ПОРІВНЯННЯ U-VALUE

U-value, або коефіцієнт теплопередачі, є ключовим індикатором теплотехнічних характеристик будівельних огороджувальних конструкцій. Він визначає швидкість проходження тепла через одиницю площі матеріалу або багатошарової конструкції за одиницю часу при різниці температур в 1°C (або 1 К). Згідно з ДБН В.2.6-31:2016 ‘Теплова ізоляція будівель’, для стін житлових будинків в Україні встановлені нормовані значення U-value, які залежать від кліматичної зони. Наприклад, для першої кліматичної зони (більшість території України) нормований U-value для стін становить не більше 0.28 Вт/(м²·К), а для покриттів (дахів) – не більше 0.20 Вт/(м²·К). Розрахунок U-value для багатошарових конструкцій виконується за формулою U = 1 / (Rsi + Σ(di/λi) + Re), де Rsi — термічний опір на внутрішній поверхні, Re — термічний опір на зовнішній поверхні, di — товщина шару матеріалу, λi — коефіцієнт теплопровідності матеріалу. Важливо розуміти, що фактичний U-value може значно відрізнятися від теоретичного через містки холоду, дефекти монтажу та неналежну повітронепроникність. Відповідність цим стандартам є критично важливою для забезпечення комфортного мікроклімату всередині приміщення та мінімізації експлуатаційних витрат. Застосування сучасних ізоляційних матеріалів з низькими значеннями λ, таких як мінеральна вата (λ ≈ 0.035 Вт/(м·К)), PIR-плити (λ ≈ 0.022 Вт/(м·К)) або фенольні панелі (λ ≈ 0.018 Вт/(м·К)), дозволяє досягти або навіть перевершити нормовані показники. Наприклад, для досягнення U=0.28 Вт/(м²·К) при використанні мінеральної вати потрібно близько 150-180 мм утеплювача, тоді як для PIR-плит може бути достатньо 100-120 мм. Ця різниця в товщині стає важливою при проєктуванні, впливаючи на загальні габарити конструкцій та архітектурні рішення. Вузол ‘стіна-фундамент’ часто є критичним містком холоду, тому тут необхідні додаткові заходи ізоляції та детальний розрахунок Ψ-коефіцієнта (лінійного коефіцієнта теплопередачі). Збільшення теплового опору (R = 1/U) є прямою метою при проєктуванні енергоефективних будівель, а врахування всіх теплофізичних властивостей матеріалів та конструктивних рішень дозволяє досягти високих результатів.

Cross-Laminated Timber (CLT) – це багатошарові панелі з перехресно склеєних ламелей, які зарекомендували себе як високоміцний та стабільний будівельний матеріал. Хоча сам CLT має кращі теплоізоляційні властивості порівняно з бетоном, його U-value без додаткового утеплення, як правило, не відповідає сучасним енергоефективним стандартам, особливо в українському кліматі. Наприклад, для типової панелі CLT товщиною 100 мм (3 шари) λ ≈ 0.13 Вт/(м·К), що дає U ≈ 0.7 Вт/(м²·К). Це значення значно вище за нормоване 0.28 Вт/(м²·К) для стін. Тому для досягнення необхідного теплового опору стіни з CLT зазвичай потребують зовнішнього утеплення. Стандартні рішення включають 150-250 мм мінеральної вати або пінополістиролу. Наприклад, зовнішня стіна з 100 мм CLT та 200 мм мінеральної вати (λ = 0.035 Вт/(м·К)) матиме U-value близько 0.16 Вт/(м²·К), що значно краще за норму. Важливим аспектом є також повітронепроникність. Завдяки прецизійному заводському виготовленню та щільним з’єднанням, CLT-конструкції зазвичай демонструють дуже високі показники повітронепроникності (n50 < 0.6 год-1), що мінімізує конвективні втрати тепла, які можуть суттєво знизити ефективний U-value. Цей параметр є критичним і вимірюється тестом Blower Door. Детальний розбір вузлів кріплення панелей CLT, наприклад, ‘стіна-дах’ або ‘стіна-стіна’, потребує особливої уваги до ізоляції, щоб уникнути містків холоду. Застосування термовставок та ущільнювальних стрічок на стиках є обов’язковим. Проєктування будівель з CLT передбачає інтеграцію утеплювача в зовнішній контур, часто з вентильованим фасадом або штукатурним шаром. Панелі CLT також ефективно використовуються для перекриттів та покрівельних конструкцій. Для покрівлі з CLT та 250-300 мм утеплювача можна досягти U-value 0.12-0.15 Вт/(м²·К), що перевищує вимоги ДБН для дахів. Таким чином, CLT є відмінною несучою системою, яка у поєднанні з грамотно спроєктованою теплоізоляцією забезпечує високі теплотехнічні показники.

Клеєний брус (GL24h) – це високотехнологічний матеріал, що виготовляється шляхом склеювання кількох ламелей з деревини. Його переваги полягають у стабільності розмірів, високій міцності та привабливому зовнішньому вигляді, який часто не вимагає додаткового оздоблення. Однак, як і у випадку з CLT, масивність самого бруса не завжди забезпечує достатній тепловий опір без додаткового утеплення для відповідності сучасним нормам. Коефіцієнт теплопровідності клеєного бруса становить близько 0.12-0.15 Вт/(м·К). Для типового бруса товщиною 200 мм U-value буде приблизно 0.6 Вт/(м²·К). Це значення не відповідає нормативам ДБН для стін (0.28 Вт/(м²·К)). Щоб досягти цього показника, стіни з клеєного бруса потребують зовнішнього утеплення. Наприклад, для бруса 200 мм і утеплення 150 мм мінеральної вати (λ = 0.035 Вт/(м·К)) U-value складе близько 0.19 Вт/(м²·К), що є відмінним результатом. Будинки з клеєного бруса також виграють від високої точності виготовлення, що забезпечує хорошу повітронепроникність між елементами. Проте, міжвінцеві з’єднання та кутові вузли є потенційними місцями виникнення містків холоду та інфільтрації повітря, якщо не застосовуються спеціальні ущільнювачі та герметики. Використання компресійних стрічок, EPDM-прокладок та якісних герметиків є обов’язковим. Для покрівельних конструкцій з клеєного бруса, що виконують функцію несучих елементів, шар утеплювача повинен бути значно більшим, зазвичай 250-350 мм, для досягнення нормованого U-value 0.20 Вт/(м²·К) або краще. Важливо також враховувати паропроникність стіни для запобігання накопиченню вологи в утеплювачі та деревині. Загальний принцип ‘чим товще, тим тепліше’ для масивних дерев’яних конструкцій діє, але лише до певного моменту. Після досягнення оптимальної товщини бруса (наприклад, 200-240 мм), подальше збільшення товщини стає економічно менш вигідним, а ефективніше додавати зовнішній теплоізоляційний шар. Цей підхід забезпечує найкращий баланс між теплотехнічними показниками, конструктивною надійністю та архітектурною естетикою.

Каркасні конструкції, особливо сучасні, є одними з найбільш гнучких та теплоефективних систем. Їхня ключова перевага полягає у можливості заповнення порожнин каркаса значними об’ємами утеплювача, що дозволяє легко досягати дуже низьких значень U-value. Коефіцієнт теплопровідності деревини каркаса становить близько 0.13 Вт/(м·К), тоді як для мінеральної вати або ековат – близько 0.035-0.040 Вт/(м·К). Типова стіна каркасного будинку з стійками 150 мм та заповненням мінеральною ватою може мати U-value близько 0.22-0.25 Вт/(м²·К). Однак для відповідності українським нормативам (0.28 Вт/(м²·К)) і, тим більше, для досягнення стандартів майже нульового споживання енергії (nZEB), необхідно використовувати додатковий шар утеплювача або збільшувати товщину каркаса. Поширене рішення – додавання перехресного утеплення зовні або всередині каркаса, що дозволяє мінімізувати теплові мости через дерев’яні елементи каркаса. Наприклад, стіна з каркасом 150 мм та 150 мм мінеральної вати, доповнена зовнішнім перехресним утепленням 50 мм, може досягти U-value на рівні 0.15-0.18 Вт/(м²·К). Це значення легко перевершує нормативи ДБН. Критичним фактором для каркасних будівель є повітронепроникність (n50). Через велику кількість стиків та потенційних щілин, каркасні будинки потребують ретельного укладання пароізоляційних та вітрозахисних мембран, проклеювання швів та герметизації всіх проходок комунікацій. Значення n50 для якісно побудованого каркасного будинку має бути менше 1.0 год-1, а для пасивних будинків – менше 0.6 год-1. Детальний розбір вузлів, таких як ‘з’єднання стіни з фундаментом’, ‘віконні та дверні отвори’, потребує використання ущільнювальних стрічок та плівок, а також ретельного контролю за якістю виконання. Ефективність теплоізоляції каркасних конструкцій безпосередньо залежить від якості матеріалів та дотримання технології монтажу. Ігнорування цих аспектів може призвести до значних тепловтрат, конденсації вологи та зниження довговічності конструкції. Використання сучасних матеріалів, таких як целюлозний утеплювач або PIR-плити у поєднанні з вентильованим фасадом, також дозволяє оптимізувати U-value.

Повітронепроникність огороджувальних конструкцій є одним з найважливіших, але часто недооцінених факторів, що впливають на фактичну енергоефективність будівлі та, відповідно, на ефективний U-value. Показник n50, що вимірюється у кратності обміну повітря за годину при різниці тисків у 50 Па (тест Blower Door), характеризує герметичність будівлі. Навіть найсучасніший утеплювач та низький розрахунковий U-value стають неефективними, якщо через щілини та негерметичні з’єднання відбувається неконтрольована інфільтрація холодного повітря. Це явище призводить до конвективних тепловтрат, які можуть становити до 30% від загальних втрат тепла в будівлі, суттєво підвищуючи реальні експлуатаційні витрати. Наприклад, якщо будівля має розрахунковий U-value стін 0.25 Вт/(м²·К), але при цьому показник n50 високий (наприклад, 5.0 год-1), то ефективний U-value може бути значно гіршим. ДБН В.2.6-31:2016 встановлює вимоги до повітронепроникності: для житлових будинків n50 не повинен перевищувати 3.0 год-1, а для будівель з механічною системою вентиляції (наприклад, з рекуперацією тепла) – 1.5 год-1. Для пасивних будівель цей показник є ще жорсткішим і складає менше 0.6 год-1. Досягнення низького n50 вимагає комплексного підходу: використання якісних пароізоляційних мембран, ретельного проклеювання швів спеціальними стрічками, герметизації всіх проходок комунікацій (труби, кабелі) та віконних/дверних примикань. Навіть мінімальні щілини, наприклад, навколо розеток або вимикачів, можуть значно вплинути на загальну герметичність. Системи вентиляції з рекуперацією тепла, що є обов’язковими для герметичних будівель, дозволяють забезпечити необхідний обмін повітря без втрат тепла, підтримуючи високу якість повітря в приміщенні (IAQ). Без належної повітронепроникності, навіть найтовстіший шар утеплювача не зможе повною мірою виконувати свою функцію, оскільки тепло буде ‘видуватися’ з приміщення, знижуючи комфорт і збільшуючи енергоспоживання.

Втрати тепла через світлопрозорі конструкції, такі як вікна та двері, можуть становити значну частку загальних тепловтрат будівлі. Це робить U-value склопакетів та віконних рам критично важливим параметром. Сучасні енергоефективні вікна значно відрізняються від старих конструкцій за своїми теплотехнічними характеристиками. Згідно з ДБН В.2.6-31:2016, нормований U-value для вікон в Україні становить не більше 0.75 Вт/(м²·К) для більшості кліматичних зон. Для досягнення таких показників використовуються багатокамерні склопакети (дво- або трикамерні), інертні гази (аргон, криптон) у міжскляному просторі, низькоемісійні (Low-E) покриття на склі та теплоізоляційні дистанційні рамки (терморозриви). Наприклад, стандартний двокамерний склопакет з аргоном та Low-E покриттям може мати U-value в діапазоні 0.8-1.2 Вт/(м²·К). Трикамерні склопакети з двома шарами Low-E покриття та аргоном можуть досягати U-value 0.5-0.7 Вт/(м²·К), а спеціальні вакуумні склопакети – навіть 0.3-0.5 Вт/(м²·К). Важливо враховувати U-value не тільки склопакета, а й усієї віконної конструкції (Uw), яка включає U-value рами (Uf) та лінійний коефіцієнт теплопередачі на стику склопакета і рами (Ψg). Рами з ПВХ з багатокамерним профілем та теплоізоляційними вставками, а також дерев’яні або дерево-алюмінієві рами з гарною теплоізоляцією є оптимальним вибором. Панорамні вікна, попри їхню естетичну привабливість, вимагають особливої уваги до U-value, оскільки їхня велика площа потенційно може стати основним джерелом тепловтрат. Тому для таких конструкцій застосовуються виключно найефективніші склопакети та системи профілів. На додаток до U-value, також важливим є коефіцієнт сонячного теплопритоку (g-value), який визначає, скільки сонячної енергії проходить через вікно. У холодних регіонах бажаний вищий g-value для пасивного сонячного опалення, тоді як у спекотних – нижчий для запобігання перегріву. Правильний вибір скління – це комплексне рішення, що впливає на енергобаланс, комфорт та освітленість приміщення.

Для порівняльного аналізу U-value розглянемо типові конструктивні рішення для стін та покриття (даху) з використанням CLT, клеєного бруса (GL24h) та каркасної технології в контексті українських кліматичних умов та норм ДБН. Фокусом буде детальний розбір ключових вузлів, які визначають ефективність теплоізоляції.

1. Стіна з CLT:

• Склад: Внутрішнє оздоблення (гіпсокартон 12.5 мм), панель CLT 100 мм, пароізоляція, дерев’яний каркас для комунікацій 50 мм, мінеральна вата 200 мм (λ=0.035 Вт/(м·К)), вітрозахисна мембрана, вентильований фасад (20-40 мм), зовнішнє облицювання (наприклад, фіброцементна плита).
• U-value: Rsi ≈ 0.13, R_CLT ≈ 0.77 (100/0.13), R_вата ≈ 5.71 (200/0.035), Re ≈ 0.04. Сумарний R ≈ 0.13 + 0.77 + 5.71 + 0.04 = 6.65 м²·К/Вт. U ≈ 0.15 Вт/(м²·К).
• Вузли: Стикування CLT-панелей ‘кутом’ або ‘Т-подібно’ потребує герметизації спеціальними стрічками (наприклад, EPDM) для забезпечення повітронепроникності. Перехід ‘стіна-дах’ вимагає продовження пароізоляції та вітрозахисту, а також ретельного утеплення торців CLT-панелей.

2. Стіна з Клеєного Бруса (GL24h):

• Склад: Клеєний брус 200 мм (GL24h, λ=0.14 Вт/(м·К)), міжвінцеві ущільнювачі, зовнішнє утеплення мінеральною ватою 150 мм (λ=0.035 Вт/(м·К)), вітрозахисна мембрана, вентильований фасад, зовнішнє облицювання.
• U-value: Rsi ≈ 0.13, R_брус ≈ 1.43 (200/0.14), R_вата ≈ 4.28 (150/0.035), Re ≈ 0.04. Сумарний R ≈ 0.13 + 1.43 + 4.28 + 0.04 = 5.88 м²·К/Вт. U ≈ 0.17 Вт/(м²·К).
• Вузли: Найбільш критичні – міжвінцеві з’єднання та кутові вузли. Застосування двоконтурних ущільнювачів та герметиків є обов’язковим. Вузол ‘стіна-фундамент’ потребує гідро- та теплоізоляції для запобігання капілярному підняттю вологи та місткам холоду.

3. Стіна Каркасної Конструкції:

• Склад: Внутрішнє оздоблення (гіпсокартон 12.5 мм), пароізоляційна мембрана, дерев’яний каркас 150 мм з мінеральною ватою (λ=0.035 Вт/(м·К)), зовнішнє перехресне утеплення 50 мм мінеральної вати, OSB-плита, вітрозахисна мембрана, вентильований фасад, зовнішнє облицювання.
• U-value: Rsi ≈ 0.13, R_каркас (150+50мм вати) ≈ 5.71 (200/0.035), R_обшивка (OSB) ≈ 0.08 (15/0.18), Re ≈ 0.04. Сумарний R ≈ 0.13 + 5.71 + 0.08 + 0.04 = 5.96 м²·К/Вт. U ≈ 0.16 Вт/(м²·К). (З урахуванням коефіцієнта неоднорідності для каркаса).
• Вузли: Множинні стики елементів каркаса, віконних та дверних отворів вимагають особливо ретельної герметизації паро- та вітрозахисних мембран. Використання спеціальних стрічок для проклеювання всіх швів є ключовим для забезпечення низького n50.

Цей бенчмарк показує, що всі три технології можуть досягти високих показників U-value, які значно перевершують українські норми, за умови правильного проєктування та виконання теплоізоляційного контуру. Відмінності полягають у методах досягнення цих показників та важливості контролю над різними аспектами – від якості панелей до герметизації швів.

Навіть при ідеальному розрахунковому U-value окремих елементів, загальна енергоефективність будівлі може значно погіршуватися через наявність містків холоду. Містки холоду – це ділянки в огороджувальних конструкціях, де тепловий опір значно нижчий, ніж в навколишніх зонах, що призводить до інтенсивних тепловтрат. Типові місця їх виникнення включають: з’єднання стін з фундаментом, кути будівлі, примикання віконних та дверних блоків, стики несучих конструкцій, проходки комунікацій через стіни та дах, а також місця кріплення балконів або зовнішніх архітектурних елементів. Для кількісної оцінки впливу містків холоду використовуються Ψ-коефіцієнти (пси-коефіцієнти), що вимірюють лінійні тепловтрати на одиницю довжини (Вт/(м·К)) для лінійних містків холоду, або χ-коефіцієнти (хі-коефіцієнти) для точкових містків холоду (Вт/К). Врахування містків холоду є обов’язковим згідно з EN ISO 10211 ‘Теплові мости в будівлях – Теплообмін – Розрахунок трьохвимірних теплових мостів’. Без їхнього врахування, розрахунковий U-value може бути надмірно оптимістичним, а фактичні тепловтрати – на 10-30% вищими. Наприклад, в каркасних будинках дерев’яні стійки каркаса є лінійними містками холоду, оскільки їхній коефіцієнт теплопровідності вищий, ніж у утеплювача. Це компенсується перехресним утепленням. У будівлях з CLT та клеєного бруса, містки холоду часто виникають у місцях з’єднань панелей або брусів, особливо на кутах та перетинах. Недостатня ізоляція стиків або використання металевих кріплень без терморозривів може створити значні теплові втрати. Мінімізація містків холоду досягається за допомогою: безперервного контуру теплоізоляції (виключення розривів), використання терморозривів у металевих конструкціях, застосування спеціальних ізоляційних елементів у складних вузлах, ретельного проєктування та контролю якості виконання робіт. Важливо також враховувати вплив містків холоду на ризик конденсації та розвиток плісняви на внутрішніх поверхнях, що може негативно позначитися на здоров’ї мешканців та довговічності конструкції. Комплексний підхід до проєктування теплового контуру будівлі з урахуванням усіх містків холоду є запорукою досягнення реальної, а не лише розрахункової, енергоефективності.