пар, объемное максимальное содержание которого зависит от температуры среды.
В атмосферу жилища водяной пар поступает при стирке, приготовлении пищи, влажной уборке, от испарений домашних растений, дыхания человека и домашних животных, потоотделения или сгорания газообразного топлива в кухонных плитах.
Чем воздух холоднее, тем меньше в нем влаги. При t = 30°C в одном кубическом метре может быть до 30,3 г водяного пара (не путать с аэрозольными капельками воды, образующими туман), а при t = 10°C в том же объеме влаги не более 2,14 г.
При охлаждении воздуха до определенной температуры наступает точка росы, когда содержание водяных паров в воздухе превышает 100% от предельного значения для этой температуры. В этот момент вода выделяется в виде жидкости, в чем легко убедиться, подышав на зеркало. Оптимальная влажность воздуха в жилых помещениях составляет 50-60%.
Воздух, совершая круговорот, отдает часть тепла ограждающим конструкциям: потолку, стенам и полу. У стен воздух может охладиться так сильно, что наступает точка росы и выпадает конденсат. От этого и «плачут» стены.
Ночью мороз усиливается, а печь остывает. С увеличением влажности возрастает теплопроводность стен, так что они становятся еще холоднее. Вот такая «цепная реакция» происходит при «неправильной» конвекции.
Из-за большой теплоемкости кирпичные стены за счет естественной конвекции при печном отоплении прогреваются слабо. Более интенсивная топка печи пожароопасна и приводит лишь к тому, что, спасаясь от неимоверной жары, жильцы открывают форточки. Холодный наружный воздух, как промокательная бумага, высасывает влагу из помещения. В это время на улице можно видеть клубы пара, однако в помещении становится прохладнее и суше.
Положение усугубляется при высоких потолках. Конвекционная циркуляция здесь в основном ограничена верхними слоями комнатного воздуха, поэтому у потолка жарко, голове тепло, а ноги стынут и в валенках! Не случайно на Руси высоких потолков в домах не делали и почти под потолком устраивали полати, где спали стар и млад — там было намного теплее!
ЦЕНТРАЛЬНОЕ ОТОПЛЕНИЕ — ПРАВИЛЬНАЯ КОНВЕКЦИЯ
Система отопления должна компенсировать тепловые потери здания. Известно, что половина тепла уходит через ограждающие поверхности здания — стены, пол и потолок; вторая половина улетучивается в результате воздухообмена: через систему вентиляции и неплотности притворов дверей, окон и т.п. Устройство отопления должно быть таким, чтобы отопительные приборы в первую очередь компенсировали утечки тепла через ограждающие конструкции. Для этого их необходимо расположить у стен.
При центральном отоплении, когда в нужную зону тепло подводится теплоносителем, а источник находится вне помещения, это вполне осуществимо.
С этой целью батареи отопления располагают внизу вдоль наружной стены и под окнами, при этом, прежде всего, компенсируются тепловые потери через ограждающие конструкции; восходящие от отопительных приборов конвективные потоки препятствуют движению охлажденного воздуха, стекающего на пол помещения с холодных наружных ограждений. Температура воздуха в пристенной зоне всегда выше, чем в помещении; точка росы не достигается, и конденсат не выпадает.
Установка отопительных приборов у стен способствует тому, что при управляемом воздухообмене улетучивается воздух, более холодный по сравнению с пристенным, который находится в центральной части здания.
Вот такая конвекция — самая правильная!
Оконные художества Деда Мороза в квартирах с центральным отоплением можно встретить довольно редко, разве что в очень сильные морозы, не говоря уже о «плаче» стен.
ДИАГНОСТИКА ЗАБОЛЕВАНИЯ И ЛЕЧЕНИЕ
Требования СНиП 2-79 ограничивают разность температур воздуха в комнате и наружных стен в 4°C (прежде допускалось 6°C). Это условие гарантирует отсутствие конденсации влаги на стенах (при нормальной влажности).
Чтобы убедиться в выполнении (или нарушении) этого условия, производят простейшие измерения. Один термометр крепят на стене, выходящей наружу, на уровне 1,5 м от пола, другой — подвешивают в комнате на расстоянии 1,5 м от стены на такой же высоте от пола.
Влажность воздуха измеряют гигрометром. Его часто встраивают в бытовые барометры. Если нормативные требования по влажности (50-60%) превышены, в первую очередь следует позаботиться о вентиляции жилища. Если влажность почти нормальная, а стены тем не менее отсыревают, изменяют направление пристенных потоков воздуха, устраивая более рациональную конвекцию.
Радикальным способом является изменение способа отопления — переход от местного, печного, отопления к центральному. Для этого потребуется приобрести и установить отопительный котел и смонтировать отопительную сеть.
Отопительные котлы заводского изготовления используют газообразное, жидкое или твердое топливо. При отсутствии магистрального газа россияне, по экономическим соображениям, отдают предпочтение отопительным агрегатам на твердом топливе — каменном угле. Одной закладки качественного топлива хватает примерно на 8 часов горения.
Для зданий с большой тепловой инерцией, каковым является кирпичный дом, угольный котел представляется вполне подходящим устройством, поскольку его коэффициент полезного действия составляет не менее 70%, что существенно превышает аналогичный показатель для распространенных типов отопительных печей. Комфортность жилищ с центральным отоплением (по сравнению с печным) существенно выше.
Чтобы убедиться, что желаемый результат будет достигнут, систему водяного отопления можно смоделировать. Для этой цели проще всего применить электрорадиаторы. Их суммарную мощность выбирают из расчета 1 кВт на 10 м2 жилой площади. На время опыта можно попросить электроприборы у соседей. В выбранной для эксперимента комнате их размещают под окнами и у наружных стен. Не следует упускать из виду мощность имеющейся комнатной электропроводки.
Если расходы на дополнительное электрическое отопление не покажутся чрезмерными, а должный эффект будет достигнут, можно удовлетвориться стационарной установкой электрорадиаторов у наружных стен. Тем более, что расходы можно сократить, установив специальный двухрежимный электросчетчик, обеспечивающий учет энергопотребления с 23 часов вечера до 7 часов утра по ночному, сниженному в 4 раза, тарифу. Как раз в это время уличная температура самая низкая.
Второй способ устранения «плача» стен — организация направленных конвективных потоков, обеспечивающих более интенсивное перемещение воздуха по всему объему помещения, равномерную температуру и «правильное» направление пристенной конвекции.
Вспомним парную русской бани. После подачи воды на каменку парильщики-профессионалы вращали над головой полотенце, как пращу, разгоняя по сторонам перегретый воздух и «осаживая» его вниз, выравнивая тем самым температуру по всему объему парной.
С аналогичной целью устанавливают комнатные потолочные малооборотные вентиляторы с широкими лопастями, перегоняющие теплый воздух из подпотолочного пространства к полу комнаты. Таким образом обычно пытаются защититься от духоты в общественных помещениях; можно заметить, что включают вентиляторы и зимой, чтобы на полу не было так холодно.
Энергозатраты при установке вентиляторов незначительны — в пределах 200 Вт на комнату. Однако скорость движения воздушных масс при этом может оказаться больше допустимых требованиями комфорта значений (0,5-0,7 м/с). Но уменьшить интенсивность «плача» стен потолочные вентиляторы смогут.
Третьим приемом борьбы с увлажнением стен является увеличение их теплоизолирующих свойств. Простое наращивание толщины кирпичной стены при малоэффективной системе отопления периодического действия, каковым является печное, редко приводит к успеху, поскольку существенно возрастает теплоемкость стен и их труднее прогреть.
Установка эффективной теплоизоляции каменного строения с малой теплоемкостью изнутри будет способствовать повышению температуры внутренней поверхности и приведет к существенному уменьшению объема выпавшего на стенах конденсата. Чем толще слой утеплителя, тем выше его термическое сопротивление, практически достаточна толщина листа порядка 4 см.
НЕВИДИМЫЕ МИРУ СЛЕЗЫ
О наличии влаги в атмосфере деревянных домов свидетельствуют капли воды на оконных стеклах, а в сильные морозы — ледяные кружева. Для сбора конденсата к зимним рамам пристраивают желоба.
«Плач» стен в деревянных строениях — невидимые миру слезы. Древесина по сравнению с камнем обладает значительно меньшей теплоемкостью, и стены прогреваются быстрее, так что в деревянных домах с печным отоплением конденсат выделяется менее интенсивно; капельную влагу поглощает конопатка, уплотняющая пазы между бревнами. В результате страдают бревна, которые начинают загнивать, из-за чего век деревянных отапливаемых строений значительно сокращается, составляя всего пару веков. Продлить жизнь деревянных строений можно ежегодным летним просушиванием стен путем интенсивной вентиляции помещений.
ЦЕНТР НАГРЕВА И ЦЕНТР ОХЛАЖДЕНИЯ
Для схематизации процессов конвективного теплообмена в теплотехнике используются условные понятия — «центр нагрева» (ЦН) и «центр охлаждения» (ЦО). Эти понятия подобны термину «центр тяжести» в механике.
Наиболее сильно воздух нагрет непосредственно у очага. При печном отоплении таковым является так называемый отопительный щит. Допустимо считать, что геометрический центр отопительного щита печи совпадает с центром нагрева. Обычно ЦН печи находится выше топливника, в котором происходит сгорание топлива. Опустить его ниже нельзя, потому что в противном случае, без создания в дымоходе каким-либо способом искусственной тяги, не удается развести огонь в очаге без задымления помещения.
Центр охлаждения воздуха всегда находится выше центра нагрева, иначе не будет положительного перепада в удельном весе у холодного и нагретого газов по высоте, за счет чего происходит циркуляция воздуха, обеспечивающая конвекционный обогрев.
Интенсивность циркуляции воздуха прямо пропорциональна разности высот между ЦН и ЦО и разности температур газа в тех же точках. При близости ЦН и ЦО в помещении могут возникать зоны холодного застойного воздуха.
АГЛИЦКИЙ ОПЫТ
В Англии единственным отопительным прибором вплоть до появления центрального отопления в 30-х гг. ХХ века был камин. Изобретатели «черных сатанинских мельниц» — англичане — поняли, что хроническую болезнь каменных строений — «зимний плач» стен — печным отоплением не одолеть, и в основном довольствовались теплом, поставляемым Божьей милостью течением Гольфстрим.
Камин же не столько обогревал помещение, сколько его вентилировал и подсушивал. Отопление спален англичане и по сей день считают делом почти аморальным, часто ограничиваясь прогреванием постелей с помощью старинных массивных медных грелок.
НАЧНЕМ С КОНВЕКЦИИ
В рекламных проспектах к различным отопительным устройствам их составители, ничтоже сумняшеся, часто пишут: «За счет конвекции помещение обогревается сразу по всему объему равномерно». Так что же такое конвекция и как она возникает?
Конвекцией в физике называют передачу тепла, производимую путем механического перемещения газообразного и жидкого вещества теплоносителя. В помещении выделяемое очагом тепло разносится по всему объему воздухом, являющимся в данном случае теплоносителем.
Естественное движение газа в поле тяготения возникает вследствие разницы температур. Теплый газ легче холодного, поэтому он поднимается вверх, вытесняя вниз более холодный.
Печь обычно размещают ближе к центру здания. Нагреваясь от очага, воздух становится легче и поднимается вверх. Вдоль потолка газ движется в направлении стен. Остывая и отдавая тепло наружным стенам, воздух опускается вниз и поступает к источнику тепла для подогрева. Таким образом, в результате естественной или, как ее еще называют, гравитационной, конвекции тепло распространяется по помещению.
Из курса физики известно, что доля излучения возрастает с увеличением наружной температуры отопительного прибора. В домашних условиях она не должна превышать 105°C, иначе органические вещества, входящие в состав комнатной пыли, начинают разлагаться с выделением вредных компонентов. При печном отоплении передача тепла путем конвекции преобладает над другими видами, например, излучением.
При обогреве с помощью естественной конвекции температура воздуха в разных точках помещения различна, так что равномерно обогреть весь объем комнаты невозможно. Лукавят рекламодатели!
ВОЗДУХ, ВОДА И ПЕЧЬ
Отсыревание стен в кирпичных домах с отоплением периодического действия, например, печным, — обыденное явление. В атмосферном воздухе всегда имеется водяной пар, объемное максимальное содержание которого зависит от температуры среды.
В атмосферу жилища водяной пар поступает при стирке, приготовлении пищи, влажной уборке, от испарений домашних растений, дыхания человека и домашних животных, потоотделения или сгорания газообразного топлива в кухонных плитах.
Чем воздух холоднее, тем меньше в нем влаги. При t = 30°C в одном кубическом метре может быть до 30,3 г водяного пара (не путать с аэрозольными капельками воды, образующими туман), а при t = 10°C в том же объеме влаги не более 2,14 г.
При охлаждении воздуха до определенной температуры наступает точка росы, когда содержание водяных паров в воздухе превышает 100% от предельного значения для этой температуры. В этот момент вода выделяется в виде жидкости, в чем легко убедиться, подышав на зеркало. Оптимальная влажность воздуха в жилых помещениях составляет 50-60%.
Воздух, совершая круговорот, отдает часть тепла ограждающим конструкциям: потолку, стенам и полу. У стен воздух может охладиться так сильно, что наступает точка росы и выпадает конденсат. От этого и «плачут» стены.
Ночью мороз усиливается, а печь остывает. С увеличением влажности возрастает теплопроводность стен, так что они становятся еще холоднее. Вот такая «цепная реакция» происходит при «неправильной» конвекции.
Из-за большой теплоемкости кирпичные стены за счет естественной конвекции при печном отоплении прогреваются слабо. Более интенсивная топка печи пожароопасна и приводит лишь к тому, что, спасаясь от неимоверной жары, жильцы открывают форточки. Холодный наружный воздух, как промокательная бумага, высасывает влагу из помещения. В это время на улице можно видеть клубы пара, однако в помещении становится прохладнее и суше.
Положение усугубляется при высоких потолках. Конвекционная циркуляция здесь в основном ограничена верхними слоями комнатного воздуха, поэтому у потолка жарко, голове тепло, а ноги стынут и в валенках! Не случайно на Руси высоких потолков в домах не делали и почти под потолком устраивали полати, где спали стар и млад — там было намного теплее!
ЦЕНТРАЛЬНОЕ ОТОПЛЕНИЕ — ПРАВИЛЬНАЯ КОНВЕКЦИЯ
Система отопления должна компенсировать тепловые потери здания. Известно, что половина тепла уходит через ограждающие поверхности здания — стены, пол и потолок; вторая половина улетучивается в результате воздухообмена: через систему вентиляции и неплотности притворов дверей, окон и т.п. Устройство отопления должно быть таким, чтобы отопительные приборы в первую очередь компенсировали утечки тепла через ограждающие конструкции. Для этого их необходимо расположить у стен.
При центральном отоплении, когда в нужную зону тепло подводится теплоносителем, а источник находится вне помещения, это вполне осуществимо.
С этой целью батареи отопления располагают внизу вдоль наружной стены и под окнами, при этом, прежде всего, компенсируются тепловые потери через ограждающие конструкции; восходящие от отопительных приборов конвективные потоки препятствуют движению охлажденного воздуха, стекающего на пол помещения с холодных наружных ограждений. Температура воздуха в пристенной зоне всегда выше, чем в помещении; точка росы не достигается, и конденсат не выпадает.
Установка отопительных приборов у стен способствует тому, что при управляемом воздухообмене улетучивается воздух, более холодный по сравнению с пристенным, который находится в центральной части здания.
Вот такая конвекция — самая правильная!
Оконные художества Деда Мороза в квартирах с центральным отоплением можно встретить довольно редко, разве что в очень сильные морозы, не говоря уже о «плаче» стен.
ДИАГНОСТИКА ЗАБОЛЕВАНИЯ И ЛЕЧЕНИЕ
Требования СНиП 2-79 ограничивают разность температур воздуха в комнате и наружных стен в 4°C (прежде допускалось 6°C). Это условие гарантирует отсутствие конденсации влаги на стенах (при нормальной влажности).
Чтобы убедиться в выполнении (или нарушении) этого условия, производят простейшие измерения. Один термометр крепят на стене, выходящей наружу, на уровне 1,5 м от пола, другой — подвешивают в комнате на расстоянии 1,5 м от стены на такой же высоте от пола.
Влажность воздуха измеряют гигрометром. Его часто встраивают в бытовые барометры. Если нормативные требования по влажности (50-60%) превышены, в первую очередь следует позаботиться о вентиляции жилища. Если влажность почти нормальная, а стены тем не менее отсыревают, изменяют направление пристенных потоков воздуха, устраивая более рациональную конвекцию.
Радикальным способом является изменение способа отопления — переход от местного, печного, отопления к центральному. Для этого потребуется приобрести и установить отопительный котел и смонтировать отопительную сеть.
Отопительные котлы заводского изготовления используют газообразное, жидкое или твердое топливо. При отсутствии магистрального газа россияне, по экономическим соображениям, отдают предпочтение отопительным агрегатам на твердом топливе — каменном угле. Одной закладки качественного топлива хватает примерно на 8 часов горения.
Для зданий с большой тепловой инерцией, каковым является кирпичный дом, угольный котел представляется вполне подходящим устройством, поскольку его коэффициент полезного действия составляет не менее 70%, что существенно превышает аналогичный показатель для распространенных типов отопительных печей. Комфортность жилищ с центральным отоплением (по сравнению с печным) существенно выше.
Чтобы убедиться, что желаемый результат будет достигнут, систему водяного отопления можно смоделировать. Для этой цели проще всего применить электрорадиаторы. Их суммарную мощность выбирают из расчета 1 кВт на 10 м2 жилой площади. На время опыта можно попросить электроприборы у соседей. В выбранной для эксперимента комнате их размещают под окнами и у наружных стен. Не следует упускать из виду мощность имеющейся комнатной электропроводки.
Если расходы на дополнительное электрическое отопление не покажутся чрезмерными, а должный эффект будет достигнут, можно удовлетвориться стационарной установкой электрорадиаторов у наружных стен. Тем более, что расходы можно сократить, установив специальный двухрежимный электросчетчик, обеспечивающий учет энергопотребления с 23 часов вечера до 7 часов утра по ночному, сниженному в 4 раза, тарифу. Как раз в это время уличная температура самая низкая.
Второй способ устранения «плача» стен — организация направленных конвективных потоков, обеспечивающих более интенсивное перемещение воздуха по всему объему помещения, равномерную температуру и «правильное» направление пристенной конвекции.
Вспомним парную русской бани. После подачи воды на каменку парильщики-профессионалы вращали над головой полотенце, как пращу, разгоняя по сторонам перегретый воздух и «осаживая» его вниз, выравнивая тем самым температуру по всему объему парной.
С аналогичной целью устанавливают комнатные потолочные малооборотные вентиляторы с широкими лопастями, перегоняющие теплый воздух из подпотолочного пространства к полу комнаты. Таким образом обычно пытаются защититься от духоты в общественных помещениях; можно заметить, что включают вентиляторы и зимой, чтобы на полу не было так холодно.
Энергозатраты при установке вентиляторов незначительны — в пределах 200 Вт на комнату. Однако скорость движения воздушных масс при этом может оказаться больше допустимых требованиями комфорта значений (0,5-0,7 м/с). Но уменьшить интенсивность «плача» стен потолочные вентиляторы смогут.
Третьим приемом борьбы с увлажнением стен является увеличение их теплоизолирующих свойств. Простое наращивание толщины кирпичной стены при малоэффективной системе отопления периодического действия, каковым является печное, редко приводит к успеху, поскольку существенно возрастает теплоемкость стен и их труднее прогреть.
Установка эффективной теплоизоляции каменного строения с малой теплоемкостью изнутри будет способствовать повышению температуры внутренней поверхности и приведет к существенному уменьшению объема выпавшего на стенах конденсата. Чем толще слой утеплителя, тем выше его термическое сопротивление, практически достаточна толщина листа порядка 4 см.
НЕВИДИМЫЕ МИРУ СЛЕЗЫО наличии влаги в атмосфере деревянных домов свидетельствуют капли воды на оконных стеклах, а в сильные морозы — ледяные кружева. Для сбора конденсата к зимним рамам пристраивают желоба.
«Плач» стен в деревянных строениях — невидимые миру слезы. Древесина по сравнению с камнем обладает значительно меньшей теплоемкостью, и стены прогреваются быстрее, так что в деревянных домах с печным отоплением конденсат выделяется менее интенсивно; капельную влагу поглощает конопатка, уплотняющая пазы между бревнами. В результате страдают бревна, которые начинают загнивать, из-за чего век деревянных отапливаемых строений значительно сокращается, составляя всего пару веков. Продлить жизнь деревянных строений можно ежегодным летним просушиванием стен путем интенсивной вентиляции помещений.
ЦЕНТР НАГРЕВА И ЦЕНТР ОХЛАЖДЕНИЯ
Для схематизации процессов конвективного теплообмена в теплотехнике используются условные понятия — «центр нагрева» (ЦН) и «центр охлаждения» (ЦО). Эти понятия подобны термину «центр тяжести» в механике.
Наиболее сильно воздух нагрет непосредственно у очага. При печном отоплении таковым является так называемый отопительный щит. Допустимо считать, что геометрический центр отопительного щита печи совпадает с центром нагрева. Обычно ЦН печи находится выше топливника, в котором происходит сгорание топлива. Опустить его ниже нельзя, потому что в противном случае, без создания в дымоходе каким-либо способом искусственной тяги, не удается развести огонь в очаге без задымления помещения.
Центр охлаждения воздуха всегда находится выше центра нагрева, иначе не будет положительного перепада в удельном весе у холодного и нагретого газов по высоте, за счет чего происходит циркуляция воздуха, обеспечивающая конвекционный обогрев.
Интенсивность циркуляции воздуха прямо пропорциональна разности высот между ЦН и ЦО и разности температур газа в тех же точках. При близости ЦН и ЦО в помещении могут возникать зоны холодного застойного воздуха.
АГЛИЦКИЙ ОПЫТ
В Англии единственным отопительным прибором вплоть до появления центрального отопления в 30-х гг. ХХ века был камин. Изобретатели «черных сатанинских мельниц» — англичане — поняли, что хроническую болезнь каменных строений — «зимний плач» стен — печным отоплением не одолеть, и в основном довольствовались теплом, поставляемым Божьей милостью течением Гольфстрим.
Камин же не столько обогревал помещение, сколько его вентилировал и подсушивал. Отопление спален англичане и по сей день считают делом почти аморальным, часто ограничиваясь прогреванием постелей с помощью старинных массивных медных грелок.