Каркасник из двутавров. Проект. Концепт

Этот проект представляет собой небольшой одноэтажный дом, больше подходящий под определение "гостевой". В нём один большой зал, совмещённый с кухней, одна спальня, санузел и банный блок. Проект простой, но имеет свои конструктивные фишки, которые принципиально выделяют его среди обычных каркасников.

Самым интересным решением в доме является зал "со вторым светом". Стропильная система в доме будет без затяжек, а значит, будет сделана по наслонному типу. Т.е. стропила должны опираться одним концом на стену, а другим - на коньковую балку. Длина этой коньковой балки в зале более 8,5 метров, без дополнительных опор в пролёте, и воспринимает нагрузку от 80 квадратных метров крыши (см. страницу 7 в документе ниже). Коньковую балку будем клеить своими силами, но об этом попозже.
Проект изначально разрабатывался для СИП-панелей, но из-за высокой цены на них, а так-же из-за желания сделать дом более тёплым мы адаптировали его под каркас из двутавров.

Ещё одним ключевым моментом в постройке дома можно назвать крайне ограниченный бюджет. Поэтому все работы по стройке мы будем делать своими силами. По этой же причине вся конструкция максимально удешевлена. Ещё один важный факт - на участке нет газа, и не будет в ближайшее десятилетие.

Однако, не смотря на предыдущий абзац, мы планируем построить как минимум очень тёплый дом для ПМЖ, а если без "минимум" - то планируем попасть в класс энергоэффективности "В", что по белорусским нормативам (ТКП 45-2.04-196-2010) относится к энергоэффективным зданиям. В свою очередь, это наше желание предъявляет к нам определённые требования по конструкции.
Итак, мы хотим построить мегабюджетный энергоэффективный каркасный дом по индивидуальному проекту с нестандартной архитектурой! Задача, как говорят, со звёздочкой.

Теплоизоляция и шумоизоляция

В первую очередь энергоэффективность будем обеспечивать толщиной теплоизоляции. В Беларуси действует норматив на коэффициент теплового сопротивления. Для стен он равен 3,2 м²·С°/Вт, для совмещённых покрытий и перекрытий - 6 м²·С°/Вт. Чтобы обеспечить этот коэффициент для стен достаточно 120 мм минеральной ваты, а для крыши и пола нужно не менее 230 мм.

Изначально был план делать дом из СИП-панелей, однако, СИП-панели сразу вышли за рамки бюджета, а после подробного изучения вопроса энергоэффективности - не дотянули они и до нижнего порога желаемой теплоизоляции. Затем план изменился в сторону эковаты. Но после ряда негативных отзывов знакомых (источники не вызывают доверия, однако осадок остался) решили подумать ещё. Попробовали поработать с рулонным минераловатным утеплителем URSA Pure One. Это утеплитель белого цвета с акриловым связующим, не колется, не чешется и особо не пылит... Материал понравился, но укладывать его в стены не очень удобно - слишком мягкий. В итоге остановились на плитном утеплите из базальтовой ваты. Современные базальтовые ваты тоже весьма хороши - я укладывал его голыми руками без респиратора и защитных очков - никаких кожно-респираторных эффектов обнаружено не было, ничего не чешется, глаза не слезятся, нос не отваливается. Та же URSA при работе с ней в закрытом помещении через какое-то время начинает раздражать нос...

Определившись с типом утеплителя стал вопрос выбора бренда и каких-то более конкретных моделей этого утеплителя. Разновидностей его на нашем скромном рынке можно насчитать с десятка три, но по большому счёту с теплотехнической точки зрения все они отличаются очень незначительно: их коэффициент теплопроводности лежит в диапазоне от 0,039 до 0,044 Вт/м²/°С. (Δ 12%). Ориентироваться только на цену - метод тупиковый. И вот тут попался прекрасный документ про звукоизоляцию. Очень рекомендую с ним ознакомиться! Исходя из наиболее эффективных звукоизоляционных схем мы решили сделать "пирог" стен комбинированным. Наружные слои утеплителя будут из плотной минеральной ваты Rockwool Acoustic (плотность 45 кг/м³) толщиной по 50 мм, а внутренний слой - из более лёгких и дешёвых плит PAROC eXtra light (плотность 25 кг/м³) - три слоя по 50 мм. Общая толщина утеплителя в стене 250 мм. Конечно, я не эксперт в вопросах профессиональной звукоизоляции и, возможно, таким образом мы не улучшили звукоизоляционный коэффициент, но что совершенно точно - мы уменьшили стоимость (относительно заполнения на 100% акустиком). Коэффициент теплового сопротивления всей стены с учётом каркаса в условиях эксплуатации "Б" составляет 5,89 м²·С°/Вт. Вот как эта конструкция выглядит в калькуляторе:

"Пирог" перекрытия первого этажа немного посложнее и потолще. Там добавляется так называемый "плавающий пол" из минераловатных плит очень высокой плотности (125 ... 150 кг/м³) толщиной 30 мм и поверх них - сухопрессованная стяжка толщиной 70 мм с контуром водяного тёплого пола. Сухопрес выполняет роль как проводника тепла от трубок ТП, так и роль теплоаккумулятора в лёгком каркасном доме - по этой причине толщина слоя 70 мм, хотя могла бы быть и значительно тоньше. Коэффициент теплового сопротивления составляет 6,3 м²·С°/Вт.
Крыша в доме является частью тёплого контура и от стен отличается толщиной утеплителя. 4-й слой (на картинке) в крыше шириной 300 мм (в стенах 150 мм), в остальном точно так-же, как и в стенах. R = 10,03 м²·С°/Вт.

Паропроницаемость

Если вы внимательно рассмотрели скрин калькулятора, то наверняка заметили, что в конструкции стены нет пароизоляционной мембраны изнутри помещения. Это сразу вызывает у большинства "знатоков" приступ истерики, но на самом деле пароизоляция требуется не всегда и не везде.

В ТКП 45-2,04-43-2006, действующем на территории РБ документе по строительной теплотехние, есть раздел (9) посвящённый расчёту сопротивления паропроницанию ограждающих конструкций. Основная мысль заключается в расчёте условной плоскости конденсации внутри стены и сравнении величин паропроницаемости до этой плоскости и после. Сопротивление паропроницанию от внутренней поверхности до плоскости конденсации должна быть не менее чем от этой плоскости до наружной поверхности. Если упрощённо, то можно сказать так: если паропроницаемость наружной 1/3 стены выше, чем 2/3 внутренней её части, то весь пар, попадающий в стену, без последствий для утеплителя успевает испаряться через наружные слои - увлажнения утеплителя и каркаса не происходит, и соответственно - нет необходимости в дополнительной пароизоляции изнутри помещения.

Чтобы реализовать конструкцию без пароизоляции нужно, чтобы после утеплителя был вентзазор, отделённый от утеплителя мембраной с очень хорошей паропроницаемостью, а изнутри помещения нужны материалы с большим сопротивлением паропроницанию.

ОСП является неплохим пароизолятором! Можно сравнить ОСП-3 12мм Egger и, например, ряд пароизоляционных мембран от известных брендов:

OSB-3 12mm Egger Sd = 2.4 m;
Decker Klimat Aktiv Sd = 4,5 m;
Tyvek AirGuard Sd = 5 m;
Delta-Sd-Flexx Sd = 5 m.
Полиэтиленовая плёнка 160 микрон Sd = 4,6 m.

Иными словами, ОСП лишь вдвое уступает так называемой "активной" пароизоляции и даже полиэтиленовой плёнке! Это может показаться значительным аргументом, если не знать величину Sd супердиффузионных мембран и используемого утеплителя. Например, Sd Decker 135 = 0.007 m; Sd Tyvek Soft = 0.025 m; Sd базальтовой ваты = 0,1 m. То есть ОСП имеет сопротивление паропроницанию в 100 раз большее, чем ветрозащитные супердиффузионные мембраны и в 24 раза большее, чем у утеплителя. Тут даже без расчётов понятно, что требование нормативных документов выполняется с большим запасом. Однако, калькулятор всё равно всё посчитал. Требуемое сопротивление паропроницанию 0,3 м²*ч*Па/кг, а расчётное 4,5 м²*ч*Па/кг - всё прекрасно и без пароизоляционных мембран и плёнок!

Тут важно дополнительно отметить, что сразу за утеплителем и мембраной снаружи есть вентзазор! Если утеплитель закрыт снаружи любым материалом, будь то ЦСП, Greenboard или любой другой даже достаточно хорошо паропроницаемый материал - как минимум нужно сделать расчёт! Если снаружи ОСП - точно без пароизоляционных плёнок внутри не обойтись!

Энергоэффективность

Подробный расчёт энергоэффективности я напишу в отдельной статье, и там же когда-нибудь опишу реальные результаты эксплуатации данной постройки. А сейчас лишь экспресс-расчёт.

Методика расчёта теплопотерь и особенности конкретного проекта позволяют апроксимировать внутренние комнаты до одного единого тёплого контура, т.е. свести количество расчётов до расчёта одного цельного помещения, хоть и не параллелограмма. Этот дом послужил одним из веских поводов написать специализированный калькулятор энергоэффективности, который умеет считать непараллелограммные конструкции, в данном случае с двускатной крышей без чердака. Итак, вот апроксимированная развёртка дома с ориентацией по сторонам света:

На картинке мы видим величины теплосопротивления стен, пола и крыши, площадь остекления (в которое включены двери и здоровенный "портал" в зале), настройки вентиляции и величины потерь и поступлений теплоты по каждой стене в отдельности. Для расчёта заполнения световых проёмов (окон) использовался "средний" по качеству профиль и однокамерные стеклопакеты с одним i-стеклом с коэффициентом эмиссии 0.1, заполнением воздухом и дистанцией 24 мм. Конечно, со всеми добавочными теплопотерями, предусмотренными СНБ 4.02.01-03. Двери - они же окна, тоже однокамерный стеклопакет. (Расположение окон и дверей на картинке условное)

Вот картинка с общим результатом расчёта:

Результат расчёта совсем немного не дотягивает до класса "А", но даже это впечатляет! На отопление и вентиляцию в среднем за отопительный период в месяц нужно всего 11 кВт·ч энергии на каждый квадратный метр. При общей отапливаемой площади 196 м² требуется 2110 кВ·ч в месяц → 70,3 кВт·ч в день → 2,9 кВт требуемая мощность отопительного оборудования. Электрического котла на 5 кВт должно хватить с излишком. При нынешнем тарифе на электроэнергию для целей отопления 0,0335 рубля (март 2019 г) получается 2110*0,0335 = 71 рубль (35$) за отопление электричеством дома площадью 196 м².

Так же следует отметить, что часть дома - это банный блок со своей печью, мощным источником тепловой энергии, который в энергорасчёте не учтён.

График показывает, что при использовании рекуператора основные потери тепла будут происходить через ограждающие конструкции (46%). Если рассмотреть первую картинку подробнее, то ситуация такова:

через все стены теряется 12ГДж, через крышу - 4,5 ГДж, через пол - 6,6 ГДж тепловой энергии. Это указывает нам, что в соотношении теплопотерь к единице площади самым слабым звеном является пол. Здесь есть пару вариантов улучшения ситуации без изменения конструкции дома, но мы пока оставим всё без изменений. А потом, после постройки и тестов попробуем их применить и оценить результат экспериментально.

Но, это теория, конечно. Очень интересно посмотреть на реальные показатели. Поэтому - строим, а там посмотрим!

Конструкция

За основу конструкции мы взяли двутавровые балки. На стены 245 мм, на перекрытие 300 мм и для стропильной системы - 400 мм. На то есть целый ряд причин и обоснований.

Ширина двутавров в стене 245 мм обеспечивает хорошую толщину утеплителя при минимальном соотношении стоимости каркаса, эффективности утепления и расходу древесины. Досками реализовать такую же ширину дороже. При ширине 200 мм уже дешевле использовать обычную доску 50х200, однако обычная доска на 22% снижает эффективность утеплителя, поскольку является мостиком холода в каркасной стене. Что в итоге снижает класс энергоэффективности и увеличивает расход на отопление.

Почему именно 245? Потому что для такого двутавра оптимально раскраивается лист ОСП без остатка и отхода (1250/7-3 = 175 мм). С одного листа ОСП 1250х2500 получается 17,5 метров двутавров. Кроме того, утеплитель рекомендуют укладывать немного враспор, чтобы он лучше держался в стенах и не оседал - вот, кроме расстояния между стойками у нас получается ещё 5 мм по толщине для этих целей.

В крыше двутавры шириной 400 мм перекрывают пролёт 5 метров и способны выдержать вес всех снеговых ветровых и прочих нагрузок со всеми коэффициентами запаса, обеспечивая прогиб менее 1/550 (9 мм при длине 5000 мм). Этого более чем достаточно, но при таком размере легко обеспечивается требуемая толщина слоя утепления.

Для перекрытия первого этажа был выбран размер двутавра 300 мм. Здесь, кроме толщины утеплителя и прогиба важна ещё и высота этого перекрытия. Хочется уровень пола сделать по возможности ниже. Из эргономических соображений. С прогибами тут всё просто - конструкция фундамента такова, что любой тип перекрытия справится на ура - максимальный пролёт между бетонным основанием не более 2 метров. Исходя из этих соображений мы выбрали минимальную высоту, обеспечивающую требуемое строительными нормами тепловое сопротивление в 6 м²·°С/Вт. Результат этого выбора хорошо заметен в предыдущем разделе про энергоэффективность =)

Все узлы и соединения двутавров можно будет рассмотреть на фотках в статье про сборку каркаса.

Конечно, про конструкцию дома можно писать ещё очень много: система отопления, вентиляция, водоснабжение, электрика, водоотведение, печь в конце концов. Это всё огромные темы, которые в двух словах невозможно рассказать. Но на сегодняшний день мы заняты сборкой каркаса из двутавров. Вот об этом и будет в ближайшее время фотоотчёт.