ТЕСТ KOLEO

Стрічковий фундамент є одним з найпоширеніших типів основ для індивідуального будівництва в Україні. Його конструктивні особливості передбачають передачу навантажень від стін будівлі на ґрунт через стрічку, розташовану по периметру несучих стін. Для забезпечення довговічності та енергоефективності будівлі, критично важливо правильно підійти до оптимізації та теплоізоляції цокольної частини такого фундаменту. ‘Тест KOLEO’ підкреслює необхідність інтегрованого підходу, де утеплення не є опціональним елементом, а невід’ємною частиною проєкту. Зокрема, використання екструдованого пінополістиролу (XPS) товщиною від 100 до 150 мм для вертикального утеплення зовнішніх стінок фундаменту та цоколя є мінімальною вимогою для більшості кліматичних зон України згідно з ДБН В.2.6-31:2021.

Важливо не тільки вертикальне утеплення, а й горизонтальне. У ‘Тесті KOLEO’ приділяється увага утепленню вимощення та основи підлоги на ґрунті, що ефективно перешкоджає так званому ‘боковому’ промерзанню та утворенню містків холоду. Застосування гідроізоляційних мембран і дренажних систем у комплексі з утепленням забезпечує захист від вологи, яка може суттєво знизити теплоізоляційні властивості матеріалів. Наприклад, коефіцієнт теплопровідності (λ) сухого XPS становить близько 0,032 Вт/(м·К), тоді як при значному зволоженні він може збільшитися до 0,045 Вт/(м·К) і вище. Таким чином, комплексна система, що включає утеплювач, гідроізоляцію та дренаж, є запорукою стабільного температурного режиму в цоколі.

Проєктування стрічкового фундаменту для теплоефективних будівель повинно включати аналіз ґрунтових умов, рівня ґрунтових вод та глибини промерзання. Наприклад, для Київської області середня нормативна глибина промерзання становить 1,0–1,2 м, що вимагає відповідної глибини закладання фундаменту та/або застосування ефективних заходів щодо захисту від морозного пучіння. Для покращення енергоефективності, ‘Тест KOLEO’ може включати порівняння традиційних стрічкових фундаментів з інтегрованими системами утеплення (наприклад, з використанням пеноскла або перліту як засипки) для досягнення показників опору теплопередачі R ≥ 3.5 м²·К/Вт для зовнішніх стін фундаменту та підлоги по ґрунту. Такий підхід не тільки знижує експлуатаційні витрати, але й створює комфортний мікроклімат всередині будівлі, усуваючи проблему холодних підлог та стін.

Морозне пучіння ґрунту — це складний фізичний процес, що викликає значні деформації основи та фундаменту будівлі через замерзання води в порах ґрунту. Для України, де більшість регіонів має середню глибину промерзання від 0,8 до 1,5 метра (згідно з ДБН В.1.1-25:2001 ‘Захист від небезпечних геологічних процесів. Норми проєктування’), цей фактор є критичним при проєктуванні цоколів. Замерзання води супроводжується її розширенням приблизно на 9%, що призводить до підняття ґрунту і, як наслідок, до нерівномірних навантажень на фундамент. У ‘Тесті KOLEO’ досліджуються прямі та опосередковані наслідки цього явища для температурного поля цокольної частини.

Опосередкований вплив проявляється через порушення цілісності теплоізоляційного шару, що спричиняє утворення містків холоду та збільшення тепловтрат. Прямий вплив полягає в тому, що піднятий ґрунт змінює умови теплообміну між цоколем та оточуючим середовищем. Наприклад, якщо утеплення цоколя було розраховано на певну глибину залягання, а ґрунт піднявся, то частина незахищеного фундаменту може опинитися у зоні інтенсивного промерзання. Для мінімізації впливу морозного пучіння, ‘Тест KOLEO’ рекомендує використання комбінованих методів: закладання фундаменту нижче нормативної глибини промерзання, заміна пучинистого ґрунту на непучинистий (піщана або щебенева подушка), а також використання ефективного зовнішнього утеплення цоколя та горизонтального утеплення вимощення.

Типові помилки, що призводять до проблем з морозним пучінням, включають недостатню глибину закладання фундаменту, відсутність дренажної системи та неякісне утеплення. ‘Тест KOLEO’ звертає увагу на критичну роль дренажу: відведення води від фундаменту запобігає її накопиченню в ґрунті та подальшому замерзанню. Стрічковий дренаж, що розташовується по периметру фундаменту на рівні його підошви або трохи нижче, з відведенням води до дренажного колодязя або ливневої каналізації, є обов’язковим елементом для пучинистих ґрунтів. Додатковою мірою може бути пристінний дренаж із застосуванням профільованої мембрани з геотекстилем. Це дозволяє контролювати вологість ґрунту, що безпосередньо впливає на його теплофізичні характеристики та, відповідно, на температуру в цоколі. Правильно спроєктований фундамент із захистом від пучіння є основою для довговічності та енергоефективності будь-якої будівлі.

Теплотехнічний розрахунок фундаменту, а саме його U/R-показників (коефіцієнт теплопередачі та опір теплопередачі відповідно), є ключовим етапом у проєктуванні енергоефективних будівель. В Україні ці розрахунки регулюються ДБН В.2.6-31:2021 ‘Теплова ізоляція будівель’. Для цоколя та підлоги по ґрунту, нормативні значення опору теплопередачі є одними з найвищих, що відображає їхнє критичне значення у формуванні загального теплового балансу будівлі. Відповідно до додатку В цього ДБН, мінімальні значення опору теплопередачі для зовнішніх стін, які є частиною цоколя, можуть варіюватися від 3.3 до 4.9 м²·К/Вт, залежно від класу енергоефективності та регіону будівництва.

Розрахунок U-значення (коефіцієнта теплопередачі) для цоколя є складнішим, ніж для надземних стін, оскільки враховує теплообмін не тільки з повітрям, але й з ґрунтом, який має змінну температуру. Для цоколя, що контактує з ґрунтом, розрахунок U-значення часто проводиться за методикою, викладеною у ДСТУ EN ISO 13370:2007 ‘Теплові характеристики будівель. Розрахунок теплових втрат через ґрунт’, яка враховує геометричні параметри фундаменту, властивості ґрунту, глибину закладання та наявність утеплення. У ‘Тесті KOLEO’ акцентується увага на важливості моделювання температурного поля з урахуванням тривимірної теплопередачі, використовуючи спеціалізоване програмне забезпечення (наприклад, на базі методу кінцевих елементів) для отримання точних даних.

При проєктуванні цоколя та підлоги по ґрунту необхідно враховувати не тільки опір теплопередачі утеплювача, а й сукупний опір усіх шарів конструкції, включаючи матеріали стін фундаменту, гідроізоляцію та навіть повітряні прошарки. Для досягнення нормативних показників опору теплопередачі R, зазвичай використовують XPS товщиною 100-150 мм із λ = 0,032 Вт/(м·К), що дає R-значення від 3,1 до 4,7 м²·К/Вт лише для утеплювача. Це означає, що загальна конструкція цоколя, включаючи бетонну або цегляну основу, повинна бути ретельно спроєктована для забезпечення бажаної енергоефективності. Застосування ‘Тесту KOLEO’ дозволяє не тільки перевірити розрахункові значення, а й верифікувати їх на практиці, використовуючи датчики температури, розміщені на різних глибинах та у різних точках цоколя для моніторингу реальної поведінки конструкції протягом опалювального сезону. Такий підхід є безцінним для досягнення стандартів майже нульового споживання енергії (ZEB).

Проєктування цоколя в контексті ‘Тесту KOLEO’ виходить за рамки стандартних статичних розрахунків і фокусується на динаміці температурних змін. Це означає, що інженери не просто розраховують середнє U-значення, а моделюють, як температура в цоколі буде змінюватися протягом доби, сезону та під впливом зовнішніх факторів, таких як опади, сонячна інсоляція та, найважливіше, коливання температури ґрунту. ‘Тест KOLEO’ передбачає комплексне моделювання, що враховує теплову інерцію ґрунту та конструкції фундаменту.

Для такого розрахунку використовуються методи нестаціонарної теплопередачі, які дозволяють симулювати поширення тепла в багатошаровій структурі з плином часу. Це може включати програмне забезпечення для динамічного термічного моделювання, що базується на методах скінченних елементів або скінченних різниць. Вхідними даними для такого моделювання є: кліматичні дані (температура повітря, сонячна радіація, швидкість вітру), теплофізичні властивості матеріалів (бетону, цегли, утеплювача, ґрунту) та їх вологість, а також геометричні параметри цоколя і його взаємодія з іншими елементами будівлі та ґрунтом. Зокрема, враховується глибина залягання ґрунтових вод, яка впливає на вологість ґрунту та його теплопровідність.

Одним з ключових аспектів ‘Тесту KOLEO’ є розрахунок так званого ‘температурного коефіцієнта цоколя’ (TCC), який кількісно відображає ефективність утеплення цоколя в динамічних умовах. TCC визначається як відношення середньої температури внутрішньої поверхні цоколя до різниці між температурою повітря в приміщенні та зовнішньою температурою, з поправкою на вплив ґрунту. Високе значення TCC вказує на низькі тепловтрати через цоколь. Проєктування також включає оптимізацію розташування та товщини утеплювача (наприклад, зовнішнє утеплення XPS товщиною 120-150 мм) та, за потреби, використання внутрішнього утеплення для підвищення теплової ефективності. Інтеграція таких інженерних систем, як ‘тепла підлога’, також впливає на температурний режим цоколя, і це також має бути враховано в динамічних розрахунках. Сучасні інженерні системи для будинку передбачають тісний зв’язок між фундаментом та комфортом у приміщенні.

У рамках ‘Тесту KOLEO’ особлива увага приділяється детальному розбору критичних вузлів та технологій, що забезпечують ефективне утеплення цоколя та запобігають утворенню містків холоду. До таких вузлів належать: з’єднання цоколя зі стіною, примикання до вимощення, а також кутові зони фундаменту. Кожен з цих елементів має бути продуманий з урахуванням теплотехнічних вимог ДБН В.2.6-31:2021.

Технологія утеплення цоколя зазвичай передбачає застосування плит XPS. Це матеріал з низьким водопоглинанням (менше 0,2% за об’ємом) та високою міцністю на стиск (від 250 до 500 кПа), що робить його ідеальним для підземних конструкцій. Плити кріпляться до зовнішньої поверхні фундаменту за допомогою спеціальних клейових сумішей або дюбелів. Важливо забезпечити суцільний шар утеплювача без щілин, щоб уникнути конвективних тепловтрат. Поверх XPS наноситься гідроізоляційний шар (наприклад, бітумна мастика або полімерцементний розчин), а потім – захисне покриття або декоративне оздоблення цоколя.

Критичним вузлом є з’єднання цоколя зі стіною. Тут важливо забезпечити безперервність теплоізоляційного контуру. Часто застосовується перехід утеплювача цоколя на стіну, що утворює ‘нахльост’ або ‘напуск’ мінімум на 300-500 мм вище рівня землі, щоб уникнути містка холоду на стику. Також важливим є горизонтальне утеплення вимощення, що мінімізує тепловтрати через ґрунт по периметру будівлі. У ‘Тесті KOLEO’ аналізуються різні варіанти виконання цього вузла: з використанням XPS під вимощенням (товщиною 50-100 мм), що виступає від цоколя на 600-1000 мм, та без нього. Застосування тепловізорів під час проведення ‘Тесту KOLEO’ дозволяє виявити потенційні містки холоду та оцінити ефективність застосованих рішень. Наприклад, якщо різниця температур на внутрішній поверхні цоколя та зовнішній стіні перевищує 3°C, це може свідчити про наявність містка холоду, що потребує доопрацювання конструктивного вузла. Якість виконання цих вузлів безпосередньо впливає на загальну енергоефективність проєкту.

Ефективність ‘Тесту KOLEO’ багато в чому залежить від систематичного моніторингу та кваліфікованого аналізу отриманих температурних даних. Цей практичний гайд охоплює ключові етапи збору, обробки та інтерпретації інформації для визначення реальної теплотехнічної поведінки цоколя будівлі. Перший етап – це встановлення датчиків температури. У ‘Тесті KOLEO’ рекомендується використовувати цифрові датчики з високою точністю (наприклад, DS18B20 або термопари типу К) з похибкою не більше ±0,5°C. Датчики слід розміщувати в критичних точках: на зовнішній та внутрішній поверхнях цоколя (на різних висотах), всередині конструкції фундаменту (наприклад, у бетонному тілі), у ґрунті на різних глибинах (0,3 м, 0,6 м, 1,0 м від рівня землі), а також на межі утеплювача та ґрунту.

Збір даних має бути автоматизованим за допомогою систем логування (даталогерів) або спеціалізованих IoT-платформ, що забезпечують безперервний запис показників з інтервалом від 15 хвилин до 1 години. Тривалість моніторингу повинна охоплювати мінімум один повний опалювальний сезон, а краще – цілий рік, щоб врахувати всі сезонні коливання. Отримані дані візуалізуються у вигляді графіків ‘температура-час’ для кожної точки вимірювання. Аналіз цих графіків дозволяє виявити: амплітуду температурних коливань, швидкість прогріву/охолодження конструкції, наявність та локалізацію містків холоду (через різкі перепади температур між сусідніми точками) та загальну теплову інерцію системи ‘цоколь-ґрунт’.

Для кількісної оцінки ефективності утеплення, ‘Тест KOLEO’ передбачає розрахунок ефективного коефіцієнта теплопередачі (U_eff) на основі фактичних даних. Це здійснюється шляхом зіставлення різниці температур між внутрішньою та зовнішньою поверхнями цоколя та виміряних теплових потоків (якщо використовуються датчики теплового потоку). Окрім цього, важливим є порівняння фактичних температур з розрахунковими значеннями, отриманими на етапі проєктування. Значні відхилення (більше 1-2°C для внутрішніх поверхонь) можуть вказувати на помилки в проєктуванні, недоліки в монтажі утеплення або непередбачені зовнішні фактори. ‘Тест KOLEO’ є не лише інструментом контролю, а й цінним джерелом даних для подальшої оптимізації будівельних технологій.

У сучасному будівництві в Україні, аудит відповідності теплотехнічних характеристик цоколя національним нормам (ДБН) та європейським стандартам (EN) є обов’язковим етапом для забезпечення енергоефективності та довговічності будівель. ‘Тест KOLEO’ інтегрує цей аудит як невід’ємну частину процесу аналізу. Основним регуляторним документом в Україні є ДБН В.2.6-31:2021 ‘Теплова ізоляція будівель’, який встановлює вимоги до опору теплопередачі огороджувальних конструкцій, включаючи стіни фундаментів та підлоги по ґрунту.

Згідно з ДБН В.2.6-31:2021, мінімальний опір теплопередачі (R) для зовнішніх стін, що є частиною цоколя, для більшості регіонів України становить не менше 3.3 м²·К/Вт, а для підлоги по ґрунту – не менше 3.5 м²·К/Вт. ‘Тест KOLEO’ перевіряє ці показники за допомогою вимірювань фактичних температур та, при можливості, теплових потоків. Наприклад, якщо розрахунковий R-фактор стіни цоколя становить 3.5 м²·К/Вт, але під час тестування виявляються ділянки з температурою внутрішньої поверхні, що значно нижча за нормативну (наприклад, нижче температури точки роси), це свідчить про порушення теплового контуру та невідповідність нормам.

Окрім ДБН, у ‘Тесті KOLEO’ можуть застосовуватися європейські стандарти, такі як EN ISO 13788:2012 ‘Гідротермічні характеристики будівель. Внутрішня поверхнева температура для уникнення критичної вологості та поверхневої конденсації. Методи розрахунку’, або EN ISO 6946:2017 ‘Будівельні компоненти. Термічний опір та коефіцієнт теплопередачі. Методи розрахунку’. Ці стандарти надають детальні методології для розрахунку та оцінки ризиків конденсації вологи, що є критично важливим для довговічності конструкції та здоров’я мешканців. Аудит у рамках ‘Тесту KOLEO’ не обмежується лише числовими показниками опору теплопередачі, а й оцінює відсутність критичних містків холоду, належне функціонування дренажних систем та гідроізоляції, а також відповідність використаних матеріалів заявленим теплофізичним властивостям. Це комплексний підхід, що гарантує високу якість будівництва та відповідність сучасним вимогам до енергоефективності.