Latvijos universiteto Botanikos sodo teritorijoje buvo pastatyti 5 analogiškų šiluminių parametrų, bet skirtingų konstruktyvo medžiagų nameliai. Ką tik paskelbti trijų metų stebėsenos rezultatai.

 

Projekto tikslas - išsiaiškinti statybinių medžiagų tinkamumą klimatui

Siekiant nustatyti tinkamiausias Latvijos klimato salygomis pastatų konstruktyvo medžiagas, 2012 metais Latvijos universiteto ir Rygos techninio universiteto mokslininkai pradėjo projektą „Energijos efektyvumas ir konstrukcinių-statybinių sprendimų ilgaamžiškumas Latvijos klimato sąlygomis". Projektas finansuojamas ES regioninės plėtros fondo lėšomis.

Projekto realizavimui ant vienodų pamatų buvo pastatyti 5 visiškai identiško ploto ir tūrio (3x3x3 m) namai iš skirtingų sienų medžiagų, tačiau su vienodų medžiagų grindų ir lubų perdangų konstrukcijomis. Nameliai erdvėje išdėstyti taip, kad visų orientacija pasaulio šalių atžvilgiu būtų vienoda, vienodos eksploatavimo sąlygos (vėjo apkrovos ir kt.), visiems suprojektuotas beveik vienodas sienoms naudotų konstrukcijų šilumos perdavimo koeficientas, viduje palaikoma analogiška temperatūra ir mikroklimatas, langas yra pietų pusėje, durys - šiaurinėje.

Namukai buvo statomi nuo 2012 m. rugsėjo iki 2013 m. vasario, visos matavimo sistemos buvo įrengtos iki 2013 m. balandžio, stebėsena ir matavimai pradėti 2013 m. sausį.

 

Identiški skirtingo sienų konstruktyvo nameliai.

 

Išorinių sienų konstrukcijos iš skirtingų medžiagų

Projektinis visų fasadinių atitvarų konstrukcijų šilumos perdavimo koeficientas numatytas nuo 0,150 iki 0,159 W/(m²K). Kad būtų paprasčiau nagrinėti skirtingus konstruktyvus, jie pažymėti:

AER - akytojo betono blokai (375 mm), iš išorės apšiltinti akmens vata;

PLY - faneros plokštės, užpildytos akmens vata (200 mm) ir fibrolito (medienos skiedrų ir portlandcemento mišinys) plokštės (70 mm);

EXP - keraminiai blokai (500 mm) su polistirolo granulėmis ertmėse;

LOG - frezuoti medienos tašai (200 mm), iš išorės  apšiltinti akmens vata;

CER - tuščiaviduriai keraminiai blokeliai (440 mm), iš išorės apšiltinti akmens vata;

 

Konstruktyvą sudarančių medžiagų šilumos perdavimo koeficientai:

AER - akytojo betono blokai su išoriniu elastingos akmens vatos sluoksniu.

Sienos konstruktyvas	d, mm	λ, W/(m-K)
Kalkių cemento tinkas	15	0,7
Akytojo betono sienų blokai	375	0,092
Kalkių cemento tinkas	15	0,7
Akmens vata + medinis karkasas	50	0,039
Nuo vėjo sauganti plokštė	30	0,034
Vėdinamas oro tarpas	30
Fanera	6,5
Medinių dailylenčių apkala	40

U = 0,153 W/(m²K) Svoris - 165 (kg/m²)

 

PLY - modulinės faneros plokštės su elastingos akmens vatos užpildu ir fibrolito plokštė.

Sienos konstruktyvas	d, mm	λ, W/(m-K)
Kalkių cemento tinkas	15	0,7
Fibrolito plokštė	75	0,071
Fanera	20	0,17
Elastinga akmens vata + medinis karkasas	100 + 100	0,041
Fanera	20	0,17
Vėdinamas oro tarpas	30
Fanera	6,5
Medinių dailylenčių apkala	40

 

U = 0,154 W/(m²K) Svoris - 79 (kg/m²)

 

EXP - tuščiaviduriai keraminiai blokeliai su specialiu šilumą izoliuojančių granulių užpildu.

Sienos konstruktyvas	d, mm	λ, W/(m-K)
Kalkių cemento tinkas	15	0,7
Keraminiai sienų blokeliai su granulėmis ertmėse	510	0,085
Kalkių cemento tinkas	15	0,7
Vėdinamas oro tarpas	30
Fanera	6,5
Medinių dailylenčių apkala	40

 

U = 0,159 W/(m²K), Svoris - 426 (kg/m²)

 

LOG - frezuoti tašai su šilumą izoliuojančiu elastingos akmens vatos tarpsluoksniu.

Sienos konstruktyvas	d, mm	λ, W/(m-K)
Frezuotų tašų imitacijos medinė apdaila	40	0,13
Garo izoliacija
Elastinga akmens vata + medinis karkasas	100 + 100	0,044
Frezuoti tašai	200	0,13
Vėdinamas oro tarpas	30
Fanera	6,5
Medinių dailylenčių apkala	40

U = 0,150 W/(m²K) Svoris - 152 (kg/m²)

 

CER - tuščiaviduriai keraminiai blokeliai su elastingos akmens vatos izoliacija

Sienos konstruktyvas	d, mm	λ, W/(m-K)
Kalkių cemento tinkas	15	0,7
Keraminiai sienų blokai	440	0,175
Kalkių cemento tinkas	15	0,7
Elastingos akmens vatos plokštė  + medinis karkasas	125	0,043
Priešvėjinė plokštė	30	0,034
Vėdinamas oro tarpas	30
Fanera	6,5
Medinių dailylenčių apkala	40

U = 0,151 W/(m²K) Svoris - 363 (kg/m²)

 

Šildymas ir mikroklimato stebėsena

Iš pradžių, 2013 m. buvo sumontuoti oras - oras šilumos siurbliai. Vėliau naudota kita šildymo įranga.

2014 m. vasarį buvo pradėti palyginamieji matavimai naudojant:

• oras - vanduo šilumos siurblį su akumuliatoriumi ir žemos temperatūros konvektoriumi (PLY);
• šildymą elektra (CER) kaip referenciją.

Nuo 2014 m. gegužės pradėtas bandyti oras - vanduo šilumos siurblys su žemos temperatūros kapiliarinio šildymo-vėsinimo sistema.

2015 m. / 2016 m. šildymo sezono metu naudoti elektriniai šildytuvai.

 

Eksperimente naudotos šildymo sistemos: elektra, oras-oras šilumos siurbliai, oras vanduo radiatorinis ir oras - vanduo kapiliarinis šildymas.

 

Vidutinė patalpų temperatūra 2014/2015 šildymo sezono metu.

 

Buvo fiksuojami šie aplinkos parametrai:

Temperatūra ir drėgmė:
skirtinguose aukščiuose ir skirtingose patalpos vietose;
- tarp konstruktyvo sluoksnių;
- langų ir durų montavimo vietose;
- išorėje ir pastogėje.
- Saulės radiacija viduje ir išorėje;
- Vėjo greitis ir kryptis lauke;
- Oro srautų intensyvumas skirtingose patalpos vietose;
- Šilumos srautai per statybines konstrukcijas.
- Energijos suvartojimas ir momentinis galingumas.

 

Temperatūros ir drėgmės jutiklių išdėstymas kiekviename iš namų.

 

Kiekvieno namo duomenys Wi-Fi ryšiu kartą per parą buvo siunčiami į laboratorijos serverį. Buvo padarytos termovizinės nuotraukos ir atlikti du sandarumo testai - prieš papildomą sandarinimą ir po jo. Termovizija daryta viduje ir lauke.

Sandarumo duomenys prieš sandarinimą ir po sandarinimo.

 

Sandarumas tikrintas specialia slėgio įranga ir dūmų testu.

Šildymo sistemų efektyvumo (AEE) nustatymas:

Konstruktyvas	AER	CER	EXP	LOG	PLY	Vidutinė lauko temperatūra
Šildymo sistema	A-A	EL	A-W.C	A-A	A-W.-F
AEE	1,4	1,0	1,1	1,4	2,5	+3°C
	1,7	1,0	0,9	1,7	2,3	-0,4°C
	1,7	1,0	0,9	1,7	2,5	-0,2°C

 

Nors visi naudoti šilumos siurbliai nėra skirti tokiems mažiems pastatams, tačiau gauti rezultatai apskritai tinka kokybiškai palyginamajai analizei. Nustatytos AEE koeficiento vertės yra keletą kartų mažesnės už standartizuotas COP ir SCOP šilumos siurblių vertes ir parodo realų elektros energijos suvartojimą.

Rezultatai nereprezentuoja šildymo sistemos apskritai, tik jų naudojimą tam tikru režimu.

Be temperatūros matavimų, buvo matuojamas drėgmės lygis po palangėmis, grindų konstrukcijoje, sienų konstruktyve bei patalpos oro drėgnis.

Drėgmės jutikliai grindyse ir sienos konstrukcijoje.

 

Drėgmės lygis konstrukcijose.

 

Drėgmės lygio pokyčiai sienų konstruktyve.

 

Rizikos zonose buvo stebimas pelėsinių grybelių atsiradimas. Sudaryta koreliacija tarp drėgmės lygio ir grybelių augimo intensyvumo.

Kampai, kur drėgmės lygis didesnis, tapo pelėsių susidarymo zona.

 

 

Patalpų drėgmė skirtingais laikotarpiais.

 

Eksperimento metu nustatyti langų stiklo ir rėmų bei durų stiklo ir rėmų šilumos perdavimo koeficientai.

Pagal Latvijos standartus norminis langų  šilumos perdavimo koeficientas U  - 1,3 W/m²K, durų - 1,8 W/m²K. Eksperimentiniuose namukuose sumontuotų langų ir durų realios U vertės buvo didesnės - t.y. šlumos laidumas buvo didesnis nei projektinis, išskyrus langų rėmų šilumos perdavimo koeficientą.

Projektinės ir realios langų ir durų U vertės.

 

Taip pat gauti ir sienų konstruktyvo bei grindų ir lubų perdangų šilumos perdavimo koeficientai.

 

Skirtingų konstruktyvų ir grindų bei lubų perdangos šilumos perdavimo U  koeficientų vertė lyginant su standartu ir numatytomis projektinėmis vertėmis.

 

Šilumos suvartojimas šildymo metu:

2015 m. / 2016 m. šildymo sezonas

 

Šilumos suvartojimo šildymo metu normavimas:

ΔT	SPALIS'15	LAPKRITIS'15	GRUODIS'15	SAUSIS'16	vidutinis
AER	12,2	12,1	12,9	22,7	14,9
CER	12,9	12,7	13,7	23,6	15,7
EXP	11,9	11,7	12,7	22,5	14,7
LOG	12,7	12,4	13,4	23,3	15,5
PLY	12,0	11,8	12,6	22,6	14,8
vidutinis	12,3	12,1	13,1	22,9	15,1

 

Vidutinis šilumos suvartojimas kWh (%).

 

Svarbiausios išvados

Eksperimento metu išryškėjo visiems žinoma tiesioginė priklausomybė tarp drėgmės konstruktyve ir šilumos praradimų. Eksperimento pradžioje daugiausia statybinės drėgmės buvo akytojo betono blokelių konstruktyve, todėl, aprašant eksperimentą, kai kas paskubomis akcentavo, kad pats šilčiausias konstruktyvas yra keraminių blokelių mūras. Iš tiesų, iš pradžių akytojo betono blokelių mūro name buvo stebimas padidėjęs drėgnumas ir didesni šilumos praradimai, tačiau  per tris metus drėgmės kiekis akytojo betono name priartėjo prie kitų pastatų drėgmės lygio. Visgi trijų metų U vertės rodo, kad medienos tašų ir skydų konstruktyvai lanksčiau reaguoja į drėgmės pokyčius taip mažindami šilumos praradimus, tačiau ši proporcija priklauso nuo šildymo parametrų, šilumos akumuliacijos lygio konstruktyve. Per visus 3 metus konstrukcijose ir (ar) ore stebimi tik sezoniniai drėgmės svyravimai, pradinis skirtingas drėgmės kiekis įtakos vėliau nebeturi.

Konstrukcijų vidinėje pusėje nėra grėsmės pelėsių atsiradimui dėl drėgmės. Per 3 metus pasikeitė skirtingų namų energijos sunaudojimo proporcijos, tą rodo konstrukcijų U verčių pokyčiai, keičiantis drėgmės kiekiui jose.

 

A. Jakovičs, S. Gendelis, Latvijos universiteto Fizikos ir matematikos fakulteto Aplinkos ir technologinių procesų matematinio moduliavimo laboratorija