Ленинградская область, расположенная в Северо-Западном регионе России, характеризуется умеренно-континентальным климатом с высокой влажностью, значительными перепадами температур и продолжительным периодом заморозков. По причине большой изменчивости погоды ото дня ко дню (а иногда и в течение одних суток) Северо-Западный федеральный округ России, к которому относится Ленинградская область, является одним из самых сложных для прогнозирования. Особенностью Ленинградской области является неоднородность погодных условий по территории, обусловленная большой протяженностью области с запада на восток, разнообразием ландшафта и близостью крупных водоемов (Финский залив, Ладожское и Онежское озера). Помимо резкого изменения климата, который сам по себе является неблагоприятным факторам, на территории области наблюдаются практически все опасные метеорологические явления: сильные ветра, в том числе шквалы и смерчи, снегопады и метели, гололед, туман, сильные морозы и жара, кратковременные интенсивные ливни и продолжительные дожди, грозы, град, лесные пожары, засуха и наводнения.

Согласно СП 131.13330.2020 «СНиП 23-01-99* Строительная климатология» на рассматриваемой территории абсолютная минимальная температура воздуха составляет -36,0℃, абсолютный максимум 37,0℃, среднегодовая температура воздуха 5,6℃. В таблице 1 приведен месячный средний показатель температуры воздуха в городе Санкт-Петербурге [1].

Таблица 1

Средняя месячная температура воздуха,

Данные климатические условия предъявляют особые требования к строительным материалам, используемым для возведения частных домов. Выбор оптимального материала является ключевым фактором, определяющим долговечность и энергоэффективность строений.

В качестве объектов исследования были выбраны наиболее популярные строительные материалы, используемые для возведения несущих конструкций частных домов [2]:

1. кирпич (керамический и силикатный);
2. газобетон;
3. дерево (бревно, брус);
4. каркасные конструкции (с использованием различных утеплителей);
5. керамзитобетон.

Одним из строительных материалов является экологически чистый ресурс – дерево, обладающий хорошими теплоизоляционными свойствами. Деревянные дома быстро возводятся и создают комфортный микроклимат. Однако дерево подвержено воздействию влаги, гниению и требует регулярной обработки защитными составами. Каркасные дома требуют дополнительной теплоизоляции.

Кирпич – прочный и долговечный материал, устойчивый к воздействию огня и гниению. Однако кирпичные дома требуют массивного фундамента, имеют высокую теплопроводность и требуют значительных затрат на отопление. Строительство кирпичного дома занимает много времени.

Газобетон – легкий материал, обладающий хорошими теплоизоляционными свойствами и относительно низкой стоимостью. Дома из газобетона быстро возводятся. Однако газобетон имеет высокую влагопоглощаемость, который в свою очередь требует защиту от влаги.

Керамзитобетон – экологичный и относительно недорогой материал, обладающий хорошими теплоизоляционными свойствами и устойчивостью к воздействию влаги.

Анализ строительных материалов проводился на основе следующих критериев:

1. технические характеристики (прочность, теплопроводность, морозостойкость, влагостойкость, огнестойкость);
2. стоимость;
3. экологичность (воздействие на окружающую среду в процессе производства, эксплуатации и утилизации);
4. долговечность (срок службы, устойчивость к внешним воздействиям);
5. трудоемкость строительства (время и сложность монтажа).

Одним из наиболее важных технических параметров является теплопроводность. Теплопроводность – способность материала передавать тепловую энергию через свою толщину, от нее напрямую зависит термическое сопротивление ограждающей конструкции [3]. Коэффициент теплопроводности λ количественно определяет величину теплопроводности теплоизоляционных материалов. Коэффициент теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов может варьироваться от 0,022 до 2,0 Вт/(м·°С). Материалы с низким коэффициентом теплопроводности используются для тепловой изоляции и называются теплоизоляционными.

Информация о характеристиках материалов была получена из официальных данных производителей, строительных норм и правил (СНиП). В таблице 2 представлен сопоставительный анализ свойств строительных материалов.

Таблица 2

Сравнительные характеристики строительных материалов

Для экономической оценки применения материалов для частного домостроения был произведен расчет дома площадью 100 м² с высотой потолков 2,7 м (объем 270 м³). Предполагается, что дом отапливается газом (стоимость 1 м³ газа 7,5 руб., средняя температура отопительного периода -2°C, длительность отопительного периода 210 суток). Расчет произведен упрощенно, рассматриваются только теплопотери через стены. Потери через окна, двери, крышу и фундамент не учитываются. В соответствии с требованиями СП 50.13330.2012 «СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий», термическое сопротивление ограждающих конструкций для Ленинградской области должно составлять не менее R = 3,49 м²·°С/Вт для стен [4, 5]. Для оценки влияния теплотехнических характеристик материалов на стоимость строительства, была рассчитана необходимая толщина стен для достижения данного показателя (таблица 3) [6].

Таблица 3

Расчетная толщина стен для соответствия нормативным требованиям

С учетом выше изложенного годовые затраты на покупку природного газа для покрытия отопительной тепловой нагрузки дома площадью 100 м² с применением газового бытового котла составили:

1. стены толщиной 0,441 м из газобетона D400 – 35000 руб.;
2. стены толщиной 0,30 м из газобетона D400 с применением 0,1 м минеральной ваты – 21000 руб.;
3. стены толщиной 1,89 м из кирпича – 150000 руб.;
4. стены толщиной 0,38 м из кирпича с применением 0,15 м минеральной ваты – 34000 руб.;
5. стены толщиной 0,945 м из керамзитобетона – 75000 руб.;
6. стены толщиной 0,30 м из керамзитобетона с применением 0,15 м минеральной ваты – 28000 руб.;
7. стены толщиной 0,378 м из бруса – 30000 руб.;
8. стены толщиной 0,126 м при использовании каркаса с минеральной ватой – 10000 руб.

Таким образом, газобетон с утеплителем демонстрирует наилучшее сочетание цены строительства и затрат на отопление. Использование утеплителя позволяет значительно снизить теплопотери [7]. Каркасные дома обладают самыми низкими теплопотерями и, соответственно, минимальными затратами на отопление. Керамзитобетон требует значительного утепления для снижения теплопотерь и эксплуатационных затрат. Кирпичные дома без утепления – самый дорогой вариант как по стоимости строительства, так и по затратам на отопление. Клееный брус демонстрирует хорошие показатели теплоизоляции, однако имеет высокую стоимость.

Выбор строительного материала должен основываться на комплексной оценке стоимости строительства, энергоэффективности и эксплуатационных затрат. Для Ленинградской области с ее продолжительным отопительным периодом, особое внимание следует уделить теплоизоляционным свойствам материалов и правильному расчету толщины стен.