ЯК ВИЗНАЧИТИ СВОЮ КЛІМАТИЧНУ ЗОНУ

Визначення кліматичної зони України регламентується будівельними нормами, зокрема ДБН В.2.6-31:2016 ‘Теплова ізоляція будівель’. Цей документ розділяє територію країни на дві кліматичні зони, виходячи з розрахункових температур зовнішнього повітря, тривалості опалювального періоду та середнього значення температури протягом нього. Зона 1 охоплює більшу частину території з більш холодним кліматом, тоді як Зона 2 включає південні регіони та Закарпаття, характеризуючись м’якшими умовами.

Однак, для більш точного інженерного проєктування, особливо при розробці будівель з високими вимогами до енергоефективності, необхідно використовувати більш деталізовані дані. До них належать показники градусо-діб опалювального періоду (HDD – Heating Degree Days) та охолоджувального періоду (CDD – Cooling Degree Days). Наприклад, для Києва середнє значення HDD складає близько 4000-4200 °С·день, що визначає значну потребу в опаленні, тоді як для Одеси цей показник може бути в межах 3000-3200 °С·день. Міжнародні класифікації, такі як кліматична класифікація Кеппена-Гейгера (Koppen-Geiger), пропонують більш гранульований підхід, розділяючи світ на п’ять основних кліматичних груп з подальшими підрозділами. Хоча вона не є нормативною для України, розуміння цих систем розширює експертний підхід до проєктування, дозволяючи враховувати такі фактори, як кількість опадів, сонячна радіація та переважаючі вітри, які ДБН не деталізує.

Використання цих даних на етапі проєктування фундаментів, наприклад, дозволяє коректно розрахувати глибину залягання та тип теплоізоляції для мінімізації втрат тепла через ґрунт і запобігання морозному пучінню, яке є особливо актуальним для ґрунтів з високим вмістом глини та пилуватих частинок у північних регіонах України. Аналіз вітрових навантажень, який також є частиною кліматичної оцінки, критично важливий для розрахунку міцності конструкцій та ефективності вентиляційних систем, особливо для висотних або відкритих споруд. Детальні метеорологічні дані, такі як швидкість та напрямок вітру, температура та вологість, доступні зі спеціалізованих кліматичних баз даних (наприклад, ASHRAE, Meteonorm) та є обов’язковими для точного моделювання енергоспоживання будівель.

Технології інформаційного моделювання будівель (BIM) є ключовим інструментом для ефективного використання кліматичних даних у проєктній діяльності. Завдяки BIM, архітектори та інженери можуть інтегрувати детальну інформацію про кліматичну зону безпосередньо в цифрову модель будівлі, що дозволяє проводити комплексний аналіз та оптимізацію ще на ранніх етапах.

Сучасні BIM-платформи, такі як Autodesk Revit, ArchiCAD або Solibri, оснащені функціями для прив’язки проєкту до географічних координат та доступу до метеорологічних баз даних. Це дозволяє автоматично розраховувати сонячні навантаження, тіньові ефекти, а також моделювати термічну поведінку будівлі протягом року. Інструменти енергетичного аналізу, інтегровані в BIM (наприклад, Insight for Revit), використовують ці кліматичні дані для симуляції енергоспоживання, ідентифікації зон теплових втрат або перегріву та оптимізації конструктивних рішень.

Наприклад, аналіз сонячної інсоляції через BIM дозволяє визначити оптимальну орієнтацію будівлі, площу скління та необхідність застосування сонцезахисних елементів, таких як зовнішні жалюзі або архітектурні виступи. Для регіонів з холодними зимами (Зона 1 за ДБН) BIM допомагає максимально використовувати пасивний сонячний обігрів, тоді як для спекотних літніх місяців (актуально і для Зони 2) – мінімізувати перегрів. Крім того, інтеграція кліматичних даних дозволяє розрахувати оптимальну товщину теплоізоляції стін, покрівлі та підлоги, визначити необхідні показники U-value для віконних систем та спроєктувати інтегровані системи вентиляції з рекуперацією тепла, що є критично важливим для досягнення високих стандартів енергоефективності.

Використання BIM забезпечує не лише точність розрахунків, а й візуалізацію складних інженерних концепцій, що спрощує комунікацію між усіма учасниками проєкту та дозволяє приймати обґрунтовані рішення на основі об’єктивних даних, а не лише емпіричного досвіду. Завдяки цьому можна заздалегідь виявити потенційні проблеми та уникнути дороговартісних змін на етапі будівництва.

Теплотехніка є одним з ключових аспектів проєктування будівлі, особливо в контексті адаптації до конкретної кліматичної зони. Основні показники, що характеризують теплові властивості будівельних конструкцій, це коефіцієнт теплопередачі U (Вт/(м²·К)) та термічний опір R (м²·К/Вт). Ці величини є обернено пропорційними одна одній (R = 1/U).

ДБН В.2.6-31:2016 встановлює мінімальні вимоги до термічного опору огороджувальних конструкцій для двох кліматичних зон України. Наприклад, для зовнішніх стін мінімальне значення R для Зони 1 (більш холодна) становить 3.30 м²·К/Вт, тоді як для Зони 2 (м’якша) – 2.80 м²·К/Вт. Для покрівлі ці показники ще вищі: 4.95 м²·К/Вт для Зони 1 та 4.50 м²·К/Вт для Зони 2. Ці нормативи є базовими і часто переглядаються в бік посилення з метою наближення до європейських стандартів енергоефективності, що вимагають R-value від 5 до 8 м²·К/Вт для стін та від 8 до 12 м²·К/Вт для дахів у помірному кліматі.

Вибір матеріалів та товщини ізоляції безпосередньо залежить від цих вимог. Наприклад, для досягнення R=3.30 м²·К/Вт для зовнішньої стіни з керамічного блоку, може знадобитися близько 150-200 мм мінеральної вати або пінополістиролу. Однак для досягнення R=5.0 м²·К/Вт, товщина ізоляції може збільшитися до 250-300 мм. Це особливо актуально для таких матеріалів, як сучасні CLT панелі, де інтеграція ефективної ізоляції є ключовою для досягнення бажаних U-значень.

Важливо не лише дотримуватися мінімальних вимог, а й прагнути до оптимальних показників, оскільки кожен додатковий м²·К/Вт термічного опору призводить до значної економії енергії на опалення та охолодження. Це особливо відчутно у гірських регіонах України (частина Зони 1), де перепади температур та інтенсивність вітру значно вищі, що вимагає підвищеної уваги до теплотехнічних розрахунків і вибору ізоляційних матеріалів з низькою теплопровідністю.

Повітронепроникність оболонки будівлі є невід’ємною складовою енергоефективності, незалежно від її кліматичної зони. Нерегульовані інфільтрації повітря (витоки тепла через щілини та негерметичні з’єднання) можуть становити до 30-40% від загальних теплових втрат, нівелюючи зусилля, докладені до якісної теплоізоляції. Тому показник повітронепроникності n50 (кратність повітрообміну за годину при різниці тисків 50 Па) є критично важливим для сучасного будівництва.

Вимірювання n50 проводиться за допомогою так званого Blower Door Test (Тест ‘аеродвері’), який створює контрольовану різницю тисків між внутрішнім і зовнішнім середовищем будівлі. Європейські норми (EN 13829, EN ISO 9972) та стандарти енергоефективності, такі як Passive House, встановлюють дуже суворі вимоги до цього показника. Наприклад, для пасивних будинків n50 не повинен перевищувати 0.6 год⁻¹ при 50 Па, тоді як для звичайних енергоефективних будівель цей показник зазвичай варіюється від 1.0 до 3.0 год⁻¹.

ДБН В.2.6-31:2016 також вводить вимоги до повітронепроникності, встановлюючи максимально допустиме значення n50 для житлових будівель не більше 3.0 год⁻¹. Досягнення цих показників вимагає ретельного проєктування та якісного виконання робіт на всіх етапах будівництва. Особлива увага приділяється герметизації віконних та дверних прорізів, стиків стін, покрівлі та фундаменту, проходів інженерних комунікацій.

Значення повітронепроникності посилюється в холодних кліматичних зонах (Зона 1 України), де різниця температур між внутрішнім і зовнішнім повітрям є максимальною, що спричиняє сильніший ‘димохідний ефект’ і, як наслідок, більші нерегульовані втрати тепла. У теплих зонах (Зона 2) повітронепроникність важлива для запобігання проникненню теплого, вологого повітря та ефективності систем кондиціонування. Комплексний підхід до забезпечення герметичності оболонки будівлі, у поєднанні з інтегрованими системами вентиляції з рекуперацією, є найкращою стратегією для досягнення стабільного мікроклімату та мінімальних енерговитрат.

Аудит відповідності будівельних проєктів та збудованих об’єктів національним (ДБН) та міжнародним (EN) нормам є обов’язковим для забезпечення їхньої безпеки, довговічності та енергоефективності. У контексті кліматичних зон України, цей аудит фокусується на кількох ключових аспектах.

По-перше, перевіряється відповідність теплотехнічних характеристик огороджувальних конструкцій (стін, даху, підлоги, вікон, дверей) вимогам ДБН В.2.6-31:2016 щодо мінімального термічного опору (R-value). Важливо, щоб розрахункові значення, отримані з проєктної документації, відповідали нормативним для конкретної кліматичної зони будівництва. Також оцінюється коректність розрахунків щодо запобігання утворенню конденсату в конструкціях, що особливо критично в умовах високої вологості та низьких температур в Зоні 1.

По-друге, проводиться перевірка на відповідність вимогам повітронепроникності. Хоча ДБН встановлює граничний n50 = 3.0 год⁻¹, аудит може включати рекомендації щодо досягнення більш амбітних показників, що відповідають європейським стандартам енергозбереження (EN ISO 9972) та концепції будівництва будинків з майже нульовим споживанням енергії (nZEB). Для цього може бути проведено фактичний Blower Door Test.

Третій аспект – це оцінка ефективності інженерних систем, таких як опалення, вентиляція та кондиціонування, з урахуванням кліматичних умов. ДБН В.2.5-67:2013 ‘Опалення, вентиляція та кондиціонування’ регламентує параметри внутрішнього повітря та вимоги до ефективності систем, що забезпечують їх. Аудит перевіряє, чи потужність систем відповідає розрахунковим тепловтратам та теплонадходженням для даної зони, а також чи застосовано сучасні рішення, такі як системи рекуперації тепла, для мінімізації енергоспоживання.

Нарешті, аудит може включати оцінку загальної енергетичної ефективності будівлі з присвоєнням класу енергоефективності відповідно до ДБН В.2.6-31:2016 (від A до G). Це забезпечує прозорість та надає власникам інформацію про майбутні експлуатаційні витрати, що є критичним для прийняття рішень про інвестиції в енергоефективність на етапі розробки проєктів.

Кліматичні зони України, хоч і поділяються ДБН на дві основні, демонструють значні регіональні відмінності, які необхідно враховувати на етапі проєктування. Наприклад, регіони Карпатського субрегіону (частина Зони 1) характеризуються нижчими середньорічними температурами, більшою кількістю опадів (снігу) та значними вітровими навантаженнями. Це вимагає посиленої теплоізоляції, міцніших кроквяних систем для витримування снігових навантажень, а також ефективних вітрозахисних бар’єрів.

Для південних регіонів (Зона 2), таких як Одеська та Херсонська області, характерні більш тривалі та спекотні літні періоди, що вимагає акценту на захист від перегріву. Тут особливого значення набувають сонцезахисні елементи (козирки, жалюзі, маркізи), вибір вікон з низьким сонячним коефіцієнтом теплонадходження (SHGC – Solar Heat Gain Coefficient), а також системи ефективного охолодження. Однак, не слід забувати і про зимовий період, адже навіть у Зоні 2 температура може опускатися нижче нуля, вимагаючи якісної теплоізоляції та опалювальних систем.

У центральних регіонах (переважно Зона 1), де клімат помірно-континентальний, важливо знайти баланс між вимогами до опалення та охолодження. Тут актуальним є застосування гібридних рішень, таких як теплові насоси, які можуть працювати як на обігрів, так і на охолодження, а також використання природної вентиляції у перехідні сезони. Загальним правилом для всіх зон є мінімізація так званих ‘містків холоду’ – ділянок у конструкції, де теплоізоляція порушена або недостатня, що призводить до локальних теплових втрат та ризику конденсації.

Детальний аналіз місцевих метеорологічних даних, включаючи середню швидкість вітру, рожу вітрів, рівень інсоляції, а також температурні екстремуми, дозволяє адаптувати проєкт до конкретних умов. Інтеграція цих даних в BIM-модель, як було зазначено, значно спрощує цей процес, дозволяючи моделювати та оптимізувати показники енергоефективності до початку будівельних робіт.

Визначена кліматична зона диктує не лише вимоги до теплотехніки, а й впливає на вибір будівельних матеріалів та технологій, що забезпечують довговічність, міцність та експлуатаційні характеристики будівлі.

В умовах Зони 1, що характеризується низькими температурами та високою вологістю, перевага надається матеріалам з високим термічним опором та низьким водопоглинанням. Це включає мінеральну вату, екструдований пінополістирол (XPS) для фундаментів, багатошарові стінові системи з вентильованими фасадами для ефективного відведення вологи. Вибір покрівельних матеріалів також залежить від снігових навантажень; тут можуть бути актуальними металочерепиця або профнастил, що легше переносять цикли заморожування-відтавання та забезпечують легкий сход снігу. Сучасні CLT панелі, за умови їхнього належного захисту від вологи та забезпечення достатньої товщини ізоляційного шару, також ефективні завдяки своїй високій міцності та стабільності.

Для Зони 2, з її жаркими літами, важливими стають матеріали, що мають високу теплоємність та здатність акумулювати тепло, сповільнюючи його проникнення всередину будівлі (наприклад, цегляна кладка, бетон). Для ізоляції можуть використовуватись матеріали, які добре працюють у високих температурах, а також системи зовнішнього затінення. Покрівля повинна мати високий коефіцієнт відбиття сонячної радіації (наприклад, світлі кольори, спеціальні мембрани) для мінімізації нагріву. Ефективні пароізоляційні та гідроізоляційні мембрани є критичними для запобігання проникненню вологого повітря в конструкції, що може призвести до конденсації та розвитку плісняви.

Загалом, у всіх кліматичних зонах України спостерігається тенденція до використання матеріалів з підвищеною довговічністю та стійкістю до агресивних кліматичних впливів – перепадів температур, УФ-випромінювання, атмосферних опадів. Це забезпечує стабільну експлуатацію будівлі протягом тривалого часу без значних витрат на ремонт та обслуговування. Застосування композитних матеріалів та модульних технологій дозволяє прискорити будівництво та підвищити якість виконання робіт, що є важливим фактором в умовах обмежених будівельних сезонів у деяких регіонах.